UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES INSTALACIONES 2 Facultad de Arquitectura Diseño y Urbanismo

Carrera de Arquitectura CATEDRA ING. JAVIER ROSCARDI

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CALCULO DE BALANCE TERMICO DE INVIERNO El objetivo buscado a través del proyecto y la realización de una instalación de calefacción es lograr las condiciones óptimas de confort, así se trate de un único local como de un edificio completo, por lo cual deben ser estudiadas las causas que modifican dichas condiciones, que es lo que se define como pérdidas y ganancias de calor o calorías.

El balance térmico permite calcular las pérdidas de calorías que se producen por la diferencia de temperatura existente entre el local a calefaccionar y el exterior o los locales contiguos, por transmisión a través de paredes, techos, pisos y aberturas, así como por condicionantes externos como la orientación y el efecto de los vientos dominantes en la zona. Asimismo, podrán calcularse las ganancias de calorías producidas por la emisión de calor de las personas que ocupan el local, de los equipos, máquinas y/o aparatos utilizados en el mismo, del alumbrado y también, el calor transmitido a través de paredes, cerramientos, etc. cuando la temperatura de los locales linderos es mayor a la del local tratado.

Para la realización de este cálculo se necesitarán los siguientes datos: a) Del proyecto : Superficies de locales y cerramientos Volúmenes Sistema constructivo Pérdidas por transmisión Materiales (Tipo y calidad)

Carpinterías (Tipo y material) b) De la implantación : Situación geográfica Temperaturas exteriores Pérdidas por Características del entorno orientación y Orientación Vientos dominantes ventilación c) Del destino : Función Actividad Personas Edad

Estado físico

Horarios Ganancias d) Equipamiento : Alumbrado Aparatos Máquinas Motores e) Temperaturas interiores : Locales calefaccionados Locales sin calefaccionar

Determinación de pérdidas y ganancias de calorías Las pérdidas y ganancias de calor se expresan en kilocalorías por hora (Kcal/h) y se identifican con la letra Q. El cálculo debe realizarse local por local, pero como habitualmente hay locales iguales que se repiten aunque en ubicaciones diferentes, pueden tomarse sólo algunos de estos locales situados en diferentes sectores del edificio (por ej.: en planta baja, planta intermedia, última planta, frente, contrafrente, etc.) y una vez calculado el balance térmico de los mismos, determinar un valor promedio que pueda aplicarse al resto de los locales.

a) Pérdidas por transmisión :

Qt = S x K x t

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donde S es la superficie neta (material homogéneo) del paramento y cuya unidad es m2; es el coeficiente total de transmisión de calor del material del paramento (definido como el calor transmitido por unidad de tiempo por metro cuadrado de superficie por grado centígrado de diferencia de

temperatura entre el aire del lado interior y el aire del lado exterior del paramento considerado)y cuya

unidad es Kcal/h.m2.ºC y t es la diferencia entre la temperatura del aire del local considerado

y la temperatura del aire exterior del paramento analizado (ti - te) siendo su unidad ºC. b) Pérdidas por orientación (Qo): se aplica sólo sobre los muros y aberturas que dan al

exterior y es un porcentaje que se le adiciona a las pérdidas por transmisión de los mismos, de acuerdo a su orientación. En nuestro país, las normas IRAM establecen los siguientes porcentajes:

N : - 5% (ganancia) E y O : 0% S : + 5% Pero para proyectos ubicados en zonas de climas rigurosos es conveniente tomar los valores

establecidos por las normas DIN (alemanas) que fijan los siguiente porcentajes :

N : 0% E : +10% O : +15% S : +20% c) Pérdidas por ventilación : donde V es el volumen de aire frío infiltrado desde el exterior a través de las aberturas y

cuya unidad es m3/h. La forma de determinar dicho volumen es mediante dos métodos : 1) Método de las hendiduras : se calcula el volumen infiltrado a través de las hendiduras

de puertas y ventanas cuando la velocidad del viento es la media normal para invierno en la zona de emplazamiento del proyecto (Por ejem., para Buenos Aires es 24 km/h). Mediante la utilización de tablas se obtendrá el coeficiente que se multiplicará por el perímetro de ventanas o la superficie de puertas.

2) Método de las renovaciones : de acuerdo al lugar en donde están ubicadas las aberturas que dan al exterior se considera que el aire del local se renueva por cada hora una determinada cantidad de veces, debido a la apertura de puertas y ventanas que permiten la entrada de importantes volúmenes de aire frío. El número de veces que se renueva el aire surge de tablas. Una vez obtenidos ambos valores se adopta uno solo, el que resulte mayor ya que está representando la situación más desfavorable para el local. Ce, es el calor específico de un kilo de aire por cada grado centígrado que se incrementa su temperatura y su valor es 0,24 Kcal/Kg.ºC; Pe, es el peso específico del aire y su valor es

1,3 Kg/m3 y t, es la diferencia entre la temperatura del aire del local considerado y la

temperatura del aire exterior (ti - te) siendo su unidad ºC. d) Ganancias por personas : donde Nºp, es la cantidad de personas que permanecen juntas durante el mismo lapso

de tiempo; Cs, es el calor sensible entregado por las personas de acuerdo a la actividad que desarrollan en el local y cuyo valor se obtiene de tablas y Nº hs., es el lapso de tiempo que permanecen juntas las mismas personas.

e) Ganancias por iluminación : donde Nº art., es la cantidad de artefactos o luminarias que permanecen encendidas

durante el mismo lapso de tiempo; w, es la potencia de dichas luminarias expresada en watt; 0,86, es el calor sensible equivalente por cada watt y Nº hs., es el lapso en que están encendidas las luminarias.

Qv= V x Ce x Pe x t

Qp= Nº p x Cs x Nº hs.

Qp= Nº art. x w x 0,86 x Nº hs.

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f) Ganancias por equipos : donde Nº eq., es la cantidad de equipos, máquinas o aparatos que funcionan

simultáneamente durante el mismo lapso de tiempo; Cs, es el calor sensible despedido por los equipos y cuyos valores están tabulados y Nº hs.,

Las ganancias sólo deben considerarse cuando los causantes de las mismas representan una cantidad significativa, por ejem., un grupo de alumnos durante una o dos horas en un aula o las luminarias de una oficina sin iluminación natural encendidas 8 o 9 horas o la máquina de café expreso de un bar funcionando permanentemente.

Al hacer el análisis de un local es conveniente dibujar esquemáticamente la planta identificando claramente cada uno de los paramentos incluidos techo y piso. Indicar también: superficie, volumen y temperatura interior adoptada (Este valor varía dentro de un rango de 2 a 3 ºC, ya que dependerá del tipo de personas –edad, estado físico- que ocuparán el local).

A efectos de lograr un cálculo de balance térmico de fácil interpretación por parte de profesionales y técnicos, siempre se trabaja auxiliándose con una planilla o tabla donde se vuelcan los valores, por lo tanto es conveniente que los alumnos adopten la misma metodología.

Ejemplo de planilla :

Paramento Superficie (m2)

K (Kcal/hm2ºC)

ti – te (ºC)

Qt : SxKxt (Kcal/h)

Qo : % (Kcal/h)

TOTAL PERDIDAS POR TRANSMISION y ORIENTACION Qt Qo

Qv = VxCexPext TOTAL PERDIDAS POR VENTILACION

Qv

TOTAL DE GANANCIAS POR PERSONAS Y/O

ILUMINACION Y/O EQUIPOS

-Qp -Qi -Qe

TOTAL B.TERMICO = Qt + Qo + Qv – Qp – Qi - Qe

QT

El resultado del balance térmico de cada local se dividirá por el volumen del mismo

obteniéndose el denominado valor índice (i). Con los valores índices de los distintos locales

analizados se obtendrá un promedio (ip) que podrá aplicarse a la obtención del balance térmico

de aquellos locales en los que no se hizo un cálculo pormenorizado. Ello es preciso a fin de llegar al BALANCE TERMICO TOTAL DEL EDIFICIO, imprescindible para el cálculo de los componentes de la instalación de calefacción.

Nota: Las tablas necesarias para la realización de este trabajo serán facilitadas por la cátedra.

Qe= KW x N° EQ .