Para quienes trabajan en la industria HVAC, los cálculos de carga son una parte fundamental del proceso de diseño. Es importante calcular adecuadamente las cargas de diseño para garantizar que el sistema tenga el tamaño correcto y funcione de manera eficiente. Este artículo proporciona una breve descripción general del proceso de cálculo de carga de HVAC y su importancia.
Los cálculos de carga son necesarios para todo tipo de sistemas HVAC, desde residenciales hasta comerciales e industriales. El objetivo principal de los cálculos es determinar la cantidad de calefacción y refrigeración necesaria para mantener las temperaturas interiores deseadas. Para ello, el ingeniero proyectista debe tener en cuenta todos los factores que influyen en la carga, como el tamaño del edificio, los niveles de aislamiento y el número de ocupantes.
Los cálculos de carga también proporcionan información sobre los componentes del sistema necesarios para adaptarse a la carga calculada. Esto incluye el tamaño y tipo de equipo, como enfriadores y calderas, así como los conductos y tuberías que se necesitarán.
Cargar pasos de cálculo
Los pasos necesarios para realizar cálculos de carga de HVAC:
- Reúne información del edificio:
- Colecciona planos, dibujos y planos de construcción.
- Tenga en cuenta la ubicación del edificio, la orientación y el tipo de construcción.
- Determinar la envolvente del edificio:
- Identifique los componentes de la envolvente del edificio, como paredes, techo y ventanas.
- Determine las propiedades térmicas de cada componente, incluido el valor R del aislamiento y el factor U.
- Determine el área y la orientación de cada componente.
- Identifique las fuentes de calor internas:
- Determinar el número de ocupantes y sus niveles de actividad.
- Identificar los equipos y electrodomésticos del edificio.
- Determine la carga de iluminación y su horario.
- Determine las condiciones exteriores:
- Obtenga datos meteorológicos históricos para la ubicación.
- Determine las condiciones de diseño exterior con base en los estándares ASHRAE.
- Calcule las ganancias y pérdidas de calor:
- Utilice software o cálculos manuales para determinar la cantidad de calor ganado o perdido a través de cada componente de la envolvente del edificio.
- Calcule las ganancias de calor de fuentes internas.
- Calcule las pérdidas o ganancias de calor por ventilación e infiltración.
- Determine las cargas de calefacción y refrigeración:
- Combine las ganancias y pérdidas de calor para determinar las cargas de calefacción y refrigeración para cada habitación o zona.
- Calcule las cargas totales de calefacción y refrigeración para todo el edificio.
- Seleccione el equipo HVAC:
- Determine el tamaño apropiado del equipo HVAC en función de las cargas de calefacción y refrigeración.
- Elija el equipamiento más eficiente energéticamente para el edificio.
- Revisar y ajustar los cálculos:
- Verifique que los cálculos sean precisos y estén completos.
- Ajuste los cálculos según sea necesario en función de los cambios en el diseño o uso del edificio.
Una vez que se completan los cálculos de carga, el ingeniero de diseño puede comenzar el proceso de selección del equipo y componentes adecuados para el trabajo. El tamaño y el tipo de equipo deben elegirse cuidadosamente para garantizar que el sistema funcione de manera eficiente y cumpla con los requisitos de temperatura interior deseados.
Es importante señalar que los cálculos de carga no son un proceso único. Los cálculos deben revisarse periódicamente para garantizar que el sistema esté funcionando de manera óptima y que se tenga en cuenta cualquier cambio en las condiciones, como cambios en la ocupación.
No se puede subestimar la importancia de los cálculos de carga de HVAC. Sin los cálculos adecuados, es posible que el sistema no se dimensione correctamente y no funcione de manera eficiente. Es esencial que se realicen un diseño y cálculos adecuados para garantizar que el sistema funcione correctamente y cumpla con los requisitos de temperatura interior deseados.
El cálculo preciso de las cargas de calefacción y refrigeración es esencial para proporcionar un puente sólido entre las decisiones fundamentales de diseño del edificio y un edificio en funcionamiento. Si las cargas se subestiman sustancialmente, es probable que los ocupantes y usuarios pasen frío o calor. Si las cargas se sobreestiman sustancialmente, los equipos serán sobredimensionados (normalmente desperdiciando dinero, reduciendo la eficiencia, aumentando el consumo de energía y, a menudo, poniendo en peligro la comodidad). Los cálculos de carga precisos son una parte importante del proceso de diseño. Esta importancia se ve subrayada por la constante evolución de las metodologías de cálculo de carga, que ha hecho que los cálculos de carga sean cada vez más complejos, menos intuitivos y más dependientes de las computadoras.
Es imperativo que un ingeniero principiante de HVAC&R tenga una buena comprensión de los conceptos básicos de cálculo de carga. No es prudente confiar totalmente en programas informáticos para el análisis de carga. El dicho “basura entra, basura sale” se aplica perfectamente a los cálculos de carga.
Los equipos y sistemas se dimensionan a partir de cargas de “diseño”, que se calculan utilizando datos estadísticamente significativos. las condiciones climáticas que reflejan el clima de la ubicación de un edificio. Una carga de calefacción de diseño representa la pérdida de calor de un edificio según una serie de suposiciones generalmente aceptadas. Una carga de enfriamiento de diseño representa el flujo de calor hacia un edificio a través de la envolvente del edificio y desde fuentes internas, nuevamente bajo un conjunto de supuestos comúnmente aceptados. El término ganancia de calor se utiliza generalmente para describir el flujo de calor indiferenciado hacia un edificio o espacio. El término carga de enfriamiento se utiliza para describir la parte de la ganancia de calor que afectará la temperatura del aire (a diferencia del material y el contenido de la construcción) en un momento dado. La gran mayoría de los sistemas de aire acondicionado responden directamente a las cargas de refrigeración mediante control termostático (y sólo indirectamente a las ganancias de calor).
Las cargas son sensibles (que afectan la temperatura del aire) o latentes (que afectan la humedad relativa) o una combinación de sensibles y latentes. Las cargas pueden ser externas (que atraviesan la envolvente del edificio) o internas (que se originan dentro de la envolvente del edificio). Las cargas espaciales afectan una parte particular de un edificio en algún momento; Las cargas del equipo son aquellas que ve el equipo en algún momento. Las cargas de equipo para los componentes centrales pueden no igualar la suma de las cargas del espacio de diseño debido a la diversidad (no coincidencia) de cargas, como entre las habitaciones orientadas al este y al oeste.
Las cargas de calefacción y refrigeración sensibles y latentes surgen de la transferencia de calor a través de la envolvente opaca del edificio; ganancia de calor solar a través de ventanas y tragaluces; infiltración a través de aberturas en la envolvente del edificio; ganancias de calor interno debido a la iluminación, personas y equipos en los espacios acondicionados; y flujo de aire exterior para ventilación y presurización del edificio. Estas cargas se describen en detalle en varios capítulos del Manual de ASHRAE: Fundamentos. Normalmente, los cálculos de carga de calefacción de diseño no incluyen las ganancias de calor en el espacio, ya que las pérdidas máximas suelen ocurrir durante la noche (horas desocupadas para la mayoría de los edificios no residenciales). Cuando sea apropiado, se puede tomar crédito de calefacción para una parte de las ganancias en iluminación, ocupación y equipos, pero no para las ganancias solares (los edificios con calefacción solar pasiva son una excepción a esta regla general).
El desarrollo de un análisis energético integral del edificio requiere que el diseñador de HVAC&R considere muchas cargas, además de la carga de diseño, que ocurren a lo largo de un año típico en la vida útil de un edificio. Este tipo de análisis requiere datos meteorológicos por hora durante todo el año (en lugar de solo condiciones de diseño) y cálculos sustanciales para calcular las cargas en condiciones de menor actividad y la respuesta resultante del equipo a dichas cargas. Aunque existen algunos métodos manuales que permiten una aproximación, los análisis de energía precisos requieren capacidades de simulación por computadora bastante sofisticadas. Existen numerosos programas de software que pueden proporcionar dichos análisis, pero suelen ser programas especializados con curvas de aprendizaje pronunciadas.