Cargas térmicas de climatización

El concepto de carga térmica está asociado a sistemas de climatización (calefacción y refrigeración), así como a sistemas frigoríficos. Se trata de la cantidad de energía térmica, en la unidad de tiempo (potencia térmica) que un edificio, o cualquier otro recinto cerrado, intercambia con el exterior debido a las diferentes condiciones higrotérmicas del interior y del exterior. El cálculo de estas cargas permite disponer los sistemas adecuados de calefacción o refrigeración para compensarlas.

Las cargas térmicas se deben a varios fenómenos de intercambio de calor del edificio con el exterior:

• Transmisión por conducción a través de los elementos constructivos que separan el interior del exterior o de otros locales no climatizados.

Dependen de la diferencia de temperatura (salto térmico) entre el interior y el exterior, de las características constructivas de cada elemento (muros, huecos) en lo que se refiere al aislamiento térmico (expresado por la transmitancia térmica, U) y de la superficie de cada elemento. En el caso de los muros o de las ventanas con vidrio coloreado, el calentamiento de su superficie por el sol, cuando están expuestos, hace que el salto térmico sea mayor en verano, lo que hay que tener en cuenta.

• Tratamiento térmico del aire exterior necesario para la ventilación y renovación de aire de los ambientes.

Dependen del salto térmico interior-exterior y del caudal de ventilación necesario. En ciertos casos, cuando la construcción no es de buena calidad, hay que tener en cuenta las infiltraciones de aire del exterior, no deseadas, por las rendijas y juntas de cierre de las ventanas.

• Calor entrante debido al soleamiento por los cierres de los huecos acristalados (ventanas).

Se produce por efecto invernadero: al atravesar el espectro visible de la radiación solar un vidrio transparente, calienta los objetos que hay tras el vidrio; los objetos emiten radiación en infrarrojos, y para ciertas longitudes de onda de los infrarrojos el vidrio es opaco, de modo que el calor queda atrapado tras el vidrio, aumentando la temperatura del ambiente. Este efecto es favorable en invierno (reduce la carga térmica) y desfavorable en verano (la aumenta).

• Calor interno producido por las personas, la iluminación eléctrica y los aparatos que hay en el interior de los edificios (como en el caso anterior puede ser favorable o desfavorable).
• También es otra carga térmica el tratamiento de la humedad del aire para conseguir en los ambientes una humedad relativa adecuada. El vapor puede proceder de fuentes internas (evapotraspiración de las personas, de ciertos aparatos...) y externas (contenido de humedad del aire exterior)

Al enfriar una masa de aire (refrigeración) con un contenido determinado de vapor de agua, aumenta la humedad relativa, por lo que es necesario eliminar parte del vapor para mantener la humedad relativa dentro de límites adecuados. Por el contrario, al calentar (calefacción) una masa de aire disminuye la humedad relativa. En este caso, a menudo la evapotraspiración de los ocupantes puede ser suficiente para compensar esa disminución, pero si no lo fuera, habría que añadir vapor para conseguir una humedad relativa adecuada.

Como en muchas ciencias aplicadas, existe software especializado para realizar estos cálculos.

Determinación de los parámetros

Condiciones interiores

Las normativas de la mayoría de los países fijan unos valores límite para las condiciones del interior de los recintos. Estos límites vienen determinados por un lado, por la comodidad de los usuarios y por el otro extremo por el necesario ahorro de energía. Dependiendo las cargas de la diferencia de temperaturas entre el exterior y el interior, cuando menor sea esa diferencia, menores serán las cargas térmicas.

• De invierno: la temperatura estará comprendida entre 18 y 22ºC, la Normativa española fija como máximo una temperatura de 21ºC. La humedad relativa estará comprendida entre el 45% y el 60%.

Esta temperatura puede ser menor cuando los usuarios realicen tareas que requieran un esfuerzo físico mediano o considerable.

• De verano: Las temperaturas adecuadas de verano estarán comprendidas entre 24 y 26ºC para los locales cuyos ocupantes estén ocupados en tareas que requieran poco esfuerzo físico (trabajo de oficinas, comercio, vagones de ferrocarril de viajeros...). La humedad relativa deberá estar comprendida, como en el caso de la calefacción, entre el 45% y el 60%.

Aunque a veces mucha gente piense que estas temperaturas son excesivas, y casi "no se nota" el fresco al entrar desde la calle, si fueran más bajas, al cabo de cierto tiempo de estar en el recinto, se nota mayor comodidad. Además hay que recordar que, así como en invierno se llega desde el exterior con ropa de abrigo de la que se prescinde al entrar en el recinto, en verano no se lleva una ropa de abrigo bajo el brazo para prevenir temperaturas interiores demasiado bajas.

Condiciones exteriores

También en este caso las normativas suelen dar unas temperaturas de cálculo obtenidas a partir de datos tomados a lo largo de una serie de años.

• Condiciones de invierno: La manera de darlas varía de unos países a otros. En algunos se dan zonas climáticas mediante mapas fijando para cada una de ellas una temperatura de cálculo. En otros se dan para cada localidad concreta, a veces con una tabla de ajuste de esas temperaturas para localidades menores (generalmente sin observatorio meteorológico) en función de la diferencia de altitud con respecto al nivel del mar. En general se dan solamente las temperaturas y no la humedad relativa.

En España se definen dos temperaturas de cálculo. Una de ellas es la mínima superada en un 97,5% de las horas de los meses de diciembre, enero y febrero, para cada localidad; es decir que habrá temperaturas menores durante unas 54 horas en esa temperada, pero teniendo en cuenta que serán horas nocturnas, en que la calefacción debe de estar reducida. La otra definición es igual pero para el 99% de las horas y se aplica a hospitales, residencias de ancianos, guarderías, en las que es necesario evitar que en ciertos momentos pueda haber escasez de temperatura en los ambientes.

El problema de esta definición aparentemente tan exacta, es que deja fuera muchas localidades en las que se deberán fijar estas temperaturas por aproximación o mediante tablas que las normativas no se atreven a fijar.

• Condiciones de verano: Para verano deben darse tanto la temperatura de cálculo como la humedad relativa de cálculo. En general la temperatura se da de dos modos: una temperatura de cálculo, hallada como media de temperaturas elevadas a lo largo de cierto periodo extenso, y una temperatura máxima que se puede alcanzar con cierta frecuencia, pero en periodos cortos, en la localidad o zona.

Véase también

• Climatización
• Calor
• Demanda de energía en calefacción
• Confort higrotérmico
• Aislamiento térmico
• Doble vidriado hermético o DVH

Bibliografía

• Czajkowski, Jorge y Gómez, Analía. 1994. Diseño bioclimático y economía energética edilicia. Fundamentos y métodos. Ed. UNLP, Colección Cátedra. La Plata, Argentina.
• Czajkowski, Jorge y Gómez, Analía. 2009. Arquitectura sustentable. Ed. Clarín. Buenos Aires, Argentina.
• Norma IRAM 11601. Acondicionamiento térmico de edificios. Condiciones térmicas de materiales y cálculo de resistencia térmica y transmitancia térmica. (Argentina)
• Norma IRAM 11604. Acondicionamiento térmico de edificios. Coeficiente volumétrico global de pérdidas térmicas G. Carga térmica de calefacción. (Argentina)
• Norma IRAM 11605. Acondicionamiento térmico de edificios. Transmitancias térmicas admisibles. (Argentina)
• Código Técnico de Edificación. CTE-HE: Ahorro de energía y aislamiento térmico (España)
• Yañez, Guillermo. 1982. Energía solar, edificación y clima. Ed. Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo, Madrid.