Càrregues tèrmiques de climatisació

El concepte de càrrega tèrmica està associat a sistemes de climatisació (calefacció i refrigeració), com a sistemes frigorífics. Es tracta de la cantitat d'energia tèrmica per unitat de temps (potència tèrmica) que un recint tancat intercanvia en l'exterior per les diferents condicions higrotérmicas de l'interior i de l'exterior, considerant les exteriors com les més desfavorables possible. El càlcul d'estes càrregues permet dispondre els sistemes adequats de calefacció o refrigeració per a compensar-les.

Càrregues tèrmiques

Les càrregues tèrmiques poden deure's a dos solicitaciones:

• càrregues de calefacció, que serien les que es produïxen en condicions exteriors d'hivern (i que físicament traduïxen la calor perduda per l'edifici cap a l'exterior en l'unitat de temps) i
• les càrregues de refrigeració que análogamente, es referix a les produïdes en les condicions de l'estació càlida (físicament, calor guanyada pels locals en l'unitat de temps).

Les càrregues tèrmiques es deuen a varis fenomens d'intercanvi de calor de l'edifici en l'exterior, aixina com a guanys de calor interiors (en l'estació càlida):

• Transmissió per conducció a través dels elements constructius que separen l'interior de l'exterior o d'atres locals no climatizados.

Depenen de la diferència de temperatura (bot tèrmic) entre l'interior i l'exterior, de les característiques constructives de cada element (murs, buits) pel que fa a l'aïllament tèrmic (expressat per la transmitancia tèrmica, O) i de la superfície de cada element. En el cas dels murs o de les finestres en vidre coloreado, el calfament de la seua superfície pel sol, quan estan exposts, fa que el bot tèrmic siga major en estiu, lo que cal tindre en conte.

També deuen considerar-se els cridats ponts tèrmics que són els llocs a on els elements constructius tenen una discontinuidad en l'aïllament tèrmic. Es donen en les vores de finestres i portes, en la trobada de murs i forjats, etc.

• Tractament tèrmic de l'aire exterior necessari per a la ventilació i renovació d'aire dels ambients.

Depenen del bot tèrmic interior-exterior i del cabal de ventilació necessari. En certs casos, quan la construcció no és de bona calitat, cal tindre en conte les infiltracions d'aire de l'exterior, no desijades, per les rendijas i juntes de tancament dels buits que separen de l'exterior, finestres o portes.

• Calor entrante pel soleamiento pels tancaments dels buits acristalados (finestres).

Es produïx per efecte hivernàcul: en travessar l'espectre visible de la radiació solar un vidre transparent, calfa els objectes que hi ha despuix del vidre; els objectes emeten radiació en infrarrojos, i per a certes llongituts d'ona dels infrarrojos el vidre és opac, de modo que la calor queda atrapat despuix del vidre, aumentant la temperatura de l'ambient. Este efecte és favorable en hivern (reduïx la càrrega tèrmica) i desfavorable en estiu (l'aumenta).

• Calor interna produïda per les persones, l'allumenament elèctric i els aparats que hi ha en l'interior dels edificis (com en el cas anterior pot ser favorable o desfavorable segons l'estació).
• També és una atra càrrega tèrmica el tractament de la humitat de l'aire per a conseguir en els ambients una humitat relativa adequada. El vapor pot procedir de fonts internes (evapotranspiración de les persones, de certs aparats...) i externes (contingut d'humitat de l'aire exterior)

En gelar una massa d'aire (refrigeració) en un contingut determinat de vapor d'aigua, aumenta la humitat relativa, per lo que és necessari eliminar part del vapor per a mantindre la humitat relativa dins de llímits adequats. Pel contrari, en calfar (calefacció) una massa d'aire disminuïx la humitat relativa. En este cas, a sovint la evapotraspiración dels ocupants pot ser suficient per a compensar eixa disminució, pero si no ho anara (temperatures exteriors molt baixes), caldria afegir vapor per a conseguir una humitat relativa adequada.

Hi ha certs fenomens que no es prenen en conte en el càlcul de les condicions d'hivern, puix milloren les condicions interiors en eixa estació (soleamiento, ocupació...), pero que tenen importància en les condicions d'estiu puix aporten calor als locals des del seu interior; en hivern, els sistemes de control de l'ambient interior les tindran en consideració. Aixina que, les càrregues d'hivern solament depenen de les condicions exteriors, i les d'estiu, tant de les interiors i de les exteriors.

Determinació dels paràmetros

Condiciones interiors

Les normatives de la majoria dels països fixen uns valores llímit per a les condicions de l'interior dels recints. Estos llímits vénen determinats per un costat, per la comoditat dels usuaris i per l'atre extrem pel necessari aforro d'energia. Depenent les càrregues de la diferència de temperatures entre l'exterior i l'interior, quan menor siga eixa diferència, menors seran les càrregues tèrmiques.

• D'hivern: la temperatura estarà compresa entre 18 i 22 °C, la Normativa espanyola fixa com a màxim una temperatura de 21 °C. La humitat relativa estarà compresa entre el 45% i el 60%.

Esta temperatura pot ser menor quan els usuaris realisen tasques que requerixquen un esforç físic mijà o considerable.

• D'estiu: Les temperatures adequades d'estiu estaran compreses entre 24 i 26 °C per als locals els ocupants dels quals estiguen ocupats en tasques que requerixquen poc esforç físic (treball d'oficines, comerç, vagons de ferrocarril de viagers...). La humitat relativa deurà estar compresa, com en el cas de la calefacció, entre el 45% i el 60%.

Encara que a voltes molta gent pense que estes temperatures són excessives, i casi "no es nota" la fresca en entrar des del carrer, a la veta de cert temps d'estar en el recint es nota major comoditat i, si anaren més baixes, es notaria fret. És important recordar que, aixina com en hivern s'aplega des de l'exterior en roba d'abric de la que es prescindix en entrar en un recint calefactado, en estiu no es du una roba d'abric baix el braç per a previndre temperatures interiors massa baixes.

Condicions exteriors

També en este cas les normatives solen donar unes temperatures de càlcul obtingudes a partir de senyes meteorològiques preses a lo llarc d'una série d'anys.

Condicions d'hivern

La manera de donar-les varia d'uns països a uns atres. En alguns es donen zones climàtiques per mig de mapes fixant per a cada una d'elles una temperatura de càlcul. En uns atres es donen per a cada localitat concreta, a voltes en una taula d'ajust d'eixes temperatures per a localitats menors (generalment sense observatori meteorològic) en funció de la diferència d'altitut sobre el nivell de la mar, de la localitat en observatori. En general es donen solament les temperatures i no la humitat relativa.

En Espanya es definixen dos temperatures de càlcul. Una d'elles és la mínima superada en un 97,5% de les hores dels mesos de decembre, giner i febrer, per a cada localitat; és dir que hi haurà temperatures menors durant unes 54 hores en eixa temporada, pero tenint en conte que seran hores nocturnes, en que la calefacció deu estar reduïda. L'atra definició és igual pero per al 99% de les hores i s'aplica a hospitals, residències de vells, guarderies, en les que és necessari evitar que en certs moments puga haver escassea de temperatura en els ambients.

El problema d'esta definició aparentment tan exacta, és que deixa fòra moltes localitats en les que es deuran obtindre estes temperatures per aproximació o per mig de taules que les normatives no s'atrevixen a fixar.

Condicions d'estiu

Per a estiu deuen donar-se tant la temperatura de càlcul com la humitat relativa de càlcul. En general la temperatura es dona de dos modos: una temperatura de càlcul, trobada com a mija de temperatures elevades a lo llarc de cert periodo extens, i una temperatura màxima que es pot alcançar en certa freqüència, pero en periodos curts, en la localitat o zona.

Respecte a la humitat relativa exterior, es donen les senyes de la mateixa manera: una humitat relativa mija màxima i un valor d'humitat relativa punta. Es deixa a criteri del proyectista previndre una o l'atra (la segona dona com resultat aparats més potents), en funció de l'us dels locals i de la necessitat específica de comoditat que requerixquen els usuaris.

També és important conéixer la posició del sol en els moments més desfavorables (que se sol donar a finals del més de juliol en l'hemisferi nort, finals de febrer en el sur) per a poder calcular el soleamiento que rebran els elements acristalados, per a lo que deu conéixer-se la latitut i l'inclinament de les finestres. En eixe sentit és important que no hi haja elements acristalados inclinats (finestres en el faldón de la coberta) en llocs de clima càlit. Sobre l'hora en que esta solicitación es produirà, dependrà de l'orientació d'eixos elements acristalados per lo que caldrà estudiar cada frontera segons la seua orientació, a una hora distinta.

No deu oblidar-se que, davant el soleamiento, no valen els aïllament tèrmics (doble acristalamiento), sent solament realment efectiu impedir el soleamiento per mig d'elements que donen ombra des de l'exterior a les superfícies acristaladas.