Intercambio de calor en los edificios, Quizzes of Dermatology

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INTERCAMBIO DE

CALOR EN LOS

EDIFICIOS

CONTROL AMBIENTAL 1

Procesos de intercambio de calor  Cuando estudiamos el equilibrio térmico del cuerpo humano, éste fue considerado como una unidad, el edificio puede considerarse de igual forma.  Su intercambio con el medio circundante lo realiza también a través de la conducción, convección, radiación y evaporación.  En este proceso intervienen además las fuentes de calor que contiene el edificio en su interior, tales como: los sistemas de iluminación artificial, las personas y los equipos domésticos.

Procesos de intercambio de calor

1. Se produce conducción de calor a través de las paredes hacia dentro o hacia afuera, cuya medida se representa por Qc.
2. Los efectos de la radiación solar sobre superficies opacas se pueden incluir en el punto anterior utilizando el concepto de temperatura sol-aire, pero si es a través de superficies transparentes la ganancia de calor solar debe considerarse por separado. Se representa por Qs.
3. El intercambio de calor en ambos sentidos se produce con el movimiento del aire, es decir con la ventilación y su medida se representa por Qv. M.A. Arq. María Dolores Hurtarte

Procesos de intercambio de calor

4. Ganancia interna de calor puede producirse por emisión calorífica del cuerpo humano, lámparas, motores y mecanismos. Se puede representar por Qi.
5. Puede producirse deliberadamente un aporte o eliminación de calor, utilizando alguna fuente externa de energía. El flujo calorífico de estos controles mecánicos se representa por Qm.
6. Si se produce evaporación en las superficies del edificio o dentro de él y se elimina el vapor se producirá un efecto de enfriamiento que se representará por Qe.

Procesos de intercambio de calor  El balance térmico se manifiesta así: Qi + Qs +- Qc +- Qv +- Qm – Qe = 0  Si la suma de esta ecuación es menor que cero (negativa), el edificio se enfriará.  Si la suma de esta ecuación es mayor que cero, la temperatura del edificio aumentará.

Conducción  La medida de flujo calorífico por conducción a través de una pared de área dada se puede expresar así: Qc = A x U x ΔT  Donde: Qc = medida de flujo calorífico por conducción en W. A = área en m² U = transmitancia en W/ m² grado C ΔT = diferencia de temperaturas  Para un edificio rodeado por varios elementos y con diferencias de temperaturas que varían de lado a lado, la ecuación anterior se resuelve para cada elemento y se suman sus resultados.

Conducción  Si se considera la pérdida de calor de un edificio: ΔT = Ti – To  Si se calcula la ganancia de calor en edificios con aire acondicionado: ΔT = To – Ti  Si la superficie está también expuesta a la radiación solar: ΔT = Ts – Ti  Donde Ti = temperatura interior.

Convección  El flujo calorífico por convección entre el interior de un edificio y el aire libre, depende de la ventilación.  Este intercambio puede deberse a una infiltración de aire involuntario o a una ventilación deliberada.  La ventilación se expresa en m³/seg.  La medida del flujo térmico de ventilación se realiza mediante la ecuación: Qv = 1,300 x V x ΔT  Donde: Q = medida del flujo calorífico de ventilación en W 1,300 = calor específico volumétrico del aire J/m³ grado C V = ventilación en m³/seg T = diferencia de temperatura en grados C

Convección  Si se da el número de renovaciones de aire por hora (N) la ventilación se encuentra por: V = (N x volumen de la habitación/ 3,600)  3,600 es el número de segundos por 1 hora.

Radiación a través de ventanas  Si se conoce la intensidad de la radiación solar (I) que incide sobre el plano de la ventana, expresada como densidad de flujo energético (W/m²) solo habrá que multiplicarla por el área del vano (m²) para obtener el flujo calorífico en watios.  Esto daría el flujo calorífico a través de un vano sin vidrio.  Para ventanas se reduce este valor por medio de un factor de ganancia solar (θ) que depende de la calidad del vidrio y del ángulo de incidencia.  La ecuación del flujo calorífico solar es: Q = A x I x θ  Donde: A = área de la ventana en m² I = densidad del flujo calorífico de radiación en W/m² θ = factor de ganancia solar del vidrio de la ventana

Ganancia interna de calor  El desprendimiento de calor de un cuerpo es un aporte de calor para el edificio.  Se debe seleccionar la adecuada tasa de calor desprendido y multiplicarse por el número de ocupantes.  El resultado en watios será un componente significativo de Qi.  La cantidad total de emisión de energía de las lámparas eléctricas son un aporte interno de calor. También de las computadoras y cualquier otro aparato eléctrico.  Hay que añadir la potencia total de watios de todas los aparatos eléctricos en el edificio a la Qi.

Calefacción y refrigeración

 El flujo calorífico de los sistemas de calefacción y la

refrigeración se pueden controlar a voluntad del

proyectista.

 Por eso puede tomarse en la ecuación como

variable dependiente, es decir puede ajustarse de

acuerdo con el balance de los demás factores.

Evaporación  La tasa de enfriamiento por evaporación sólo puede calcularse si se conoce la propia tasa de evaporación.  El calculo de perdida de calor por evaporación es muy difícil de lograrlo ya que depende de muchas variables, tales como: humedad disponible, humedad del aire, temperatura de la propia humedad y del aire y velocidad del movimiento de éste.  Normalmente en los cálculos no se tiene en cuenta la pérdida de calor por evaporación.  El enfriamiento por evaporación se utilizará para reducir la temperatura del aire cuando sea posible.

Cálculo de la pérdida o ganancia de calor  El propósito de este cálculo es para diseñar si se necesita o no calefacción o aire acondicionado y de que tamaño debe de ser.  Para nuestro clima, si lo manejamos adecuadamente no debemos de necesitar ningún equipo para que Qi + Qs +- Qc +- Qv +- Qm – Qe = 0

INTERCAMBIO DE

CALOR EN LOS

EDIFICIOS

CONTROL AMBIENTAL 1

EJEMPLO 1

 Una oficina de 5.00 x 5.00 m y 2.50 m de alto. Esta en la esquina de un piso intermedio de un edificio. Al poniente es una pared de block de concreto de 15 cm, repellada y cernida, al sur tiene una ventana de 2.00 x 1.00 a la que no le pega el sol. En la oficina trabajan 3 personas, hay 4 bombillas de 100 wats y 2 computadoras. La temperatura en el exterior es de 25° C.  Qi + Qs +- Qc +- Qv +- Qm – Qe = 0  Qi = 4 x 100 w + 4 x 100 w + 2 x 300 W Qi = 1,400 w

EJEMPLO 1

 Qs = no pega el sol en la ventana  Qc = A x U x ΔT Ts = To + (I x a)/fo Qc = [(5 x 2.50 – 2 x 1)m² x (1.35 w/m²) + (2 x 1m²) x (4.48 w/m²)] x (25 – 27)° C + (5 x 2.5m²) x (1. w/m²) x [25 + (580 x 0.65)/10 - 27] ° C Qc = - 46.27 w + 35.70 w Qc = - 10.57 w  Qv = 1,300 x V x ΔT  V = (N x volumen de la habitación/ 3,600)  Qv = 1,300 x (4 x 5 x 5 x 2.50/3600) X (-2) Qv = - 180.55 w

EJEMPLO 1

 Qi = 1,400 w  Qs = no pega el sol en la ventana  Qc = - 10.57 w  Qv = - 180.55 w  Qi + Qs + Qc + Qv = 1,400 + 0 - 10.57 – 180 - 55 w = 1,198.88 w

EJEMPLO 2

 Una oficina de 5.00 x 5.00 m y 2.50 m de alto. Esta en la esquina de un piso intermedio de un edificio. Al poniente es una pared de block de concreto de 15 cm, repellada y cernida, al sur tiene una ventana de 2.00 x 1.00 a la que no le pega el sol. En la oficina trabajan 3 personas, hay 4 bombillas de 100 wats y 2 computadoras. La temperatura en el exterior es de 30° C.  Qi + Qs +- Qc +- Qv +- Qm – Qe = 0  Qi = 4 x 100 w + 4 x 100 w + 2 x 300 W Qi = 1,400 w

EJEMPLO 2

 Qs = no pega el sol en la ventana  Qc = A x U x ΔT Ts = To + (I x a)/fo Qc = [(5 x 2.50 – 2 x 1)m² x (1.35 w/m²) + (2 x 1)m² x 4.48 w/m²] x (30 – 27)° C + (5 x 2.5) m² x (1. w/m²) x [30 + (580 x 0.65)/10 - 27] ° C Qc = 120.03 w + 40.70 w Qc = 160.73 w  Qv = 1,300 x V x ΔT  V = (N x volumen de la habitación/ 3,600)  Qv = 1,300 x (2 x 5 x 5 x 2.50/3600) Qv = 45.14 w

EJEMPLO 2

 Qi = 1,700 w  Qs = no pega el sol en la ventana  Qc = 160.73 w  Qv = 45.14 w  Qi + Qs + Qc + Qv = 1,400 + 0 + 160.73 + 45.14 w = 1,605.87 w

 De la norma UNE-EN ISO 7730 podemos sacar las siguientes tasas metabólicas (energía emitida en forma de calor) de una persona realizando diversas actividades:  Reposo, tendido (0,8met, 46W/m^2 ) 83W  Reposo, sentado (1met, 58W/m^2 ) 104W  Actividad sedentaria (oficina…) (1,2met,70W/m^2 ) 126W  Actividad ligera , de pie (de compras…) (1,6met,93W/m^2 ) 167W  Actividad media , de pie (dependiente de comercio…) (2met,116W/m^2 ) 209W  Caminar en llano (3 km/h) (2,4 met,140W/m^2 ) 252W

Tabla de conductividad y resistividad de algunos materiales

Transmitancia de algunas estructuras

Transmitancia de algunas estructuras