Instalaciones: Cálculos de Instalaciones de Fontanería, Gas y Calefacción: Carga Térmica

Nota: Este artículo ha sido creado gracias a la Fundación Laboral de la Construcción en el marco del Programa de Afiliados de la Construpedia. El contenido pertenece a la publicación Cálculos de instalaciones de fontanería gas y calefacción I. Comportamiento térmico de los edificios y cálculo de instalaciones de agua cliente sanitaria disponible en el sitio web Fundación Laboral de la Construcción

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Carga Térmica

Determina la cantidad de calor que fluye desde el espacio interior calefactado hacia el exterior o lado más frío.

Para ejecutar instalaciones de calefacción se debe partir de un proyecto, que precisa unos cálculos específicos, hechos a medida del edificio que se va a climatizar.

Una parte importante del proyecto es averiguar la carga térmica.

Para conocer la carga térmica de un edificio concreto hay que recopilar datos que informen lo más posible sobre los espacios que se han de considerar (planos, situación geográfica, detalles, etc.). Con los datos recopilados, a través de sencillos cálculos se averigua la carga térmica requerida o cantidad de calor que fluye desde el interior del edificio calefactado hacia el exterior.

Durante siglos el ser humano ha adaptado sus viviendas y espacios habilitados según la climatología de la zona. Por ejemplo, en poblaciones del sur de España, donde el calor predomina sobre el frío, las edificaciones se construyen pensadas para no captar la radiación solar. Todo lo contrario ocurre en zonas frías, donde se pretende captar todos los escasos rayos solares del invierno.

Radiación Solar

El sol sale por el Este y se pone por el Oeste. Su recorrido no es perpendicular a la horizontal que forma España, sino que viaja inclinado hacia el lado sur, por lo que una cara norte siempre está en sombra. Este hecho constituye el principal condicionante a la hora de proyectar la orientación de un edificio.

Las caras orientadas al Sur se verán más favorecidas a la radiación solar.

Si queremos protegernos de los rayos solares, por ejemplo en Andalucía, las ventanas orientadas al Sur han de disponer de mecanismos, como aleros o toldos, que creen sombra suficiente y eviten el paso de la radiación solar.

Sin embargo, si pretendemos aprovechar los rayos solares de zonas frías, como en las costas gallegas, construiremos galerías de cristal orientadas al Sur, que incluso sobresalen de la vertical formada por la fachada para captar la máxima radiación.

Protección y captación solar en edificios

El sol también desempeña un gran papel a la hora de situar los diferentes espacios que forman una vivienda.

Los dormitorios se orientan por lo general hacia el Este. La luz natural al despertar crea cierto bienestar; también incita a realizar las tareas de ventilación y limpieza y representa un perfecto despertador.

Las salas de estar suelen orientarse hacia el Sur para disponer de claridad durante la mayor parte del día.

La cocina se dispone en la cara oeste; no recibe luz por las mañanas, pero queda compensado con la fuerte luz que recibe por las tardes.

La zona norte queda reservada para despensa, garaje o taller, ya que en estas estancias la luz natural no resulta tan importante.

Exposición del edificio

Si una edificación está construida en lo alto de una colina, queda expuesta en solitario a la acción meteorológica, sin ningún tipo de freno. Toda la velocidad del viento romperá en sus fachadas buscando cualquier rendija para filtrarse. Si el mismo edificio lo situamos al abrigo de varios edificios, quedará protegido.

Las cargas térmicas serán menores en edificios con protección que en los expuestos en solitario.

Vegetación

Un modo de combatir los fuertes vientos es mediante vegetación. Si creamos un muro natural de árboles fuertes de hoja perenne, por ejemplo cipreses, orientados en la zona de viento dominante, harán de perfecto freno, además de proporcionar gran sombra y el consiguiente enriquecimiento paisajístico.

Protección vegetal contra el viento

Los árboles de hoja caduca situados en la cara sur de un edificio dejan pasar los rayos solares durante el invierno y crean sombra en verano.

Son ideales para zonas de extremo frío en invierno y calor en verano.

Captación y protección solar vegetal

También es muy común usar hiedra de hoja caduca para conseguir los mismos efectos anteriores. Adosada a la fachada sur, deja calentar en invierno los muros y los protege en verano de la radiación solar.

Color de la fachada

El color influye en la capacidad de absorción de los paramentos.

Por ejemplo, si pintamos las fachadas en tonos oscuros, significará que pretendemos captar los rayos solares, dado que estos colores favorecen la absorción del calor; es propio de climas fríos. El color negro de las pizarras en las zonas de frío resulta el más adecuado.

Si queremos reflejar el sol y no captarlo, propio de Andalucía, pintaremos la fachada en blanco.

La pizarra absorbe el 70% de la radiación solar. Las fachadas pintadas en cal reflejan el 90%.

Por último, y referido a todas las soluciones anteriormente expuestas, a veces es difícil conjugar proyectos urbanísticos reales con todas las soluciones teóricas, pero siempre se han de tener presentes estas soluciones, que además de ahorrar energía, pues los consumos de climatización bajan, participan del paisaje de modo productivo y natural.

Existen factores que influyen sobre la carga térmica de un edificio: su exposición al sol, su resguardo de éste, el color de su fachada y su protección o exposición al viento.

Cerramientos

Los cerramientos o paramentos son los materiales del edificio que separan el exterior del interior habitado, como muros de fachada, medianeros, cubiertas, ventanas, puertas, lucernarios, suelos y muros en contacto con el terreno y cubiertas enterradas; asimismo, las particiones interiores separan los recintos habitables de los no habitables.

Al conjunto de estos cerramientos se le denomina envolvente térmica del edificio. Constituyen el principal factor que hay que considerar en un cálculo de cargas térmicas.

Esquema de envolvente térmica de un edificio. Fuente: CTE-DB-HE1

Los cerramientos se construyen según la zona climática:

- En zonas muy frías es fundamental el aislamiento térmico de gran espesor.

- En zonas menos frías el espesor del aislamiento puede resultar menor.

- En zonas muy lluviosas las cubiertas serán muy inclinadas.

- En zonas poco lluviosas las cubiertas pueden ser planas.

Es obligado que, según las zonas climáticas, se cumplan una serie de requisitos en cuanto a la forma y al aislamiento de los edificios. De esta forma se logra consumir energía de un modo racional y además evitar condensaciones debidas al vapor de agua en el aire del interior que puede condensarse en las paredes.

Una vivienda con escaso o nulo aislamiento térmico puede elevar la factura del gasto de calefacción al doble de lo que supondría si estuviera aislada; todo ello además del gasto añadido en mantenimiento del sistema, dado que trabajaría más.

Los cerramientos que consideramos en cálculo son:

- Cerramientos verticales y flujo de calor horizontal (muros, tabiques, ventanas y puertas).

- Cerramientos horizontales y flujo de calor ascendente (cubiertas y techos).

- Cerramientos horizontales y flujo de calor descendente (soleras y forjados).

Sentido del flujo de calor escapado al exterior

Para realizar un cálculo de cargas térmicas, como mínimo debemos disponer de los siguientes datos de partida:

- Planos de planta, secciones y fachada.

- Medianerías, si hay.

- Detalle de materiales: composición del muro, ventanas, cubiertas y suelos.

- Localización geográfica del edificio.

- Orientación.

- Destino o uso de los espacios y número de ocupantes.

- Sentido del viento dominante y velocidad.

El estudio que averigua la cantidad de calor que fluye o escapa al exterior de un edificio calefactado se denomina "cálculo de cargas térmicas". Se precisan unos datos, como los que aportan planos, situación geográfica, orientación, uso, ocupantes y viento dominante, para ejecutar un cálculo de cargas térmicas.