NUEVA MANERA DE CALCULAR CARGAS DE ENFRIAMIENTO

UN NUEVO METODO PARA CALCULAR CARGAS DE ENFRIAMIENTO

ILUMINACIÓN EQUIPOS Y OCUPANTES

2001 Manual-Fundamentales de ASHRAE, incluye una nueva metodología del cálculo de la carga de enfriamiento llamada el método radiante de la serie de tiempo (RTS).
RTS fue desarrollado por la investigación de ASHRAE, con la meta de la exactitud mejorada mientras que mantenía la capacidad del ingeniero de diseño de aplicar experiencia y el juicio al proceso.

Estimación de cargas de enfriamiento

En cualquier punto en el tiempo la energía puede entrar a un espacio por conducción, convección y radiación por las paredes, techos, pisos y ventanas; por convección y radiación gana desde fuentes internas incluyendo luces, personas y equipos.

La cantidad de energía transferida desde cada una de estas fuentes varía con el tiempo. Las fuentes internasdependen de la ocupación y el uso horario. La energía solar a través de las ventanas depende de la orientación de las ventanas, basándonos en la posición solar en la hora del día y día del año, y un efecto de sombra interior y exterior de los dispositivos. Las paredes y techos transfieren calor variado debido al cambio de horas en la temperatura exterior y la intensidad solar fuera de la superficie. Además, el tiempo hace variar la energía inducida desde varias fuentes, la masa de los materiales de la construcción de edificios y el espacio contenido absorbe y almacena energía por radiación.

Desarrollo del método RTS:
Las metas para el desarrollo del método RTS incluyen:

1.Científicamente se deriva de principios básicos de transferencia de calor;
2.Provee ingenieros que practican con un método fácilmente comprensible;
3.Determina y provee salida para cada fuente de calor en la carga estimada total de enfriamiento;

4.Caracteriza datos en las condiciones que son intuitivas y permiten comparación fácil de elecciones;
5.Permite el uso de ingeniería que el juicio basado en la experiencia; y
6.Realza habilidad para entender el impacto relativo de suposiciones.

El procedimiento general para calcular carga de enfriamiento para cada componente de carga (luces, personas, paredes, techos, ventanas, aparatos, etc.) con RTS es:
1. Calcula 24 horas un perfil de componentes de ganancia de calor para un diseño diario (por conducción, cuenta para conducción retrasada).
2. La división de ganancia de calor dentro de la parte convectiva y radiación.
3. Calculo retrasado de la parte radiante en conversión para carga de enfriamiento.
4. La suma por parte de convección por ganancia de calor y retraso por radiación de ganancia de calor determina la carga de enfriamiento para cada hora por cada componente de carga de enfriamiento.
5. Después de calcular las cargas de enfriamiento para cada componente por hora, la suma de esto determina la carga de enfriamiento total para cada hora y selecciona la hora de carga máxima.

Radiación Retrasada

El método RTS dirige este fenómeno del retraso del tiempo distribuyendo ganancias radiantes de calor sobre el tiempo basado en una “curva” que representa la respuesta de tiempo del espacio. Las construcciones pesadas filtran ganancia de calor fuera de ellas por mucho tiempo, las construcciones livianas responden rápidamente. Los valores numéricos de esta curva son llamados “RTS” Radian Time Series. Esta información se determina por una serie de soluciones simultáneas de ecuaciones básicas de balance de calor para calcular las cargas de enfriamiento para cada hora siguiendo un pulso unitario de ganancia de calor por radiación de un espacio definido.
Las Series de Radiación en el Tiempo son usadas para convertir la porción radiante de la ganancia de calor horaria a cargas horarias de enfriamiento acordando a:

Donde:
Qrθ -la carga que se refresca radiante (Qr) para la hora actual (θ)
qrθ -el aumento del calor radiante para el
qrθ–n -el aumento n del calor radiante hace horas
r1, etc. -factores tiempos radiantes.

El aumento del calor de la conducción a través de las paredes o de las azoteas se puede calcular usando las entradas del calor de la conducción para la corriente y más allá de 23 horas y series de tiempo de la conducción, como:

qθ = c0qiθ + c1qiθ−1 + c2qiθ−2 + c3qiθ−3…+ c23qiθ−23

donde:

qθ es el aumento cada hora del calor de la conducción para la superficie
qiθ = el calor de entrada para la hora actual
qiθ–n = la entrada n del calor hace horas
c0, c1, etc. = factores tiempo de la conducción.

La carga Radiante de enfriamiento para una hora establecida es agregada por la porción convectiva para determinar la carga de enfriamiento total para ese componente a esa hora. La figura muestra el resultado de este proceso para una carga interna.

Cuadro 1: RTS para la zona ligera.
Cuadro 2: RTS para la luz a la construcción pesada.

Conducción Retrasada

El tiempo retrasado también ocurre en la conducción de energía a través de superficies masivas como paredes y techos. La ganancia de calor por conducción ocurre debido a la diferencia entre la temperatura de la superficie exterior y la temperatura interior de paredes y techos. La transferencia de calor por conducción es lenta por la masa de las varias capas de construcción que comprimen la pared o el techo. Estas capas deben absorber la energía conducida ante temperaturas altas y el calor es conducido en la próxima capa. Esto puede ser caracterizado por un retraso “curva” similar a la curva RTS. Los valores numéricos de estas curvas son llamados series de conducción en el tiempo (CTS) para paredes de construcción ligera, la conducción retrasada es relativamente corta mientas las paredes macizas de conducción lenta transfieren el calor por muchas horas.

La ganancia de calor por conducción puede ser determinada desde la entrada de calor a la superficie exterior usando la estimación de tiempo retrasado CTS.
La entrada del calor de la conducción de la pared en el exterior para cada hora del día es definida por la ecuación de la conducción como:

qi =UA (te -trc)

donde:
qi = entrada del calor de la conducción para la superficie
U = coeficiente global de transferencia de calor para la superficie
A = área superficial
te = temperatura del aire de la superficie exterior en una hora particular
trc = temperatura del aire constante del sitio del diseño.

Ilustración de la serie de tiempo de la conducción para una variedad de construcciones de la pared.

Buscando la Carga Máxima
la capacidad de refrigeración máxima usualmente ocurre durante los meses de verano (debido a las condiciones del aire exterior), la cantidad del suministro de aire es determinada por la carga máxima sensible del cuarto, el cual máximo es diciembre por zonas con ventanas hacia el sur (figura ) debido a esto, el cálculo de carga de enfriamiento puede ser hecho para un diseño de 24 horas por cada mes para encontrar la máxima carga para el dimensionamiento de cada elemento del sistema de enfriamiento.

El método RTS, requiere de muchos cálculos repetitivos, por lo que es de suma importancia contar con un computador que me permita obtener los resultados por medio de una hoja de cálculos o un software mediante una programación sofisticada.