Cálculo de la carga de calefacción por habitación: el camino hacia una bomba de calor óptima

Hoy en día, cuando cada metro cuadrado y cada unidad de energía cuentan, con el espíritu de la eficiencia energética, la protección del medio ambiente y el máximo confort de vida, las empresas artesanales, los consultores de energía y los propietarios de viviendas no pueden evitar calcular la carga de calefacción por habitación. Pero, ¿qué hay exactamente detrás de este término? ¿Y por qué desempeña un papel tan decisivo a la hora de elegir una bomba de calor óptima?

El cálculo de la carga de calefacción habitación por habitación se usa para determinar el requerimiento exacto de calor para cada habitación de un edificio. No solo es una necesidad técnica, sino que también garantiza que cada rincón de nuestra casa reciba la cantidad justa de calor. En esta publicación, analizaremos este proceso, explicaremos su papel a la hora de elegir la bomba de calor adecuada y explicaremos por qué este cálculo aparentemente pequeño puede tener un gran impacto en nuestro medio ambiente y nuestras carteras. Así que analicemos más de cerca la calefacción de nuestras habitaciones y por qué se necesita algo más que un termostato para crear un hogar que ahorre energía.

Conceptos básicos del cálculo de la carga térmica: ¿Por qué es esencial?

diferencia entre Cálculo de la carga de calor y de la carga de calefacción habitación por habitación

Morir carga de calor O incluso capacidad de calentamiento Describe la cantidad de energía que requiere el sistema de calefacción para calentar y mantener un edificio a una temperatura ambiente de entre 20 y 22 °C, incluso en los días más fríos del año. Es prácticamente el «rendimiento» que deben cumplir nuestros sistemas de calefacción. Cabe señalar que no se trata solo de compensar las pérdidas de calor, sino también de adaptarse a las condiciones climáticas cambiantes y a los diferentes patrones de uso de las habitaciones. Esta entrada de calor se expresa en vatios (W) o kilovatios (kW) y tiene en cuenta las diferencias regionales, según la ubicación exacta de las temperaturas exteriores (mapa climático) se calcula a alrededor de -10 °C y más frío. La carga calorífica se puede reducir eficazmente mediante medidas específicas de aislamiento térmico.

Morir cálculo de la carga de calefacción habitación por habitación va un paso más allá. En lugar de hacer un cálculo general para todo el edificio, analiza cada habitación de forma individual. Esto significa que los requisitos y condiciones específicos de cada habitación, como el tamaño, el aislamiento, el número y el tipo de ventanas, y muchos otros factores, se incluyen en el cálculo. El resultado es una solución de calefacción hecha a medida para cada habitación que garantiza tanto la comodidad como la eficiencia. Esto significa que todas las superficies de calefacción se pueden diseñar de tal manera que cada habitación se pueda calentar de acuerdo con sus necesidades de calor reales.

Desafortunadamente, en muchos casos, la carga de calor no se determina correctamente. En Alemania, los estudios de la Fundación Federal Alemana para el Medio Ambiente han demostrado que las calderas suelen ser casi dos o tres veces más grandes de lo que deberían ser (eslabón). Esto no solo conduce a mayores costos de adquisición, sino también a una operación ineficiente y, por lo tanto, a un aumento de los costos diarios. Estos son algunos de los problemas que surgen como consecuencia de ello:

• Las bombas del sistema están sobredimensionadas y consumen una cantidad innecesaria de electricidad.
• Las calderas modernas y eficientes no funcionan de la mejor manera (mayor desgaste).
• También se deben considerar el comportamiento del usuario, la configuración del controlador y la integración hidráulica de la fuente de calor. Lea más sobre esto en nuestro artículo sobre el balanceo hidráulico mediante el método B.

Por lo tanto, al modernizar las calderas, es esencial determinar con precisión la carga de calor actual para determinar la potencia del generador de calor. Esto se aplica en particular a los edificios más antiguos, donde a menudo no hay documentación sobre los coeficientes de transferencia de calor (valores U, antes conocidos como valores k). Históricamente, muchas calderas antiguas han tendido a ser demasiado grandes y, con el tiempo, los edificios se han ido optimizando desde el punto de vista energético, mediante medidas como el aislamiento exterior o la instalación de ventanas nuevas. Por lo tanto, es arriesgado aceptar la capacidad calorífica de la caldera anterior a ciegas y sin más cálculos.

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Las normas DIN EN 12831:2017 y DIN/TS 12831-1:2020 -04

Para garantizar que el cálculo de la carga térmica también se lleve a cabo correctamente, sigue un procedimiento estandarizado, que se describe en el DIN EN 12831 está arreglado.

Morir DIN EN 12831:2017 es una norma europea que es el método para determinar la carga térmica estándar de habitaciones individuales, partes de edificios y edificios completos. La carga térmica estándar se define como la potencia calorífica requerida para garantizar la temperatura interna estándar especificada en condiciones exteriores estándar específicas.

Morir DIN/TS 12831-1:2020 -04 es una especificación técnica que se desarrolló específicamente para el cálculo de la carga de calefacción habitación por habitación. Se basa en el método reconocido de cálculo de la carga térmica de acuerdo con la norma DIN EN 12831-1:2017, sección 6, el procedimiento estándar detallado. Este método proporciona una base muy precisa para diseñar sistemas de calefacción, pero requiere un conocimiento exhaustivo de los parámetros geométricos y termotécnicos. Si bien esto puede suponer un gran esfuerzo en determinados contextos, como los cambios en la ingeniería de una planta o la evaluación de edificios existentes, la norma DIN EN 12831-1:2017 también presenta procedimientos simplificados en las secciones 7 y 8. Se trata de ajustes del procedimiento estándar detallado y son adecuados para situaciones en las que hay menos detalles disponibles o son necesarios. Es importante destacar que esta especificación cubre tanto los procedimientos detallados como los simplificados y también proporciona, en una sección especial, un procedimiento para determinar de manera aproximada la carga de calefacción del edificio midiendo las cantidades de calor o el consumo.

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Componentes del edificio: ¿cómo influyen en las pérdidas de calor?

Un edificio es mucho más que cuatro paredes y un techo. Se compone de una variedad de elementos y materiales, todos los cuales tienen un efecto diferente en la carga de calefacción y la eficiencia energética. La clave para optimizar el consumo de energía y reducir la pérdida de calor es comprender el papel de cada uno de estos componentes.

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Pérdidas de calor a través de la envolvente del edificio

En pocas palabras, la pérdida de calor es el resultado de una combinación de:

pérdida de calor de transmisión - Pérdidas debidas a la envolvente del edificio

Estas pérdidas son causadas por la conducción de calor dentro de los componentes de la envolvente del edificio. Se calculan multiplicando el área de cada componente por su coeficiente de transferencia de calor (valor U) y la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior.

Pérdida de calor por ventilación - Pérdidas por ventilación

Estas pérdidas se producen por el intercambio de aire entre el interior del edificio y el aire exterior. La cantidad de calor que se pierde depende de la cantidad de aire intercambiado, de la diferencia de temperatura entre el aire interior y exterior y de la capacidad calorífica específica del aire.

Capacidad de calefacción adicional - Se requiere energía adicional debido al modo de calefacción interrumpida, por ejemplo, la reducción nocturna

Cuando se baja o se apaga la calefacción durante la noche o en otros momentos para ahorrar energía, el edificio se enfría de forma natural. Después de esta interrupción de la calefacción, para volver a alcanzar la temperatura ambiente deseada, se debe proporcionar un suministro de energía mayor que en el modo de calefacción normal. Este suministro de energía adicional se denomina capacidad de calefacción adicional.

A través del llamado «Proceso de sobres» La carga total de calefacción del edificio se calcula combinando las pérdidas de calor por transmisión y ventilación y, si corresponde, la capacidad de calefacción adicional. El método determina la carga térmica de un edificio en función de las pérdidas de calor que se producen a través de la envolvente del edificio (es decir, las paredes exteriores, el techo, las ventanas, las puertas, los pisos contra las habitaciones sin calefacción o contra el suelo). Pero, ¿cuál es la composición de esta envolvente del edificio?

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Geometría y tamaño del edificio

Cuanto mayor sea el área de piso y el volumen de un edificio, mayor será el área potencial a través de la cual pueda escapar el calor. Un edificio grande con muchas habitaciones y una superficie extensa generalmente requerirá más energía para calentarse que un edificio más pequeño con propiedades de aislamiento similares. La forma del edificio puede influir en la cantidad de puentes térmicos. Un puente térmico es un área de la envolvente de un edificio (conexiones a balcones, marcos de ventanas, conductos de ventilación) donde el calor se transfiere más rápido que en las áreas vecinas. Las formas complejas de los edificios, como las que tienen muchas esquinas, salientes o huecos, pueden tener más posibilidades de crear puentes térmicos que las formas de edificios simples y compactas.

ejemplo: Imagina dos edificios. El primero es un edificio rectangular simple sin muchas características arquitectónicas. El segundo edificio tiene la misma superficie, pero es mucho más complejo, con varios ventanales, balcones y techos de diferentes formas.

Ambos edificios tienen la misma superficie, pero el segundo edificio, debido a su forma compleja, tiene más espacio al aire libre (por ejemplo, paredes y techo) a través del cual puede escapar el calor. Además, los numerosos detalles arquitectónicos, como los ventanales y los balcones, ofrecen posibles ubicaciones para los puentes térmicos. Por lo tanto, incluso si el segundo edificio tiene el mismo aislamiento que el primer edificio, podría tener un mayor requerimiento de calefacción.

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Importante Componentes de la envolvente del edificio

• paredes exteriores: Las paredes exteriores de un edificio son las principales barreras que separan el interior de las condiciones climáticas externas. Su construcción, el grosor y los materiales utilizados tienen un efecto significativo en la cantidad de calor que se transfiere del edificio al exterior o del exterior al interior. Los diferentes materiales tienen diferentes conductividades térmicas. Por ejemplo, el hormigón conduce el calor mejor que la madera. Esto significa que sin aislamiento adicional, una pared de hormigón puro transferiría más calor del interior del edificio al exterior en invierno que una pared de madera. El grosor de la pared también es importante. Una pared más gruesa generalmente ofrece una mejor resistencia térmica que una más delgada. Los materiales aislantes están diseñados específicamente para minimizar el flujo de calor. Tienen una conductividad térmica baja y, por lo tanto, pueden reducir significativamente la pérdida de calor por transmisión de una pared exterior. Esto significa que, a pesar de las temperaturas exteriores más frías, la temperatura interna de un edificio bien aislado puede mantenerse estable sin estresar excesivamente los sistemas de calefacción.

• Ventanas y puertas exteriores: Las ventanas y puertas exteriores suelen ser áreas críticas en términos de pérdida de calor de un edificio. Si bien las paredes, el techo y el suelo suelen estar cubiertos con gruesas capas de aislamiento, las ventanas y puertas, si no se seleccionan e instalan correctamente, pueden provocar una pérdida de energía significativa. El acristalamiento simple consiste en una sola capa de vidrio y, por lo tanto, ofrece poca resistencia a la transferencia de calor. El resultado es una gran pérdida de calor, lo que puede generar altos costos de calefacción, especialmente en los meses más fríos. El doble acristalamiento, como su nombre indica, utiliza dos capas de vidrio separadas por un espacio. Este espacio, a menudo lleno de un gas inerte como el argón, actúa como una capa aislante y reduce significativamente la pérdida de calor. El triple acristalamiento va un paso más allá y utiliza tres capas de vidrio. Las puertas exteriores desempeñan un papel tan importante como las ventanas cuando se trata de aislar un edificio. Aunque suelen cubrir un área más pequeña en comparación con las ventanas, las puertas mal aisladas o con goteras pueden provocar una pérdida de calor significativa. La mayoría de las puertas exteriores modernas consisten en un núcleo de material aislante rodeado de materiales exteriores duraderos como madera, metal o plástico. La elección de los materiales influye no solo en la apariencia y la seguridad de la puerta, sino también en sus propiedades de aislamiento. Por ejemplo, las puertas de madera maciza suelen proporcionar un buen aislamiento natural, mientras que las puertas de metal, a menos que estén equipadas con un interruptor térmico, pueden provocar mayores pérdidas de calor. Un aspecto de las puertas exteriores que a menudo se pasa por alto son los sellos, que están desgastados o tienen fugas. Un umbral de puerta integrado y bien elegido también puede ayudar a minimizar la pérdida de calor y evitar corrientes de aire.

• Techo y techo: El techo de un edificio tiene la difícil tarea de proteger contra las adversidades climáticas, desde el abrasador sol de verano hasta las frías heladas de invierno. Precisamente porque el calor sube naturalmente hacia arriba, un techo con un aislamiento insuficiente puede convertirse en uno de los principales puntos de pérdida del calor generado en el edificio. Un techo suele estar formado por varias capas, empezando por la cubierta exterior (por ejemplo, tejas, pizarra o chapa) hasta una base, los materiales aislantes y el techo interior. El aislamiento desempeña un papel clave en esto. Los materiales aislantes modernos, como la lana mineral, la celulosa o las fibras de madera, tienen excelentes propiedades de aislamiento y pueden reducir significativamente la pérdida de calor. La pendiente del techo también puede afectar a la pérdida de calor. Un techo con pendiente pronunciada tiene una superficie mayor que un techo plano y, por lo tanto, puede ofrecer más espacio para la pérdida de calor, especialmente si no está debidamente aislado. Sin embargo, la pendiente también puede ofrecer ventajas, por ejemplo, al mejorar el drenaje del agua de lluvia o la nieve. Los techos de una casa, en particular el techo del piso superior, que limita directamente con el techo, también son importantes para el aislamiento térmico. Aquí pueden producirse puentes térmicos, por ejemplo, como resultado de penetraciones de luz o ventilación, que aumentan la pérdida de calor. Por lo tanto, importa si el techo está adyacente a una habitación con calefacción o sin calefacción.

• Suelos: Los pisos son aquellas partes de un edificio que están constantemente en contacto directo con los ocupantes. Por lo tanto, un suelo frío puede afectar directamente a nuestra sensación de bienestar y, al mismo tiempo, ser un indicador de un uso ineficiente del calor. Los suelos que se encuentran directamente sobre el suelo o que están en contacto con sótanos sin calefacción son particularmente susceptibles a la pérdida de calor. El suelo tiene una temperatura constante, normalmente baja, por lo que puede eliminar el calor de las habitaciones situadas sobre él si no hay un aislamiento adecuado. El aire frío puede circular en los sótanos sin calefacción, que también extrae el calor de los pisos de las habitaciones superiores. Una capa aislante eficaz debajo del suelo, por ejemplo, hecha de celulosa o fibras de madera, puede reducir significativamente la transferencia de calor al suelo o al sótano. El tipo de revestimiento del suelo también puede contribuir al aislamiento térmico: las alfombras y los suelos de madera proporcionan una capa adicional de aislamiento, mientras que las baldosas, aunque agradablemente frescas en verano, pueden conducir más calor en invierno.

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Importancia del estado de la construcción y las medidas de aislamiento térmico

El estado en el que se encuentra un edificio tiene una influencia significativa en la pérdida de calor. Los edificios antiguos construidos antes de la introducción de las normas y técnicas de construcción modernas tienden a ser menos eficientes desde el punto de vista energético que los edificios nuevos. Por lo tanto, al renovar edificios antiguos, es especialmente importante comprobar las medidas de aislamiento térmico y, si es necesario, optimizarlas.

El estado de un edificio es decisivo para la eficiencia con la que mantiene el calor. En particular, los edificios antiguos, que a menudo se construyeron antes de cumplir con estándares energéticos más estrictos, suelen tener importantes debilidades en cuanto al aislamiento térmico. Por ejemplo, se puede perder energía innecesariamente debido a fugas en las ventanas o a paredes mal aisladas. El resultado: mayores costos de calefacción y un clima interior desagradable.

Si se muda a un edificio antiguo o es propietario de un edificio de este tipo, las medidas de aislamiento térmico suelen ser la clave para ahorrar energía de manera significativa. Las medidas de aislamiento térmico pueden adoptar la forma de un aislamiento adicional, la sustitución de ventanas o puertas o incluso el uso de métodos de sellado especiales. Estas medidas reducen la pérdida de calor y ayudan a reducir la carga de calefacción y, por lo tanto, también los costos de calefacción. Piense en una antigua casa unifamiliar cuyas hermosas pero antiguas ventanas de madera pueden parecer encantadoras, pero que dejan entrar aire frío constantemente. Reemplazar estas ventanas por modelos modernos de doble o triple acristalamiento puede reducir significativamente la transferencia de calor y, por lo tanto, garantizar un hogar más cálido con menores costos de calefacción.

Si no se dispone de datos más precisos sobre los coeficientes de transferencia de calor de los componentes individuales, los valores U se determinan de acuerdo con la norma DIN 12831 en función de la tipología del edificio.

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Optimización de la superficie de calentamiento: ¿Cómo influye el diseño de la superficie de calentamiento en el consumo de energía?

El diseño de la superficie de calentamiento desempeña un papel importante en lo que respecta a la eficiencia con la que se calienta un edificio. No solo la elección de los radiadores o intercambiadores de calor correctos, sino también su tamaño correcto influyen directamente en el consumo de energía y en los costos de calefacción resultantes.

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Elegir el sistema de calefacción

Hay varios tipos de sistemas de calefacción, desde radiadores tradicionales hasta calentadores de suelo o pared. Cada sistema tiene sus propias ventajas y desventajas en términos de transferencia de calor.

• radiador: Los radiadores clásicos generan calor por convección, lo que hace que el aire caliente suba y el aire frío descienda. Esto puede provocar diferencias de temperatura en la habitación, especialmente entre el suelo y el techo. Los radiadores son la forma común de emisión de calor, especialmente en muchos edificios antiguos. Por lo general, se calientan rápidamente y pueden transferir calor a la habitación en muy poco tiempo. Sin embargo, su eficiencia y eficiencia dependen en gran medida de su tamaño, diseño y ubicación en la habitación. A menudo, se colocan debajo de las ventanas para compensar los flujos de aire frío, pero esto puede provocar una pérdida de calor.
• Sistemas de calefacción de suelo y pared: Estos sistemas distribuyen el calor en un área más grande y utilizan calor radiante. Esto crea una distribución más uniforme de la temperatura en la habitación, lo que aumenta el confort y reduce el consumo de energía, ya que hay que compensar las menores fluctuaciones de temperatura. Si tiene el tamaño correcto, la calefacción por suelo radiante puede reducir el consumo de energía, ya que funciona de manera eficiente a temperaturas de flujo más bajas. Una ventaja adicional es que es invisible y, por lo tanto, no ocupa ningún otro espacio utilizable.

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Tallaje apropiado

El sobredimensionamiento o el tamaño insuficiente de las superficies de calentamiento pueden influir significativamente en el consumo de energía. Un radiador demasiado grande en una habitación pequeña hará que la temperatura suba rápidamente, lo que puede provocar un consumo excesivo de energía. Por el contrario, un radiador demasiado pequeño no puede proporcionar suficiente calor en una habitación grande, lo que hace que el sistema de calefacción funcione constantemente para alcanzar la temperatura deseada.

Por lo tanto, las dimensiones de las superficies de calentamiento influyen significativamente en la eficiencia y el consumo de energía de un sistema de calefacción. Especialmente cuando se quiere independizar de los combustibles fósiles y utilizar cada vez más las bombas de calor como fuente de calor, la disposición correcta de las superficies de calentamiento adquiere aún más importancia.

Los edificios antiguos suelen estar equipados con sistemas de calefacción basados en altas temperaturas de flujo y retorno, como 75 °C y 65 °C. Las bombas de calor, por otro lado, funcionan de manera particularmente eficiente a bajas temperaturas de flujo. Por lo tanto, para su uso eficiente, es importante que el calor se emita en el edificio a través de las superficies de calentamiento, que pueden proporcionar una salida de calor adecuada incluso a temperaturas más bajas.

Los términos «flujo» y «flujo de retorno» se refieren a la circulación del agua de calefacción en un sistema de calefacción.

• temperatura de flujo: Describe la temperatura del agua cuando proviene de la fuente de calor (por ejemplo, una caldera o una bomba de calor) y entra en el sistema de calefacción, como los radiadores o la calefacción por suelo radiante. Esto significa que el agua está a la temperatura de flujo cuando está en camino de liberar el calor de las habitaciones. Una temperatura de flujo más alta también suele significar un mayor consumo de energía, ya que el agua debe calentarse más.‍
• temperatura de retorno: Una vez que el agua de calefacción ha transferido su calor a las habitaciones, regresa a la fuente de calor para volver a calentarse. La temperatura a la que se encuentra el agua en este momento se conoce como temperatura de retorno. Por lo general, es inferior a la temperatura de flujo, ya que el agua se enfría a medida que fluye a través de los radiadores o la calefacción por suelo radiante.

La diferencia entre la temperatura de flujo y la temperatura de retorno también se conoce como»untar«significa. Una distribución optimizada es un indicador de un sistema de calefacción bien ajustado. La relación entre las temperaturas de flujo y retorno es decisiva.

Debido a su amplia expansión, la calefacción por suelo radiante puede garantizar una temperatura ambiente agradable incluso a bajas temperaturas. En los edificios con radiadores clásicos, por otro lado, se debe comprobar cuidadosamente si las superficies de calefacción existentes pueden proporcionar el calor requerido incluso a una temperatura de flujo baja.

Las dimensiones de las superficies de calentamiento tienen un efecto directo sobre la temperatura de flujo requerida por un sistema de calefacción. El corazón de una bomba de calor, el compresor, aumenta la temperatura del refrigerante. Cuanto menor sea la diferencia de temperatura entre la fuente de calor (por ejemplo, el aire del suelo o del exterior) y la temperatura de flujo requerida, más eficiente será el funcionamiento de la bomba de calor.

Por ejemplo, si se reduce la temperatura del flujo en un edificio con radiadores clásicos, estos radiadores podrían no emitir suficiente calor en algunas habitaciones. Por lo tanto, es importante determinar de antemano exactamente qué capacidad de calefacción se requiere en cada habitación y si los radiadores existentes pueden seguir suministrándola incluso a una temperatura de flujo más baja. En algunos casos, puede ser necesario instalar radiadores más grandes o repensar radicalmente el sistema de calefacción.

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Cálculo de la carga de calefacción por habitación: ¿cómo se determina el suministro de calor óptimo?

El cálculo de la carga de calefacción por habitación es un paso esencial para determinar el requerimiento de calor de un edificio y el suministro de calor óptimo. Permite determinar con precisión el requerimiento de calor de cada habitación individual y, por lo tanto, contribuye a una planificación de la calefacción eficiente y rentable.

Las pérdidas de calor son inevitables en todos los edificios. Surgen de los factores descritos anteriormente, que están directamente relacionados con las características estructurales y el uso del edificio. El pérdida de calor de transmisión es uno de estos factores que se produce directamente a través de la envolvente del edificio, como las paredes exteriores, el techo y las ventanas. Para calcular esta pérdida, es necesario entender Valor U y coeficiente de transferencia de calor decisivamente. Estos valores proporcionan información sobre la eficiencia de aislamiento de los componentes y, por lo tanto, qué tan bien pueden retener o perder el calor.

Al mismo tiempo, el Pérdida de calor por ventilación , que describe la pérdida de calor debida al intercambio de aire entre el interior del edificio y el aire exterior. Esta pérdida se ve significativamente influenciada por el intercambio de aire, que a su vez depende de la densidad del edificio y del volumen de la habitación.

Por último, está el Capacidad de calefacción adicional, que se refiere en particular a la masa de almacenamiento del edificio. La masa de almacenamiento de un edificio, ya sea ligera o pesada, desempeña un papel decisivo en lo que respecta a la rapidez con la que se debe recalentar un edificio después de bajarlo.

Por lo tanto, es obvio que la comprensión correcta de estos tres componentes (pérdida de calor por transmisión debido a los valores U, pérdida de calor por ventilación debido al intercambio de aire y capacidad de calefacción adicional a través de la masa de almacenamiento) es esencial para determinar el suministro de calor óptimo a un edificio. A continuación, analizaremos estos factores con más detalle y, en particular, cómo se tienen en cuenta al calcular la carga de calefacción habitación por habitación.

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Métodos para el cálculo preciso de la carga térmica

Existen varios métodos para calcular la carga de calor de una habitación o de todo un edificio. La idea básica es siempre la misma: se determina cuánto calor se necesita para mantener una temperatura interior específica mientras que en el exterior prevalecen temperaturas más frías. Para determinar este requerimiento de calor, se tienen en cuenta aspectos como la calidad del aislamiento del edificio, el tipo y la calidad de las ventanas y puertas, y el tamaño y la orientación de las habitaciones. Programas de software especializados, como el autarco, ayudan a realizar estos cálculos complejos. Lea más sobre esto en nuestra entrada de blog: Comparación de las mejores soluciones de software para la planificación de bombas de calor.

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Importancia del valor U y los coeficientes de transferencia de calor: factores fundamentales del cálculo de la carga térmica

En el cálculo de la carga térmica, términos como Valor U y el coeficiente de transferencia de calor un papel crucial. El valor U indica qué tan bien está aislado un componente. Cuanto más bajo sea el valor U, mejor será el aislamiento. El coeficiente de transferencia de calor, por otro lado, describe cuánto calor se transfiere a través de un componente. Estos dos valores son esenciales para entender cuánto calor pierde un edificio y cuánto debe suministrarse para alcanzar la temperatura interior deseada.

Valores U: Muestran cuánto calor se transfiere sobre el área de 1 m² de un componente (como una ventana, una puerta o un techo) con una diferencia de temperatura de 1 °C. Un valor U bajo significa un mejor aislamiento del componente. Fórmula: U = 1/ (suma de las resistencias de las capas)

También es importante:

• Valores U desconocidos: Si se desconocen los valores U exactos, se utilizan los valores típicos basados en la antigüedad del componente de las tablas DIN EN 12831 (varios grupos de edad de construcción desde 1918 hasta 1995).
• Recargo fijo por puente térmico: Se tiene en cuenta un recargo estándar de 0,10 W/m²·K para puentes térmicos para compensar las pérdidas de calor inesperadas.
• temperatura ambiente: Se supone una temperatura ambiente uniforme de 20 °C a menos que se acuerden otros valores específicos.
• Factores de corrección de temperatura simplificados: Dependiendo de la posición del componente, por ejemplo, si limita con una habitación sin calefacción o con el suelo, se utilizan factores de corrección estandarizados.

Luftwechsel: La determinación de la pérdida de calor por ventilación requiere saber con qué intensidad y frecuencia se ventila una habitación. Se tienen en cuenta factores como la densidad del edificio y el volumen de la habitación. Se deben tomar consideraciones adicionales en relación con los edificios industriales o los sistemas de edificios con sistemas de ventilación.

La tasa de intercambio de aire indica la frecuencia con la que todo el volumen de la habitación se reemplaza por aire nuevo por hora. Sin embargo, es importante tener en cuenta que esta tasa no significa necesariamente que toda la habitación esté inundada de aire fresco. Esto se debe al hecho de que la geometría de la habitación también tiene una influencia significativa en la distribución del aire exterior suministrado.

En situaciones en las que las personas presentes son la principal fuente de emisiones a la atmósfera extranjera, como en oficinas o almacenes, una tasa de intercambio de aire de 1/h mediante ventilación gratuita puede ser alcanzable y suficiente. Esto significa que el aire de toda la habitación se renueva una vez cada una hora.

También es importante:

• Estanqueidad del edificio: Sobre la base de la densidad de edificios supuesta, se presuponen las siguientes: «edificio existente: hermético» [n = 0,25 h/1], «edificio existente: menos estrecho» [n = 0,5 h/1] y «edificio existente: con fugas» [n = 1,0 h/1].
• Cálculo de volumen: Se debe determinar el volumen del edificio para calcular con precisión la pérdida de calor por ventilación. Aquí se utiliza la temperatura exterior estándar según la norma DIN EN 12831.

Masa de almacenamiento: La masa de almacenamiento se refiere a la capacidad de un material o estructura de construcción para almacenar calor y volver a liberarlo lentamente. Los materiales de alta densidad, como la piedra, el hormigón o el ladrillo, suelen tener una gran masa de almacenamiento. Una vez calentados, liberan este calor lentamente durante horas o incluso días, incluso cuando la fuente de calor ya no está activa. La presencia de componentes masivos con una gran masa de almacenamiento en el edificio puede reducir la capacidad calorífica requerida. Esto se debe a que estos materiales tienden a almacenar y liberar calor de manera uniforme durante un período de tiempo más prolongado, lo que reduce las fluctuaciones de temperatura. Por el contrario, esto significa que los edificios con menor masa de almacenamiento reaccionan más rápidamente a los cambios de temperatura y, por lo tanto, pueden requerir una mayor capacidad de calefacción para mantener una temperatura interna constante.

También es importante:

• Dimensiones del edificio: Una masa de construcción ligera (l) está presente en estructuras con techos suspendidos, pisos elevados o paredes livianas, por ejemplo. Almacenan menos calor y, por lo tanto, pueden reaccionar más rápidamente a los cambios de temperatura. Una masa de construcción de peso medio o pesado es el caso de los techos, paredes o pisos de concreto y la mampostería. Tienen una mayor capacidad de almacenamiento y emiten calor durante períodos de tiempo más prolongados.
• factor de recalentamiento: Este factor tiene en cuenta la rapidez con la que una habitación debe volver a alcanzar la temperatura deseada después de una fase de enfriamiento. Depende de las dimensiones del edificio mencionado anteriormente, del intercambio de aire y de la duración y profundidad de la reducción de temperatura.

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Inclusión de la temperatura interna, la temperatura de diseño externa y la demanda de energía

La diferencia entre la temperatura interior y exterior de un edificio es un factor clave a la hora de calcular correctamente los requisitos de calefacción. Esta diferencia de temperatura, también conocida como gradiente de temperatura, influye directamente en la cantidad de calor que fluye a través de los componentes de un edificio. Cuanto mayor sea la diferencia entre las temperaturas interiores y exteriores, mayor será la necesidad de que el calor fluya de un área con una temperatura más alta a un área con una temperatura más baja.

Para determinar el suministro de calor óptimo, debe seleccionar el deseado temperatura interior, el temperatura de diseño externa (es decir, la temperatura exterior más baja esperada) y todo requerimiento de energía Ten en cuenta el edificio. Si bien la temperatura interior a menudo se establece en un valor de confort, como 20 grados centígrados, la temperatura exterior de diseño puede variar significativamente según la ubicación geográfica y el clima local. El requerimiento de energía es la suma de la demanda de calor de todas las habitaciones, teniendo en cuenta todas las propiedades estructurales y las condiciones ambientales.

ejemplo: Supongamos que un edificio está ubicado en una región donde la temperatura de diseño exterior es de -10 °C de acuerdo con la norma. Si la temperatura interna deseada del edificio es de 20 °C, entonces la diferencia de temperatura es de 30 °C.

Para cada componente (por ejemplo, pared exterior, ventana), el coeficiente de transferencia de calor (valor U) se utiliza para calcular el flujo de calor a través de este elemento. Si multiplicas el valor U de un componente por su área y la diferencia de temperatura, obtienes la pérdida de calor de este elemento.

En la práctica, esto significa: si el valor U de una pared exterior es de 0,3 W/ (m²·K) y la pared tiene un área de 100 m², entonces la pérdida de calor de esta pared con una diferencia de temperatura de 30 °C es:

0,3 W/ (m²·K) × 100 m² × 30 K = 900 W o 0,9 kW.

Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura y peor sea el valor U de un componente, mayor será la pérdida de calor.

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De la carga de calor a la bomba de calor: ¿qué papel juega el tamaño en la selección?

El dimensionamiento de una bomba de calor es el último paso decisivo en la planificación para garantizar un sistema de calefacción eficiente y potente en un edificio. ¿Qué hay que tener en cuenta a este respecto?

Un problema clave que a menudo se pasa por alto es el sobredimensionamiento de los sistemas de calefacción. Imagine una bomba de calor diseñada para un edificio mucho más grande que aquel en el que está realmente instalada. Esta bomba no solo consumiría demasiada energía, sino que también generaría costos operativos innecesariamente altos. Además, se encendería y apagaría con más frecuencia, lo que provocaría un mayor desgaste y, por lo tanto, una vida útil más corta. Un sistema demasiado grande también puede provocar fluctuaciones de temperatura no deseadas en el edificio.

Por otro lado, está la potencia de la bomba de calor, que debe cubrir esencialmente las necesidades energéticas de una casa en los días más fríos del año. Si la potencia de calefacción de la bomba de calor es demasiado baja, no se puede llevar la casa a la temperatura deseada, lo que genera un entorno de vida desagradable. Por lo tanto, es necesario encontrar el equilibrio adecuado y ajustar la bomba de calor exactamente a las necesidades de calor reales de la casa.

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Factores de tamaño

Área de construcción: El requerimiento de calor aumenta en proporción al tamaño del edificio. Esto no solo tiene que ver con el espacio del piso, sino también con la altura de la habitación, ya que una habitación más alta tiene más volumen y necesita calefacción.

Consumo de calefacción previo: Son las reservas de energía que ya están almacenadas en el sistema antes de que la bomba de calor comience a funcionar. Esto puede deberse a ciclos de calentamiento anteriores o a otras fuentes de energía del sistema.

Nivel de aislamiento del edificio: Un edificio con un aislamiento eficiente retiene mejor el calor y reduce el consumo de calor. Los estudios detallados del valor U de los componentes pueden proporcionar información aquí. El valor U indica qué tan buenas son las propiedades de aislamiento de un material.

Clima regional: No se trata solo de la temperatura media del invierno. Los períodos de frío extremo, la velocidad del viento y la humedad también pueden influir en los requisitos de calefacción.

tipo de elementos calefactores: Los diferentes elementos calefactores tienen diferentes tiempos de respuesta y eficiencias de transferencia de calor. La calefacción por suelo radiante, por ejemplo, emite su calor principalmente a través de la radiación y reacciona más lentamente que un radiador.

Hábitos de calefacción de los residentes: También es importante saber en qué momentos se produce el calentamiento, ya sea de forma continua o a intervalos, y cuál es la temperatura interna deseada.

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Elija la bomba de calor adecuada

La selección de la bomba de calor adecuada en función de la carga térmica determinada sigue un enfoque sistemático que tiene en cuenta los requisitos técnicos y las necesidades individuales. No se trata solo de elegir un dispositivo potente, sino uno que se adapte con precisión a las necesidades de su hogar.

1. Determine la carga de calor: Antes de seleccionar la bomba de calor adecuada, debe conocer los requisitos de calefacción de su edificio. El cálculo estandarizado de la carga térmica según la norma DIN EN 12831 es el procedimiento estándar para ello, que permite un análisis preciso y detallado de la demanda de calor. Más información en el artículo anterior.
2. Tenga en cuenta el espacio habitable: Multiplique el requerimiento de calor calculado por m² de espacio habitable por el área total de su edificio. Esto le da el requerimiento total de calor en kW. Ejemplo de cálculo para un edificio antiguo: Supongamos que vive en un edificio antiguo sin aislamiento térmico con una superficie habitable de 120 m², entonces el requerimiento de calor sería: 130 m² x 0,12 kW/m² = 15,6 kW. Esto significa que para su edificio antiguo, necesita una bomba de calor que pueda producir una potencia de alrededor de 15,6 kW. A la hora de elegir, también debes tener en cuenta cualquier cambio futuro, como una mejora del aislamiento térmico o una ampliación del espacio habitable. Las bombas de calor que varían en tamaño de 3 a 12 kW son generalmente preferidas para viviendas unifamiliares bien aisladas. Sin embargo, un edificio antiguo o edificios más grandes pueden requerir bombas de calor con potencias de hasta 15 o 16 kW.‍
3. Usa valores indicativos: Si aún no ha utilizado un procedimiento detallado o desea obtener una visión general rápida, puede utilizar las directrices de la norma DIN EN 12831. Estos valores son útiles para obtener una estimación inicial de la demanda de calor, pero deben complementarse con un análisis detallado para tomar las decisiones finales (consulte la tabla siguiente).‍
4. Evite el sobredimensionamiento: Es importante no seleccionar simplemente la bomba de calor con la mayor potencia disponible. Una bomba de calor sobredimensionada genera costes innecesarios y puede funcionar de manera ineficiente, ya que se enciende y apaga con más frecuencia. Esto también puede reducir la vida útil de la bomba.‍
5. Tenga en cuenta los cambios futuros: Si tiene previsto ampliar su edificio o añadir aislamiento adicional en un futuro próximo, téngalo en cuenta a la hora de elegir la bomba de calor. Puede tener sentido elegir una bomba de calor con una potencia ligeramente superior para cubrir las necesidades futuras.‍
6. Compara fabricantes y modelos: Hay una variedad de fabricantes y modelos de bombas de calor en el mercado. Compare las especificaciones, la eficiencia energética, el precio y las opiniones de los clientes para tomar la mejor decisión para su edificio.‍
7. Participación de socios especializados: Por último, siempre es recomendable consultar a un especialista a la hora de elegir e instalar una bomba de calor. Un experto puede asesorarlo detalladamente y asegurarse de que toma la decisión correcta.‍
8. Soporte de software: El software permite a los socios especializados, las empresas de HVAC y los consultores de energía trabajar de manera segura y eficiente a través de procesos guiados. En particular, proporcionan un soporte esencial para registrar, de acuerdo con las normas, la carga de calefacción, las superficies de calentamiento y el equilibrio hidráulico según el método B. Todas las soluciones de software aceleran considerablemente todos los procesos que antes exigían mucho tiempo y esfuerzo. En tan solo unos minutos, se pueden recopilar todos los datos de acuerdo con las normas y se puede realizar una preselección inicial de la bomba de calor adecuada.

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conclusión

El cálculo de la carga térmica es una herramienta indispensable a la hora de elegir la bomba de calor ideal para su edificio. Permite determinar el requerimiento exacto de calor, lo que evita el sobredimensionamiento o el subdimensionamiento.

Morir Conceptos básicos del cálculo de la carga térmica muestran por qué este cálculo es esencial para la eficiencia y la funcionalidad de la calefacción. Solo puede seleccionar el sistema de calefacción adecuado si conoce el requerimiento exacto de calor.

Diversos Componentes de construcción, como ventanas, techos o paredes, juegan un papel decisivo en las pérdidas de calor. Su naturaleza y calidad pueden influir significativamente en la capacidad calorífica requerida. Un edificio bien aislado, por ejemplo, requiere mucha menos energía de calefacción que un edificio mal aislado.

Morir Optimización de la superficie de calentamiento deja en claro que el consumo de energía está influenciado no solo por el área total, sino también por el diseño y la distribución de las superficies de calefacción en el edificio. Una planificación y un diseño cuidadosos pueden generar importantes ahorros de energía.

Y por último, el tamaño en «De la carga de calor a la bomba de calor» garantiza que la bomba de calor seleccionada cumpla exactamente con los requisitos del edificio. La coordinación precisa de la carga de calefacción y la potencia de la bomba de calor es esencial para un control de la temperatura ambiente cómodo y eficiente desde el punto de vista energético.

En resumen, el cálculo de la carga de calefacción habitación por habitación es la clave para garantizar tanto el ahorro de energía como un confort de vida óptimo. Por lo tanto, quien invierta en una bomba de calor no debe saltarse nunca este paso y confiar en la experiencia de los expertos en caso de duda.

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