Potencia de aire acondicionado

Sobre el cálculo de la potencia de aire acondicionado

La calculadora de potencia de aire acondicionado determina la capacidad de refrigeración necesaria para enfriar una habitación y la potencia calorífica necesaria para calentarla. El cálculo tiene en cuenta las dimensiones de la estancia, los muros exteriores, el aislamiento, los acristalamientos, las temperaturas y otros factores que influyen en la carga térmica.

Para la refrigeración se parte de la superficie y se aplican correcciones sucesivas según las condiciones de la estancia. Para la calefacción se calculan las pérdidas de calor a través de la envolvente del edificio y la renovación del aire. Los resultados se expresan en kW y BTU/h y permiten estimar la potencia necesaria del aire acondicionado o del sistema split.

Valores orientativos y recomendaciones

Geometría de la estancia y muros exteriores

Superficie de la estancia. La superficie del suelo A, en m², se calcula a partir de la longitud L y la anchura B, en metros. Al multiplicarla por la altura del techo H, se obtiene el volumen V de la habitación en m³.

A = L × B

V = A × H

Muros exteriores. Solo se consideran los muros en contacto con el aire exterior. Su longitud total P_ext se determina a partir de los lados seleccionados de una estancia rectangular. Si los cuatro muros son exteriores, se utiliza todo el perímetro.

Pext = 2 × (L + B)

La superficie bruta de los muros exteriores, antes de descontar los huecos, se obtiene multiplicando su longitud total por la altura de la estancia.

Aext = Pext × H

Si no hay muros exteriores, su superficie se considera nula. En ese caso, las ventanas y las puertas exteriores no contribuyen a la carga térmica. En una habitación cuadrada todos los lados tienen la misma longitud, por lo que basta con indicar el número de muros exteriores.

Refrigeración: potencia de base y altura del techo

Potencia frigorífica de base. Para la elección preliminar de un aire acondicionado doméstico suele emplearse la referencia de 100 W por cada 1 m² de superficie. Este es el valor inicial, que después se ajusta a las condiciones reales.

Qbase = 100 × A

Por ejemplo, una habitación de 20 m² tiene una potencia de base de 2000 W, es decir, 2 kW.

Corrección por altura. La altura de referencia del techo es de 2,4 m. Para otras alturas, la potencia de base cambia proporcionalmente a la relación entre la altura real y la de referencia.

Qheight = Qbase × H / 2.4

Con una altura de 3 m, el factor es 1,25 y la potencia de base aumenta un 25 %. Esta relación permite considerar de forma simplificada el volumen de la estancia.

Refrigeración: corrección por temperatura

Diferencia de temperatura. La temperatura interior deseada se resta de la temperatura exterior. Si el aire exterior está más frío que el interior, para esta corrección se utiliza una diferencia de 0 °C.

ΔT = max(0, Tout - Tin)

Coeficiente de temperatura. La diferencia de referencia es de 8 °C, a la que corresponde un coeficiente de 1,00. Por cada grado de desviación, la potencia calculada cambia un 2,5 %.

kT = 1 + 0.025 × (ΔT - 8)

El coeficiente se limita al intervalo de 0,85 a 1,20. Para diferencias de 2 °C o menos se utiliza 0,85, a 8 °C se utiliza 1,00 y a partir de 16 °C se utiliza 1,20.

Después de corregir por altura y temperatura se obtiene una potencia frigorífica de referencia, respecto a la cual se calculan las demás correcciones.

Qref = Qbase × H / 2.4 × kT

Refrigeración: muros exteriores y aislamiento

Proporción de muros exteriores. La superficie de los muros exteriores se compara con la superficie total de los cuatro muros de la estancia. La proporción resultante f indica qué parte de la envolvente vertical está en contacto con el aire exterior.

f = Aext / (2 × (L + B) × H)

El caso de referencia corresponde a un 50 % de muros exteriores. La corrección por exposición es del 20 % de la potencia de referencia por unidad de variación de esa proporción. Por ejemplo, con el 100 % la potencia aumenta un 10 %, mientras que sin muros exteriores disminuye un 10 %.

Qexposure = Qref × 0.20 × (f - 0.50)

Aislamiento de los muros. Un coeficiente adicional depende de la calidad del aislamiento de los muros exteriores:

• Aislamiento deficiente o edificio antiguo: +0,08.
• Aislamiento medio: 0.
• Buen aislamiento o edificio moderno: -0,08.

La corrección se escala según la proporción de muros exteriores. Con el 50 % se aplica el coeficiente completo y con el 100 % su efecto se duplica. El multiplicador se limita a 2.

Qins = Qref × kins × min(f / 0.50, 2)

La corrección total de los muros exteriores es la suma de los efectos de la exposición y el aislamiento.

Qwalls = Qexposure + Qins

Refrigeración: acristalamiento y carga solar

Proporción de acristalamiento. La superficie de las ventanas se compara con la del suelo. La proporción de referencia es del 15 %, para la que la corrección independiente por acristalamiento es cero.

r = Awin / A

kwin = 0.08 × (r - 0.15) / 0.15

El coeficiente se limita entre -0,08 y +0,12. Sin ventanas, la corrección es del -8 %, con un 15 % es cero y con un 30 % es del +8 %. Con un acristalamiento del 37,5 % o superior se aplica el máximo del +12 %.

Qwin = Qref × kwin

Exposición solar. Una corrección adicional tiene en cuenta la intensidad de la luz solar que reciben las ventanas:

• Poco sol o sombra durante la mayor parte del día: -0,05.
• Sol moderado durante parte del día: 0.
• Sol directo intenso, especialmente desde el sur o el oeste: +0,10.

El coeficiente solar se multiplica por la relación entre la proporción real de acristalamiento y el 15 % de referencia. Este multiplicador se limita a 2 y la corrección solar final al intervalo del -10 % al +20 % de la potencia de referencia.

ksolar = ksun × min(r / 0.15, 2)

Qsolar = Qref × ksolar

Si no hay muros exteriores o ventanas, la corrección solar es cero. Los coeficientes negativos representan una reducción de la carga calculada respecto a las condiciones de referencia, no un enfriamiento físico de la estancia por la luz solar.

Refrigeración: cubierta y ganancias internas de calor

Cubierta y ático. En habitaciones situadas directamente bajo la cubierta se aplica una corrección adicional según el aislamiento del cerramiento superior:

• Otra habitación encima: 0 %.
• Cubierta o ático bien aislados: +5 %.
• Aislamiento medio de cubierta o ático: +10 %.
• Cubierta poco aislada o ático muy caliente: +15 %.

Qroof = Qref × kroof

Ganancias de calor por ocupantes. El modelo base supone una ocupación habitual de hasta dos personas. A partir de la tercera se añaden 180 W por cada persona adicional. Con cero, una o dos personas, esta corrección es cero.

Qpeople = max(0, N - 2) × 180

Electrodomésticos. La potencia eléctrica de los aparatos que funcionan simultáneamente se suma directamente a la carga térmica en vatios. Por ejemplo, aparatos que consumen 300 W aumentan la necesidad calculada de refrigeración en 300 W. Se supone que casi toda esa energía eléctrica se transforma en calor dentro de la estancia.

Qequipment = Pequipment

Refrigeración: potencia total y dimensionamiento del aire acondicionado

Potencia frigorífica total. A la potencia de referencia se suman todas las correcciones positivas y negativas. El resultado no puede ser inferior a cero.

Qcool = max(0, Qref + Qwalls + Qwin + Qsolar + Qroof + Qpeople + Qequipment)

Conversión a BTU/h. La potencia calculada en vatios se multiplica por 3,41214. Para expresarla en kilovatios, los vatios se dividen entre 1000.

QBTU = Qcool × 3.41214

QkW = Qcool / 1000

Elección de la capacidad nominal. Se selecciona el menor valor que no sea inferior a la necesidad calculada dentro de la serie nominal de 7000, 9000, 12000, 15000, 18000, 21000, 24000, 28000, 30000, 36000, 42000, 48000 y 60000 BTU/h. Por encima de 60000 BTU/h, se redondea hacia arriba al siguiente múltiplo de 1000 BTU/h.

El porcentaje de reserva se calcula como la relación entre la capacidad seleccionada y la necesidad calculada.

Reserve = (Qsize / QBTU - 1) × 100%

La capacidad nominal en BTU/h es orientativa. La potencia frigorífica nominal real de un equipo puede diferir del valor en kW obtenido mediante la conversión directa de BTU a kW. Al elegir un aparato, compare la carga calculada con las especificaciones del modelo.

Calefacción: diferencia de temperatura y transmisión de calor

Diferencia de temperatura de cálculo. Para determinar la potencia necesaria del aire acondicionado en calefacción se utiliza la diferencia entre la temperatura interior indicada y la temperatura exterior de invierno.

ΔT = max(0, Tin - Tout)

Por ejemplo, con +20 °C en el interior y -15 °C en el exterior, la diferencia es de 35 K. Si la temperatura exterior no es inferior a la interior, se considera una diferencia nula.

Transmisión de calor por los elementos constructivos. La pérdida de calor se calcula multiplicando la superficie del elemento por su transmitancia térmica U y por la diferencia de temperatura.

Q = U × A × ΔT

Aquí, Q es la pérdida de calor en vatios, A la superficie en m² y U la transmitancia térmica en W/(m²·K). Cuanto menor sea el valor de U, mejor será el aislamiento y menores serán las pérdidas de calor.

Calefacción: pérdidas a través de muros exteriores

Aislamiento de los muros. En lugar de calcular cada capa del muro, se utilizan valores aproximados de transmitancia térmica:

• Aislamiento deficiente o edificio antiguo: 1,30 W/(m²·K).
• Aislamiento medio: 0,60 W/(m²·K).
• Buen aislamiento o edificio moderno: 0,25 W/(m²·K).

Superficie neta de los muros. Las superficies de las ventanas y de la puerta exterior se restan de la superficie bruta de los muros exteriores. Así se evita contabilizar dos veces las pérdidas por una misma parte de la envolvente.

Awall = Aext - Awin - Adoor

Qwall = Awall × Uwall × ΔT

Si la superficie conjunta de ventanas y puerta supera la de los muros exteriores, el cálculo no se realiza hasta corregir los datos introducidos.

Calefacción: ventanas y puerta exterior

Pérdidas de calor por las ventanas. Para los acristalamientos se utilizan las siguientes transmitancias térmicas aproximadas:

• Ventanas antiguas con grandes pérdidas de calor: 2,80 W/(m²·K).
• Ventanas modernas con doble acristalamiento: 1,40 W/(m²·K).
• Ventanas modernas de alta eficiencia energética: 0,90 W/(m²·K).

Qwin = Awin × Uwin × ΔT

Puerta exterior. Se adoptan superficies y transmitancias térmicas típicas para distintos tipos de puerta:

• Puerta aislada de una hoja: 2 m², U = 1,40 W/(m²·K).
• Puerta aislada de dos hojas: 4 m², U = 1,40 W/(m²·K).
• Puerta exterior sin aislamiento: 2 m², U = 3,00 W/(m²·K).
• Puerta acristalada de una hoja: 2 m², U = 1,60 W/(m²·K).
• Puerta acristalada de dos hojas o puerta de terraza: 4 m², U = 1,60 W/(m²·K).

Qdoor = Adoor × Udoor × ΔT

Si no hay puerta exterior, su superficie y sus pérdidas de calor son cero.

Calefacción: techo y suelo

Pérdidas de calor por el techo. Para el cerramiento superior se utiliza toda la superficie del suelo. El coeficiente depende de lo que haya encima de la habitación:

• Habitación calefactada encima: U = 0.
• Cubierta o ático bien aislados: U = 0,18 W/(m²·K).
• Aislamiento medio de cubierta o ático: U = 0,35 W/(m²·K).
• Aislamiento deficiente o ático frío: U = 0,90 W/(m²·K).

Qceiling = A × Uceiling × ΔT

Pérdidas de calor por el suelo. Para el cerramiento inferior se utilizan los siguientes coeficientes:

• Habitación calefactada debajo: U = 0.
• Sótano o garaje sin calefacción: U = 0,35 W/(m²·K).
• Buen aislamiento del suelo: U = 0,20 W/(m²·K).
• Aislamiento medio del suelo: U = 0,40 W/(m²·K).
• Aislamiento deficiente del suelo o sin aislamiento: U = 0,80 W/(m²·K).

Qfloor = A × Ufloor × ΔT

Para el techo y el suelo se aplica la misma diferencia entre temperaturas interior y exterior. Se trata de valores efectivos simplificados. No se calculan por separado las temperaturas del ático, del sótano o del terreno.

Calefacción: renovación e infiltración de aire

Pérdidas de calor por ventilación. Cuando entra aire exterior frío en una estancia, es necesario calentarlo hasta la temperatura interior. Las pérdidas dependen del volumen, la tasa de renovación del aire y la diferencia de temperatura.

Qair = 0.34 × n × V × ΔT

El coeficiente 0,34 representa aproximadamente la capacidad calorífica volumétrica del aire. La tasa de renovación n se expresa en h^-1 e indica cuántos volúmenes de aire de la estancia se sustituyen por aire exterior cada hora.

Para un cálculo orientativo se utilizan los siguientes valores:

• Renovación de aire baja: 0,3 h^-1.
• Renovación de aire normal: 0,5 h^-1.
• Renovación de aire moderadamente elevada: 0,8 h^-1.
• Renovación de aire elevada: 1,0 h^-1.
• Renovación de aire alta: 1,5 h^-1.
• Renovación de aire muy alta: 2,0 h^-1.

Para estancias residenciales habituales se usa a menudo una tasa aproximada de 0,5 h^-1 en estimaciones preliminares. Un mayor caudal de renovación incrementa proporcionalmente las pérdidas de calor correspondientes.

Calefacción: potencia calorífica total

Pérdidas de calor totales. Se suman las pérdidas a través de muros exteriores, ventanas, puerta, techo, suelo y renovación de aire. El resultado representa la potencia calorífica necesaria para compensarlas a las temperaturas indicadas.

Qheat = Qwall + Qwin + Qdoor + Qceiling + Qfloor + Qair

La potencia total se muestra en vatios y kilovatios. Para convertirla a BTU/h se utiliza el mismo factor de 3,41214.

QkW = Qheat / 1000

QBTU = Qheat × 3.41214

Carga térmica específica. En ambos modos se calcula también la potencia por unidad de superficie y de volumen de la estancia.

qA = Q / A

qV = Q / V

El primer valor se expresa en W/m² y el segundo en W/m³. Estos indicadores permiten comparar cargas térmicas de habitaciones de distinto tamaño.

Elección de un aire acondicionado para calefacción. La potencia calorífica calculada debe compararse con el rendimiento del equipo concreto a la temperatura exterior seleccionada. En los aires acondicionados con bomba de calor, la potencia de calefacción disponible puede disminuir al bajar la temperatura exterior. Por eso no basta con la potencia nominal.

Normas europeas relacionadas

EN ISO 52016-1 «Eficiencia energética de los edificios. Necesidades de energía para calefacción y refrigeración, temperaturas interiores y cargas térmicas sensibles y latentes. Parte 1: Procedimientos de cálculo». Esta norma describe métodos para estimar las necesidades energéticas y las cargas térmicas de calefacción y refrigeración. La calculadora utiliza un modelo estacionario simplificado con coeficientes fijos, no un cálculo completo conforme a la norma.

EN 12831-1 «Eficiencia energética de los edificios. Método de cálculo de la carga térmica de diseño. Parte 1: Carga de calefacción de espacios». Esta norma establece métodos para determinar la potencia de calefacción necesaria a partir de pérdidas por transmisión y ventilación. Dichos componentes se utilizan de forma simplificada en el modo calefacción.

EN ISO 6946 «Componentes y elementos de edificación. Resistencia térmica y transmitancia térmica. Métodos de cálculo». La norma describe cómo calcular la resistencia y la transmitancia térmicas de las construcciones. La calculadora emplea valores aproximados predefinidos en lugar de un cálculo por capas.

EN 14511-2 «Acondicionadores de aire, enfriadoras de líquidos y bombas de calor para calefacción y refrigeración de locales y enfriadoras de proceso con compresores accionados eléctricamente. Parte 2: Condiciones de ensayo». La norma especifica las condiciones de ensayo de los equipos, incluida la determinación de sus potencias de refrigeración y calefacción. Al elegir un aire acondicionado, compruebe los datos del fabricante para las condiciones de temperatura pertinentes.

Preguntas frecuentes

¿Por qué un aire acondicionado necesita potencias distintas para refrigeración y calefacción?

Para refrigeración se estiman las ganancias de calor debidas a superficie, sol, acristalamiento, ocupantes y aparatos. Para calefacción se calcula la potencia necesaria para compensar las pérdidas a través de los cerramientos y la renovación de aire. Por eso una misma estancia puede dar resultados muy distintos.

¿Se puede calcular la potencia del aire acondicionado solo por la superficie?

La referencia de 100 W/m² es adecuada para una estimación inicial de la potencia frigorífica en condiciones habituales. Sin embargo, habitaciones de igual superficie pueden tener cargas distintas debido a la altura del techo, el acristalamiento, el aislamiento y la exposición al sol. Para calefacción importan especialmente las pérdidas de calor del edificio y la temperatura exterior de cálculo en invierno.

¿Qué temperatura exterior debe utilizarse para calcular la potencia?

Para refrigeración, elija una temperatura exterior alta representativa, a la que el aire acondicionado deba mantener la temperatura interior deseada. Para calefacción, utilice la temperatura de cálculo invernal de su región, no la media de la temporada. Una mayor diferencia térmica aumenta la carga calculada, aunque la corrección por temperatura en refrigeración está limitada al intervalo previsto.

¿Por qué no se selecciona la capacidad BTU inmediatamente superior para calefacción?

La potencia calorífica nominal de un aire acondicionado puede diferir considerablemente de la potencia real a bajas temperaturas exteriores. Dos equipos de la misma categoría BTU pueden proporcionar distinta potencia de calefacción con heladas. Por ello se muestra por separado la necesidad calculada y el equipo debe elegirse según su potencia de calefacción declarada a la temperatura invernal requerida.

¿Cómo influye el aislamiento en la potencia necesaria del aire acondicionado?

En refrigeración, el nivel de aislamiento modifica la carga mediante correcciones porcentuales relacionadas con los muros exteriores. En calefacción, las transmitancias térmicas determinan directamente las pérdidas a través de muros, ventanas, techo y suelo. Por ejemplo, reducir la transmitancia de un muro exterior de 1,30 a 0,25 W/(m²·K) disminuye las pérdidas calculadas por su zona opaca aproximadamente un 81 % para la misma superficie y diferencia de temperatura.