10.9: Cálculo de la pérdida de calor de ventanas
- Page ID
- 82250
Como recordará del Capítulo 7, la pérdida de calor se calcula usando la fórmula
\[ Heat \, Loss = \dfrac{Area * HDD * 24}{R-value} \]
Usando la ecuación 10.9.1, se puede calcular la pérdida de calor para ventanas.
Ejemplo 1
Una casa en State College, PA tiene 380 pies 2 de ventanas (valor R = 1.1), 2750 pies 2 de paredes y 1920 pies 2 de techo (R = 30). El valor R compuesto de las paredes es 19. Calcular el requisito de calefacción para la casa para la temporada de calefacción. ¿Cuál es el porcentaje de calor que se pierde a través de las ventanas? Deje que el disco duro sea de 6000 °F días.
- Contestar
-
La pérdida de calor a través de las ventanas es
\[ Heat \, Loss = \dfrac{380 * 6000 * 24}{1.1} = 49,745,455 \, BTUs = 49.74 \, MMBTUs \nonumber\]
La pérdida de calor a través de las paredes es
\[ Heat \, Loss = \dfrac{2750 * 6000 * 24}{19} = 20,842,105 \, BTUs \nonumber\]
La pérdida de calor a través del techo es
\[ Heat \, Loss = \dfrac{1920 * 6000 * 24}{30} = 9,216,000 \, BTUs \nonumber\]
La pérdida total de calor es entonces la suma de las pérdidas de calor, que es 79,803,560 BTU = 79.80 MMBtus.
El porcentaje de pérdida de calor a través de las ventanas es
\[ \% \, Heat \, Loss = \dfrac{49.74}{79.80} * 100 = 62.3\% \nonumber\]
Ejemplo 2
Las ventanas de la casa descritas en el Ejemplo 1 se mejoran a un costo de $1,550. Las ventanas actualizadas tienen un valor R de 4.0.
a) ¿Cuál es el porcentaje de ahorro en la factura de energía y calefacción si el costo de la energía es de $11.15/MMBTUs?
b) ¿Cuál es el periodo de amortización de esta modificación?
- Contestar
-
Parte (a):
La nueva pérdida de calor para el mismo tamaño de ventana con el nuevo valor R es
\[ New \, Heat \, Loss = \dfrac{380 * 6000 * 24}{4.0} = 13,680,000 \, BTUs = 13.68 \, MMBTUs \nonumber\]
El ahorro anual de energía es
\[ Annual \, Savings = 49.74 - 13.68 = 36.06 \, MMBTUs \nonumber\]
El porcentaje de ahorro es
\[ \% \, Savings = \dfrac{36.06}{79.84} * 100 = 45.1 \% \nonumber\]
Parte b):
La vieja factura de calefacción es
\[ Old \, Bill = 79.80 \, MMBTUs * \dfrac{\$11.15}{MMBTU} = \$889.90 \nonumber\]
La nueva factura de calefacción es
\[ New \, Bill = 43.74 \, MMBTUs * \dfrac{\$11.15}{MMBTU} = \$487.73 \nonumber\]
El ahorro monetario es así
\[ 889.90 - 487.73 = \$402.06 \, per \, year \nonumber\]
El periodo de amortización es
\[ Payback \, Period = \dfrac{Additional \, Investment}{Annual \, Savings} = \dfrac{1550}{402.06} = 3.85 \, years \nonumber\]
La Tabla 10.9.1 muestra la rentabilidad de reemplazar ventanas viejas por ventanas nuevas y mejoradas. Los costos se calculan utilizando un programa informático llamado RESFEN desarrollado por el Departamento de Energía de Estados Unidos.
Cuadro 10.9.1. Rentabilidad del uso de ventanas mejoradas
| Desempeño | Modelo Base | Nivel Recomendado | Mejor Disponible |
|---|---|---|---|
| Descripción de la ventana | Doble panel, vidrio transparente, marco de aluminio | Marco de madera o vinilo con revestimiento de baja emisión-doble capa | Tres paneles, tintados, dos recubrimientos de baja emicidad espectralmente selectivos, con relleno de kriptón, marco de madera o vinilo |
| SHGC | 0.61 | 0.55 | 0.20 |
| Factor U b | 0.87 | 0.40 | 0.15 |
| Uso anual de energía de calefacción | 547 termas | 429 termos | 426 termas |
| Uso anual de energía de enfriamiento | 1,134 kWh | 1,103 kWh | 588 kWh |
| Costo anual de energía | $290 | $240 | $210 |
| Costo de energía de por vida | $4,700 | $3,900 | $3,400 |
| Ahorro de costos energéticos de por vida | $800 | $1,300 |
un SHGC, o Coeficiente de Ganancia de Calor Solar, es una medida de la radiación solar admitida a través de una ventana. El SHGC oscila entre 0 y 1; cuanto menor sea el número, menor será la transmisión del calor solar. SHGC ha reemplazado el coeficiente de sombreado (SC) como indicador estándar de la capacidad de sombreado de una ventana. SHGC es aproximadamente igual a la SC multiplicada por 0.87.
b El factor U es una medida de la tasa de flujo de calor a través de una ventana. El factor U es la inversa del valor R, o resistencia, la medida común de aislamiento.
c El ahorro de costos de energía de por vida es la suma del valor descontado del ahorro anual de costos de energía, basado en el uso promedio y una vida de ventana supuesta de 25 años. Las tendencias futuras de los precios de la energía y una tasa de descuento de 3.4 por ciento se basan en lineamientos federales (efectivos de abril de 2000 a marzo de 2001). Precio asumido de la electricidad: $0.06/kWh, el precio promedio federal de la electricidad en Estados Unidos Precio asumido del gas: $0.40/therm, el precio promedio federal del gas en Estados Unidos.
Supuestos de costo-efectividad: El modelo mostrado anteriormente es el resultado de una simulación usando un programa de modelado de ventanas residenciales llamado RESFEN. Los cálculos se basan en una casa prototipo: 1,540 pies 2, dos pisos, un horno de gas de eficiencia estándar y aire acondicionado central, y un área de ventana que cubre el 15 por ciento del área de la pared exterior.