Cómo realizar el cálculo de potencia del aire acondicionado y seleccionar correctamente el equipo para sus necesidades

Un cálculo correcto de la potencia del aire acondicionado es la clave para un funcionamiento eficiente, ininterrumpido y la durabilidad del equipo climático. La selección del rendimiento se basa en las dimensiones de la habitación y los factores asociados que contribuyen a la acumulación de radiación térmica.

Tener en cuenta todos los parámetros y matices de funcionamiento permite prever un margen de potencia óptimo, sin pagar de más por la sobrecapacidad del sistema split.

Pero, ¿cómo realizar correctamente los cálculos necesarios? Esta pregunta la analizaremos en detalle en nuestro artículo. Además de los dos métodos de cálculo de potencia, nos detendremos en otros criterios importantes que influyen en la selección del aire acondicionado.

¿Qué indican los valores de potencia en la documentación?

En la documentación técnica de los aires acondicionados se indican dos o tres tipos de potencia. Los indicadores caracterizan diferentes parámetros de funcionamiento: capacidad de refrigeración y calefacción, así como la potencia eléctrica consumida por el sistema split.

La dispersión de los indicadores puede llevar a confusión. En los aparatos eléctricos de calefacción, como un calentador o radiador, la potencia de calor generada corresponde a la energía consumida. Para un aire acondicionado, estos parámetros son diferentes.

El sistema split, a diferencia de un calentador, no convierte directamente la electricidad, sino que la utiliza para el funcionamiento de una bomba de calor. Esta última es capaz de transferir mucha más energía térmica que la potencia eléctrica consumida.

Ejemplo de visualización de las características de potencia en la ficha técnica del aire acondicionado Lennox GHM09, que funciona en dos modos: refrigeración y calefacción

La capacidad de refrigeración es la característica técnica principal que determina la capacidad del aire acondicionado para extraer el calor del edificio. El consumo eléctrico es relevante desde el punto de vista de la selección del cable de alimentación y la planificación de gastos.

La potencia de refrigeración se indica en kW; el rango de valores de los equipos domésticos es de 2-8 kW. Además, muchos fabricantes en las descripciones técnicas utilizan la designación británica: BTU (BTU).

La potencia frigorífica del split debe corresponder a las condiciones de servicio. De lo contrario, la normalización del microclima a la temperatura deseada se convertirá en una tarea imposible para el aire acondicionado y dañará el equipo.

Son posibles dos escenarios:

• baja capacidad – funcionamiento del equipo al límite de sus posibilidades;
• exceso de potencia – aumento del número de encendidos/apagados, lo que afecta negativamente al motor eléctrico.

La capacidad de calefacción de la habitación se caracteriza por la potencia térmica del split. La potencia de salida de calor siempre es ligeramente superior a la potencia frigorífica. La diferencia entre los indicadores es la relación de pérdidas de calor en el circuito de circulación de freón en los modos de refrigeración y calefacción.

El indicador de potencia térmica es especialmente relevante si se planea utilizar el aire acondicionado como fuente de calefacción entre temporadas. Un sistema split es varias veces más eficiente que un calefactor eléctrico. Sobre las características del funcionamiento del sistema split en modo calor, hablamos aquí.

Por cada 1 kW de electricidad consumida, los aires acondicionados modernos producen aproximadamente 3,6-5,5 kW de calor. Este volumen es suficiente para calentar una superficie habitable de 36-55 m² respectivamente.

Valor BTU y descifrado del marcado

BTU es una unidad térmica británica para medir energía térmica. La magnitud determina la cantidad de calor necesario para calentar una libra de agua en 1° Fahrenheit.

Precisamente esta unidad expresa la potencia frigorífica de los equipos de climatización y suele estar presente en el marcado de los productos.

Relación entre vatios y BTU/h:

• 1 BTU/h ≈ 0,2931 W, para facilitar el cálculo se utiliza 0,3 W;
• 1 kW ≈ 3412 BTU/h.

El aire acondicionado es un invento estadounidense, donde se utiliza el sistema de medidas occidental. Por practicidad y claridad, se decidió estandarizar la potencia frigorífica y expresarla en números redondos, por ejemplo: 7000 BTU/h, 9000 BTU/h, etc.

Los modelos de splits llevan nombres correspondientes: «siete», «nueve», etc. Así, el aire acondicionado LG GO7ANT pertenece a los equipos de baja potencia – los «sietes». Su capacidad es de 2,1 kW.

Comprendiendo la designación numérica en el marcado del equipo, se puede determinar aproximadamente para qué habitación está diseñado el aire acondicionado.

Consumo eléctrico y evaluación de la eficiencia energética

Como se señaló anteriormente, además de la capacidad de refrigeración y calefacción, en la ficha técnica del sistema split se indica la potencia consumida. El valor determina el consumo de electricidad. Recomendamos familiarizarse con las reglas de cálculo de consumo de electricidad y las formas de ahorrarla.

Sin embargo, más informativos son el coeficiente y la clase de eficiencia energética.

EER y COP son indicadores de la eficiencia energética del aire acondicionado en modo de refrigeración y calefacción, respectivamente. El valor se calcula dividiendo la capacidad de refrigeración o calefacción entre la potencia consumida.

En esencia, los coeficientes EER y COP indican la cantidad de frío/calor producido al consumir 1 kW de potencia eléctrica. Cuanto mayor sea su valor numérico, mayor será la eficiencia del sistema de climatización y menor el nivel de consumo energético.

Es decir, con EER=2,5, el aire acondicionado a máxima potencia de refrigeración consume electricidad igual a Q/2,5. Multiplicando el resultado por el período de funcionamiento, se puede conocer el consumo diario de electricidad.

Basándose en el EER, se realiza la clasificación de los splits en clases de eficiencia energética. A la categoría «A» pertenecen los modelos más eficientes, y al grupo «G» los aires acondicionados con mayor consumo eléctrico.

Se distinguen tres clases premium adicionales que caracterizan a los equipos de climatización de bajo consumo. Un digno representante del grupo A+++ – el split MSZ-LN60VGR de Mitsubishi Electric.

Métodos de cálculo independiente de la potencia

Existen varios métodos para calcular la capacidad de los splits. El más sencillo, pero no suficientemente fiable, es el cálculo por superficie. Un método más preciso es el termotécnico, que tiene en cuenta las características constructivas de la habitación y las ganancias térmicas totales.

Opción #1 — selección del aire acondicionado según el área de servicio

Se puede determinar la potencia aproximada del equipo sin cálculos matemáticos, utilizando un criterio práctico de evaluación: la superficie de la habitación.

La capacidad de refrigeración media de un split es de 1 kW por cada 10 m² de la habitación a climatizar. Esta norma es válida para viviendas con altura de techo de 2,5-3 m.

Por lo tanto, al calcular la potencia del aire acondicionado, se debe dividir la superficie a climatizar entre 10. Por ejemplo, para una habitación de 22 m², será adecuado un modelo con una capacidad de 2,2 kW. El valor obtenido corresponde a la «siete» según el sistema BTU.

La potencia calculada se incrementa en un 20% en los siguientes casos:

• la habitación está orientada al lado soleado de la vivienda;
• presencia de ventanas panorámicas;
• presencia de una gran cantidad de equipos de oficina y aparatos eléctricos.

Se debe prever una reserva de potencia de refrigeración del 20% si en la habitación viven o trabajan muchas personas de forma continua.

Al elegir equipos de climatización para espacios amplios a partir de 60 m², edificios industriales o comerciales, la dependencia directa de la potencia de refrigeración con la superficie ya no es válida.

Debido a las dimensiones imponentes, la posible angulosidad y curvatura, los flujos de aire se distribuyen de manera desigual. En este caso, es recomendable instalar sistemas split multisistema.

Opción #2 — uso del cálculo térmico

Se considera más preciso el cálculo termotécnico teniendo en cuenta las características constructivas y operativas del edificio. A continuación, veremos la fórmula típica utilizada para los cálculos.

Factores determinantes:

• dimensiones de la habitación: superficie y altura exacta;
• número de personas;
• finalidad de la habitación: gimnasio, trabajo activo, descanso, etc.;
• fuentes de calor, equipos domésticos/oficina;
• presencia de fachadas y cubiertas aisladas.

El énfasis principal en la evaluación de la potencia del aire acondicionado se hace en la ganancia total de calor.

La metodología propuesta de cálculo térmico es aplicable para oficinas, habitaciones independientes de casas particulares y apartamentos en edificios permanentes. Limitación de superficie – 70 m²

Cuanto mayor sea el flujo de calor, mayor debe ser la capacidad de refrigeración del split.

Fórmula típica:

Q=Q1+Q2+Q3,

Donde: Q – potencia total de refrigeración; Q1 – ganancias de calor de los elementos constructivos de la habitación; Q2 – ganancias de calor de las personas; Q3 – calor generado por los equipos.

Paso #1 – cálculo de Q1

El exceso de calor de la habitación se determina de la siguiente manera:

Q1=V*g,

donde: V – volumen del local acondicionado, calculado como producto de los metros cuadrados por la altura del techo; g – coeficiente de transferencia de calor calculado.

El valor del parámetro g depende de la orientación de las ventanas y del nivel de iluminación natural de la habitación:

• 40 – lado soleado, insolación intensa característica de orientación sur, suroeste, sureste;
• 35 – iluminación moderada del lado este, noroeste, oeste;
• 30 – predominio de sombra durante el día en habitaciones cuyas ventanas dan al norte o noreste.

Como vemos, para el lado soleado será el coeficiente de transferencia de calor más alto.

Paso #2 – determinación de Q2

La producción de calor de las personas depende de su edad y movilidad.

Para un adulto, los siguientes valores de liberación de calor son característicos:

• estado de reposo – 80 W;
• trabajo ligero, cargas moderadas – 125 W;
• actividad activa – 170 W.

Al realizar trabajos pesados y ejercicios deportivos intensos, la producción de calor alcanza 250 W.

Para una evaluación más fiable, las ganancias de calor de niños menores de 12 años se toman con un coeficiente de 0,5, hasta 17 años – 0,75

Sin embargo, este enfoque está justificado al elegir un sistema split para instituciones infantiles. El aire acondicionado se adquiere de cara al futuro, por lo que para la familia la emisión de calor de los niños debe equipararse a los valores de «adultos».

Para un sistema de enfriamiento de apartamento, el parámetro Q2 se define como el producto del número de residentes por el valor promedio de liberación de calor: aproximadamente 110 W.

Paso #3 – cálculo de Q3

Los excesos de calor del equipo eléctrico se calculan mediante la fórmula:

Q3=N*m*i,

Donde:

• N – potencia de una unidad de equipo;
• m – cantidad de electrodomésticos;
• i – coeficiente de conversión de energía eléctrica en térmica.

En los cálculos, es necesario considerar también la frecuencia de uso del equipo durante el día, tomando el funcionamiento continuo como unidad.

Los coeficientes de conversión de energía para diferentes equipos se muestran en la tabla. Valores adicionales de ganancia de calor: televisor – 0,2 kW, fotocopiadora, computadora – 0,3 kW, otros equipos de iluminación/domésticos – 30% de la potencia nominal consumida.

Resumiendo el valor total de las ganancias de calor, se puede determinar la potencia del aire acondicionado. Se permite un exceso de capacidad de enfriamiento del equipo del 15% sobre el valor calculado, o una reducción de hasta un máximo del 5%.

Cálculos paso a paso de la potencia del equipo

Primero, realizaremos el cálculo de la potencia necesaria del equipo para un espacio específico de 24 m². Luego, consideraremos en qué situaciones se utilizan ajustes.

Cálculo de potencia para una habitación específica

Datos de cálculo para determinar la capacidad del split:

• área del espacio – 24 m², altura del techo – 2,8 cm;
• habitación con ventana estándar orientada al sur;
• cantidad de residentes – 2 personas;
• equipamiento: computadora, televisor, refrigerador (0,3 kW), lámpara incandescente (0,1 kW).

Es posible el funcionamiento simultáneo de los electrodomésticos mencionados.

Paso 1 — determinación de las ganancias de calor de ventanas, suelo, paredes y techo.

Q1=24*2,7*40=2592 W

El valor obtenido se puede redondear con seguridad a 2,6 kW. En el cálculo se utiliza el coeficiente g=40, ya que la habitación está bien iluminada.

Paso 2 — cálculo de la ganancia de calor de las personas. Tomaremos la producción de calor de un adulto como 110 W.

Q2=2*110=220 W o 0,22 kW

Paso 3 — las ganancias de calor del equipo se calculan para cada tipo de equipo teniendo en cuenta el coeficiente de conversión de energía eléctrica:

• computadora – 0,3 kW;
• televisor – 0,2 kW;
• lámpara eléctrica – 90 W (100 W*0,9);
• refrigerador – 100 W (300 W*0,3).

Q3=300+200+90+100=600 W o 0,6 kW

Paso 4 — cálculo de la capacidad de enfriamiento del aire acondicionado.

Q=2,6+0,22+0,6=3,42 kW

Para comparar, se puede realizar una selección aproximada del aire acondicionado únicamente por área sin considerar el número de residentes y las ganancias de calor. Para un área de 24 m², la capacidad de enfriamiento aproximada debería ser de 2,4 kW, teniendo en cuenta una buena iluminación – 2,4*1,2=2,88 kW.

Según los parámetros iniciales, se recomienda seleccionar un aire acondicionado con una potencia en el rango de 3,3-3,9 kW. A este valor corresponden los splits «doce» – su rendimiento es de 3,5-3,5 kW.

En esta situación, los resultados de los cálculos según dos métodos difieren. La prioridad es el cálculo «térmico». La potencia de refrigeración del aire acondicionado debe compensar todas las posibles ganancias de calor.

Consideración de condiciones especiales de funcionamiento

El método descrito anteriormente, en la mayoría de los casos, no necesita ajustes y proporciona un resultado preciso.

Merece especial atención:

• la necesidad de ventilación regular;
• la ubicación de la habitación en el último piso;
• el clima cálido de la región;
• una gran superficie acristalada.

Consideremos todos estos casos con más detalle.

Entrada de aire fresco

En la documentación de los sistemas split generalmente se estipula que no es deseable utilizar el aparato con las ventanas abiertas.

La entrada de flujo de aire exterior, al ingresar a la habitación, crea una carga térmica no prevista para el equipo de climatización. El volumen de aire fresco no está estandarizado y es difícil prever de antemano el margen de potencia óptimo.

Para mantener un microclima normal sin mover constantemente la hoja, se puede dejar la ventana en microventilación o instalar una válvula de suministro. Ambas opciones no provocan corrientes de aire cuando la puerta de entrada está cerrada.

Al utilizar el split en condiciones de ventilación moderada, se debe tener en cuenta:

1. Para compensar la carga térmica adicional, el valor de Q1 en el cálculo de la potencia del aire acondicionado debe aumentarse en un 20%.
2. El consumo de electricidad durante el funcionamiento del split aumentará hasta un 15%.

En climas cálidos, no conviene confiar en el margen de potencia. Con importantes aportes de calor, el aire acondicionado no garantizará la temperatura deseada.

Último piso de una vivienda

En áticos y apartamentos de los últimos pisos sin ático, el calor del techo caliente se transmite al interior de la habitación. La situación se agrava si hay techos planos de color oscuro.

Para compensar las ganancias de calor del techo, se prevé un margen de capacidad de refrigeración – al determinar la potencia del aire acondicionado, el valor Q1 se multiplica por un factor de 1,15-1,2.

Clima cálido de la región

Una de las reglas para el uso seguro del aire acondicionado es cumplir con la diferencia de temperatura permitida entre el exterior y el interior del edificio. El límite es de 10 °C. Por ejemplo, si fuera hay 35 °C, la temperatura recomendada en el interior no debe ser inferior a 25 °C.

La potencia nominal de los equipos split se indica considerando el funcionamiento en condiciones de hasta 31-33 °C. Cuando el indicador aumenta a 40 °C o más, la capacidad de refrigeración de la unidad no es suficiente para mantener los codiciados 18-20 °C.

Considerando la predisposición del clima a veranos calurosos y sus propias preferencias de nivel de frescura, al realizar los cálculos, el indicador Q1 debe aumentarse adicionalmente en un 20-30%.

Ventanas grandes en la habitación

La fórmula típica supone que en la habitación hay una ventana de dimensiones estándar de hasta 2 m². Varias aberturas de ventanas o una estructura panorámica aumentan las ganancias de calor no consideradas.

Debido al mayor impacto del flujo de luz que entra por las ventanas, en la época cálida el equipo climático gasta la mitad de su potencia en compensar el calor solar.

El ajuste de la potencia de refrigeración se realiza calculando por cada metro cuadrado adicional de acristalamiento:

• + 200-300 W – para el lado soleado;
• + 100-200 W – insolación moderada de la habitación;
• + 50-100 W – predominio de sombra.

Las persianas o cortinas claras ayudarán a reducir las ganancias de calor solar.

Criterios adicionales para la selección del aire acondicionado

Además de las características de potencia del sistema y la clase de eficiencia energética, antes de la compra debe decidir los siguientes parámetros:

• tipo de aire acondicionado;
• principio de funcionamiento del equipo;
• capacidades funcionales;
• marca fabricante.

A continuación, examinaremos con más detalle cada uno de estos criterios.

Criterio #1 — tipo de aire acondicionado

Para uso doméstico se utilizan monobloques y sistemas split. La primera categoría incluye modelos de ventana y dispositivos portátiles compactos. Los aires acondicionados empotrados en ventanas han perdido su antigua popularidad.

Están siendo reemplazados por modificaciones más modernas, sin los defectos de sus predecesores: ruido durante el funcionamiento, reducción de la iluminación debido a la obstrucción de la ventana, limitación en la elección de la ubicación.

Las ventajas indiscutibles de los 'enfriadores' de ventana: bajo costo y facilidad de reparación. Este equipo es más adecuado para uso estacional en una casa de campo que para un apartamento.

Los monobloques móviles están equipados con un conducto de aire flexible que expulsa el calor al exterior. Un aire acondicionado portátil es la solución óptima para un espacio alquilado. Hemos presentado la clasificación de los mejores modelos móviles en este artículo.

Ventajas del monobloque móvil: posibilidad de transporte, facilidad de instalación. Desventajas: grandes dimensiones, alto nivel de ruido, «dependencia» del conducto de salida.

Los sistemas split ocupan firmemente las posiciones de liderazgo entre los complejos de aire acondicionado domésticos.

Según la forma de ejecución, se distinguen dos categorías de splits:

1. Construcción de dos bloques. Un par de módulos están conectados por un circuito cerrado de freón. El complejo es fácil de operar y prácticamente silencioso. Hay diferentes opciones de diseño para la unidad interior, el cuerpo no ocupa espacio útil en la habitación.
2. Multisistema. El módulo exterior permite el funcionamiento de dos a cinco unidades interiores.

El uso de un multicomplejo permite establecer diferentes parámetros de climatización en habitaciones individuales.

Desventaja del sistema climático: la dependencia de las unidades interiores de una única unidad exterior. Si esta se avería, todas las habitaciones quedarán sin refrigeración.

Criterio #2 — principio de funcionamiento

Se distinguen modelos convencionales e inverter.

Secuencia de funcionamiento de un sistema split tradicional:

1. Cuando la temperatura aumenta, el aire acondicionado se enciende.
2. Después de enfriar hasta el límite establecido, el equipo se apaga.
3. El ciclo de encendido/apagado se repite de forma continua.

En cambio, un aire acondicionado inverter funciona de manera más «suave». Después del encendido, la habitación se enfría, pero el aparato continúa funcionando con potencia reducida, manteniendo la temperatura deseada.

La versión inverter del split es entre un 30% y un 40% más eficiente que un aire acondicionado convencional. El valor de eficiencia energética EER de algunos modelos alcanza cifras de hasta 4-5,15.

Gracias a la ausencia de ciclos «bruscos», los aires acondicionados inverter son silenciosos y duraderos.

¿También usted no sabe qué es mejor elegir — ¿un aire acondicionado inverter o uno convencional? En ese caso, le recomendamos que conozca sus principales diferencias, así como las ventajas y desventajas de cada opción.

Criterio #3 — funciones y marca

Los fabricantes, en su afán por ganarse el favor de los compradores, equipan los sistemas split con opciones adicionales.

Es bueno que el aire acondicionado cuente con las siguientes funciones:

• distribución en abanico del flujo de aire;
• restauración automática de la configuración del aparato;
• control remoto;
• temporizador integrado.

Otra de las funciones más demandadas entre los usuarios del aire acondicionado es la entrada de aire fresco. Muchos fabricantes ofrecen estos modelos.

Los aires acondicionados de marcas populares se presentan en una amplia gama de modelos de diferentes categorías de precio, desde la clase económica de presupuesto hasta los sistemas split del segmento premium.

El fabricante del equipo juega un papel importante en la elección: cuanto mejor sea la reputación de la marca, mayores serán los indicadores de calidad y fiabilidad del equipo.

En el ranking de los principales fabricantes predominan empresas extranjeras: Daikin, LG, Sharp, Hitachi, Panasonic y General Climat. Hemos revisado los mejores modelos de aires acondicionados en el siguiente artículo.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Las recomendaciones prácticas de un especialista ayudarán a determinar las características de potencia del aire acondicionado:

Al comprender los principios de cálculo del rendimiento de los sistemas de climatización, se podrá determinar de forma independiente el rango de potencia admisible.

El cálculo final de los parámetros adecuados es mejor dejarlo en manos de profesionales – un especialista experimentado considerará todos los matices operativos y seleccionará el modelo óptimo de aire acondicionado.

¿Usted necesita un aire acondicionado, pero no quiere equivocarse con la potencia y elegir un equipo insuficientemente productivo para su piso/casa? ¿Quizá le hayan quedado preguntas sobre los cálculos o desea aclarar ciertos matices? Pida consejo en los comentarios – nuestros expertos y visitantes competentes del sitio intentarán aclarar todos los aspectos.