En términos generales, las condiciones térmicas de un edificio dependen de la mágnitud de las pérdidas y ganancias de calor que está teniendo en un momento dado. El edificio tenderá a calentarse cuando las ganancias de calor sean mayores que las pérdidas, y a enfriarse en la situación contraria. En cualquiera de los dos casos se puede llegar fácilmente a condiciones interiores de disconfort, las cuales, en situaciones extremas, exigirán sistemas de climatización artificial (refrigeración y/o calefacción) para ser contrarrestadas.

De acuerdo al método de la ecuación del balance térmico el equilibrio térmico de un edificio ocurre cuando la suma de las pérdidas y ganancias de calor es igual a cero, llegando a un punto neutral que se expresa mediante la siguiente ecuación:

Qi + Qs ± Qc ± Qv - Qe ± Qm = 0

Los seis valores en el lado izquierdo de la ecuación se refieren a las principales fuentes de ganancias y/o pérdidas de calor de un edificio: internas, solares, conducción, ventilación, evaporación y sistemas mecánicos de climatización. En los siguientes párrafos trataremos e establecer los procedimientos generales para calcular esos valores.

Ganancias internas (Qi)

Las ganancias internas representan fuentes de calor al interior del edificio e incluyen personas, estufas, focos y prácticamente todos los aparatos que consumen energía. Una persona desarrollando actividades ligeras puede añadir unos 180W de energía calorífica al espacio, mientras que una televisión puede añadir más de 300W, dependiendo de su tamaño. En la tabla de abajo se puede consultar algunos valores típicos de aportes de calor por aparatos. Para conocer los aportes de calor por ocupantes puedes consultar el artículo Producción de calor en el cuerpo humano.

Para estimar las ganancias internas de calor es recomendable calcular los aportes que se pueden dar en un momento dado. Esto significa que no deben considerarse encendidos todos los aparatos al mismo tiempo, sino que es necesario establecer un promedio razonable. Algunos manuales proporcionan tasas estándar de ganancias internas de calor en watts por metro cuadrado de superficie de piso (W/m²), de acuerdo al tipo de actividades que se desarrollan al interior del edificio. En ese caso será necesario multiplicar dicha tasa por la superficie total de piso para estimar las ganancias totales.

Ganancias solares (Qs)

La radiación solar que incide sobre el edificio puede generar importantes ganancias de calor. Cuando éstas se dan a través de superficies opacas (muros y cubiertas, por ejemplo) se denominan indirectas, y cuando ocurren a través de superficies transparentes, como el vidrio, se llaman directas. En el método del balance térmico se recomienda calcular las ganancias indirectas por medio del parámetro temperatura sol-aire (ver Ganancias por conducción). Sin embargo en ocasiones puede resultar útil conocer las ganancias solares indirectas independientemente de la temperatura del aire exterior.

Ganancias solares directas

Las ganancias solares directas (a través de los elementos transparentes) se dan como sigue:

Qs = G * A * fgs

Donde:
Qs = Ganancia directa total en Watts (W).
G = Radiación solar total incidente sobre la superficie transparente (W/m²).
A = Área de la superficie transparente en m².
fgs = Factor de ganancia solar del vidrio.

Nota: El factor de ganancia solar (fgs) se relaciona con el tipo de superficie transparente y representa la radiación directa que puede atravesarla. Se trata de una fracción entre 0 y 1, donde 0 representaría una superficie totalmente opaca y 1 indicaría una superficie totalmente transparente. Generalmente un vidrio claro de 3mm tiene un fgs de 0.88, mientras que uno de 6mm tiene un fgs de 0.84. Algunos cristales de color pueden reducir su fgs a 0.40, en tanto algunos cristales reflejantes pueden llegar a reducirlo hasta 0.20. Sin embargo es importante tomar en cuenta que los cristales de color y los reflejantes también reducen las ganancias de calor cuando estas serían deseables (en invierno) y que pueden llegar a obstruir de manera significativa las vistas al exterior.

Ganancias solares indirectas

Las ganancias solares indirectas implican un proceso en el que la radiación solar incidente primero aumenta la temperatura de la superficie exterior de los cerramientos, para después generar un flujo de calor por conducción a través de éstos. Para calcular las ganancias solares indirectas, independientemente de la temperatura del aire exterior, se puede recurrir a la siguiente fórmula:

QsIndirectas = U * A * (G * a * Rso)

Donde:
Qs = Ganancia solar directa total en Watts (W).
U= Valor U del elemento.
G = Radiación solar total incidente sobre el elemento opaco (W/m²).
A = Área del componente opaco en (m2).
a = Absortancia de la superficie (0-1).
Rso = Resistencia de la película exterior de aire.

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