Posteriormente, ya a mediados del siglo pasado, comenzaron a emplearse nuevas instalaciones que se basaban en el transporte de agua caliente por el interior de una serie de tubos embebidos en el suelo de la vivienda.
Este tipo de instalación se vio acompañada de innumerables inconvenientes debidos a la corrosión de los tubos de metal y a los insuficientes niveles de aislamiento de las viviendas.
En la actualidad, el desarrollo de los materiales plásticos para la conducción de agua, la mejora de los niveles de aislamiento y la posibilidad de regular correctamente las instalaciones permite a
los usuarios disfrutar de unos niveles de confort excelentes mediante la climatización por suelo radiante/refrescante.
Ventajas
· La climatización por suelo radiante ofrece unas condiciones de máximo confort, y ello se debe a los siguientes factores:
- Hay una distribución uniforme de temperaturas con lo que se eliminan las zonas excesivamente frías o calientes y se genera una emisión o absorción de calor muy uniforme en todo el local.
- Se eliminan las corrientes de aire, motivo de gran nivel de disconfort.
- Se dispone de un ambiente muy saludable al eliminarse las corrientes de aire que remueven el polvo y causan problemas entre las personas alérgicas, asmáticas, etc.
· La superficie del suelo pasa a ser el elemento emisor, con lo que se evitan los problemas que suelen originar otro tipo de elementos emisores en lo que a decoración se refiere.
· Es la instalación ideal en locales con techos elevados puesto que se mantienen las condiciones de confort en la zona de ocupación.
· Se reduce el coste energético de la instalación, ya que permite trabajar con temperaturas inferiores en calefacción y superiores en refrescamiento con grado de confort equivalente.
· Es una instalación silenciosa, debido a la ausencia de radiadores y a las características propias de la tubería de polibutileno.
Funcionamiento
La calefacción por suelo radiante consiste básicamente en la emisión de calor por parte del agua que circula por tubos embebidos en la losa de hormigón que constituye el suelo. De esta forma conseguimos una gran superficie como elemento emisor de calor. En los meses frios, a una temperatura en torno a los 35-40oC, el agua recorre los tubos que cubren el suelo y aporta el calor necesario para calefactar la vivienda.
Existe asimismo la interesante posibilidad de emplear este tipo de instalación para una climatización integral, proporcionando calefacción en invierno y refrescamiento en verano. De este modo en los meses cálidos haremos circular agua en torno a 15oC por la instalación, que absorberá el exceso de calor del local y proporcionará una agradable sensación de frescor.
Se trata de un tipo de instalación especialmente indicado para la climatización de viviendas, oficinas y en general locales de baja carga latente. Su aplicación es óptima en locales de altura importante ya que proporciona climatización en el volumen ocupado por el cuerpo humano, consiguiendo importantes ahorros.
Componentes de la Instalación
Una instalación de climatización por suelo radiante/refrescante se compone del generador, los elementos necesarios para la distribución del fluido y la regulación.
Generadores
Los sistemas de suelo radiante/refrescante optimizan la utilización de generadores de la máxima eficiencia energética, con lo que se disminuye el consumo, se reduce la emisión de contaminantes a la atmósfera y se respeta el medio ambiente. La integración de bombas de calor aire agua, en combinación con calderas de condensación y captadores solares térmicos aportan soluciones para una climatización integral.
Bomba de Calor Aire-Agua
La Bomba de Calor tipo Aire-Agua es el aparato ideal para una instalación de suelo radiante ya que permite la integración de la calefacción y la refrigeración en un mismo aparato.
La Bomba de Calor Aire-Agua es una máquina cuyo propósito es el de refrigerar y/o calentar un líquido, generalmente agua, mediante el cual se climatiza una instalación.
Este sistema permite disponer de temperaturas independientes en cada uno de los locales climatizados y con ello obtener el mayor confort a la vez de conseguir el consumo mas ajustado.
Estas máquinas son combinables con diferentes sistemas de generación de calor como calderas y captadores solares.
Funcionamiento
El funcionamiento de una bomba de calor es el mismo que el de cualquier aparato de refrigeración, salvo que el ciclo de funcionamiento es reversible, eso quiere decir que al invertir el flujo de refrigerante, pasa de refrigerar a calentar.
· En verano absorbemos el calor que lleva el agua que entra al intercambiador de placas y lo cedemos al aire exterior mediante la batería exterior, de esta forma enfriamos el agua.
· En invierno absorbemos el calor que hay en el exterior (hasta – 273oC que es el 0 absoluto todo es cantidad de calor) y este calor se lo cedemos mediante el intercambiador de placas al agua, de esta forma calentamos el agua.
Una vez tenemos el agua fría o caliente y mediante una o varias bombas de agua, la llevamos al los diferentes aparatos terminales; fancoils (murales, techo, suelo, conductos cassette), suelo radiante, etc. De esta forma refrigeramos o calentamos la/s estancias.
Selección de la Bomba de Calor
Es práctica muy usual determinar la capacidad de la bomba de calor mediante los datos de catálogo, esto es un grave error, los datos suministrados por los fabricantes en los catálogos son a una determinada temperatura y puede no coincidir esta con la temperatura exterior de proyecto.
Las condiciones en las cuales los fabricantes dan las capacidades en los catálogos comerciales son:
Por ello la selección se debe realizar siempre mediante los datos ofrecidos por los fabricantes en la documentación técnica y a la temperatura de proyecto. En este tipo de documentación vienen las capacidades y consumos a diferentes temperaturas exteriores e interiores.
Las bombas de calor Saunier Duval, son perfectamente válidas para trabajar hasta temperaturas de -10oC de temperatura exterior, incluso inferiores. Para ello tan sólo es necesario seleccionar adecuadamente la máquina, en las condiciones externas de trabajo determinadas en el proyecto.
En el caso de disponer de una fuente de calor suplementaria, es posible seleccionar la Bomba de Calor para cubrir las necesidades en refrigeración y ocasionalmente suplementar la capacidad de la bomba con esa fuente de energía.
En el caso de ser eléctrica la fuente suplementaria, esta no debe superar 1,2 veces el consumo de compresor/es.
Ahorro energético
En el suelo radiante/refrescante se trabaja con unas temperaturas ideales para una bomba de calor. Las bajas temperaturas de impulsión de agua en invierno (entre 35oC y 45oC) y altas temperaturas en verano (entre 12oC y 16oC) permiten no sólo ahorrar en energía, sino que también confieren una mayor capacidad a la máquina, véase la tabla 1.
De esta forma una instalación equipada con Bomba de calor permite disponer de climatización al menor coste energético, inclusive con apoyos de otros tipo de energía como gas, electricidad, gasóleo, etc..
Ejemplo: Estudio comparativo de costo anual de calefacción para una vivienda en Madrid
Medio ambiente
Todo ahorro energético, aparte del aspecto económico, conlleva un mayor respeto al medio ambiente.
La Bomba de Calor conjuntamente con un buen aislamiento térmico nos permitirá ahorrar, participar en la consecución del tratado de Kyoto y mejorar el medio ambiente.
Las Bombas de Calor aire-agua comparadas con otros sistemas de bomba de calor, como por ejemplo los sistemas aire-aire, precisan de una menor carga de refrigerante y muchísimas menos posibilidades de fugas del mismo. En consecuencia esto genera un menor impacto medio ambiental, tal y como se demuestra en la siguiente fórmula:
Instalación
Las bombas de calor aire-agua comparadas con sistemas aire-aire:
· No requiere de materiales y herramientas diferentes a las usualmente utilizadas en el mundo de la calefacción.
· La tuberías pueden ser del material mas cómodo para el instalador y las bombas de calor Saunier Duval se entregan “plug and play” (conectar y funcionar).
· No existen límites ni distancias mínimas entre los diferentes elementos que conforman la instalación.
· Confieren una mayor libertad a la hora de diseñar una instalación. Las bombas de calor aire-agua, requieren del mínimo manteniendo para su funcionamiento, al no disponer para su trabajo de quemadores, chimeneas, combustibles, así como de refrigerantes y aceites a lo largo de la instalación, etc.
Mantenimiento
Al no precisar para el mantenimiento de personal altamente cualificado, y en general de elementos exclusivos para el funcionamiento, su mantenimiento es rápido y económico.
Dada su sencillez y compatibilidad con todo tipo de generadores, controles y elementos terminales de cualquier tipo, las modificaciones, ampliaciones, reformas, etc. de las instalaciones no presentan los problemas que originan otros sistemas.
Distribución
El fluido portador es distribuido a los circuitos emisores mediante colectores de ida y retorno a los que se conectan. El conjunto colector incorpora una serie de elementos:
· Purgadores para extraer el aire contenido en la red de tuberías que dificulta la circulación del agua y disminuye la transmisión de calor.
· Válvulas de llenado y vaciado.
· Válvulas manuales en el colector de ida que permiten abrir o cerrar el paso de agua a los circuitos en función de la temperatura alcanzada en el local, con la posibilidad de automatización mediante un termostato ambiente para zonificación de temperaturas.
· Reguladores de caudal de lectura directa que permiten ajustar fácilmente el caudal adecuado en cada circuito.
· Termómetros, tanto en la ida como en el retorno, para comprobación visual de las temperaturas del sistema.
Elemento emisor
En la imagen vemos la disposición de los componentes del elemento emisor que se describen a continuación.
Tubo
El tubo es el elemento principal. Es el encargado de transportar el agua a través de la instalación para la transmisión del calor.
El polibutileno (PB) es, entre todos los materiales plásticos empleados en canalizaciones, el termoplástico que mejor se adapta al diseño y ejecución de las instalaciones de suelo radiante gracias a su flexibilidad y comportamiento a largo plazo.
En comparación con otros materiales plásticos, el PB presenta un reducido módulo de elasticidad que permite una mayor facilidad de instalación del material así como una menor dilatación térmica que genera unas tensiones tan reducidas que son perfectamente absorbidas por el material.
Por otra parte, y en concordancia con la norma EN 1264, se recomienda el empleo de tubos con capa de barrera de oxígeno. De este modo, se reduce el aporte de oxígeno al agua, lo que protege de la corrosión a los componentes metálicos de la instalación, evitándose así futuros problemas de funcionamiento en la instalación.
El tubo de polibutileno sistema Hep2O® de Saunier Duval con barrera de oxígeno, en rollos sin memoria de uso exclusivo para instalaciones de suelo radiante/refrescante es idóneo para esta aplicación dada su extraordinaria flexibilidad que facilita y agiliza su instalación. Por otra parte, la capa de barrera de oxígeno, interna en el tubo, queda totalmente protegida durante el proceso de instalación.
La distribución del tubo puede ser en serpentín o espiral, siendo esta última disposición la recomendada ya que permite una mayor uniformidad en la distribución del calor así como una mejor homogeneidad de temperaturas. En cualquier caso, deben respetarse siempre los radios de curvatura mínimos definidos para el tubo, que en el caso de tubo de polibutileno es ocho veces su diámetro.
Para la aplicación de suelo radiante/refrescante, se recomienda la utilización de tubo de diámetro exterior 20 mm con una distancia máxima entre tubos de 150 mm. De este modo dispondremos de una temperatura homogénea sobre la superficie del suelo y unas pérdidas de carga asumibles en la instalación.
Materiales aislantes
La capa de aislamiento sobre el forjado evita que el calor desprendido por los tubos se transmita hacia la planta inferior.
La resistencia térmica de este material aislante permite maximizar esa transmisión de calor hacia el local ubicado por encima de ella. La colocación de estas placas aislantes debe efectuarse de modo que las juntas entre los paneles no estén alineadas unas con otras.
La banda de zócalo perimetral se sitúa a lo largo de las paredes permitiendo el movimiento de la placa y evitando las pérdidas de calor en el perímetro del local. El babero plástico adherido a ella se coloca sobre las planchas aislantes, de modo que se impida cualquier filtración de mortero entre el zócalo y las planchas. La parte superior del zócalo perimetral no debe cortarse hasta que se haya completado el recubrimiento del suelo.
La aplicación de este tipo de instalación requiere de unos niveles mínimos de aislamiento en la vivienda. Las temperaturas máximas, entre 29 y 35oC, y mínima de 19oC sobre la superficie del suelo determinan la capacidad máxima de emisión de calor en calefacción y absorción en refrigeración. Por este motivo, es requisito para la instalación el cumplimiento de los niveles de aislamiento requeridos por la NBE-Condiciones Térmicas en los Edificios.
Losa de mortero
La placa de mortero rodea a los tubos y almacena y transmite el calor cedido por el agua que circula a través de los mismos.
El espesor mínimo de esta capa por encima de los tubos, según indicación de la norma EN 1264 y por razones de ejecución, debe ser de 30mm como mínimo. Es recomendable el empleo de aditivos que fluidifican el hormigón, lo que permite un perfecto recubrimiento de los tubos y evita posibles bolsas de aire que afectan negativamente a la transmisión de calor.
Recubrimiento del suelo
Los sistemas de climatización por suelo radiante/refrescante permiten el empleo de cualquier tipo de pavimento, sin embargo, y como es lógico, su comportamiento ante la transmisión de calor diferirá en relación a los diferentes coeficientes de conductividad térmica.
Regulación de la Instalación
Los elementos de regulación de Saunier Duval constituyen una parte muy importante de la instalación. Los parámetros de funcionamiento deben ajustarse para optimizar el comportamiento de la instalación tanto desde el punto de vista del confort como del ahorro energético.
Las ventajas de la regulación son múltiples. Permite adaptar el funcionamiento de la instalación a las variaciones de las condiciones exteriores teniendo en cuenta la inercia propia de la instalación. Ajusta los parámetros al nivel de confort definido por el usuario. Controla la formación de condensaciones sobre la superficie del suelo, requisito importante en periodo de refrigeración.
Los elementos de regulación de Saunier Duval para una instalación de climatización por suelo radiante/refrescante permiten actuar sobre dos parámetros, la temperatura de impulsión del agua a la instalación y la temperatura ambiente.
Para la regulación de la temperatura de impulsión y control de condensaciones los componentes de la instalación son:
· Regulador de frío calor
· Válvula de 4 vías motorizada
· Sonda de temperatura de impulsión
· Sonda de temperatura exterior
· Sonda de temperatura superficial
· Control de temperatura/humedad relativa
En cuanto al control de la temperatura ambiente, los elementos son:
· Centralita de control vía radio
· Termostatos vía radio
· Antena
· Válvulas termoeléctricas
En primer lugar, la regulación de la temperatura de impulsión permitirá que ésta varíe considerando la influencia de los siguientes parámetros:
-Temperatura exterior
-Temperatura ambiente interior
-Temperatura superficial
-Temperatura de rocío interior para evitar el riesgo de condensaciones
La regulación de la temperatura de impulsión en función de la temperatura exterior permite obtener una respuesta del sistema más ágil ante variaciones en la temperatura exterior. Debe tenerse en cuenta que la inercia de la instalación es importante, ya que tenemos que calentar la losa de hormigón para que esta a su vez emita el calor a través de su superficie.
Funcionamiento en periodo de calefacción
La necesidad de calefacción en la instalación queda definida a través de la temperatura exterior, teniendo en cuenta el valor puntual medido y el valor acumulado. Cuando ambos parámetros caen por debajo de un valor fijado el regulador funciona en modo calefacción.
La temperatura del agua de impulsión a la instalación se adapta a la temperatura exterior a través de una curva de funcionamiento. Esta curva se selecciona en función de la temperatura de cálculo de la instalación y de la temperatura exterior mínima.
Existe la posibilidad de modificar la temperatura de impulsión a la instalación en función de la temperatura ambiente alcanzada en el local. De modo que, en periodo de calefacción la temperatura de impulsión se irá reduciendo a medida que la temperatura registrada en la habitación se aproxime al valor fijado como de confort.
La existencia de una sonda de temperatura superficial, generalmente ubicada sobre la losa de mortero y bajo el recubrimiento final del suelo, permite limitar la temperatura superficial tanto en periodo de calefacción como en refrescamiento.
El valor límite para la temperatura superficial se establece en 29oC en periodo de calefacción y en 19 oC en periodo de refrescamiento.
Funcionamiento en periodo de refrigeración
Para que el arranque de la refrigeración es necesario que se cumplan las siguientes premisas:
· la temperatura exterior acumulada debe superar el valor que se fija para este parámetro.
· la temperatura ambiente acumulada debe superar el valor que se fija para este parámetro.
· la temperatura ambiente actual debe superar la temperatura ambiente deseada.
En periodo de refrescamiento es fundamental, asimismo, controlar las condiciones higrométricas, temperatura y humedad relativa ambiente, de forma que la temperatura superficial no descienda por debajo de la temperatura de rocío y evitando de este modo la formación de condensaciones. En estas condiciones la temperatura mínima del suelo queda condicionada por la temperatura de rocío.
El control de condensaciones se efectúa a través de una sonda que registra continuamente la temperatura y humedad relativa en el local más representativo de la vivienda. A través de estos datos determina una temperatura de rocío (temperatura a la cual la humedad relativa alcanza la saturación y comenzaría la formación de condensaciones).
Dado que este valor de temperatura de rocío es calculado a la altura de la ubicación de la sonda, se establece un parámetro de desplazamiento en el regulador que permite obtener el valor correspondiente al nivel del suelo. El regulador impulsa agua a una temperatura de modo que la temperatura superficial correspondiente no sea inferior a la temperatura de rocío calculada en cada momento, evitando de este modo la formación de condensaciones sobre la superficie del suelo.
Tanto en periodo de calefacción como en periodo de refrigeración, la regulación de temperatura ambiente permite diferenciar distintas zonas de temperatura en la vivienda. De este modo, en cada local cuya temperatura deseemos establecer, ubicaremos un termostato vía radio y dispondremos de un número de circuitos. Sobre el colector de impulsión habremos colocado las correspondientes válvulas termoelétricas en la entrada a cada circuito. Estas válvulas termoelétricas se cablean a la correspondiente centralita de control. El termostato gobernará el funcionamiento de las válvulas termoeléctricas que le hayan sido asignadas en la centralita de control. Así, mientras el termostato no alcance la temperatura de consigna las válvulas correspondientes permanecerán abiertas, permitiendo la circulación de agua a través de los circuitos. Una vez alcanzada la temperatura deseada la válvula termoeléctrica cierra el paso de agua a los circuitos, reduciéndose inmediatamente el aporte de calor al local.
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