Suelo radiante, un sistema de calefacción y enfriamiento como alternativa a los radiadores

 

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Gracias a ATECYR, la Asociación Técnica Española de Climatización y Refrigeración,  le ofrecemos un resumen del Documento Técnico que han editado sobre Sistemas de Suelo Radiante (DTIE 9.04) que forma parte de la colección de Documentos Técnicos de Instalaciones en la Edificación de Atecyr (DTIE’s).
En este artículo se describen las distintas instalaciones de suelo radiantes como un sistema de calefacción alternativo a los sistemas tradicionales de radiadores.
 
Las instalaciones radiantes que se realizan en la actualidad son de dos tipos, el suelo radiante eléctrico y el suelo radiante por agua caliente, en este artículo, sólo se abordará el sistema radiante por agua caliente.
 

Introducción a los sistemas radiantes por agua caliente

 
Los sistemas radiantes por agua caliente se basan en controlar la temperatura de alguna de las superficies internas de un edificio (suelo, techo o pared), para contrarrestar el calor o frío que penetra, transmitiéndose a través de los cerramientos del edificio, por renovaciones e infiltraciones del aire exterior, por generación interna de calor y por ganancia radiante de origen solar.
 
La superficie establece los intercambios de calor por radiación con el cuerpo humano y con el resto de superficies dentro de ese espacio, contrarrestando de esta manera las cargas internas del local. Así mismo existirá un intercambio de calor convectivo entre la superficie y el aire ambiente.
 
La posibilidad de calentar agua a baja temperatura mediante una caldera, una bomba de calor o la energía solar térmica y hacerla circular por tuberías de plástico embutidas en las superficies utilizando bombas, permite el uso de esta tecnología como un sistema de calefacción muy confortable y de bajo consumo energético.
 
A principios de los noventa aparece en el mercado la aplicación de sistemas de superficies radiantes como sistemas de enfriamiento, que consisten en hacer circular agua fría por las tuberías embutidas.
 
La posibilidad de usar la misma red de tuberías dentro del pavimento para calefacción y refrigeración radiante hace que este sistema de climatización sea cada vez más interesante en su selección. El límite de enfriamiento de las superficies se encuentra en la temperatura de rocío del aire ambiente, que depende de su contenido en humedad y la temperatura mínima en el caso de suelos fríos compatible con las condiciones de confort térmico, según establece la UNE EN 7730. De esta forma se asegura que no se producen condensaciones de agua sobre la superficie fría.
 
Una variante es la instalación en falsos techos de paneles fríos por los que circula agua procedente de máquinas enfriadoras, bombas de calor aire-agua o bombas agua-agua, denominándose esta tecnología sistemas de techos fríos.
 
Desde el punto de vista práctico, son más fáciles de utilizar los sistemas radiantes por suelo o techo que el de paredes, ya que éstas presentan como inconveniente que no pueden quedar cubiertas con muebles u otros elementos.
 
El techo radiante es algo menos eficiente dado que las tuberías no se embuten en mortero sino que se montan en una cámara de aire, que es la que intercambia calor con el material de construcción, y que el intercambio de calor mediante el mecanismo convectivo es más desfavorable; no obstante, en algunos locales específicos, el uso de techos radiantes es una de las pocas soluciones que se pueden emplear para el aporte de calor. Por el contrario, los sistemas de techos fríos proporcionan un comportamiento mejor que el suelo refrescante pues el intercambio convectivo es mejor, pues el aire frío desciende por la zona ocupada.
 
Las superficies radiantes tienen dos características destacables que son:
  • Un mejor nivel de confort térmico, pues se controla la temperatura radiante con la que intercambia el cuerpo humano radiación calorífica de manera uniforme en todas las direcciones, lo que proporciona una mejor sensación de bienestar.
  • Mayor ahorro energético, debido a que la temperatura de trabajo del fluido caloportador podrá ser inferior en calefacción y superior en refrigeración si se utiliza un sistema radiante en paredes, techos o suelos.
Adicionalmente, según el análisis realizado para determinar la temperatura operativa, al poder tener menor diferencia de temperaturas entre el interior y el exterior (menor temperatura del aire en invierno y mayor en verano), el intercambio energético y las pérdidas por ventilación e infiltraciones serán menores.
 
La inversión necesaria para conseguir este objetivo limita, evidentemente, la instalación al empleo del suelo y, en algunos casos, al techo, sobre todo si se trata de techos fríos. El concepto de radiante o refrescante se utiliza normalmente en la misma instalación, aprovechando la posibilidad de impulsar agua caliente para dar calefacción o fría para refrigeración, pero sin necesidad de una instalación adicional a la ya existente.
 
Las diferencias fundamentales de un suelo radiante con el resto de los sistemas de acondicionamiento son:
  • La temperatura superficial máxima para el suelo es de 29ºC para las zonas definidas como residencias (zona ocupada), permitiéndose alcanzar los 35ºC en las zonas perimetrales (1 m entorno a los cerramientos de cada local) y en los cuartos de baño. La temperatura de trabajo del agua para el suelo radiante está comprendida entre los 30 y 50ºC, no superando nunca los 55ºC. Esto permite usar generadores de calor a baja temperatura como pueden ser las bombas de calor o los paneles solares, así como las calderas de baja temperatura o condensación.
  • Un local calefactado por un sistema radiante posee una temperatura muy uniforme. Las asimetrías radiantes provocadas por zonas frías como grandes ventanales pueden ser compensadas con un aumento de la densidad de tuberías radiantes, lo que se consigue reduciendo la distancia de separación entre los ejes de dichas tuberías, en las zonas donde se encuentren estas superficies acristaladas (zona perimetral).
  • La ausencia de emisores de calor en paredes y techos aumenta el espacio disponible y la estética de la estancia.
  • La velocidad del aire en los sistemas radiantes no supera los 0,05 m/s por lo que los movimientos de partículas son muy reducidos, mejorando la calidad del aire interior sin riesgo de disconfort térmico local por corrientes de aire fluctuantes (turbulencias).
  • Los sistemas radiantes disminuyen la probabilidad de contraer afecciones respiratorias, al no existir corrientes de aire, y evita cefaleas provocadas por la presencia de aire excesivamente caliente en la zona de la cabeza.
  • Los sistemas radiantes aplicados a edificios con techos altos como iglesias, auditorios, teatros, cines, estaciones de trenes, etc., al trabajar con temperatura de aire del ambiente inferior, al menos en 2ºC, a los sistemas que utilizan exclusivamente aire como fluido caloportador, pueden suponer un ahorro de energía estimado entre el 10% y el 20% respecto a otros sistemas de calefacción.
  • En el intervalo de temperaturas ambiente comprendido entre 20 a 28ºC, el cuerpo humano intercambia un 30% de calor por convección, un 45% por radiación y un 25% por transpiración evaporativa. Calentando o enfriando superficies grandes aumentaremos la eficacia de los intercambios entre el cuerpo y el entorno.
 
Como inconveniente de los sistemas radiantes se encuentra la posibilidad de fugas cuya reparación es mucho más costosa que en otros emisores. Además, el hecho de que los paneles de calefacción radiante sean horizontales, puede plantear problemas de purga de aire, así como una gran dificultad en el vaciado de la instalación. Por estos motivos, hay que poner especial cuidado tanto en el cálculo de la instalación como en el montaje adecuado del sistema. Un tubo radiante defectuoso o roto accidentalmente en obra, o adicionar la capa de mortero sin mantener a presión la instalación, pueden provocar defectos muy costosos de arreglar en estas instalaciones.
 

Suelo radiante para enfriamiento: suelo refrescante.

 
Una variación de las instalaciones por superficie radiante es lo que se conoce como suelo refrescante.
 
En los sistemas por bomba de calor o energía solar con máquina de absorción, normalmente aire-agua, existe la posibilidad de proporcionar calor en invierno y frío en verano. Cuando se dispone de una instalación para suelo radiante como emisor de calefacción con agua caliente a baja temperatura, se puede utilizar el mismo sistema con ligeras modificaciones para que, impulsando agua fría, proporcione refrigeración en verano.
 
En esta situación, la temperatura del suelo no puede ser inferior a 19ºC en ninguna de las zonas (incluida la perimetral), y el sistema debe estar equipado con una sonda de humedad que asegure que la superficie del suelo siempre se encuentra por encima de la temperatura de rocío, evitando los efectos provocados por la condensación no deseada en dicha superficie.
 
Evidentemente, el nivel de confort es superior cuando se utilizan techos fríos aunque no son sistemas comparables, ya que el suelo refrescante no precisa de una instalación adicional pues utiliza la ya existente.
 
El confort en los locales que debe compararse es el de disponer de suelo refrescante o no disponer de ningún tipo de sistema de enfriamiento.
 
No obstante la ganancia térmica radiante en los locales a través de las ventanas, incide primero sobre el suelo, por lo que el sistema refrescante posee a su favor al combatir la ganancia de carga, precisamente en el lugar desde donde se disipa, reduciendo el efecto negativo derivado de tener el suelo frío.
 
Este sistema no es muy recomendable en lugares donde la temperatura de rocío de los locales sea elevada, bien porque las condiciones climatológicas de la localidad sean de una alta temperatura y humedad, o porque haya que disipar elevada carga latente en el interior de los locales. En estos casos debe de combinarse con sistemas de convección forzada o fancoils.
 

Calefacción radiante por paredes verticales

 
El sistema es análogo al descrito anteriormente, pero se colocan las tuberías de distribución en las paredes verticales del local a calefactar. Como ventaja sobre el sistema de suelo radiante presenta una mayor facilidad para hacer el purgado de gases, pero no ha tenido mucha implantación por presentar los siguientes inconvenientes:
  • Mayores pérdidas cuando los serpentines se alojan en los cerramientos exteriores.
  • Dificultad de realizar modificaciones en el tabicado interior cuando los elementos calefactores separan los locales.
  • El sistema, que al igual que en el caso de superficies radiantes no presenta emisores terminales con la consiguiente ahorro de espacio útil, tiene como inconveniente que sobre las paredes calefactoras no se pueden colocar muebles, cortinas, etc., pues se reduce enormemente la transmisión.
  • Finalmente pueden surgir problemas derivados de la posible perforación de los tubos al colocar cuadros, espejos. etc.

Emisores radiantes desde techo.

 
Los techos calientes, por lo general, resultan poco adecuados cuando la altura del local es pequeña, pero sí son viables cuando los techos están suficientemente elevados (> 3 m). La temperatura superficial del techo debe ser la adecuada para no provocar la sensación de “tener la cabeza caliente y los pies fríos”.
 
Aunque la mayor cantidad de calor se intercambia por radiación, la utilización del suelo provoca que el aire caliente discurra por la zona ocupada, lo que no ocurre cuando es el techo la superficie emisora, dado que los mecanismos de convención natural hacen que el aire a más temperatura esté en la parte superior del local.
 
Por esos mismos motivos, puede ser más adecuado utilizar techos fríos en el caso de refrigeración para conseguir condiciones de confort que el suelo refrescante anteriormente mencionado, pero la ventaja de este último es que no se precisa de una nueva instalación al aprovecharse la misma que se utiliza para calefacción. 
 
Más información:
 
Esta recopilación de documentos ha sido editada por ATECYR (Asociación Técnica Española de Climatización y Refrigeración) y se encuentra a la venta en su página web: https://www.atecyr.org/eATECYR/ventas/browse/publicaciones/dties/1
 
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Modificado por última vez enMartes, 10 Noviembre 2015 13:43
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