Sistemas de Calefacción y Climatización en Edificación

Calefacción

Definición

Entendemos por calefacción el método o sistema mediante el cual se aporta calor a algo o alguien con el fin de mantener o elevar su temperatura.

Sistemas de Calefacción en Edificación

Calefacción mediante Radiadores

El sistema de calefacción mediante radiadores es posiblemente el más utilizado. ¿Quiere esto decir que sea el mejor? No necesariamente, pero es indudable que tiene algunas ventajas frente a otros sistemas. Existen variados sistemas de calefacción, aunque habitualmente la característica que diferencia a unos de otros radica en la forma en la que se cede el calor del agua calentada en una caldera, al local que se desea calefactar.

¿Cómo funciona un radiador?

Están constituidos por recipientes de elevada superficie por los que circula agua caliente (calentada en una caldera que sale con una temperatura próxima a los 80 ºC). El calor del agua se cede a través de las paredes del radiador al aire, más frío, del local que se quiere calefactar. En el recinto se crean entonces corrientes de aire por convección: el aire caliente, de menor densidad, asciende y desplaza hacia abajo al aire más frío. De ese modo se calienta todo el aire del recinto y el ciclo se repite hasta alcanzar una temperatura uniforme en todo el local.

Tipos de Radiadores

La elección de un sistema de calefacción puede ser un dilema debido a la gran cantidad de fabricantes y modelos existentes. Además han de tenerse en cuenta condicionantes de tipo:

• Técnico: cada radiador posee unas características técnicas diferentes como son la transmisión de calor por superficie, el peso...
• Económico: el coste de una instalación es uno de los mayores inconvenientes a solventar cuando queremos conseguir la adjudicación de una obra.
• Estético: aunque aparentemente es el menos significativo, en ocasiones el cliente es quien finalmente decide, es posible que no posea ningún conocimiento técnico y sus preferencias, en ocasiones irrenunciables, están basadas únicamente en criterios estéticos.

Los radiadores pueden ser de: Hierro Fundido, Chapa de Acero, Panel de Chapa, Aluminio, Toalleros.

Conexión Hidráulica

Tan importante como seleccionar correctamente un radiador, en función de la potencia que debe de proporcionar, lo es su conexión hidráulica, montaje y ubicación. Existen dos formas de conectar hidráulicamente un radiador con el resto de la instalación:

• Conexión Bitubo: en la que el emisor se conecta por una de sus tomas a la tubería que viene desde la caldera con agua caliente y por otra a la tubería que retorna con el agua más fría. Con este sistema de conexión el agua que ha pasado por un radiador cediendo calor, no va hacia el siguiente, sino que retorna directamente a la caldera, obteniéndose así un calentamiento más rápido y uniforme que con el sistema monotubo, ya que el agua entra en todos los radiadores con una temperatura alta y similar.
• Conexión Monotubo: en la que la tubería por la que circula el agua procedente de la caldera entra en el primer emisor y, tras enfriarse al atravesarlo, sale por la misma toma hacia el siguiente radiador, en el que se repite el ciclo anterior. Desde el último radiador el agua retorna hacia la caldera formándose así un anillo. La ventaja de este sistema frente al anterior radica en el ahorro de tubo que se consigue al tener que llevar un solo tubo a cada radiador, siendo innecesario además el uso de tes y soldaduras. Como inconveniente destaca que el agua se va enfriando progresivamente según atraviesa los emisores y los que ocupan los últimos lugares deben sobredimensionarse para conseguir la potencia necesaria. Para evitar que a un radiador le llegue el agua tan fría que su rendimiento sea mínimo, no es aconsejable colocar más de seis radiadores en un anillo. Además, el cálculo que se debe realizar para seleccionar los radiadores se complica respecto al sistema bitubo.

Retorno Invertido

Aunque en teoría la temperatura del agua que entra en los radiadores, y por tanto el salto térmico, se decide y ajusta en el termostato de la caldera, en realidad, la temperatura del agua que circula por las tuberías va disminuyendo, aunque éstas estén aisladas térmicamente; cuanto mayor sea la longitud y el diámetro del tubo más se incrementarán las pérdidas de calor, llegando así más fría cuanto más alejado esté el radiador de la caldera. Por esta razón los últimos emisores calentarán menos de lo esperado. Además, también ha de tenerse en cuenta que, como consecuencia de que el agua recorre un camino más largo para llegar hasta estos emisores finales, se produce una mayor pérdida de presión y por lo tanto disminuye también el caudal de agua que les llega y con ello su potencia calorífica. Ya que una disminución de caudal y temperatura implican una menor cesión de calor por parte del radiador, puedes intuir que los locales en los que están situados los últimos emisores tendrán una menor temperatura, para evitar este inconveniente se debe efectuar un equilibrado hidráulico de alguna de las dos maneras siguientes: 1. Reduciendo el caudal que les llega a los primeros radiadores, ajustando la llave de entrada o de salida (detentor). 2. Realizando un denominado retorno invertido que consiste en hacer más largo el retorno en los primeros radiadores que en los últimos para igualar así el camino total seguido por el agua en todos los emisores.

Ubicación de los Radiadores

Una vez decidido el tipo de conexión y seleccionados los componentes correspondientes, pasaremos a planificar la colocación de los emisores. Lo primero que hemos de tener en cuenta es el emplazamiento del radiador. Lo ideal es colocarlo en la pared más fría, a poder ser bajo una ventana, con el fin de conseguir una temperatura lo más uniforme posible en el local. Si comparamos las figuras de la siguiente diapositiva, vemos que en el primer caso el aire frío penetra del exterior por las rejillas de la ventana y es inmediatamente calentado por las corrientes de aire caliente que por convección salen del emisor. Sin embargo, en el caso de la segunda figura, el aire exterior frío debe atravesar toda la habitación, calentándose sólo ligeramente antes de llegar al emisor. Como consecuencia, se produce una fuerte caída de temperatura a nivel del suelo. Es fundamental también, que las corrientes de aire de convección que circulan por el radiador no queden obstaculizadas por cubre-radiadores, cortinas, etc. Para favorecer dichas corrientes los emisores se colocarán separados de las paredes y suelos una distancia mínima, que generalmente señala el fabricante.

Calefacción mediante Suelo Radiante

El suelo radiante es un sistema de calefacción que funciona mediante la canalización de una fuente de calor debajo del suelo. Este sistema emana calor de forma homogénea gracias a una red de tuberías plásticas o, en su defecto, cableado que se instala bajo el pavimento de la vivienda o local de negocio.

El principio básico del suelo radiante es la impulsión de agua a baja temperatura en torno a los 40ºC en invierno y a 15ºC en verano.

Estos circuitos se instalan sobre un aislante térmico y quedan recubiertos por una fina capa de mortero que será la encargada de conservar la energía térmica recibida para posteriormente, ir liberándola de forma progresiva (inercia térmica). La calidad del mortero, su espesor, o su correcta distribución, serán determinantes para obtener una inercia adecuada a nuestras necesidades.

El sistema de suelo radiante tiene una inercia térmica muy elevada, esto significa que tarda más en calentarse que los radiadores tradicionales, sin embargo, seguirá emitiendo calor durante un determinado periodo después de haberse apagado.

Al existir una red de tuberías bien distribuidas bajo el suelo, se consigue una uniformidad del reparto del calor evitando asimetrías, es decir, zonas más calientes o más frías que otros sistemas sí pueden generar.

La forma de calentar de este sistema de calefacción proporciona un elevado confort. Como el calor proviene del suelo, éste no se pierde en la parte alta de la habitación, contribuyendo a mantener una temperatura agradable durante más tiempo.

Para evitar condensaciones de agua bajo el pavimento, se suelen instalar sondas de control que evitan suelos demasiado fríos.

Tipos de Suelo Radiante

• Eléctrico
• Por Agua Caliente (Gas Natural, Aerotermia, Geotermia)

Componentes del Suelo Radiante

• Placa Aislante: la placa de aislamiento se coloca sobre el forjado y sirve de base para la colocación de la red de tuberías que conforma el circuito. La placa aislante cuenta con una superficie cuadriculada que facilita la correcta colocación de las tuberías, actuando como soporte y guía de las mismas.
• Tubería: la tubería es el elemento principal del sistema encargándose de transportar el agua a través de la instalación y de transmitir el calor. Entre los materiales plásticos empleados en canalizaciones, el polibutileno (PB) es el termoplástico que mejor se adapta. La distribución de la tubería puede ser en serpentín o en espiral siendo esta última la más aconsejable ya que permite una mayor uniformidad en la distribución del calor, evitando asimetrías y por tanto, una mejor homogeneidad de temperaturas.
• Banda Perimetral: se trata de una banda de espuma que actúa como aislante lateral y cuyo objetivo es asegurar la separación entre la instalación del suelo y las paredes y evitar así los puentes térmicos.
• Colectores: los colectores de polímero o acero inoxidable permiten la alimentación paralela de circuitos de fluidos. Sus dimensiones compactas permiten su colocación en el interior de la vivienda empotradas en tabiques. El conjunto colector incorpora una serie de elementos: purgadores, válvulas de vacío y llenado, válvulas manuales, reguladores de caudal, termómetros.
• Placa de Mortero: es la capa de cemento que cubre los elementos de la instalación y sobre la que posteriormente se colocará el pavimento, normalmente cerámico, de piedra o madera. El espesor mínimo de esta capa, según indicación de la norma EN 1264 debe ser de 30mm con mínimo.
• Fuente de Calor: la instalación de suelo radiante suele ir acompañada de una caldera de condensación, caldera eléctrica o bomba de calor.

Beneficios del Suelo Radiante

• Ahorro energético: el suelo radiante funciona con agua a baja temperatura y con un caudal mínimo, lo que genera un consumo eléctrico bajo, un rendimiento muy elevado y por tanto, un importante ahorro en la factura de la luz de los usuarios. Si además, lo combinamos con otras fuentes de energías renovables, el ahorro se incrementa aún más.
• Confort elevado: los sistemas de suelo radiante ofrecen una distribución de calor homogénea en todas las estancias de la vivienda o local. Esta uniformidad aumenta considerablemente la sensación de confort, mucho más alta que en otros sistema de calefacción tradicionales.
• Respetuosos con el medio ambiente: al requerir un menor consumo eléctrico se reducen las emisiones de CO2. Cabe recordar que el sistema funciona con agua a baja temperatura, en torno a 35 o 40ºfrente a los 70-90 ºC que requieren otros sistemas de calefacción tradicionales.
• Refrigeración: el suelo radiante es capaz de generar frío si se aplica en sistemas como la aerotermia o geotermia, y estos cuentan con una bomba de calor inverter capaz de revertir el proceso de generación de calor para climatizar el inmueble en verano.
• Saludable y seguro: el sistema de suelo radiante ofrece una seguridad muy elevada ya que la instalación queda completamente cubierta. Asimismo, es una energía saludable porque no contribuye a la creación de corrientes de aire, por lo que se reduce el polvo y la baja humedad que evita la proliferación de ácaros.
• Silencioso e invisible: la instalación del suelo radiante no genera ruidos ni corrientes de aire. Al instalarse bajo el pavimento, se elimina la presencia de radiadores y equipos de aire acondicionado, incrementando el espacio útil de la vivienda y la estética de la misma al no haber ningún elemento a la vista.

Climatización

Definición

Entendemos por climatización dar a un espacio cerrado las condiciones de temperatura, humedad del aire y a veces también de presión, necesarias para la salud o la comodidad de quienes lo ocupan.

Proceso del Ciclo de Refrigeración

El proceso de refrigeración funciona mediante un fluido gaseoso llamado refrigerante que circula por un circuito y pasa por diversos cambios de estado. El ciclo de refrigeración simple se compone de cuatro procesos fundamentales:

• Expansión
• Evaporación
• Compresión
• Condensación

Elementos necesarios en el proceso

• Válvula de expansión: la válvula de expansión descomprime el fluido refrigerante llevándolo a un estado gaseoso en el evaporador. Al pasar a estado gaseoso el fluido se enfría notablemente absorbiendo el calor de su entorno y produciendo frío en el evaporador.
• Evaporador: es el encargado de absorber calor del medio en el que se encuentra, mediante la evaporación en su interior de un fluido determinado. La evaporación necesita absorber calor.
• Compresor mecánico: para aumentar la presión del fluido refrigerante y llevarlo a estado líquido mediante la condensación.
• Condensador: el fluido comprimido circula por un conducto serpenteante llamado condensador, donde se enfría y se condensa como líquido cediendo calor al medio que lo rodea. La condensación cede calor. Este proceso es circular por lo que el ciclo se puede reiniciar una y otra vez. Como fluidos refrigerantes se utilizan mezclas de gases de hidrocarburos con freones (compuestos de flúor y cloro).

La bomba de calor sigue este mismo esquema, pero se le añade una válvula de inversión de ciclo que lo que hace es cambiar el sentido de circulación del refrigerante de tal manera que se pueda absorber el calor del aire exterior y meterlo en el interior (calefacción) o que se pueda absorber el calor del interior y expulsarlo al exterior (refrigeración). La bomba de calor no produce calor, simplemente lo transporta de un ambiente a otro, esto hace que necesite menos energía eléctrica que otros sistemas.

Sistemas de Expansión Directa

El elemento caloportador del circuito principal es un fluido refrigerante. En estos equipos la climatización se produce por el intercambio directo entre el aire a acondicionar y el refrigerante. Tienen unidades evaporadoras y condensadoras y pueden ser sistemas individuales o sistemas centralizados.

Sistemas Individuales

• Acondicionador de ventana: son unidades de climatización compactas, donde la unidad condensadora, la unidad evaporadora y el compresor están juntos. Hoy en día apenas se utiliza.
• Split y Multisplit: son unidades de climatización partidas, es decir, por un lado, está la unidad condensadora, por otro la evaporadora y ambas están unidas por las líneas de refrigerante. Sistema adecuado para uso doméstico. Por otro lado, el multisplit funciona igual que el anterior, pero con la diferencia de contar con varios evaporadores (entre 2 y 5) Sus ventajas son la fácil instalación y la ausencia de problemas por simultaneidad. Sus desventajas son el sobredimensionado de las unidades (mayor coste energético) y la limitación de distancia entre condensador y evaporador.

Sistemas Centralizados

• VRV o VRF (Volumen de Refrigerante Variable): el sistema VRV, es un sistema centralizado que distribuye refrigerante, a los evaporadores de las áreas acondicionadas. No debemos confundir los sistemas VRF con los sistemas multi-split, aunque la funcionalidad es similar, el principio de funcionamiento es diferente y mucho más complejo en el caso del caudal variable de refrigerante. En general funciona con los siguientes elementos:
  • Unidad exterior: funciona de forma similar a una unidad exterior de aire acondicionado normal, aunque de forma más compleja, a través de la energía eléctrica y el aire exterior consigue evaporar/condensar un gas que luego distribuye por una tubería de salida.
  • En el corazón del condensador se encuentra un compresor de alta eficiencia y velocidad variable.
  • Distribución de gas: un par de tuberías de cobre aisladas distribuyen el gas refrigerante por la instalación.
  • Unidades interiores: aquí se produce la evaporación/condensación del gas, intercambiando la energía térmica con el aire y por lo tanto calentándolo o enfriándolo.
  Sistemas de condensación: Los VRV pueden tener dos sistemas de condensación diferente:
  • Sistemas de condensación de aire: el refrigerante se condensa, pasando el calor a la atmósfera mediante un ventilador.
  • Sistemas condensación de agua: el refrigerante se condensa, pasando el calor al agua, el agua caliente a su vez se lleva a una torre de refrigeración donde se pasa el calor del agua a la atmósfera.