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Climatización radiante a baja temperatura

J. R. Ferrer, J. Castellá, Director general y director técnico de Zehnder Group Ibérica Indoor Climate

Los sistemas radiantes en general, pero especialmente el techo radiante, son los mejores sistemas para trabajar a baja temperatura en invierno y a alta temperatura en verano. El objetivo de la climatización radiante es obtener el máximo confort posible, manteniendo lo más equilibrado posible el intercambio térmico de las personas en el interior de un ambiente. Por eso, este sistema trabaja manteniendo la superficies radiantes (principalmente el techo) a temperaturas similares a las deseadas, es decir, en invierno con temperaturas superficiales entre 27 y 30ºC y en verano con temperaturas entre 16 y 20ºC. Las ventajas de los sistemas radiantes es que las temperaturas de impulsión del fluido caloportador están relativamente próximas a la temperatura superficial, especialmente en los sistemas de techo. Las diferencias entre las temperaturas de impulsión entre suelo y techo dependen principalmente de la transmisión térmica del material estructural, por este motivo los sistemas de techo permiten trabajar con diferencias entre temperatura de agua y temperaturas superficiales menores, favoreciendo así el rendimiento de las bombas de calor.

 

Principios de la climatización radiante
Los parámetros ambientales de los que puede depender el bienestar térmico son, sobre todo, la temperatura de bulbo seco del aire, la temperatura radiante media, la humedad del aire y su velocidad. A esto hay que añadir que las sensaciones de calor o frío no solo dependen de preferencias individuales, sino también de la actividad física realizada y el vestuario. En todo caso, los aspectos de la climatización radiante se orientan principalmente a situaciones de climatización de ambientes cerrados, uniformemente aislados y con actividades ligeras de tipo sedentario o poco esfuerzo.

La cantidad de calor metabólico del cuerpo humano, en condiciones de actividad sedentaria (oficina, casa, actividades ligeras), varía de 130 a 150 W. Naturalmente, en condiciones de actividad pesada se alcanzan valores 3 veces mayores,  sin embargo en condiciones normales, domésticas o en la oficina, de gestión del calor con actividad ligera, a las que nos referiremos, existen diferentes proporciones posibles de intercambio térmico entre los distintos modos presentes en la naturaleza, siendo consideradas las proporciones ideales de confort las siguientes:

Tal y cómo muestra la imagen anterior, para tener una sensación de confort, el mayor intercambio de calor que necesita nuestro cuerpo con el ambiente, es por radiación con las superficies que le rodean.

Por este motivo, cuando pretendemos calentar o enfriar mediante un sistema de aire, no es posible llegar a calentar o enfriar las superficies que nos rodean, ya que el poder calorífico del aire es muy bajo y apenas puede llegar a incidir sobre ellas. Esto significa que el principal intercambio de calor será por convección y casi nulo por radiación, cuando para estar en una situación de confort, deberíamos el 50% del intercambio por radiación. Además, en el caso de enfriar en verano, al tener las superficies que nos rodean a una temperaturas demasiado altas, obligara a impulsar aire a menos temperatura, e inversamente la misma situación en invierno. Esto conlleva molestias y costes energéticos elevados.

Indudablemente, es más natural y conveniente alcanzar las condiciones ideales de confort intentando mantener equilibrados los modos de intercambio térmico expuestos en la figura 1. Por lo tanto es imprescindible potenciar especialmente el mantenimiento de la temperatura radiante media. Haciendo disminuir  la temperatura de una de las superficies que componen la estructura de la construcción, como podría ser el techo, permite mantener baja la temperatura media de las demás superficies, ya que el mecanismo de intercambio radiante es inmediato y directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre todas las superficies.

De hecho, el resultado final es que las distintas temperaturas superficiales (para ambientes homogéneamente aislados) son prácticamente uniformes, obteniendo un efecto de máxima homogeneidad y bienestar para los ocupantes. De esta manera, la estructura se define como energéticamente descargada, y logramos tener una temperatura operativa de confort muy cercana a la temperatura de las superficies y a la  temperatura del aire, que por contacto a estas superficies, se mantendrá muy similar.
 

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Fig.1: Temperatura del aire vs temperatura percibida con calefacción radiante. Temperatura del aire 19º, temperatura percibida 21º, temperatura de las superficies 23º

Fig.2: Temperatura del aire vs temperatura percibida con calefacción por radiador. Temperatura del aire 21º, temperatura percibida 18º, temperatura de superficie 15º

Fig.3: Temperatura del aire vs temperatura percibida con refrigeración radiante. Temperatura del aire 26º, temperatura percibida 24º, temperatura de superficie 22º

Fig.4: Temperatura del aire vs temperatura percibida con refrigeración por aire. Temperatura del aire 24º, Temperatura percibida 26º, temperatura de superficie 28º

 

Gestión del punto de rocío durante el enfriamiento.
Evidentemente un punto clave para poder enfriar suficientemente mediante superficies radiantes es el control de la humedad. Los sistemas radiantes en frío deben garantizar un estricto control de la humedad, que garantice no solo que el sistema no llegue al punto de rocío y evitar así condensaciones, sino que en lugar de subir la temperatura del agua de impulsión, pueda mantenerla o incluso bajarla para no perder potencia de enfriamiento.  Esto  implica contar con un sistema de deshumectación que permita modificar la humedad del aire interior.

Es imprescindible además que este sistema de deshumectación se controle de manera conjunta con el sistema radiante y que permita garantizar la correcta gestión de la humedad y la temperatura de las superficies estancia por estancia en una misma vivienda, ya que en diferentes estancias pueden darse condiciones de humedad muy diferentes al mismo tiempo.

Los sistemas de control de Zehnder Nestsystems calculan de forma permanente el punto de rocío en cada estancia. A partir de esta situación el sistema gestiona de forma local (estancia por estancia) las temperaturas de impulsión, la humedad relativa y la absoluta y los caudales de líquido caloportador, llegando a cerrar los circuitos en una determinada estancia en caso de que los parámetros se salgan del rango (por ejemplo por una ducha, por una ventana abierta, etc..), sin impedir que el sistema continúe funcionando en el resto de la instalación.

Artículos sobre eficiencia energética | 19 de junio de 2017

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