Calefactores de suelo - cómo hacerlo
¿Le preocupa la pregunta calefacción por suelo - cómo hacerlo? En ese caso, está en el lugar correcto.
El calefacción a baja temperatura en combinación con fuentes renovables de energía puede utilizarse para suministrar calor a todos los espacios donde se utiliza calefacción por agua caliente con sistemas de calefacción radiante. Las aplicaciones de estos sistemas con baja energía son especialmente adecuadas para:
• casas unifamiliares y edificios de apartamentos,
• espacios especiales en la construcción civil,
• espacios de edificios de naves industriales,
• zonas de edificios agrícolas.
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Las casas unifamiliares y los edificios de apartamentos son el caso más común de aplicación de calefacción a baja temperatura, respectivamente, sistemas solares, geotérmicos y bombas de calor, ya que permiten al propietario una solución arquitectónica limpia del interior calefactado y al mismo tiempo una operación energéticamente eficiente, así como una garantía óptima del confort térmico.
Un edificio con un sistema de calefacción a baja temperatura, sin embargo, debe cumplir con estos requisitos:
• las pérdidas de calor de los edificios calefactados deben ser lo más pequeñas posible (15 - 20 W. m- 3),
• el espacio calefactado debe tener una pérdida de calor que pueda cubrir la superficie de calefacción con su rendimiento sin que se supere la temperatura superficial higiénicamente admisible de la superficie de calefacción (suelo, pared, techo),
• cuando la pérdida de calor es mayor que el rendimiento alcanzable de la superficie de calefacción, es necesario aumentar la resistencia térmica de las construcciones perimetrales con aislamiento adicional, o cubrir el rendimiento insuficiente con una superficie de calefacción radiante en otra superficie, o bien con un radiador de calefacción.
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Calefacción en una casa de baja energía
Si se habla de la aplicación de calefacción a baja temperatura con fuentes renovables de energía en una casa de baja energía, es necesario definir primero los requisitos, analizar posteriormente el balance energético, así como el estado térmico de los interiores calefactados.
Requisitos para una casa de baja energía
La reducción del consumo de energía durante la operación de los edificios mediante la creación de un programa integral de eficiencia energética lleva a la creación y al diseño de una casa de baja energía. Este estado se puede alcanzar de dos maneras:
• reduciendo las pérdidas de calor de los edificios causadas por la transferencia de calor y la ventilación, junto con el uso pasivo de la energía solar mediante elementos constructivos comunes, por ejemplo, ventanas, paredes acristaladas
• utilizando fuentes renovables de energía, especialmente energía solar, energía de aguas geotérmicas y del entorno mediante sistemas activos con un bajo potencial energético.
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Estado térmico en una casa de baja energía
En edificios muy bien aislados térmicamente, la temperatura del medio de calefacción y el gradiente térmico son significativamente más bajos que en edificios tradicionales, mientras que las temperaturas superficiales interiores de las paredes exteriores son más altas. En el interior se crea un estado térmico homogéneo, sin aparecer desagradables diferencias verticales y horizontales de temperatura, así como asimetría térmica radiante y corrientes de aire excesivas, es decir, un malestar térmico local.
Los resultados de mediciones y cálculos teóricos confirmaron que en una casa de baja energía no es importante, desde el punto de vista del confort térmico, la ubicación del cuerpo. El problema principal es una variación excesivamente grande de la temperatura del interior en relación con los cambios de carga térmica, es decir, ganancias térmicas de personas, iluminación, o bien radiación solar. Debido a que las pérdidas térmicas específicas son pequeñas, los cambios de carga térmica pueden influir significativamente en la temperatura resultante del interior. Este efecto depende principalmente de la inercia térmica del edificio y de la capacidad de regulación del sistema de calefacción.
La inercia térmica de una casa de baja energía es mayor que en un edificio estándar. Los cambios de temperatura del aire exterior se pueden controlar mediante una regulación ecotérmica con una curva característica de calefacción. La eficacia de esta regulación depende de la elección de la curva de calefacción en función del tipo de edificio y de la diversidad de la necesidad de calor en diferentes interiores.
El gran efecto de la radiación solar a través de las ventanas en la temperatura resultante del interior requiere funciones operativas adicionales del sistema de calefacción, permitiendo cambiar el rendimiento térmico. Para los sistemas de calefacción a baja temperatura es significativo el efecto de autorregulación causado por el pequeño diferencial de temperatura entre la temperatura del interior y la superficie de calefacción. Es necesario combinar esta capacidad de autorregulación con un termostato interior, que regula el caudal másico en el sistema de calefacción a baja temperatura en función del control de la temperatura del interior.
Al utilizar la interrupción nocturna de la operación, el ahorro en una casa de baja energía representa del 1 al 3 % del consumo total de energía.
Los sistemas de calefacción a baja temperatura, con pérdidas térmicas minimizadas durante la producción de calor (por ejemplo, calderas de condensación) y su distribución, permiten un uso más significativo de fuentes renovables de energía.
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Ejemplos de aplicación en casas unifamiliares y edificios de apartamentos
Al aplicar sistemas de calefacción a baja temperatura en casas unifamiliares y edificios de apartamentos, mostraremos la realización de:
• calefacción por suelo a baja temperatura,
• calefacción por suelo con bomba de calor y colectores solares en una casa de baja energía,
• calefacción a baja temperatura con bomba de calor,
• preparación de agua caliente sanitaria en un edificio de apartamentos mediante sistemas solares,
• suministro de calor para calefacción y preparación de agua caliente sanitaria mediante energía geotérmica.
Calefacción a baja temperatura con bomba de calor
El sistema de calefacción realizado está en una casa unifamiliar de planta baja con un ático habitable. El sistema de calefacción es una calefacción central con un gradiente térmico de 80/60 °C, la fuente original de calor era una caldera de combustible sólido. La fuente de calor a baja temperatura es agua residual con una temperatura de 40 a 46 °C.
Originalmente se elaboraron alternativas monovalentes y bivalentes de operación del equipo, el inversor eligió y realizó el modo monovalente de operación de la bomba de calor. Por esta razón, fue necesario ajustar el gradiente térmico según la temperatura máxima del agua de salida del condensador de la bomba de calor, en este caso a valores de 55/43 °C. Para este propósito fue necesario:
• reducir las pérdidas de calor del edificio,
• aumentar la superficie de calefacción adecuadamente según el nuevo gradiente térmico.
La conexión primaria a la red de agua geotérmica está a una distancia de aproximadamente 100 m del edificio. Dos tuberías de polietileno están libremente colocadas en el suelo. Debido a la agresividad del agua geotérmica, fue necesario incluir un circuito intermedio en el lado del evaporador de la bomba de calor. El circuito intermedio con circulación independiente contiene un intercambiador de calor de placas. El gradiente térmico para el evaporador de la bomba de calor será entonces de 20/15 °C.
La bomba de calor con una potencia térmica de 20 kW está equipada con dos compresores herméticos. El consumo eléctrico es de 5,5 kW y el número de rendimiento térmico alcanzable de la bomba de calor es de aproximadamente 3,2. Los valores reales alcanzables de este número de rendimiento de la bomba de calor que funciona con R 22 oscilan entre 3,5 y 4,5. Tras la bomba de calor, en el lado del condensador, se incluye en el circuito de agua un tanque de equilibrio con un volumen de 0,3 m3, del cual el agua caliente se distribuye al sistema de calefacción. Al sistema de la bomba de calor pertenece el control necesario, la regulación ecotérmica con posibilidad de atenuación diurna y nocturna, etc. Para casos de emergencia se mantiene la conexión a la fuente de calor existente (caldera de combustible sólido). La preparación del agua caliente sanitaria para el edificio se resuelve de forma independiente sin utilizar la bomba de calor.
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Preparación de agua caliente sanitaria en un edificio de apartamentos con un sistema solar
El mayor dispositivo energético solar en la construcción de apartamentos en Eslovaquia se realizó en el año 1985 en el barrio de Šurany. Para aprovechar la energía solar en la preparación de agua caliente sanitaria se seleccionó un edificio experimental de apartamentos con once unidades de apartamentos con una necesidad total de 2000 litros de agua.
El edificio de apartamentos es un edificio de 4 plantas con un sótano, en el que se encuentra la sala de máquinas y tiene un tejado plano, donde se instalan los colectores solares.
El sistema energético solar es bivalente con acumulación a corto plazo (de 2 días) de calor. El edificio experimental de apartamentos con un dispositivo solar para la preparación de agua caliente sanitaria se encuentra, desde el punto de vista de la disponibilidad de la radiación solar, en una ubicación con el mayor número de horas de sol al año y con la mayor cantidad de radiación solar incidente.
La conversión de la energía solar en energía térmica se realiza mediante 34 colectores solares planos de líquido instalados en la superficie plana del tejado, que están insertados en tres filas en una estructura de soporte de acero. Las tuberías (aisladas térmicamente) del circuito de los colectores se elevan al sótano del edificio de apartamentos, donde se conectan a un depósito acumulador de 4000 litros. Un segundo depósito de 2000 litros conectado en serie sirve para calentar el agua calentada con energía solar. Los depósitos están equipados con sensores de temperatura y un regulador diferencial controla su llenado.
Edificios civiles
La posibilidad de aplicación de la calefacción por agua caliente en suelos en edificios civiles es muy amplia (edificios administrativos, hoteles, restaurantes, cines, teatros, edificios culturales y sociales, etc.), sin embargo, en la mayoría de los casos está estrechamente relacionada con el uso de la calefacción tradicional, es decir, como calefacción por agua caliente combinada.
Requisitos para el edificio calentado
La calefacción por agua caliente combinada ofrece todas las ventajas de ambos sistemas, es decir, del modo de radiación y convección de gran área y es adecuada especialmente para edificios calentados, donde:
• es posible cubrir una gran pérdida de calor en casos en los que la potencia instalada de la calefacción por suelo por sí sola no es suficiente,
• hay una reacción flexible al cambio de la necesidad de calor debido a fuentes externas de calor (radiación solar, calor de la cocción, producción de calor por personas, etc.), donde la calefacción por suelo cubre la pérdida básica de calor y la calefacción por convección reacciona flexiblemente a las fluctuaciones de la temperatura exterior, especialmente durante los períodos transitorios de primavera y otoño),
• es posible un cambio variable de la posición y potencia del radiador de calefacción al cambiar la disposición del interior o el propósito y la función de la habitación.
Calefacción por agua caliente combinada
Una amplia base de materiales, soluciones técnicas progresivas y nuevas tecnologías de instalación han permitido que actualmente se pueda elegir y diseñar un sistema de calefacción "a medida". Uno de estos soluciones puede ser el sistema de calefacción por agua caliente combinada basado en plástico, que permite combinar adecuadamente tanto el modo de transferencia de calor por convección como por radiación a gran escala. En otras palabras, utilizar simultáneamente radiadores de calefacción tradicionales y superficies de calefacción radiantes de gran área.
La calefacción combinada combina las ventajas de dos sistemas de calefacción, es decir, de la calefacción radiante de gran área y la calefacción por convección y elimina sus desventajas como sistemas individuales, siendo ambos sistemas de baja temperatura.
El sistema de calefacción está compuesto por tuberías distribuidas a los distintos distribuidores de calefacción por suelo y por convección. La distribución de las tuberías de calefacción desde el distribuidor a los distintos radiadores de calefacción se suele realizar de dos maneras:
• En el primer caso, cuando las tuberías están incrustadas en el suelo, se logra la conexión más corta entre el distribuidor y el radiador de calefacción. Esta solución se aplica principalmente en nuevas construcciones, donde la capa del suelo se coloca solo después de colocar las tuberías.
• La segunda solución permite conducir las tuberías a los radiadores de calefacción a lo largo de una guía de rodapié alrededor de la habitación. En edificios donde se realiza el cambio del sistema de calefacción sería laborioso y, sobre todo, no rentable conducir tuberías de plástico a los radiadores de calefacción a través del suelo. Esto impediría la demolición de la capa de revestimiento del suelo y el posterior corte de ranuras para colocar las tuberias, lo que prolongaría el tiempo de cambio del sistema de calefacción y aumentaría también las inversiones. Por lo tanto, es adecuado conducir las tuberias de plástico desde el distribuidor a los radiadores de calefacción a lo largo de la pared, colocadas en una guía de rodapié.
El propio acoplamiento de las tuberías de plástico al radiador de calefacción se realiza directamente desde el suelo o desde la pared. El acoplamiento desde la pared, además, requiere el corte de una ranura para colocar las tuberías. En el caso de utilizar una guía de rodapié, las tuberías se alimentan directamente desde ella. Según el modo de acoplamiento de las tuberías a los radiadores de calefacción, distinguimos entre sistema de una tubería y sistema de dos tuberías. Precisamente de estos dos sistemas depende también el tipo de válvula utilizada en el radiador de calefacción. ¿Quiere calefacción por suelo - cómo hacerlo pero es una pregunta que no le deja dormir? ¡Ya no más!
Fuentes de calor para calefacción combinada
Se pueden utilizar todas las fuentes de calor de agua caliente existentes (calderas de agua caliente con combustible sólido, gas, energía eléctrica, así como fuentes de energía renovable y estaciones de transferencia de calor). De estas fuentes, las calderas de combustible sólido son las menos adecuadas, donde está limitada la posibilidad de regulación de la potencia.
Los sistemas combinados de agua caliente basados en distribución de tuberías de plástico se pueden resolver, desde el punto de vista del aseguramiento de la temperatura requerida del medio de calefacción, del acabado constructivo, o del régimen de funcionamiento, en relación con la fuente de calor de la siguiente manera:
a) fuente central de agua caliente que produce directamente agua de calefacción para el circuito de convección con aplicación de mezcla (válvula de tres y cuatro vías) para el circuito de calefacción radiante de gran área de baja temperatura;
b) fuente central de calor de baja temperatura que produce agua de calefacción para todo el sistema combinado de baja temperatura, pero con un aumento adicional de las superficies de los radiadores de calefacción;
c) fuente central de agua caliente que produce directamente agua de calefacción para el circuito de calefacción por convección, pero con el uso de una estación de intercambio para el circuito de calefacción radiante de gran área de baja temperatura.
Las tres posibilidades esenciales de resolución son técnicamente y materialmente diversas. Actualmente se utiliza con mayor frecuencia la alternativa a), aunque en principio se trata de dos sistemas de calefacción separados. La alternativa b) se puede utilizar solo para edificios de baja energía con pérdidas térmicas específicas de 15 a 20 W. m-3, debido a la reducción de la potencia térmica de los radiadores de calefacción. La solución c) es teóricamente la más perfecta, crea dos circuitos de calefacción independientes en presión y temperatura, donde precisamente para la calefacción radiante de gran área de baja temperatura se crea un circuito perfectamente protegido contra las impurezas del circuito de la caldera y simultáneamente máximo resistente a los efectos de la difusión del oxígeno.
¿Le preocupa la pregunta calefacción por suelo - cómo hacerlo? En ese caso, está en el lugar correcto.
Referencias utilizadas:
Dušan Petráš: Calefacción de baja temperatura y fuentes renovables de energía
