Calefactores por suelo Fenix

Regulación de la potencia térmica

Para controlar la potencia de los sistemas de calefacción eléctrica, por ejemplo la calefacción por suelo Fenix, se utiliza una regulación de dos posiciones, basada en el principio de interrupción, respectivamente, la reanudación del suministro de energía eléctrica al circuito de calefacción al alcanzar el valor límite establecido en el regulador.

La superficie de calefacción en la mayoría de los casos se divide en zonas habituales y zonas perimetrales, donde las temperaturas superficiales del suelo son distintas. En tal caso, cada circuito de calefacción debe ser regulado por separado. Los dispositivos mediante los cuales se realiza la regulación son, en general, mucho más fiables en la parte de potencia que los elementos finales de regulación del sistema de calefacción por agua (actuadores con válvulas de regulación).

Al elegir el tipo adecuado de tecnología de regulación es necesario tener en cuenta:

• si el sistema de calefacción, ya sea la calefacción por suelo Fenix u otro, funciona como fuente de calor complementaria o como fuente de calor principal;

• el régimen de funcionamiento del sistema (acumulativo, directo);

• el tipo de edificio;

• los requisitos del usuario.

La regulación más precisa se puede lograr instalando reguladores individuales en cada habitación. Se utilizan termostatos electrónicos, que suelen estar equipados con la función de descenso nocturno, cuya magnitud es fija o que el usuario puede ajustar. Los termostatos pueden complementarse con temporizadores con programa horario, productos más modernos tienen el dispositivo de temporización ya integrado en la construcción. La posibilidad de elegir elementos de control es amplia - desde simples analógicos hasta complejos unidades de control digitales equipadas con diversas funciones inteligentes.

Regulación de la temperatura del ambiente

Es el método básico de control de la potencia de cualquier calefacción eléctrica por suelo, por ejemplo la calefacción por suelo Fenix, diseñada como fuente principal de calor. Se utiliza un termostato equipado con un sensor de temperatura del suelo y un sensor de temperatura del aire en el interior.

El sensor de temperatura del suelo está integrado en el plano de colocación del cable de calefacción, preferiblemente en su centro en la intersección de las diagonales, al menos, sin embargo, a 0,5 m de su borde, paralelamente a los conductores de calefacción de manera que no se crucen entre sí. Para poder sustituirlo, se almacena en una tubería metálica, cuyo extremo se sella.

El sensor de temperatura del aire está integrado directamente en la caja del termostato instalado en la habitación calefactada, o puede ser externo, ubicado en la pared. Se coloca aproximadamente a una altura de 1 200 a 1 500 mm sobre el suelo de manera que proporcione información lo más objetiva posible sobre la temperatura real. No debe estar oculto por muebles, expuesto a corrientes de aire o ganancia de calor de fuentes interiores o exteriores. Los termostatos con sensores de temperatura externos se aplican adecuadamente en edificios donde es necesario evitar su manipulación por personas no autorizadas (por ejemplo, en escuelas, hoteles, edificios públicos y similares). Se instalan en el cuadro de distribución.

Cada termostato que regula la temperatura del suelo debe estar equipado con un limitador de temperatura del suelo, que protege los elementos de calefacción contra un aumento no deseado de la temperatura en el plano de colocación del cable de calefacción. Está ubicado en la caja de conexión en la pared. Funciona de manera que al alcanzar la temperatura máxima en el plano de calefacción apaga el sistema de funcionamiento.

La temperatura del aire deseada en la habitación calefactada y la temperatura superficial máxima del suelo se ajustan en el termostato. El dispositivo de regulación funciona de manera que mantiene la temperatura del aire en el valor ajustado regulando la temperatura del suelo. Al alcanzar el valor ajustado de la temperatura del aire o la temperatura del suelo, interrumpe el suministro de energía eléctrica al circuito.

Regulación de la temperatura del aire exterior

Este método es adecuado para utilizar en habitaciones con grandes superficies acristaladas, donde el termostato ambiental reacciona tarde a las ganancias de calor por radiación solar y, debido a la inercia térmica del sistema, se produce sobrecalentamiento. En tal caso, el sensor de temperatura del aire exterior se coloca en la fachada sur, la tecnología de regulación correspondiente detecta con anticipación la radiación solar y reduce previamente la temperatura del suelo.

Regulación a un valor constante

Para habitaciones en las que las ganancias térmicas o la pérdida térmica básica se cubren con otro sistema de calefacción, la calefacción por suelo, ya sea la calefacción por suelo Fenix u otra, puede diseñarse como fuente complementaria para garantizar una temperatura agradable del suelo (cocinas, pasillos, salas, baños). Para la regulación de la potencia se utiliza un termostato con sensor de temperatura, integrado en el plano de colocación del cable de calefacción, manteniendo la temperatura del suelo en un valor constante. El sensor de temperatura está almacenado en una tubería metálica en el nivel de los elementos de calefacción, paralelamente a ellos de manera que no se crucen entre sí.

Regulación de la potencia térmica de la calefacción por suelo acumulativa

Durante el modo acumulativo hay un desfase entre la fase de extracción de energía y su conversión en calor y la fase de entrega de calor al espacio, durante la cual la descarga del sistema ocurre de forma espontánea y solo se puede influir difícilmente con la tecnología de regulación. Por lo tanto, la regulación de la potencia es más exigente que en el modo directo y la calidad del confort térmico tampoco es siempre óptima. Una solución adecuada es complementar la calefacción por suelo básica, por ejemplo la calefacción por suelo Fenix, con un sistema dinámico (convectores eléctricos, radiadores, calefacción directa en la zona perimetral).

Para regular la potencia se utiliza una regulación ekitérmica, que controla la carga del sistema en función de la temperatura exterior y el calor residual en el suelo. Los reguladores están equipados además con un limitador de temperatura del suelo para proteger los elementos de calefacción contra el exceso de temperatura en el plano de colocación del cable de calefacción. Al colocar el sensor de temperatura del suelo se aplican las mismas reglas que en el sistema directo. El sensor de temperatura del aire exterior se instala en el lado norte del edificio en un lugar protegido contra la radiación solar a una altura aproximada de 2 a 3 m sobre el suelo. El sensor se inserta en una caja de instalación. Para que el sistema de calefacción se adapte mejor a la inercia térmica del edificio, se puede incrustar en el muro exterior (enyesado).

La carga se puede controlar manualmente o automáticamente. En el control manual es necesario ajustar manualmente diversos parámetros según el clima y el momento de extracción de energía. En el control automático, los reguladores tienen una función integrada que ajusta las características de carga, adapta el inicio de carga, el tiempo de descenso y el tiempo de descarga por separado, según el clima actual. Puede tratarse de un control anticipado o posterior. En el control anticipado, el sistema recibe una orden de carga desde el comienzo del período de tarifa baja durante el tiempo necesario. En el control posterior, el tiempo necesario de carga durante el período de tarifa baja se calcula desde el final del período de tarifa baja. El control anticipado es adecuado para casos en los que los tiempos de carga son iguales o si los comienzos y finales de los períodos de carga son irregulares en el tiempo. El control posterior se puede elegir en los demás casos.

Los reguladores de nueva generación funcionan según el principio de lógica difusa. La temperatura ajustada para encender/apagar el sistema puede variar dentro de un cierto intervalo. El regulador es capaz de distinguir, por ejemplo, una caída temporal de temperatura debido a una ventana abierta y evaluar si el calor acumulado en el suelo lo compensará. Los reguladores de generación anterior controlan la potencia de calefacción encendiendo/apagando el suministro de energía eléctrica al circuito al alcanzar el valor ajustado de temperatura, por lo que durante fluctuaciones a corto plazo puede ocurrir sobrecalentamiento alternativo.

Control por señal de mandos a distancia colectivos (MAD)

El consumo de energía eléctrica desde la red de distribución no es uniforme durante el día, se presentan intervalos de picos e intervalos de exceso de energía. Depende de muchos factores derivados de las costumbres de las personas, de los procesos tecnológicos en la producción y están influenciados por factores meteorológicos (temperatura exterior, nubosidad, etc.). Desde el punto de vista económico es necesario crear condiciones para que los equipos de distribución y las centrales eléctricas se utilicen óptimamente, es decir, igualar lo más posible el consumo de energía, pero al mismo tiempo crear condiciones para que no se produzcan pérdidas en la producción ni se produzca la limitación de los consumidores.

Las empresas energéticas influyen en el consumo de energía eléctrica mediante tarifas de precios, que son condiciones de la parte de suministro de energía y generan presión para el consumo de energía fuera de los períodos de picos, y además de forma operativa, mediante mandos a distancia colectivos. Los mandos a distancia colectivos permiten liberar o bloquear electrodomésticos de forma remota desde el centro de control en función de las condiciones concretas de la red de distribución (fig. 5.39 y 5.40). En el pasado, los MAD controlaban solo electrodomésticos acumulativos, actualmente el círculo se ha ampliado a electrodomésticos de pequeño y gran consumo, como por ejemplo calentadores acumulativos de agua en hogares e industria, calefacción eléctrica acumulativa y directa, bombas de calor, equipos de preparación de piensos en la agricultura, equipos de climatización, hornos eléctricos en la producción industrial y alimentaria, equipos de bombeo en plantas de agua, baños, piscinas, etc.

El control del consumo tiene un efecto favorable en:

• reducción de los costes del consumo de energía,

• mejor aprovechamiento de las centrales eléctricas y minimización de los costes de producción de electricidad,

• mejor aprovechamiento de las inversiones en equipos de distribución de redes de distribución, ya que se puede conectar un mayor número de electrodomésticos acumulativos y otros.

Funcionamiento del calefactor eléctrico de suelo

El funcionamiento del calefactor eléctrico de suelo (CES) - calefacción por suelo Fenix y otros depende de:

• régimen de funcionamiento,

• exigencia energética,

• edificio.

Régimen de funcionamiento del calefactor eléctrico de suelo

En función del momento del consumo de energía eléctrica desde la red de distribución distinguimos tres regímenes básicos de funcionamiento del calefactor eléctrico de suelo:

• acumulativo,

• semiacumulativo,

• directo.

Calefacción por suelo Fenix ofrece combinaciones para cada uno de los regímenes de funcionamiento.

Régimen acumulativo del CES

El ciclo de funcionamiento de este tipo de calefacción se divide en dos etapas. En la primera etapa (tiempo de carga) tiene lugar un consumo continuo de energía eléctrica desde la red de distribución, que se transforma en calor y se almacena en la masa acumulativa del suelo. Esto ocurre en el momento de reducido consumo de la red de distribución, normalmente por la noche, durante 8 a 10 horas (vigencia de tarifa baja). En la segunda etapa (tiempo de descarga) el sistema está bloqueado. Tiene lugar un consumo espontáneo de la energía acumulada en el espacio, lo que conlleva una disminución progresiva de la temperatura de la superficie del suelo.

El tiempo limitado de carga conduce a un mayor consumo instalado, lo que implica una mayor dimensión de la conexión eléctrica. Un gran consumo de conexión provoca problemas con la conexión de un mayor número de consumidores en zonas con baja capacidad de redes eléctricas.

El tipo de calefacción acumulativo es exigente en cuanto a la construcción del suelo, reduce la altura útil de la habitación y plantea requisitos elevados en cuanto a la resistencia del forjado del techo.

La regulabilidad del sistema es problemática. El sistema no es capaz de reaccionar de forma flexible a cambios repentinos de las condiciones de funcionamiento (cambio de temperatura debido a cambios climáticos o ganancias térmicas). También surgen problemas con el mantenimiento del confort térmico en las horas de la tarde cuando disminuye la temperatura del aire exterior y en los períodos de transición. Debido a una gran inercia térmica, es necesario diseñarlo para construcciones masivas con el mismo régimen térmico y sin grandes superficies acristaladas.

Aunque la característica mencionada no es muy favorable para el sistema acumulativo, este tipo de calefacción tiene un papel irremplazable como elemento de regulación en la compensación de los consumos desde las redes de distribución y hace poco tiempo los consumos acumulativos estaban favorecidos económicamente y eran preferidos al aprobar las solicitudes de calefacción eléctrica.

Régimen semiacumulativo del CES

Este régimen de calefacción podría caracterizarse también como régimen acumulativo con tiempo de carga distribuido. El ciclo de funcionamiento del sistema, al igual que en el régimen acumulativo, consta de dos etapas - de carga y de descarga. La etapa de carga del sistema puede distribuirse en varios períodos horarios, siendo el principal consumo de energía eléctrica por la noche, y en caso necesario, lo cual no siempre es necesario, el sistema puede recargarse también durante el día, principalmente en las horas de la tarde. De ello resultan menores exigencias en cuanto a la calidad de la aislación térmica debajo del plano de colocación de los cables de calefacción y del espesor de la capa acumulativa de la estructura del suelo. Debido a la reducción del tiempo de consumo de energía y a la posibilidad de recarga, disminuye la potencia instalada necesaria.

En comparación con el consumo acumulativo, disminuyen los costes de inversión en la estructura del suelo, en la fuente de calor y en la dimensión de la conexión. La red de distribución no está sometida a tales picos de consumo y aumenta el número posible de consumidores conectados a la dimensión dada de las redes en la zona correspondiente. El sistema es más regulable, lo que conlleva también ahorro de energía en funcionamiento en comparación con el tipo anterior. Es adecuado para edificios nuevos con funcionamiento durante todo el día. Debido a la inercia térmica aún bastante elevada, con él es problemático garantizar el confort térmico en el período de transición.

Régimen directo del CES

El régimen de funcionamiento de este tipo de calefacción es diametralmente distinto de los dos tipos anteriores. La fuente de calor consume energía eléctrica desde la red según la necesidad durante toda la operación, excepto durante el tiempo de bloqueo del sistema, que es mínimo 2 horas al día.

El sistema se caracteriza por el mínimo espesor del suelo calefactor, ya que no es necesario acumular calor. Al contrario, es deseable aumentar la dinámica del sistema, lo cual se logra colocando el plano de colocación del cable calefactor lo más cerca posible de la capa de pisado del suelo. Si los elementos calefactores se instalan en una capa de hormigón, esta tiene solo una función de cubierta. La potencia instalada es casi la mitad menor que en el régimen acumulativo, lo que implica también una menor dimensión de la conexión eléctrica y la posibilidad de conectar a la capacidad dada de la red de distribución un número de consumidores un 50% mayor.

Gracias al mínimo espesor de la estructura del suelo y a la posibilidad de colocar la superficie calefactora también sobre el suelo existente sin necesidad de trabajos de demolición, se puede utilizar el sistema en la reconstrucción del sistema de calefacción. En comparación con el régimen acumulativo y semiacumulativo, se caracteriza por un corto tiempo de arranque (30 a 120 minutos según el tipo de revestimiento del suelo y el espesor de la capa de hormigón), mejor regulabilidad, reacción flexible a los cambios de las condiciones de funcionamiento, lo que significa ahorro de energía. No es un sistema directo típico con reacción inmediata al controlador. Una cierta inercia térmica, determinada por la masa superficial de la capa de pisado, es adecuada para cubrir el tiempo de bloqueo del sistema sin reducir la calidad del confort térmico.

También los costes de inversión son menores debido al menor espesor del suelo, a la menor dimensión de la conexión eléctrica, al menor consumo de potencia instalada de la fuente de calor y al menor peso estático de las estructuras de los techos, comparado con otros modos de funcionamiento.

Funcionamiento del calefacción por suelo eléctrico en edificios

Gracias a la versatilidad de los modos de trabajo, a la regulación sencilla del rendimiento térmico (encendido/apagado) y a la posibilidad de utilizar estrategias de regulación conocidas, la calefacción por suelo eléctrico tiene una amplia aplicación en edificios de diversos tipos para calentar interiores o exteriores. Puede funcionar en edificios con régimen de uso permanente, con régimen de uso ocasional o como calefacción complementaria.

Edificios con régimen de uso permanente

La calefacción por suelo eléctrica como fuente permanente de calor se utiliza en edificios de tipo residencial (casas unifamiliares, construcción de apartamentos), hospitales, guarderías y escuelas infantiles, instalaciones recreativas y de baños, hoteles y cabañas de montaña. El sistema de calefacción se diseña como única fuente de calor y cubre la pérdida total de calor del local calefactado. Puede aplicarse en modo directo, acumulativo o semiacumulativo, dependiendo de las necesidades del usuario, de las condiciones del edificio y de las posibilidades del sistema eléctrico de distribución en términos de potencia necesaria en la ubicación concreta. El cliente tiene a su disposición muchos sistemas, por ejemplo, está disponible calefacción por suelo Fenix.

Para que el sistema de calefacción funcione óptimamente, es necesario adaptar su régimen térmico al régimen térmico del edificio. Las versiones acumulativas y semiacumulativas son adecuadas para construcciones masivas y pesadas con una superficie mínima de estructuras transparentes. La versión directa, gracias a su rápida reacción a la regulación técnica dependiendo de la constante temporal, se utiliza en construcciones con cualquier tipo de fachada perimetral.

El sistema acumulativo, debido a la limitada duración del consumo de energía, puede tener problemas para garantizar el confort térmico al final del período de descarga, por ejemplo, en caso de un deterioro repentino del clima. Es mejor utilizar las habitaciones inmediatamente después de terminar la carga del sistema. Por eso, este modo es adecuado para edificios con actividad principalmente matutina o en combinación con un sistema de convección complementario. El sistema semiacumulativo y directo garantizan el confort térmico durante el uso diario del edificio. En reformas de fuentes de calor, si se considera un sistema de calefacción por suelo eléctrico, la versión directa suele ser la más aceptable y a menudo la única alternativa.

El confort térmico se garantiza mediante regulación individual del rendimiento para cada interior calefactado. En el caso del modo directo, se utiliza la regulación de la temperatura del aire a un valor constante o dependiendo de la temperatura del aire exterior, mientras que en el caso del modo acumulativo y semiacumulativo, exclusivamente dependiendo de la temperatura del aire exterior. El regulador también garantiza que la temperatura de la superficie del suelo (en el plano de colocación del cable de calefacción) no supere los valores establecidos por normas higiénicas según el tipo de habitación. Para la regulación se utilizan termostatos, que se colocan ya sea directamente en la habitación o en el cuadro de distribución. Los termostatos de generaciones anteriores funcionan según el principio de interrupción o reanudación del suministro de electricidad al sistema cuando se alcanza uno de los valores ajustados. Para aumentar el confort de vida, suelen estar equipados con temporizadores que permiten programar el régimen de calefacción varios días con anticipación (días laborables, fines de semana, vacaciones). Los termostatos de nueva generación funcionan como dispositivos inteligentes y programables, que tienen un componente de tiempo integrado en su estructura. Regulan la temperatura del aire y del suelo con costos operativos óptimos. Garantizan el confort térmico basándose en la evaluación del gradiente térmico en la habitación y son capaces de determinar el tiempo necesario para alcanzar la temperatura deseada.

Edificios con uso ocasional

La calefacción por suelo eléctrica como fuente ocasional de calor tiene amplias posibilidades de aplicación:

• En espacios de tipo residencial que no se utilizan regularmente. A estos espacios pertenecen, por ejemplo, cabañas de fin de semana, garajes, habitaciones para talleres de hobbies en casas residenciales, etc. Durante el período en que el edificio o espacio no se utiliza, el sistema de calefacción no debe congelarse y, al inicio del funcionamiento, debe garantizarse un rápido calentamiento del interior. Estas exigencias se cumplen con el sistema de suelo en versión directa con una constante temporal mínima (instalación de elementos directamente debajo de la capa de pisado). En caso de equipamiento más cómodo, cuando el sistema se controla mediante un dispositivo regulador programable que permite ponerlo en marcha para garantizar el confort térmico en el momento del uso del edificio, también se pueden utilizar otros modos de calefacción. Esta posibilidad es menos común y, por razones económicas, solo se considera si el uso del espacio después de encender el sistema será prolongado (cabañas de fin de semana). Otra posibilidad es encender la calefacción por teléfono, de modo que el interior esté ya calentado al llegar al edificio. El rendimiento térmico se regula de la misma manera que en el caso de edificios con régimen de uso permanente.

• En espacios de tipo no residencial utilizados ocasionalmente. A estos espacios se pueden incluir iglesias, catedrales, estadios, gradas, donde las personas se quedan poco tiempo (1 a 2 horas). No es necesario calentar todo el interior, sino solo una parte. Para los elementos de calefacción, debido a su pequeño espesor y sencilla instalación, se consideran adecuados las mantas y láminas eléctricas. Se colocan en la parte inferior (el calor irradia hacia los pies) o en el respaldo (el calor irradia hacia la espalda), debajo de las alfombras o el suelo, en mesas de trabajo (calentamiento de manos), etc. La regulación del sistema se garantiza normalmente mediante un termostato equipado con un sensor de temperatura en el plano de colocación del cable de calefacción.

• En espacios de tipo no residencial que, aunque se utilizan regularmente varios días a la semana, otro modo de calefacción sería poco económico o inadecuado. A este grupo pertenecen principalmente las naves industriales, almacenes no calefactados, talleres, etc. Las personas suelen permanecer allí incluso 24 horas al día, pero calentar tales espacios amplios sería tanto muy exigente (gran altura estructural) como poco económico (casi imposible de regular - gran cantidad de calor extraído de las máquinas). En tales casos, el calefacción se resuelve mediante la creación de islas térmicas, es decir, se calientan directamente los lugares de trabajo, los lugares de permanencia de las personas, las zonas de manipulación. Nuevamente, se utilizan adecuadamente las mantas y láminas de calefacción, o bien el sistema de suelo en modo directo. Para la regulación se utilizan termostatos equipados con sensores de temperatura en el plano de colocación del cable de calefacción.

En el mercado están disponibles varios sistemas de calefacción por suelo, por ejemplo, también calefacción por suelo Fenix.

Calefacción complementaria

La calefacción por suelo eléctrica, por ejemplo calefacción por suelo Fenix, en modo directo como fuente complementaria de calor se diseña:

• en espacios donde hay ganancias térmicas (naves, pasillos, aseos) para garantizar una temperatura agradable de la superficie del suelo;

• en espacios donde la pérdida térmica básica se cubre con otros sistemas de calefacción y no se quiere tener un suelo frío (cocinas, baños);

• para garantizar el confort térmico en el período de transición, cuando el sistema de calefacción principal está fuera de servicio.

El funcionamiento del sistema se controla mediante un termostato equipado con un sensor de temperatura del suelo. El rendimiento de la calefacción se determina en estos casos según el propósito de la habitación, la composición del suelo y las exigencias de dinamismo del sistema.

Referencias utilizadas:

Dušan Petráš, Miroslav Kotrbatý: Calefacción de edificios de grandes espacios y naves