INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN: TIPOS

CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN

Los tipos más usuales de instalaciones de calefacción son:

1.- Generación de calor en el punto de consumo: elementos terminales eléctricos:

• Convectores.
• Radiadores eléctricos mediante fluidos.
• Acumuladores nocturnos.
• Bomba de calor.

2.- Generación de calor centralizada:

2.a.- Una caldera o una bomba de calor produce agua caliente, la cual se distribuye a:

-Elementos terminales solo calefacción:

• Radiadores.
• Zócalos de calefacción.

-Elementos terminales climatización (verano e invierno):

• Fan-coils
• Climatizadores.
• Aerotermos…
• Suelo/techo radiante/refrescante

2.b.- Una caldera o bomba de calor produce aire caliente que se distribuye a los puntos de consumo mediante conductos.

La curva número 1 corresponde al llamado sistema de calefacción ideal. Como se puede observar, aporta una temperatura más elevada a nivel del suelo, se mantiene estable con unos 20º C, desde unos 10 a 20 cm sobre el suelo hasta 2 m de altura, y desciende de temperatura en la zona del techo, donde no es necesaria calefacción alguna.

La curva número 2 es la característica del sistema de calefacción mediante suelo radiante, siendo la que más se aproxima a la ideal, aunque es necesario producir mucho calor en la zona del suelo para que a ciertas alturas éste sea apreciable, lo que nos puede llevar a necesitar un considerable gasto energético para conseguir el confort deseado.

La curva número 3 corresponde al llamado sistema de calefacción por radiador situado en las paredes exteriores, debajo de las ventanas. Como se puede observar, calienta algo más las zonas altas que las bajas de los locales, debido al fenómeno de convección del aire.

La curva número 4 define el sistema de calefacción por techo. La parte alta de las habitaciones está siempre más caliente que la baja por ser el techo donde se genera la energía, pues el calor tiende a quedarse arriba. Desde el punto de vista técnico, esto se puede considerar como absurdo. Tiene la ventaja sobre los radiadores de que si el suelo es oscuro, éste absorbe la radiación emitida por el techo, y aumenta algo su temperatura.

La curva número 5 refleja la calefacción por radiador situado este en paredes interiores. Su calidad es peor que la de radiadores en paredes exteriores debido a que aumenta aún más las diferencias de temperatura existentes entre el suelo y el techo, estando el suelo más frío, y el techo más caliente. Cuando el radiador se sitúa en el muro exterior y debajo de la ventana, se mezclan el aire frío que desciende de la ventana con el aire caliente que asciende del radiador, logrando una mayor homogeneidad de temperaturas en el aire ambiente. Si el radiador se coloca en la pared interior, el aire frío de la ventana desciende y se estanca sobre el suelo, y el calentado por el radiador se bloquea arriba, aumentando el contraste de temperaturas en el local.

La curva número 6 corresponde al llamado sistema de calefacción por aire caliente, que es sin duda, aunque se encuentre muy extendido actualmente, el peor sistema que existe. No hay una mínima transmisión por radiación, como sucede por ejemplo en el caso de los radiadores, que homogeneice las temperaturas. En este sistema, todo el calor se transmite por convección. Las paredes, suelos y objetos no son calentados, el aire es caliente, y la diferencia de temperaturas entre suelo y techo es enorme. El resultado es sensación de agobio al respirar, los pies fríos y la cabeza congestionada.

ELEMENTOS TERMINALES DE CALEFACCIÓN MONOPUNTO

De acuerdo con las indicaciones del IDAE la mejor colocación de los radiadores, por motivos de confort, es en la pared más fría y en el caso de que haya ventanas, debajo de la ventana, para favorecer la correcta difusión del aire caliente por la habitación.

Se trata de elementos terminales autónomos que generan calor en el punto de consumo, es decir sin necesidad de instalación centralizada para la generación de calor.

INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN DONDE LA PRODUCCIÓN DE CALOR SE REALIZA MEDIANTE RESISTENCIAS ELÉCTRICAS

Se suelen utilizar en unidades terminales colocadas en el punto de consumo.

Basados en el efecto Joule, si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido al choque que sufren con las moléculas del conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. La potencia que una resistencia eléctrica transforma en calor es:

P= potencia eléctrica disipada en W, representa el calor cedido por unidad de tiempo

V = tensión a que está conectado la resistencia; en voltios (v)

I = intensidad eléctrica (A)

R = resistencia eléctrica (Ω)

El calor cedido al ambiente será:

Q el calor o energía disipado en julios,

t el tiempo de funcionamiento en segundos.

El rendimiento de la energía eléctrica es del 0,95, es decir el 95% de lo que consumimos por la red y por tanto pagamos se convierte en calor:

Es decir, si necesito un 1 kW térmico para mantener una sala a la temperatura de consigna pagaré aproximadamente 1 kw de energía eléctrica. En cambio, si utilizo una bomba de calor cuyo COP es de 4 tan solo pagare 250 W.

La energía calorífica necesaria para elevar la temperatura del agua de 15 °C a 80 °C será:

Q = m Ce ΔT = 1000g· 4,2 J/g °C.(80 °C – 15 °c). = 273000.J

El calor cedido al ambiente por la transformación de energía eléctrica en calor será:

Q = (V/R) ².R.t = V ².t/R

Despejando R y sustituyendo los valores conocidos resulta:

R = V ².t/Q = (220 V) ².300 s/273000 J = 53,2.Ω

Por lo tanto, el valor de la resistencia eléctrica debe ser 53,2 Ω para que el calentador eléctrico conectado a un enchufe de 220 V, sea capaz de elevar la temperatura de un litro de agua de 15 °C a 80 °C en cinco minutos.

Ventajas de las instalaciones de calefacción eléctricas:

• No necesitan una red de distribución por lo que se puede instalar en cualquier sitio, no tiene coste de instalación. En cambio las instalaciones de agua y aire necesitan una red de conductos o tuberías.
• Son muy fáciles de poner en marcha y regular.
• Dada su simplicidad y ausencia de contaminantes, las instalaciones eléctricas para producción de calor requieren poco mantenimiento y son de sencillos cuidados.

Por otra parte el RITE limita la utilización de este tipo de terminales en calefacción.

IT 1. 2.4.7.1 Limitación de la utilización de energía convencional para la producción de calefacción

La utilización de energía eléctrica directa por “efecto Joule” para la producción de calefacción, en instalaciones centralizadas solo estará permitida en:

a. Las instalaciones con bomba de calor, cuando la relación entre la potencia eléctrica en resistencias de apoyo y la potencia eléctrica en bornes del motor del compresor, sea igual o inferior a 1,2.

b. Los locales servidos por instalaciones que, usando fuentes de energía renovable o energía residual, empleen la energía eléctrica como fuente auxiliar de apoyo, siempre que el grado de cobertura de las necesidades energéticas anuales por parte de la fuente de energía renovable o energía residual sea mayor que dos tercios.

c. Los locales servidos con instalaciones de generación de calor mediante sistemas de acumulación térmica, siempre que la capacidad de acumulación sea suficiente para captar y retener durante las horas de suministro eléctrico tipo “valle’: definidas para la tarifa eléctrica regulada, la demanda térmica total diaria prevista en proyecto, debiéndose justificar en su memoria el número de horas al día de cobertura de dicha demanda por el sistema de acumulación sin necesidad de acoplar su generador de calor a la red de suministro eléctrico.

CONVECTORES ELÉCTRICOS

Estos aparatos disponen de una resistencia eléctrica situada en la parte inferior, por donde se produce la entrada de aire. En contacto con la resistencia, el aire se calienta y se pone por si solo en circulación cediendo su calor a la habitación.

La regulación de la temperatura interior se asegura mediante un termostato, convencional o electrónico, incorporado generalmente en el aparato.

Las potencias comerciales oscilan entre 300 W a 2000 W.

Variante de los convectores son los ventilo-convectores, que incluyen un ventilador de pequeña potencia para favorecer la convección del aire del local (potencias comerciales entre 500 W a 2000 W).

EMISORES TERMOELÉCTRICOS

Emisores de fluidos térmicos

A veces se les llama también Calor Azul, no obstante calor azul es una marca registrada por la empresa ACESOL.

Son los comunes debido a que son los que mantienen el calor más tiempo, aunque también es verdad que son los más tardan en calentarse. Se componen de una resistencia que calienta el fluido interno. El calor se reparte de forma homogénea por todo el cuerpo de aluminio, lo que permite un rendimiento energético óptimo. Son totalmente estancos y seguros, lo que hace que no necesiten mantenimiento.

Se trata de radiadores de aluminio extruído lleno de un fluido térmico calentado por unas resistencias eléctricas que hacen que el fluido se mueva por convección por dentro del radiador.

El aire frío del suelo asciende por el interior del radiador, calentándose y abandonando el aparato por las cavidades de la parte superior, generando una corriente de convección del aire que difunde el calor del aparato por toda la estancia.

Los fluidos utilizados actualmente mejoran las prestaciones de los aceites minerales utilizados tradicionalmente.

• Fluido poco viscoso para el rango de temperaturas de trabajo con el fin de facilitar su movimiento por el interior del aparato.
• Alta inercia térmica (Ce alto) para acumular el mayor número de watios por unidad de volumen.
• Gran variación de densidad en función de la temperatura, de modo que se creen con facilidad corrientes de convección, para trasladar el calor desde las resistencias eléctricas al exterior del aparato.

Advertencia: en consumo de instalaciones de calefacción no hay milagros. Si comparamos el consumo entre este sofisticado radiador y el radiador tradicional que solo tiene la posibilidad de encender una o dos resistencias, el consumo es el mismo.

Lo que compramos a la compañía eléctrica es energía y el calor es el resultado del consumo de esa energía. Para obtener cierta cantidad de watios térmicos, debemos consumir cierta cantidad de energía y usemos el sistema que usemos, el consumo de energía solo varía en función del rendimiento del sistema de generación de la energía térmica (caldera, bomba de calor o resistencias eléctricas).

De entrada, cualquier sistema eléctrico fabricado bajo la denominación de “calor azul” va a generar el mismo consumo eléctrico que otro de la misma potencia que no sea de calor azul. Por otra parte, el rendimiento de la expresión anterior es del 100%, nunca más ni menos. No nos vale que nos digan que un radiador de 1.000W de calor azul calienta lo mismo que otro de 1.500W que no sea de calor azul.

Nunca se puede justificar su compra basándonos en razones de eficiencia energética a costa de soportar un mayor precio a igualdad de condiciones de potencia.

Emisores cerámicos

Tienen cuerpo de aluminio y una resistencia pero, además, disponen en su interior de una pieza cerámica. Esto hace que se calienten rápidamente y que mantengan durante un gran tiempo el calor una vez apagados, lo que los hace perfectos para cualquier tipo de instalación.

ACUMULADORES NOCTURNOS

Tarifas eléctricas

Las centrales eléctricas que queman combustible y las nucleares no se pueden apagar y encender de forma instantánea, requieren largos períodos de tiempo. En cambio los aerogeneradores, la energía fotovoltaica y la producida en centrales hidroeléctricas si se pueden conectar o desconectar a la red de forma instantánea.

Por otra parte, la demanda de energía no es la misma a lo largo del día, durante el día las instalaciones de climatización de viviendas y centros de trabajo están encendidas, lo mismo sucede con la luz, y la maquinaria de muchas industrias que trabajan solo durante el día.

Como resultado de estos dos hechos sucede que si la red está calculada para producir la energía necesaria durante el día resulta que por la noche sobra potencia. Si parte de la demanda del día se pudiera pasar a la noche resultaría que harían falta menos centrales, de ahí el interés de los gobiernos de que pongamos las lavadoras, lavavajillas y secadoras durante la noche.

Otra forma de fomentar el consumo nocturno frente al diurno es estableciendo la tarifa nocturna, si bien hoy en día no está vigente para usuarios domésticos si que lo está para los industriales. Según esta tarifa se pueden llegar a establecer tres tipos de tarifas:

• Horas punta, de alta demanda energética, por tanto el coste será el más caro.
• Horas llano, horas intermedias.
• Horas valle, horas de baja demanda energética con el coste más bajo.

La producción de calor mediante la energía eléctrica durante las horas de día presenta el inconveniente del alto precio, pues esas horas corresponden con el horario normal de funcionamiento de la calefacción (horas «punta» y «llano» en la terminología del suministro de electricidad), por lo que su mayor interés está en la utilización de la tarifa nocturna (horas «valle») mediante instalaciones o sistemas de acumulación.

Acumuladores nocturnos

Aparatos que realizan la acumulación de calor durante las horas nocturnas o «valle» para aprovechar la reducción de la tarifa eléctrica para su posterior utilización durante el horario de calefacción.

Estos aparatos están principalmente constituidos por:

• Núcleo acumulador. Consiste en un conjunto de ladrillos refractarios de gran capacidad de almacenamiento de calor y elevada inercia térmica. La temperatura del núcleo, al final del período de carga, puede llegar a los 600-700 °C. El elemento principal es el bloque de ladrillos refractarios como se indica en la figura,  generalmente de magnesita, por su alto calor específico, que se calientan a una temperatura de casi 700 ºC.
• Resistencias eléctricas inmersas en el núcleo acumulador, que calientan el mismo de la forma mas uniforme posible, hasta la temperatura indicada. Estas resistencias son generalmente de tipo blindado.
• Aislamiento térmico. Conserva el calor acumulado en el núcleo y, al mismo tiempo, impide que las temperaturas superficiales del aparato sobrepasen las permitidas por la normativa (máximo 90 °C).
• Sistemas de seguridad y control, para asegurar que la carga y descarga de calor se realizan en óptimas condiciones. El sistema de segundad incluye un limitador térmico que impide sobrepasar la temperatura máxima del núcleo.

Además pueden contar con unas resistencias de apoyo para el aire de descarga para días muy fríos y/o cuando se ha acabado la carga.

Existen en el mercado dos tipos básicos:

• Estáticos, cuando la descarga de calor se realiza por convección natural al circular el aire a su través por diferencia de temperaturas.

• Dinámicos, cuando la descarga se realiza por un ventilador, cuyo funcionamiento puede ser automático a través de un termostato de ambiente, como se puede ver en la siguiente figura, en la que se observa que el ventilador siempre se pondrá en marcha cuando la temperatura ambiente descienda de 18ºC.

SUELO RADIANTE ELÉCTRICO Y SISTEMA DE APOYO

El suelo radiante mediante sistema eléctrico consiste en un cable eléctrico recubierto con una capa de hormigón de espesor mínimo de 4 cm. La capa superior de hormigón presenta elevada inercia térmica por lo que es un sistema recomendable en edificios de habitación permanente.

La temperatura máxima de la superficie del suelo debe ser 29ºC , aunque se recomienda no pasar de 27ºC. La temperatura de funcionamiento del hilo suele estar entorno a los 40ºC.

Acumulación en suelo y apoyo directo, este sistema de calefacción mixta, también denominado «base + apoyo”, consiste en la producción de calor mediante dos instalaciones complementarias:

• Calefacción de base: se emplean cables calefactores instalados en el suelo y recubiertos por una capa de hormigón de espesor suficiente para almacenar el calor. Los cables calientan el hormigón durante las horas valle, a precio reducido, y el calor acumulado se emite a la vivienda o local a lo largo del día.

La temperatura superficial del suelo se limita a unos 26 °C de forma que se evita cualquier posible incomodidad a los ocupantes.

• Calefacción de apoyo: El apoyo directo se conecta sólo cuando la emisión del suelo no es suficiente para mantener la temperatura de confort elegida, y proporciona el calor restante hasta alcanzar en cada habitación dicha temperatura.

Esta constituida por aparatos directos, generalmente convectores, con regulación independiente en cada habitación mediante termostato ambiente que facilita el aprovechamiento de las aportaciones gratuitas de calor debidas al sol, a las personas, el alumbrado, los electrodomésticos, etc.

BOMBA DE CALOR

La bomba de calor se puede utilizar como elemento terminal o elemento generador en instalaciones de calefacción centralizadas, por ejemplo, una unidad interior que calienta aire que es distribuido a las diversas salas por conductos o también puede calentar agua que luego es distribuida a los fan-coils situados en las salas.

Una bomba de calor es una máquina térmica que se utiliza para transferir o «bombear» calor desde un medio frío a otro que está a una temperatura superior.

Generalmente la energía primaria que utilizan para su funcionamiento es eléctrica, existiendo otras en el mercado que utilizan gas como energía principal, siendo la energía auxiliar eléctrica (para el accionamiento de ventiladores, bombas, etc).

Rendimiento COP (Coefficient Of Performance) se utiliza para evaluar las bombas de calor trabajando en calefacción (para aire frío o refrigeración se usa el EER)

En calefacción un rendimiento usual puede ser entorno al 3,5 ó 4. Por ejemplo, una bomba calor aire/aire tipo inverter en condiciones nominales.

Por ejemplo, con 20°C en el interior, 7°C en el exterior, humedad relativa exterior del 70% y funcionando a una potencia consumida del 75% del máximo, dan en torno a un COP del 4.

En caso de caída de la temperatura exterior el rendimiento baja a unos 2/3 del nominal,  en el caso anterior, al bajar a -7°C, es decir el rendimiento es del 2,66.

Aunque hoy en día, con el empleo de nuevos gases y tecnología como la del desescarche, las máquinas trabajan hasta temperaturas de -15ºC y más.

Una explicación más detallada de estas máquinas se desarrollará en artículos posteriores dedicados al funcionamiento del circuito de compresión dentro del bloque de refrigeración.

INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN CENTRALIZADAS

CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN CENTRALIZADAS

Las instalaciones de calefacción utilizan principalmente agua o aire caliente como fluido caloportador (el que transporta la energía calorífica) para calentar el aire de las habitaciones.

• Calefacción por aire caliente distribuido mediante conductos y generado por:
  • Bomba de calor.
  • Calderas de gas caliente.
• Calefacción por agua: la más utilizada por razones de sencillez, de seguridad y de funcionalidad.
  • Instalación con emisores térmicos (radiadores).
  • Instalación con fan-coils.
  • Instalación con techo o suelo radiantes.

El agua puede calentarse a diferentes temperaturas.

• En las calderas normales que se utilizan normalmente en España no se suelen sobrepasar los 90 °C, por debajo del punto de ebullición del agua a presión atmosférica.
• En calderas más grandes, por ejemplo en países donde dan servicio a barrios enteros, se llega hasta los 140 ºC, manteniendo la presión alta en las conducciones para que no llegue a evaporarse (agua sobrecalentada).
• Calefacción por vapor, en las que el agua se lleva a la evaporación y se distribuye el vapor a los elementos terminales. Fue muy utilizado antiguamente pero con el tiempo se está abandonando, aunque aún hay muchas instalaciones en funcionamiento en muchos países, porque la temperatura superficial de éstos resulta ser muy alta y entraña peligro de quemaduras:

La caldera lleva el agua a la temperatura de evaporación y el vapor recorre los emisores sin necesidad de bomba u otro artificio mecánico. Al enfriarse vuelve a la fase líquida y, condensado, el caloportador vuelve a la caldera por gravedad, para lo que la red de tuberías debe tener pendientes hacia ella. Por la misma razón las tuberías de ida suelen ser más gruesas que las de retorno.

Entre sus ventajas e inconvenientes se cuentan:

• Los emisores (radiadores) son de menor tamaño que en los sistemas de calefacción por agua.
• La regulación de la potencia no se puede hacer en el local de calderas (si se baja la temperatura no se produce vapor), por lo que deben hacerlo los usuarios en cada uno de los emisores, mediante la llave de paso.
• La temperatura superficial de los emisores es alta (superior a los 100ºC) por lo que se pueden producir quemaduras en la piel por contacto.

COMPARATIVA ENTRE FLUIDOS CALOPORTADORES.

Un fluido caloportador es un fluido que se utiliza para transportar la energía térmica desde donde se produce hasta donde se necesita. Los fluidos más utilizados son el aire, el agua y el vapor.  También existen los aceites térmicos y los refrigerantes.

El aire como fluido caloportador, tiene sus ventajas y sus inconvenientes.

• Como inconveniente fundamental bajo calor específico (0,29 Kcal/m3 °C) lo que precisa un volumen de desplazamiento muy grande para conseguir transportar una energía térmica considerable, obligando a diseñar conductos muy voluminosos, que limitan su utilización a zonas de grandes espacios disponibles.
• Además el aire es insuflado directamente al local a calefactar, lo que obliga a controlar su velocidad para que no sea molesto (<0,25 m/seg en la zona ocupada) y ello disminuye el caudal, teniendo que aumentar la sección del conducto.

El agua:

• Tiene un mayor calor específico que el aire (valor medio de 1 Kcal/Kg °C), lo que permite mayor transporte de energía térmica, con caudales más pequeños, que se pueden lograr con tuberías.
• Como además el agua se mantiene dentro de los circuitos estancos de la calefacción, solamente limita su velocidad por efecto de los ruidos (<55 dB).

CALEFACCIÓN POR AIRE CALIENTE

Las instalaciones de calefacción por aire caliente se pueden dividir en cuatro bloques:

• Equipo de producción de calor para calentar el aire que se impulsa.
  • Bombas de calor (reversible o no).
  • Calderas.

• Red de transporte y distribución hasta las salas:
  • Red de impulsión.
  • Red de retorno.
• Elementos terminales: difusores lineales o rotacionales y  rejillas.
• Central de regulación: que puede ir desde un simple termostato o cronotermostato hasta modernas centrales de regulación electrónica.
  • Mono-zona, un único termostato controla el funcionamiento de la instalación.
  • Multi-zona, cada sala posee su propio termostato que gobierna actuadores que abren o cierran los elementos terminales de la sala.

Este tema se estudiara mas a fondo en las instalaciones de climatización.

CALEFACCIÓN POR AGUA CALIENTE

PARTES DE UNA INSTALACIÓN DE AGUA CALIENTE

Las instalaciones de calefacción por agua caliente se pueden dividir en cuatro bloques:

• Equipo de producción de calor: para calentar el agua. Las fuentes de energía que se pueden utilizar para la producción de calor son:
  • Energía eléctrica.
    • Mediante resistencias eléctricas (prohibido por el RITE).
    • Mediante bombas de calor.

• Calderas: producen energía térmica mediante la combustión de un hidrocarburo (combustible, o substancia que contiene principalmente hidrógeno y carbono), generalmente líquido (gasóleo-C) o gas (propano, butano, gas natural, gas ciudad).

En pequeñas instalaciones individuales se utilizan combustibles sólidos (pelets, policombustibles, carbón, leña, etc).

• Red de transporte y distribución hasta las viviendas y locales. Para transportar el calor desde la caldera o sala de calderas donde se produce hasta las plantas y salas donde se encuentran los emisores térmicos.
• Elementos terminales: son los que transfieren el calor del agua al ambiente de las salas a calefactor. Pueden ser de varios tipos: emisores térmicos, paneles radiantes, fancoils, suelo radiante…
• Central de regulación: que puede ir desde un simple termostato o cronotermostato hasta modernas centrales de regulación electrónica.

ELEMENTOS TERMINALES EN CALEFACCIÓN DE AGUA CALIENTE

La transmisión de calor a través de los emisores se produce por convección y radiación; dependiendo de qué tipo de emisor sea, la proporción de convección y radiación difiere. En los radiadores, p.ej. la radiación no es más que el 10%, el 90% se realiza por convección de calor al ambiente.

ZÓCALOS CALEFACTORES

Los zócalos calefactores o tubos de aletas se emplean normalmente en el suelo de grandes superficies. No es frecuente verlos como emisores de calor en viviendas, son más frecuentes en oficinas, en edificios de servicios.

Los tubos de aletas, son tubos de hierro fundido o de acero recorridos por el agua y rodeados de unas aletas de chapa de aluminio perpendicularmente a un tubo, que se calientan en su contacto con el tubo, aumentando así la superficie de intercambio de calor y ceden su calor al aire por convección y radiación.

Ideal para paredes frías y grandes superficies acristaladas.

El sistema Variotherm de calefacción por zócalo produce rápidamente una cortina de aire caliente a lo largo de las paredes más frías y de las grandes superficies acristaladas. Eliminando así el “efecto de pared fría”, calentando las paredes y proporcionando más confort.

Su cálculo y selección se hace mediante los catálogos de los fabricantes.

FANCOILS O VENTILOCONVECTORES

El fan-coil, es un serpentín formando una batería por cuyo interior circula el agua de la calefacción (intercambiador de calor aire-agua), y lleva incorporado un ventilador eléctrico que fuerza a pasar el aire a su través.

La batería de agua suele ser normalmente de tubo de cobre y aletas de aluminio, y los ventiladores, usualmente centrífugos, con varias velocidades, recirculan el aire del local a través de la batería, calentándolo o enfriándolo.

Tienen la ventaja de poderse utilizar también para refrigeración haciendo llegar agua fría en lugar de caliente. En calefacción suelen trabajar con temperaturas inferiores a las de los radiadores, habitualmente con temperaturas de impulsión entre 45°C y 60°C.

La densidad de potencia disipada es muy superior a la de los radiadores, lo que significa que para un mismo tamaño los fan-coils tienen una mayor emisión calorífica.

Externamente son idénticos a las unidades interiores de bomba de calor. Pueden ser de tipo consola o techo e incluso para conectar a conductos y sin carcasa para empotrar en un falso techo.

AEROTERMO O UNITERMOS

Una variante del fan-coil o ventiloconvector es el denominado aerotermo (unitermos), su principio de funcionamiento es igual que el fan-coil pero el serpentín está diseñado para funcionar a temperatura de entrada de agua 90ºC y salida 70ºC. Llevan también ventilador de alta velocidad. Se emplean para calefactar grandes volúmenes de aire en poco tiempo. Como punto negativo está su alto nivel de ruido.

El aerotermo o termoventilador es un fancoil pero con un acabado más rústico y de menor calidad, utilizándose en instalaciones de naves industriales y talleres.

RADIADORES DE AGUA CALIENTE

El radiador, es sin lugar a dudas, la superficie de calefacción más utilizada, aunque solamente emite un 20% aproximadamente de su calor por radiación y el 80% se realiza por convección de calor al ambiente.

Desde el punto de vista del confort, el lugar más apropiado para la instalación de los radiadores es en la pared más fría de cada habitación; esta pared es la exterior y el punto donde debe colocarse el radiador es debajo de la ventana, para que la estratificación del aire sea lo menor posible, de este modo se palia el efecto “pared fría” compensando la temperatura del radiador y la sensación de frío que producen las ventanas, siendo además más uniforme la distribución de temperaturas.

Reglamentariamente no hay obligación de colocar los radiadores en un punto concreto, por lo que pueden adoptarse otras soluciones en función de los espacios disponibles y de los mobiliarios previstos en cada local.

La superficie de los radiadores alcanza unas temperaturas medias que en ningún caso deben superar los 80 °C, produciendo un efecto de circulación del aire en la estancia por convección, al calentarse éste en la proximidad del radiador y comenzar un ascenso a las zonas altas de la estancia. Al enfriarse en su recorrido, baja nuevamente el aire volviendo a pasar por el radiador. Cuanta más superficie emisora de calor, mayor confort tendremos con este sistema.

Normalmente se componen de elementos que se ensamblan uno tras otro hasta obtener la capacidad calculada para mantener la sala en las condiciones idóneas.

Es aconsejable instalar el radiador libre de obstáculos que limiten su capacidad de emisión de calor, evitándose su instalación en nichos o la colocación de elementos cubre radiadores; en todo caso debe guardarse una distancia mínima de 5 cm entre la parte superior del radiador y cualquier obstáculo. Si se colocan los emisores en nichos o repisas, las potencias caloríficas quedan reducidas.

Cuando se instalen en nichos es conveniente colocar un material aislante en la pared del mismo, con el fin dedisminuir las pérdidas de calor hacia el exterior, ya que el nicho debilita térmicamente el cerramiento.

A continuación se muestran los emisores térmicos más usuales que se pueden ver en los catálogos de cualquier firma.

Hoy en día, siguen coexistiendo prácticamente todos ellos. Pero sí que se puede observar una tendencia histórica hacia los radiadores de menor masa y una nueva tendencia hacia los sistemas dinámicos.

Los nuevos radiadores inteligentes, que permiten un arranque dinámico en los momentos en los que se necesita la máxima potencia del emisor, ofrecen una importante reducción del consumo al conseguir del emisor la máxima eficiencia, pero que cuando se necesita mantener la temperatura, funciona en modo estático, entregando el calor de forma mucho más suave, y con el confort más elevado.

Radiadores de hierro fundido

Son los componentes clásicos de toda calefacción que quiera aportar el máximo confort. Su duración, prácticamente ilimitada, les hace los más económicos. Están constituidos por elementos acoplables o módulos. Debido al volumen de agua que contienen y al material del que están ejecutados tienen una gran inercia térmica especialmente indicada para su uso en viviendas de uso permanente, dado que sus tiempos de calentamiento y enfriamiento son especialmente largos.

Como inconveniente podemos nombrar la poca capacidad de emisión de cada elemento, siendo necesaria la utilización de un mayor número de elementos para la misma potencia, y la necesidad de realizar labores de mantenimiento periódicas (pintura) para mantenerlos en buen estado.

Radiadores de aluminio

También constituidos por partes acoplables llamadas elementos. La tecnología de los radiadores de aluminio inyectado está en continuo desarrollo por sus principales prestaciones: su peso reducido, su facilidad de mantenimiento y montaje y su buen rendimiento, facilitado por la geometría de los módulos que componen el radiador. En instalaciones nuevas, los radiadores de aluminio pueden producir hidrógeno, procedente del agua de la instalación que oxida inicialmente al material. Es conveniente evitar la acumulación de este gas, por lo que debe colocarse en cada radiador un purgador. Esta oxidación inicial de la instalación es beneficiosa, ya que supone dotar a la instalación de un recubrimiento que protege de posibles fugas a través de los poros en el material.

Gracias a la facilidad de instalación y mantenimiento de la que hemos hablado, unido a un competitivo precio por caloría, hace que sea el más utilizado en instalaciones de calefacción de viviendas habitadas y poco a poco van imponiéndose en viviendas de nueva construcción. Son elementos de reducida inercia térmica.

Radiadores de chapa de acero.

Debidamente instalada y tratada la chapa, en su mantenimiento puede alcanzar una larga duración. Los elementos están soldados entre sí. No es posible reducir el tamaño de los radiadores soldados, perdiendo la ventaja de la modularidad que tienen los radiadores anteriores. Desde el punto de vista económico son una buena solución en una vivienda, aunque el precio cada vez menor de los radiadores de aluminio inyectado está haciendo que éstos los vayan sustituyendo. Estos radiadores tienen poca inercia térmica.

Paneles de chapa de acero.

Ofrecen líneas más planas, menos voluminosas, pero de mayor superficie de radiación; están indicados para instalaciones de calefacción en viviendas de reducido espacio. Su tratamiento respecto a la duración es igual a los radiadores de acero.

Los paneles, son placas huecas de muy poco espesor, por cuyo interior circula el fluido calefactor, presentando una gran superficie de cesión del calor (por radiación – paneles radiantes) y también parte por convección del aire que circula entre las placas y la pared. Presentan muy poco espesor, y por su forma plana tienen una fácil limpieza.

Radiadores para baño.

Generalmente están fabricados a base de tubo de acero y aluminio, con diseños modernos que rompen con lo tradicional. Son en realidad un conjunto de tubos de acero o aluminio pensados en muchos casos para colocar y secar toallas.

RADIADORES DE BAJA TEMPERATURA

En los últimos años están apareciendo instalaciones de calefacción con los llamados radiadores de baja temperatura, que están diseñados para trabajar con agua caliente a temperaturas más bajas de lo normal (ver apartado de temperaturas de diseño).

Las instalaciones de calefacción con sistemas de baja temperaturason las soluciones de calefacción del futuro. Funcionan con:

• Bombas de calor, si es reversible también dan refrigeración en verano.
• Calderas de condensación.
• En ambos casos pueden ir combinadas con instalaciones solares.

Hay radiadores de baja temperatura de dos tipos:

• Con convección natural, no dejan de ser un caso especial de los radiadores ya vistos donde el diseño del intercambiador ha sido modificado para favorecer el intercambio térmico a bajas temperaturas ya que si se utilizaran los radiadores tradicionales su superficie sería bastante mayor.
• Con convección forzada, en realidad son un fan-coil, ya que llevan los mismos elementos y su principio de funcionamiento es el mismo. Pero los fabricantes por motivos comerciales prefieren asignarles este nombre.

Del catalogo de Zehnder modelo Lateo

Zehnder Nova Neo: Los ventiladores integrados en el radiador no sólo sirven para obtener rápidamente el calor en invierno sino que permiten también refrescar agradablemente la estancia en verano. Si está conectado a una bomba de calor que suministra agua fría, el Zehnder Nova Neo también puede utilizarse como radiador refrescante.

CALEFACCIÓN POR SUELO Y TECHO RADIANTE

En las instalaciones de calefacción mediante suelos radiantes de agua, el emisor de calor es un serpentín de polietileno reticulado o polipropileno situado bajo el suelo del local.

La temperatura del agua en su interior esta entre 40 y 45 ºC, para que la superficie del suelo no supere el máximo 29ºC.

En los meses cálidos haremos circular agua en torno a 15ºC por la instalación, que absorberá el exceso de calor del local y proporcionará una agradable sensación de frescor.

El agua caliente se produce en:

• Caldera de agua caliente.
• Bomba de calor (aire- agua, agua-agua).

En estas instalaciones de calefacción el calor se transmite por convección natural al aire del local desde el suelo al techo manteniendo los pies calientes y la cabeza fresca. La sensación térmica que se percibe es muy agradable, ya que proporciona una distribución de temperaturas en la habitación más racional que en el caso de radiadores.

TEMPERATURAS DE DISEÑO DE LOS ELEMENTOS CALEFACTORES

IT  1.2.4.1.2.1.  Requisitos  mínimos  de  rendimientos  energéticos  de  los  generadores  de calor.

9.  Los emisores deberán estar calculados para una temperatura media de emisor de 60 ºC como máximo.

En general, la temperatura del agua de caldera se suele limitar a unos 10 ºC por encima de la que precisa el circuito de emisores. Este apartado se desarrollará a fondo en artículos dedicados a calderas de condensación.

Temperaturas de proyecto para los diversos elementos terminales en calefacción
Radiadores a alta temperatura antiguos	90/70 ºC
Radiadores a alta temperatura actualmente	75/65 ºC
Radiadores a baja temperatura	55/45 °C
Fan-coils	55/50 °C a 45/40 ºC
Suelo radiante	40/35 °C a 35/30 ºC
Aerotermos	90/60 °C

ESTRATIFICACIÓN DE LA TEMPERATURA

La estratificación se produce especialmente en instalaciones de calefacción en locales con techos altos. La única forma para evitarla es instalar ventiladores de techo que muevan el aire

VENTILACIÓN

De acuerdo con el RITE 2007 los sistemas de climatización deben ir dotados de un sistema de ventilación. En otros artículos entraremos más en detalle.

Y hasta aquí el artículo de hoy sobre las instalaciones de calefacción. Esperamos que haya sido de utilidad para todos. En breve volveremos con más información.