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El nuevo Código técnico y la rápida incorporación de las nuevas fuentes de energía y las calderas de alto rendimiento marcan una tendencia clara hacia la calefacción con radiadores de baja y muy baja temperatura de impulsión. Esta tendencia hace replantearse cual es la forma de calefacción más eficiente. Las últimas investigaciones en cuanto a la forma de calefactar con el menor consumo energético y con el mejor nivel de confort posible nos dan como resultado una nueva forma de ver los emisores de calefacción.
El objetivo principal del nuevo Código Técnico de Edificación es ofrecer más calidad en los edificios tanto en términos de seguridad como de bienestar de las personas. Estos factores modifican el enfoque general que se ha de hacer en cuanto al proyecto de calefacción.
La principal diferencia estriba en una mejora general tanto de los aislamientos de los muros como de los cerramientos. La consecuencia directa es que una vivienda de las mismas características que otra, pero con unos niveles de aislamiento mejorados se va a beneficiar de unas menores necesidades de climatización, y además se van a eliminar posibles corrientes de aire que aparezcan por asimetrías térmicas dentro de una misma vivienda, o radiaciones de frío o calor indeseables.
Pero esta reducción en las necesidades de calefacción va a hacer que las variaciones que se produzcan por aprovechamiento de las fuentes de calor gratuitas o por pérdidas de calor puntuales, por ejemplo, ante una abertura de puertas o ventanas, sean porcentualmente mucho más significativas de lo que lo eran hasta la fecha. De esta misma manera, necesitamos que todo nuestro sistema de calefacción pueda ofrecernos una mayor sensibilidad a los cambios y una mayor velocidad de reacción.
Formas de emisión de calor
Una de las principales diatribas que se plantean en nuestros días ante la forma de emisión de calor se plantea en cuanto al uso de sistemas de gran inercia o baja inercia térmica.
Al respecto se han realizado investigaciones llevadas a cabo por el BRE (British Research Establisment) en las que se comparan sistemas de baja masa y bajo contenido en agua frente a otros de mayor inercia térmica. Para este estudio se compararon dos viviendas idénticas con simuladores de ocupación y mecanismos automáticos y simultáneos de persianas y cortinas, en el periodo de un año.
El resultado fue que los sistemas de baja inercia térmica consiguen un ahorro energético que varía entre el 10 y el 15%, dependiendo de las diferencias térmicas a lo largo del día, obteniendo un mayor ahorro energético cuanto mayores sean estas diferencias, que en el caso de Inglaterra eran en las temporadas de primavera y otoño, y menores cuando la temperatura exterior sea más homogénea y ambos sistemas trabajen más tiempo a régimen.
La conclusión de este estudio nos da que en España, donde las variaciones de temperatura entre el día y la noche son más acusadas, es mucho más idóneo un sistema de baja masa y bajo contenido en agua, que necesita una menor cantidad de energía para la puesta en marcha y regula mejor su emisión ante el aporte de fuentes de calor gratuitas, ajustando su consumo a las necesidades reales de emisión para mantener la temperatura estable, y evitando un sobrecalentamiento al no simultanearse ambas fuentes de calor.
Formas de calentar el agua
En cuanto a la forma de calentar el agua, también sufre variaciones, en primer lugar por la limitación de la temperatura de trabajo, pero esto no plantea realmente un problema, sino que se ve como un reajuste ante la menor carga térmica del edificio, pero además se puede observar que todos los sistemas de alta eficiencia energética o que aprovechan las nuevas fuentes de energía tienden a trabajar a bajas y muy bajas temperaturas de impulsión (LTH = Low Temperature Heating). Y como consecuencia se obtiene un ahorro energético por la mejora del rendimiento de las calderas de alta eficiencia o de condensación, y por reducirse las pérdidas por transmisión en la instalación.
A raíz de todas estas consideraciones las características de un emisor para trabajar a baja temperatura de emisión han de ser una alta velocidad de reacción, que se consigue con un emisor de baja masa y bajo contenido en agua. Una gran superficie de intercambio pero que permita un dimensionado flexible y con múltiples soluciones, para poder aprovechar el máximo espacio pero con la máxima emisión; que permita una regulación lo más exacta posible, es decir, que cuando el sistema de control, ya sean cabezales termostáticos o termostatos de ambiente, den orden de apertura o corte, emitan o paren en el mínimo tiempo posible.
Intercambiadores de alta eficencia
La mejor solución es trabajar con intercambiadores de calor y convección natural, pero los intercambiadores existentes estaban diseñados para trabajar con agua a alta temperatura e incluso sobrecalentada, por eso eran tubos de gran sección con aletas planas con una gran separación entre ellas.
Para adaptarlos a las nuevas condiciones de trabajo se han desarrollado nuevos intercambiadores, con aletas de aluminio corrugado para aumentar su superficie y mejorar el intercambio, se ha optimizado el contacto entre el aluminio y los tubos interiores de cobre para que el calor pase del agua a las aletas de la manera más eficiente posible, y se ha calculado la separación entre ellas para que la dilatación que sufre el aire a baja temperatura no interrumpa la fluidez del mismo. De esta manera se obtiene un intercambiador de alta eficiencia, con una alta velocidad de reacción, que aprovecha las fuentes de calor gratuitas y mejora la regulación y el confort.
Para reducir aún más el tamaño de un emisor sería necesario transformarlo en dinámico, pero un emisor dinámico, tipo fan coil, tiene ciertos inconvenientes que en la mayor parte de los casos no lo hace recomendable, como son el ruido, las corrientes de aire y la falta de confort. Pero por otra parte tiene unas ventajas que lo hacen idóneo para trabajar con bajas temperaturas de impulsión, como son la alta velocidad de reacción y el exponente “n” igual a 1, lo que le da un rendimiento muy alto a baja temperatura por lo que el tamaño final de los emisores puede ser menor.
La solución ideal es un emisor que conjugue los beneficios de ambos sistemas; el silencio y el confort de un sistema estático con el rendimiento, la velocidad, el tamaño y el ahorro energético de uno dinámico.
Emisores híbridos
Como solución tendríamos un emisor híbrido, en el que se aproveche la potencia y la velocidad del sistema dinámico de baja velocidad, en el arranque de la calefacción, pero que una vez empiece a subir la temperatura module su velocidad hasta detenerse y pueda mantener la temperatura de forma estática, y únicamente vuelva a funcionar de manera dinámica cuando haya una bajada de temperatura o se necesite un aporte extra de calefacción, en que el activador module para funcionar a la mínima intensidad obteniendo el mejor rendimiento posible.
La otra gran ventaja de trabajar con intercambiadores viene dada por el hecho de que el agua caliente únicamente se encuentra en el interior del intercambiador y en la valvulería, que quedan ocultos por la carcasa o incluso pueden estar enterrados en el suelo. Y es que la temperatura exterior de contacto de cualquier punto del radiador no supera los 43° C ni siquiera trabajando con agua a 90° C.
Esta característica hace que este tipo de equipos sean idóneos para colegios, residencias o lugares donde prima la seguridad. Además, se pueden instalar frente a cerramientos de cristal, donde la radiación hacia el exterior de un radiador convencional pierde un 7% de energía, mientras que por convección el calor sale al aire en vez de irradiar a su alrededor.
En las imágenes termográficas se observa como los convectores no son visibles, mientras que la radiación de los otros radiadores muestra la cantidad de energía que se pierde, además de crear fuertes diferencias térmicas dentro del vidrio, pudiendo llegar a romperlo por diferencias de dilatación y tensiones internas.
Pero la solución ideal para cerramientos y muros cortina es sin duda el poder empotrarlos en el suelo, de forma que puedan desaparecer a la vista y crear una pantalla térmica que frene la entrada de frío exterior, consiguiendo un alto nivel de confort en el interior.
Prueba de ello son las obras singulares que han optado por este sistema, como la Ciudad de la comunicación de Telefónica, la Caja Mágica, o las torres de la antigua Ciudad Deportiva del Real Madrid.
Artículo redactado por José Vicente Zamora, Senior Engineer & Climate Designer de Conves Termic, S.L.
