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RECOMENDACIONES PARA OBTENER EL MÁXIMO CONFORT DE MODO EFICIENTE

El binomio perfecto: suelo radiante refrescante + ventilación con recuperación de calor

En las actuales tendencias de edificación residencial cada vez es más presente un nuevo reto: mantener un alto grado de confort con un consumo cada vez más reducido, además de una integración de los sistemas que haga fácil la gestión de todo lo anterior por parte del usuario final. La solución a este reto está compartida por una edificación con unos cerramientos cada vez más eficientes y unas soluciones de climatización que, ahora además, deben atender a unos nuevos indicadores de confort basados en la salubridad del usuario en la nueva edificación: filtración del aire exterior, humedad interior, CO2 y VOC.

Dentro de las variantes de los elementos que componen una instalación de climatización y ventilación, hay que trabajar con la solución que aporte más confort y ahorro energético. En la mayoría de los casos es:

- Producción: Bomba de Calor

- Elemento terminal: Suelo Radiante y Refrescante

- Ventilación: doble flujo, recuperación de calor y batería de apoyo

El motivo del uso del suelo radiante y refrescante es obvio: es el sistema que trabaja con las temperaturas más moderadas que puede utilizar un elemento terminal de climatización. Por este hecho tenemos las siguientes ventajas en la unión del suelo radiante – refrescante con la Bomba de Calor:

- Aumento de rendimiento en la producción por trabajar en cargas parciales.

- Aumenta el rango de funcionamiento del modo calor en invierno.

- Aumento de la vida útil del sistema, disminuyen los ciclos de desescarche.

Suelo radiante y refrescante.

Tal y como hemos comentado anteriormente, el sistema de suelo radiante y refrescante permite trabajar con las temperaturas:

- Más bajas en calefacción

- Más altas en refrigeración

Esta característica permite obtener el mayor rendimiento energético de la instalación ya que:

- Mejora el rendimiento energético del sistema de producción

- Es el sistema que tiene menos pérdidas, debido a que tenemos el menor diferencial de temperaturas entre el interior y el exterior del edificio.

Pero además el sistema aporta el mayor confort debido a que:

- No hay corrientes de aire

- No hay zonas frías/calientes debido a que se radia de manera uniforme

- No hay modificación del factor latente del aire

Para obtener estos valores de confort y rendimiento energético, las temperaturas superficiales permitidas según la UNE-EN 1264 son:

Valores-energeticos

Las potencias tanto de frío y de calor para un suelo radiante y refrescante las podemos observar en las siguientes gráficas, pertenecientes al capítulo 7 de la Guía de Suelo Radiante de FEGECA.

Fegeca_Guia_Suelo_Radiante

En modo calor: Curvas características y curvas límite de un sistema de calefacción tipo A con tubería 16x2 y espesor de la capa por encima del 0,045 m y una conductividad térmica de 1200 W/m-K en función del paso del tubo T y para diferentes resistencias térmicas de revestimiento del suelo.

Grafico_Curvas_Limite

En las gráficas se puede observar que de manera fácil se pueden conseguir ratios de 100-120 W/m^2 con una temperatura de producción moderada, por lo que se consigue llegar a las necesidades de calor de una manera muy eficiente.

En modo frío: Curvas características y curvas límite de un sistema de calefacción tipo A con tubería 16x2 y espesor de la capa por encima del 0,045 m y una conductividad térmica de 1200 W/m-K en función del paso del tubo T y para diferentes resistencias térmicas de revestimiento del suelo.

Grafico_Curvas_Limite

Las gráficas muestran que los ratios que se consiguen con el suelo refrescante están alrededor de los 45 W/m^2, menor potencia que la aportada en calefacción debido a que debemos controlar la temperatura de rocío, que es la que limita el diferencial de temperaturas entre el agua del circuito de suelo refrescante y la zona a climatizar. Este dato ya advierte de que en edificaciones fuera de los NZEB y Passive House, en función del grado de cerramientos y rendimiento de la ventilación, es necesario el apoyo puntual para poder llegar a cubrir las necesidades de frío en la instalación.

A continuación, se muestran las necesidades térmicas de los edificios NZEB y Passive House, muy por debajo de los ratios expuestos anteriormente, por lo que podemos afirmar que cuando estamos en esta tipología de edificios la solución de suelo radiante-refrescante cumple notablemente con las necesidades de la instalación:

Necesidades_Termicas_Tablas

Suelo refrescante.

Desde Orkli S. Coop. se apuesta y se potencia el uso de este modo gracias a las bondades que aporta al sistema de climatización tanto a nivel de eficiencia energética como de confort:

- Mayor rendimiento energético

- No se modifica la humedad relativa interna de la instalación, no se reseca el aire ambiente

- No hay corrientes de aire

- Ausencia de ruido

- Enfriamiento de la vivienda uniforme

El suelo refrescante tiene en la actualidad dos desventajas:

- Potencia radiada en frío

- Condensación

En referencia a la potencia en frío del suelo refrescante vamos a estudiar, detalladamente, el comportamiento en verano de las cargas de una instalación:

potencia_frio_grafico_suelo_radiante

La curva roja simula la radiación solar en un día de verano. La curva amarilla representa como entra la carga de calor dentro de la instalación, como se puede apreciar, debido al cerramiento y a la ventilación la carga se atenúa y se desplaza en tiempo en el edificio. La curva azul muestra el comportamiento ideal del sistema de climatización para compensar la carga solar. Como se puede apreciar el sistema de climatización debe tener una gran inercia para adaptarse fielmente a la necesidad que se representa, ya que estar por encima o por debajo de la ganancia solar no estaríamos en situación de confort. El sistema con más inercia es el suelo radiante y refrescante, que con una regulación adaptada al proyecto va a permitir estar en todo momento, y aportando un alto nivel de rendimiento energético, a las necesidades de confort requeridas.

Con la aplicación del CTE del 2013 se obtuvo una reducción notable en las cargas internas, alrededor de un 40%, se tiene una previsión que en las futuras normativas se va a seguir por esta línea, por lo que las cargas en frío también bajaran, dando más grado de cobertura la potencia que aporta el suelo refrescante.

En referencia a la condensación, hasta el 2013, la ubicación de la instalación era determinante por el grado de humedad exterior de la instalación. En la actualidad, con el uso cada vez más usual de sistemas de ventilación de doble flujo con recuperación, la ubicación ya no es tan determinante, debido a que el sistema de ventilación permite absorber el exceso de humedad externa mediante recuperadores entálpicos. A continuación, se muestra el estudio de un edificio en Usurbil, municipio situado cerca de San Sebastián. Este edificio está situado en el CIFP USURBIL LHII, es un edificio que tiene unos cerramientos cercanos al Passive House, con sistema de ventilación con recuperación y suelo radiante y refrescante.

Como se puede apreciar, la humedad exterior es elevada, pero debido a las características del edificio y sus instalaciones, la humedad interior se comporta de manera estable no replicando la humedad exterior, por lo que se mantienen ratios internos donde se va a permitir el funcionamiento del suelo refrescante sin peligro de condensación.

proyecto-enegur-grafico

En una instalación de suelo refrescante es obligatorio tener un sistema de control que tenga en cuenta, además de la temperatura interna, la temperatura de producción en frío y la humedad interior con el fin de no sobrepasar la temperatura de rocío del suelo, momento en el que aparecería la condensación. Por otra parte, debido a la potencia que ofrece el suelo refrescante, en muchas ocasiones se va a tener que trabajar cerca del punto de rocío con el fin de ofrecer la mayor potencia posible. Esto se consigue con una regulación que mida constantemente las tres variables anteriores.

diagrama_psicrometrico

En la actualidad existen diferentes sistemas para el control del suelo refrescante, no obstante la mayoría supone una solución compleja y/o costosa, con lo que la partida presupuestaria a veces hace no viable esta solución cuando hablamos de vivienda en altura. Desde Orkli S. Coop. hemos desarrollado un cronotermostato para suelo radiante-refrescante con el fin de poder dar salida a la solución para viviendas en altura.

El Humicontrol es un cronotermostato que controla en todo momento:

- Temperatura del agua del circuito de suelo refrescante

- Temperatura y humedad de la estancia

Con estas tres mediciones controlamos en todo momento la temperatura de rocío de la instalación, por lo que se evita la posibilidad de condensación en el suelo.

El equipo tiene dos salidas de relé:

- Salida 1: apertura/cierre de las zonas en base a la temperatura de consigna y cierre en caso de llegar a la temperatura de rocío.

- Salida 2: activación/desactivación en caso de estar en la situación de condensación. Esta señal sirve para activar los sistemas auxiliares que necesita una solución de refrescamiento para realizar la deshumectación y poder seguir trabajando con el suelo refrescante.

En caso de tener más de un cronotermostato por armario, se comunican a través de un cable de señal entre terminales Humicontrol.

Su instalación es muy sencilla, básicamente lo mismo que cualquier cronotermostato del mercado, a través de una caja de conexiones para suelo radiante convencional.

Las recomendaciones de control para la instalación de un suelo radiante refrescante son:

- Humicontrol como mínimo en zona principal.

- Termostatos de invierno/verano para habitaciones, cuando no se instale Humicontrol en habitaciones

- Termostato de invierno para baños y cocina.

Ventilación con recuperación de calor.

La ventilación con recuperación de calor es la mejor solución de ventilación en los modelos actuales y futuros de edificación, debido a que aporta a la instalación:

- Mejora del rendimiento energético de la instalación

- Mejora del confort del usuario

- Mejora de la salubridad de la vivienda

En la actualidad estas soluciones permiten el tratamiento de cualquier tipo de vivienda: unifamiliar, vivienda en altura, reformas..

grafico-tratamiento-vivienda

Los equipos tienen una serie de opcionales que permiten una correcta selección para adaptarse a las condiciones externas y de confort requeridas por el proyecto. Estos opcionales van desde complementos que aumentan la eficiencia del sistema, obtención de mayor confort, diferentes soluciones de control e integración con sistemas BMS y Contra Incendios.

equipos-soluciones-confort

En las edificaciones Passive House, NZEB y de alta eficiencia son necesarios debido a que estamos delante de instalaciones con muy pocas infiltraciones, donde se aumentan los problemas típicos de:

- Condensación interior

- Humedades y hongos

- Aumento de ácaros del polvo

- Altas concentraciones de CO2 y VOC

La ventilación de doble flujo aporta una recuperación de energía que impacta directamente en las cargas térmicas de una instalación, disminuyéndolas en un alto porcentaje. Gracias a esta recuperación de energía se optimiza el dimensionamiento de las soluciones adoptadas de los sistemas de climatización, bajando potencias y/o permitiendo trabajar los equipos a carga parcial durante mucho más tiempo, mejorando rendimientos globales de eficiencia del sistema adoptado. Además, la instalación de estas soluciones permite la obtención de una mejora de la calificación energética del proyecto.

Dentro de las soluciones de ventilación de doble flujo con recuperación de calor, es muy importante estudiar los rendimientos del recuperador y un correcto dimensionamiento de los trenes de ventilación. En este sentido la certificación Passive House aporta mayor severidad en la obtención de los datos.

Certificado-Passive-House

Respecto al rendimiento del recuperador, hay que consultar las gráficas de rendimiento que se va a tener en todas las condiciones, no sólo en las óptimas.

temperature-efficiency-grafico

En referencia al tren de ventilación hay que prever, además de la consecución del caudal de salubridad con la pérdida de carga del sistema, el poder trabajar con mayor caudal para garantizar un correcto funcionamiento de free-cooling y poder atajar cuanto antes las situaciones de exceso de humedad, CO2 y VOC internas. Esta selección permitirá trabajar con mejor rendimiento el funcionamiento del caudal nominal de salubridad y la opción de vivienda deshabitada, recordamos que la ventilación debe estar funcionando continuamente, situaciones mayoritarias durante la vida útil del equipo.

rendimiento-free-cooling

Tal y como hemos comentado la ventilación, en base a la normativa actual para vivienda habitual, no se debe apagar nunca el sistema. Se debe trabajar con un caudal de ventilación para vivienda deshabitada, ocupada y una opción de extra caudal para atender necesidades de by-pass, free-cooling, exceso de humedad, VOC y CO2. Los sistemas de ventilación deben poder trabajar de la manera más automática posible, con el fin de obtener el mejor rendimiento y confort para el usuario. Para ello se tienen las siguientes posibilidades:

- Mandos físicos: en equipo, alámbricos e inalámbricos.

- Una App: opción que puede eliminar el control físico o complementarlo.

La ventilación de doble flujo con recuperación de calor es el complemento ideal para el suelo radiante y refrescante. En el caso de refrescamiento la solución con la batería de apoyo de agua fría en la impulsión es la mejor opción. Esta batería tiene el cometido de enfriar el aire nuevo, con lo que además de aportar una pequeña potencia de frío, está deshumectando el aire interior por lo que va a permitir el funcionamiento sin llegar al riesgo de condensación, aportando en su conjunto las necesidades de enfriamiento de la instalación.

Dimensionamiento de la solución: ventilación y suelo radiante/refrescante.

Para una correcta instalación de climatización con suelo radiante-refrescante es vital un correcto dimensionamiento de este sistema. EL uso de la ventilación con el suelo radiante y refrescante, va a repercutir de manera directa en la selección de los equipos de producción de climatización. Además, es fundamental trabajar con equipos certificados, que aportan seguridad en términos de garantía, calidad, confort y rendimiento energético.

La elección del panel de suelo radiante-refrescante es muy importante, tanto a nivel técnico como económico. A nivel de cálculo es interesante conocer su nivel de Resistencia Térmica ya que va a afectar directamente al rendimiento del sistema. A mayor resistencia térmica, menor potencia bajo (pérdidas) tendremos por lo que aumenta la potencia alto (útil).

El estudio del dimensionamiento del suelo radiante y refrescante, se basa en compensar las cargas de la instalación, mejoradas con la incorporación de la ventilación de doble flujo con recuperación de calor. El estudio muestra:

- Potencias internas y temperaturas de producción para una correcta selección de sistema de producción

- Caudales y pérdidas de carga en circuitos, para un correcto dimensionamiento de grupo de bombeo

- Estudio por estancia para evaluar las necesidades de apoyo en refrescamiento, para el aporte del sistema auxiliar de la ventilación

Integración del sistema de suelo radiante-refrescante y ventilación

Tal y como hemos visto en el artículo, hay una fuerte vinculación entre suelo radiante-refrescante y ventilación: en fase de estudio, rendimiento, seguridad (deshumectación) e instalación. Ahora es necesaria su integración para una correcta gestión. A día de hoy existen soluciones de control por separado de las instalaciones que se han comentado, lo que provoca un número excesivo de controles dentro de una vivienda: bomba de calor, suelo radiante-refrescante, ventilación, activación de la batería de post-enfriamiento…. La alternativa es la integración de las instalaciones en una aplicación domótica, solución que obliga a introducir a una empresa de control por lo que la partida de control se incremente y se torna compleja para el usuario.

Desde Orkli proponemos la unión directa de nuestro sistema de ventilación con la solución Humicontrol, dando respuesta de manera sencilla y económica a las necesidades de control para una instalación de suelo radiante-refrescante con un equipo de ventilación y su batería de post-enfriamiento, tal y como se muestra en el esquema:

soluciones-sistema-ventilacion

Esta solución permite la gestión del suelo radiante-refrescante, ventilación y la activación del sistema auxiliar para el refrescamiento (batería de post-enfriamiento) con un único control físico. El usuario final no debe gestionar nada más que las temperaturas de confort que necesita dentro de su vivienda, el sistema automáticamente trabajará para llegar al confort deseado y gestionará la batería de post-enfriamiento cuando sea requerido. La solución sintetiza de manera sencilla todas las instalaciones y permite una interface sencilla para cualquier tipo de perfil de usuario.

Artículo redactado por: Orkli