Radiadores de bajo contenidode agua y baja temperatura

Felipe Calvo

Seminario Metrogas Administradores 2014

Evolución de los sistemas de calefacción• Cambio de paradigma: calefacción de efecto rápido en espacios bien aislados térmicamente;

• Los cambios introducidos en los materiales y mejoramiento de aislación permiten disminuir la energía aportada para la calefacción de los recintos habitables;

• La solución para calefacción es “mantener una temperatura constante”;

• A menor masa (agua) en el sistema necesitamos menos energía para emitir el mismo calor.

¿Dónde está la eficiencia energética?

• Debemos identificar bien dónde están las principales exigencias que pedimos a un emisor de calor: a) rapidez en la respuesta; b) mantenimiento de la temperatura de la vivienda en forma eficiente;

• Necesitamos conocer muy bien cuáles son los aportes o ganancias térmicas que favorecen nuestro sistema de calefacción: a) radiación solar; b) iluminación; c) personas; etc.

• Utilizar los beneficios de las fuentes de producción de agua caliente más eficientes (calderas de condensación, bombas de calor, energía solar, etc.).

Requisitos de un emisor eficiente

• Baja inercia: implica bajo contenido de agua y poca masa. Estos aspectos inciden positivamente en el control más preciso de la temperatura y mejoran notablemente el rendimiento del sistema de calefacción;

Los equipos de gran inercia consumen más energía para calentar el emisor, incluso antes de que emita al recinto. Además, frente a una aportación gratuita (solar), se producirá un desperdicio de energía, ya que el radiador sigue emitiendo y disminuye el confort por las altas variaciones que tiene por su elevada inercia.

Principio de funcionamiento de un emisor de baja temperatura

• Considera un escenario base donde se han minimizado las pérdidas térmicas del recinto a calefaccionar;

• Disminución de temperaturas de producción de agua caliente, lo que optimiza enormemente el uso eficiente de radiadores de baja temperatura y calderas de condensación;

• Disminución de pérdidas de energía en tuberías, bombas, etc.;

• Rapida reacción y control de la temperatura del recinto (mayor confort). Radiador de baja temperatura absorbe menos calor (capacidad de disipación) y reacciona al menos tres veces más rápido a las fluctuaciones de temperatura que provienen tanto de la caldera (demanda) o cuando provienen de la radiación solar;

• Menor masa, menor inercia, mejor control;

El ahorro energético se produce en:

• Puesta en marca de la calefacción. Un sistema de baja temperatura y bajo contenido de agua requiere menos energía para disipar el calor al ambiente;

• Aproximadamente a los 8 minutos una vez en marcha, el radiador está a pleno rendimiento y la caldera comienza a operar al máximo de modulación;

• Se conseguirán antes las temperaturas deseadas y mejorará el confort térmico.

La seguridad también es un factor muy relevante

• Aún cuando se utilicen temperaturas altas (80° C), los emisores de bajo contenido de agua nunca superan una temperatura superficial de la carcasa mayor a los 43° C. Esto los hace especialmente seguros para viviendas con niños pequeños y personas mayores. Las tuberías e intercambiador de calor siempre quedan en zonas ocultas;

• No rompen muebles u otros elementos por efecto de alta radiación;

¿Qué es el confort térmico?

• El confort térmico depende de las personas. Se acepta normalmente por la ASHRAE temperatura de 21° C / 50% HR. Además habría que considerar otros aspectos como la velocidad de aire y el nivel de calidad de aire interior (ventilación) – contenido de CO2 en el ambiente;

• Empezar a calefaccionar por zonas de mayor pérdida de calor, para conseguir una mayor homogeneidad;

• Cuidar el diseño de la calefacción y posición de los emisores o radiadores. Se trata de no percibir zonas de mayor o menor temperatura;

• Emisores de bajo contenido de agua generan una mayor distribución de aire con una temperatura del aire emitido más baja.

¿Qué es el confort térmico?

• Los radiadores emiten fundamentalmente dos tipos de calor: a) radiación; y b) convección;

Radiación: intercambio de calor que se da entre dos masas a distintas temperaturas (superficie del emisor y volumen de aire del recinto). En parte este es un modelo de calefacción asimétrico donde tendremos zonas con distintas temperaturas.

Convección natural: movimiento que se da en el aire que se calienta al estar en contacto con una fuente de calor y cambia su densidad. El aire caliente sube, rellenando el recinto. Se crea un movimiento continuo del aire más frío del suelo hacia esa fuente de calor, mejorando la distribución del calor, homogeneizando la temperatura.

Disminución de las estratificaciones verticales y evita corrientes de aire.

Pérdidas de calor en radiadores de alta emisión

• Se debe cuidar la instalación de radiadores de alta emisión delante de vidrios piso – cielo. Aproximadamente un 8% del calor se pierde en este tipo de instalación;

• Días de mayor frío es donde habrá grandes diferencia de temperatura interior y exterior. En este caso, la radiación pude provocar tensiones estructurales en vidrios y ventanas.

Termografías efecto radiación de emisores

-3,5°C

1,3°C

-3

-2

-1

0

1

A R 01

LI01

Radiador de acero Parte significativa del calor es irradiadoa través de las ventanas: se pierde elcalor.

-4,3°C

-0,3°C

-4

-3

-2

-1A R 01

LI01

Radiador de bajo contenido de agua

El calor no se aprecia detrás del emisorde bajo contenido de agua (eficiencia).

Termografías efecto radiación de emisores

-8,3°C

-2,7°C

-8

-6

-4

A R 01

A R 02

LI01

LI02

Radiador de acero

Radiador de bajo contenido de agua

-8,3°C

0,2°C

-8

-6

-4

-2

0

A R 01

LI01

Utilización del agua en sistemas de calefacción de edificios: eficiencia energética

• Considerar los efectos de la menor utilización del agua en procesos de mantenimiento, vaciados y llenados de los sistemas.

• Por cada 1.000 Watts de emisión, podemos encontrar que un emisor de bajo contenido de agua utiliza app. 0,51 litros respecto de 2,5 litros en un radiador de aluminio o 5 a 7 litros de los radiadores de chapa de acero o fierro fundido respectivamente;

• Menor cantidad de agua (masa), menor energía en bombeo;

Comparación de equipos y tiempo de respuesta

Emisor de bajo contenido de agua

Radiador chapa de acero

t = 0 t = 3 min

t = 3 mint = 0

Comparación de equipos y tiempo de respuesta

t = 4 min t = 6 min

t = 4 min t = 6 min

Impulsión y retorno caliente. Equipo casi al ΔT de la prueba

Impulsión caliente, retorno frío. Solo caliente la parte superior

Equipo con mucha emisión. Rejilla caliente. Carcasa a baja temperatura

Impulsión caliente, retorno frío. Se va llenando el radiador. Contacto caliente

Comparación de equipos y tiempo de respuesta

t = 8 min

t = 8 min

En t = 8 min el radiador de bajo contenido de agua está a pleno rendimiento y todo el calor está siendo disipado al recinto.

En t = 8 min el radiador de chapa de acero está a «medio» calentar y aún no emite.

En t = 8 el radiador de baja temperatura ya ha alcanzado el ΔT. El radiador de chapa de acero no está en régimen.

Temperatura de contacto es 28° C en radiador de bajo contenido de agua; 60° C en radiador de chapa de acero.

El radiador de chapa de acero tiene que calentar primero toda la masa de agua antes de poder emitir.

En t = 8, radiador de bajo contenido de agua devuelve el agua a la caldera a su temperatura objetivo de retorno. En ese instante la caldera ya podrá empezar a modular, bajando la temperatura de funcionamiento.