Diseño eficiente

Diseño para ahorrar energía

El diseño es la fase más importante en la realización de un edificio: su nivel de eficiencia energética depende en gran medida de las técnicas de construcción introducidos en la fase de diseño y de los materiales utilizados.

Es posible obtener un buen nivel de eficiencia energética tanto en la nueva construcción a través de técnicas de diseño bio-climáticas, como en los edificios existentes a través de la adecuada intervención de recalificación energética. Por tanto, es necesario prestar gran atención a las técnicas y materiales utilizados para la construcción del edificio; por ejemplo, en la realización de la fachada, la elección de un buen material aislante permite aislarse del frío en invierno y del calor en verano, lo que aumenta la calidad de vida. En el caso de los edificios nuevos la orientación juega un papel esencial, de hecho, un buen posicionamiento de la vivienda con respecto a los puntos cardinales le permite aprovechar al máximo la radiación solar para aumentar las contribuciones en el período de invierno permitiendo un importante ahorro energético.



Es fundamental para el edificio diseñar un sistema de alto rendimiento totalmente integrado.

El diseño eficiente debe tener en cuenta tanto las contribuciones como las pérdidas, y es importante hacer un balance de las pérdidas energéticas de cada componente de la construcción de manera individual, teniendo en cuenta siempre que la eficiencia energética depende del comportamiento térmico del conjunto, como lo demuestra el esquema:


La importancia de los sistemas

Las instalaciones juegan un papel esencial en la ingeniería: las instalaciones eficientes garantizan un importante ahorro energético y un elevado nivel de bienestar percibido. Para tener una alto rendimiento de la instalación, no es suficiente con elegir una producción de alta eficiencia, como una bomba de calor, también es importante que todos los demás componentes, como el sistema de regulación, el sistema de distribución y los elementos emisores, tengan una alta eficiencia.

Supongamos que el generador de calor tiene un rendimiento alto del (98%), el sistema de regulación del (98%), el sistema de distribución del (98%) y el rendimiento de los elementos emisores es menor al (85% ), entonces tenemos el siguiente producto de 0,98 x 0,98 x 0,98 x 0,85 = 0,80, donde se observa que si un solo componente tiene un rendimiento bajo, toda la eficiencia del sistema se ve seriamente comprometida, pero si todos los componentes del sistema tienen rendimientos más altos, la eficiencia del sistema será alto 0,98 x 0,98 x 0,98 x 0,98 = 0,92.





Los sistemas de calefacción y refrigeración radiante, con alto rendimiento y bajo consumo de energía, son la opción ideal para aumentar la eficiencia energética del edificio y conseguir una clase energética mejor.

Mientras que los radiadores y / o fancoils necesitan operaciones de limpieza y pintura periódicos, en los sistemas de calefacción por suelo radiante el mantenimiento es prácticamente inexistente; el mérito es atribuible principalmente a la tubería utilizada para realizar los circuitos, ya que es de material plástico y no padece roturas debidas a fenómenos de corrosión.

Para optimizar aún más el consumo de energía y reducir las emisiones de CO2 es ideal utilizar fuentes de energía renovables como el solar térmico, fotovoltaica, o la geotermia.Con las bombas de calor, la geotermia utiliza la energía dada por el terreno para satisfacer la demanda de calor (calefacción) y de refrigeración (refrescamiento).


Rendimiento del sistema radiante

Los factores más importantes que influyen en la capacidad de calefacción y refrigeración de un sistema radiante son:

  • El rendimiento de la capa de aislamiento
  • Las temperaturas máximas y mínimas admisibles
  • Los mecanismos de intercambio entre el agua en el tubo y la superficie de la habitación
  • Los coeficientes de intercambio de calor entre la superficie radiante y el ambiente

El rendimiento de la capa de aislamiento

El rendimiento de un sistema radiante depende particularmente de la capa de aislamiento térmico utilizada para limitar la pérdida de calor entre los tubos y el espacio detrás de ellos. La norma UNI EN 1264-4 establece valores límite de resistencia térmica para sistemas que funcionan como calentadores y enfriadores, y los recomienda solo para sistemas dedicados al enfriamiento.

La cantidad de resistencia térmica, indicada por la letra R, depende del material (de la conductividad térmica) y del grosor, la temperatura y la humedad. El diseñador puede usar el valor de resistencia térmica obtenido de los datos de conductividad térmica declarados (λd) por el fabricante (que se refiere a valores estándar precisos de temperatura y humedad), o puede corregir el valor en función de las condiciones de uso real, definiendo un diseñar la conductividad térmica para el proyecto (λp) (de acuerdo con UNI EN 10456).

Los valores límite de resistencia térmica dependen de la temperatura de la habitación adyacente o inferior, como se muestra en la siguiente tabla:

Habitación adyacente o debajo

Resistencia de aislamiento [m2K/W]

Calentado

0.75

No calentado

1.25

Calentado pero no continuamente

1.25

Directamente en el suelo

1.25

Diseñar temperatura externa ϑe > 0°C

1.25

Diseñar temperatura externa -5°C <ϑe < 0°C

1.50

Diseñar temperatura externa -15°C <ϑe < -5°C

2.00

Temperaturas máximas y mínimas aceptables

Las temperaturas máximas y mínimas aceptables para las superficies internas de una habitación se derivan de consideraciones de confort o condensación de la superficie. UNI EN 1264, basado en el resultado de UNI EN ISO 7730 para la comodidad del medio ambiente, sugiere las temperaturas superficiales máximas para suelos, paredes y techos con calefacción.

Para sistemas de piso radiante, UNI EN 1264 establece una temperatura máxima de 29 ° C para áreas ocupadas, y una temperatura máxima de 35 ° C para áreas perimetrales (con una temperatura del aire de 20 ° C). En baños, la temperatura máxima de la superficie no debe superar los 9 ° C por encima de la temperatura ambiente (aproximadamente 24 ° C).
Para paredes con calefacción, la temperatura máxima de la superficie es de 40 ° C, que corresponde a una diferencia de temperatura entre la pared y la habitación de 20 ° C.

Para techos con calefacción, UNI EN 1264 recomienda que no exceda la temperatura segura de la superficie de 29 ° C para evitar la asimetría radiante. Los valores se refieren a una sala de tamaño y forma estándar. Una habitación diferente de diferentes dimensiones puede permitir temperaturas superiores a 29 ° C; Es importante tener en cuenta que la temperatura máxima del agua debe tener en cuenta el material en el que se insertan los tubos. Para el cartón yeso, por ejemplo, la temperatura del agua no debe exceder los 50 ° C (UNI EN 1264-4).

En el modo de enfriamiento, es importante tener en cuenta que si una superficie es más fría que el punto de rocío de la habitación, se podría formar una capa de condensación en la superficie. Esto debe evitarse ya que podría dañar la estructura, causar accidentes (piso resbaladizo) y hacer que el aire no sea saludable debido a la formación de moho. Por lo tanto, es aconsejable mantener la superficie a una temperatura superior al punto de rocío.

Además, la temperatura mínima para el piso debe ser de 19 ° C para no causar molestias a nadie en la sala, ya sea sentado o parado.


Los mecanismos de intercambio entre el agua en el tubo y la superficie de la habitación

Los sistemas de radiación hidrónica son sistemas que funcionan con una diferencia de baja temperatura entre el agua y la habitación y, como tales, se definen comúnmente como sistemas de diferencia de baja temperatura. La energía térmica suministrada por el agua durante la fase de calentamiento puede liberarse en la habitación gracias a un mecanismo de intercambio de calor entre el agua caliente y la superficie interna de la superficie radiante, como el suelo, por ejemplo. El mismo principio se aplica al enfriamiento, pero en este caso la energía térmica es eliminada por el agua fría que circula en los tubos.

Dado que el área de la superficie próxima al tubo se ve más afectada por la temperatura del agua, es evidente que cuanto más cerca estén los tubos (y por lo tanto, cuanto más estrecha sea la separación), mayor será la eficiencia del intercambio de calor.

Para que la energía térmica pueda transferirse fácilmente a la habitación, es esencial que el tubo esté en contacto completo con la capa conductora en la que se inserta, manteniendo las bolsas de aire, en el caso de sistemas secos, o el contacto con sistemas aislantes, para un mínimo. En los sistemas de piso, la capa conductora también tiene que realizar la función de soportar cualquier carga que se coloque en el piso. Por lo tanto, se utiliza una regla tradicional o autonivelante, o una placa de fibra de yeso de tamaño adecuado.

En ciertos casos, es posible insertar una lámina de material altamente conductor, como aluminio, en el área que separa el material sobre los tubos (como puede ser la regla) y la capa aislante debajo. Esto generalmente se hace si el tubo está instalado debajo de la capa de soporte.

Otro parámetro importante para determinar la eficiencia del sistema radiante es el material de recubrimiento. Si se elige una cubierta de madera -la madera es un aislante- en lugar de un material conductor como la cerámica, se requerirán temperaturas de flujo de agua más altas para lograr el mismo grado de confort térmico, lo que implicará suministrar más energía al agua. De manera similar, un piso de madera en verano requeriría temperaturas de flujo más bajas.

Finalmente, es importante no subestimar la conductividad del tubo como un factor. Cada vez más a menudo, los tubos de plástico se utilizan en sistemas radiantes. Garantizan la fiabilidad a largo plazo, son de bajo costo, no están sujetos a la corrosión y permiten versatilidad en la instalación. En comparación con los tubos de cobre o acero utilizados tradicionalmente en la industria de la calefacción doméstica, los tubos de plástico tienen un menor coeficiente de conductividad térmica, alrededor de 0.3 -0.4 W / (m K) para tubos de polietileno.


Coeficiente de cambio

Dentro de la habitación, la transferencia de calor general se realiza combinando la transferencia de calor por convección y la transferencia de calor por radiación, que afecta a todas las superficies y a cualquier persona en la habitación.

El intercambio convectivo afecta el aire dentro de una habitación y puede determinarse por la diferencia entre la temperatura de una superficie y el aire. En una habitación que tiene una superficie radiante activa, el mecanismo principal de intercambio convectivo es por esa superficie, aunque otros fenómenos convectivos pueden existir al lado de una ventana fría o sobre personas o una computadora generalmente a una temperatura más alta que el aire. Si la habitación tiene una entrada de aire primario (ventilación natural), los coeficientes de intercambio convectivo podrían ser localmente altos si la velocidad de entrada del aire es mayor. Sin embargo, cuando se considera la eficiencia de un sistema radiante en el calentamiento o enfriamiento, solo se considera el intercambio convectivo entre las superficies con una temperatura promedio θsm y una temperatura de referencia ambiente.

Superficie

Suelo
cálido

Suelo frío

Techo caliente

Techo frío

Pared

hc [W/(m2K)]

5.3

1.0 1.0 5.3 2.5


La transferencia de calor por radiación afecta a todas las superficies de una habitación y está determinada por la radiación térmica emitida por una superficie. La magnitud de este flujo de calor está influenciada por varios factores: la emisividad de las superficies (una propiedad del material), la temperatura y el área de las superficies, y el factor de vista entre las dos superficies. El factor de vista es un factor puramente geométrico que depende únicamente de la posición mutua de las dos superficies. Cuando se considera la eficiencia de un sistema radiante para calentar o enfriar, solo se considera el intercambio térmico entre la superficie activa y la temperatura promedio de las otras superficies, ignorando la presencia de otros cuerpos (como personas) en la habitación.

Al sumar las contribuciones de la transferencia por radiación y convección, se obtiene un coeficiente único, denominado coeficiente umbral de intercambio (hl). Según UNI EN 1264-5 esto es:

Superficie

Suelo
cálido

Suelo frío

Techo caliente

Techo frío

Pared

hl [W/(m2K)]

10.8

6.5 6.5 10.8 8