miércoles, 16 de septiembre de 2015

Determinación de las pérdidas de un suelo radiante

En una instalación de calefacción por suelo radiante se aísla el forjado donde se instalan las tuberías para reducir las pérdidas de calor hacia el forjado inferior.
El nivel de aislamiento dependerá de lo que exista al otro lado del forjado:
  • Terreno.
  • Local Calefactado.
  • Local No Calefactado.
  • Exterior.
Estableciendo la Norma UNE EN 1264 la resistencia térmica mínima de la placa aislante sobre la que se colocan las tuberías, con la finalidad de reducir las pérdidas térmicas hacia el forjado inferior.
Así deberemos calcular en primer lugar la resistencia térmica ascendente, Ro, y la resistencia térmica descendente, Ru.

La resistencia ascendente, Ro está compuesta por:
  • La resistencia de transmisión térmica adicional, 1/α. Donde para un flujo ascendente α = 10,8 W/(m2.K).
1/α = 0,0093 m2.K/W.
  • La resistencia del acabado superficial del suelo, R λ SUP, el cual dependerá del espesor del acabado, e, y su conductividad, λsup.
Recodemos que:
Veamos unos ejemplos habituales de resistencias de acabados superficiales:
  • Resistencia de la capa de mortero dispuesto sobre las tuberías, Su/λu. Dependerá del espesor de la placa, Su, y de la conductividad de la placa, λ.
λ suele oscilar entre 1 y 1,2 W/(m.K), y Su oscila entre 0,04 y 0,05 m (40 y 50 mm).
Así la resistencia térmica ascendente, Ro, será:

Ejemplo 1.

Calcular la resistencia térmica ascendente, Ro para los siguientes datos:
  • Gres de 1,5 cm, λ = 1,16 W/m.K.
  • Mortero de cemento de 4,5 cm, λ = 1,2 W/m.K.
Solución:
Aplicamos la expresión:

Dando valores:

La resistencia descendente, Ru, está compuesta por:
  • Resistencia del aislamiento, Rλins.
Su valor mínimo depende del espacio al otro lado del forjado:
  • 0,75 m2.K/W si el espacio es una habitación calefactada.
  • 1,25 m2.K/W si el espacio es una habitación sin calefactar, calefactada intermitentemente, directamente en el suelo, o es exterior con temperatura exterior mayor o igual a 0 ºC.
  • 1,50 m2.K/W si el espacio es exterior con temperaturas inferiores a 0 ºC y hasta -5 ºC.
  • 2,00 m2.K/W si el espacio es es exterior con temperaturas inferiores a -5 ºC.
  • Resistencia del forjado, Rλ techo
  • Resistencia del acabado del techo del forjado inferior, R λ plaster.
Su valor será: 
que dependerá del espesor, e, y de la conductividad del material, λ.
  • La resistencia de transmisión térmica adicional, Rα techo = 0,17 m2.K/W.

Ejemplo 2.

Calcular la resistencia térmica descendente, Ru para los siguientes datos:
  • Placa aislante de resistencia 1,25 m2.K/W.
  • Mortero de cemento de nivelación, λ = 0,85 W/m.K, e = 4 cm.
  • Bovedilla de hormigón 20 + 4 cm, λ = 1,04 W/m.K, e = 20 cm.
  • Enlucido de yeso, λ = 0,25 W/m.K, e = 1,5 cm.

Solución:
Aplicamos la expresión:
Dando valores y añadiendo todas las capas que componen el forjado del techo del piso inferior aplicando:
Obtenemos:
Conocidas las resistencias ascendentes, RO, y resistencia descendente, RU, las pérdidas producidas por el flujo de calor descendente, qu, se calcula con la siguiente expresión:
Donde
  • RU y RO, son las resistencias descendente y ascendente respectivamente.
  • q, es el flujo de calor del sistema de suelo radiante.
  • Ti, es la temperatura ambiente de la estancia a calentar por suelo radiante, en ºC, ó K.
  • TU, es la temperatura ambiente de la estancia bajo la que se caliente por suelo radiante.

Valor de TU en Locales No Calefactados en función de la Temperatura exterior:

Ejemplo 3.

Calcular el flujo de calor descendente, qu, para un suelo radiante que emite un flujo de calor de 85 W/m2.
Datos:
  • Ti: 20 ºC.
  • Tu: 8 ºC.
  • RO: 0,0597 m2.K/W.
  • RU: 1,7194 m2.K/W.

Solución:
Aplicamos la expresión:
Dando valores obtenemos:
Así la instalación de suelo radiante produce:
  • Un flujo ascendente de: 85 W/m2.
  • Un flujo descendente de: 9,9 W/m2.
  • Un flujo total de: 85 + 9,9 =94,9 W/m2.

Teniendo una unas pérdidas debidas al flujo descendente del:
9,9 / 94,9 x 100 = 10,4 %
Repetiremos este ejemplo considerando que no se ha colocado placa de aislamiento bajo la tubería.
Ejemplo 4.
Calcular el flujo de calor descendente, qu, para un suelo radiante que emite un flujo de calor de 85 W/m2.
Datos:
  • Ti: 20 ºC.
  • Tu: 8 ºC.
  • RO: 0,0597 m2.K/W.

La base bajo los tubos está compuesta por:
  • Mortero de cemento de nivelación, λ = 0,85 W/m.K, e = 4 cm.
  • Bovedilla de hormigón 20 + 4 cm, λ = 1,04 W/m.K, e = 20 cm.
  • Enlucido de yeso, λ = 0,25 W/m.K, e = 1,5 cm.

Solución:
En primer lugar deberemos calcular la resistencia descendente, RU, y para ello aplicamos la expresión:
Dando valores, teniendo en cuenta que no existe aislamiento, por lo que Rλins= 0, y añadiendo todas las capas que componen el forjado del techo del piso inferior aplicando:
obtenemos:
Para obtener el flujo de calor descendente, qU, aplicamos la expresión:
Dando valores obtenemos:
Así la instalación de suelo radiante produce:
  • Un flujo ascendente de: 85 W/m2.
  • Un flujo descendente de: 36,4 W/m2.
  • Un flujo total de: 85 + 36,4 = 121,4 W/m2.

Teniendo una unas pérdidas debidas al flujo descendente del:
36,4 / 121,4 x 100 = 30,0 %
Repetiremos este ejemplo considerando que se ha colocado una placa aislante de resistencia 2 m2.K/W.

Ejemplo 5.

Calcular el flujo de calor descendente, qu, para un suelo radiante que emite un flujo de calor de 85 W/m2.
Datos:
  • Ti: 20 ºC.
  • Tu: 8 ºC.
  • RO: 0,0597 m2.K/W.

La base bajo los tubos está compuesta por:
Placa aislante de resistencia 2,00 m2.K/W.
  • Mortero de cemento de nivelación, λ = 0,85 W/m.K, e = 4 cm.
  • Bovedilla de hormigón 20 + 4 cm, λ = 1,04 W/m.K, e = 20 cm.
  • Enlucido de yeso, λ = 0,25 W/m.K, e = 1,5 cm.

Solución:
En primer lugar deberemos calcular la resistencia descendente, RU, y para ello aplicamos la expresión:
Dando valores y añadiendo todas las capas que componen el forjado del techo del piso inferior aplicando
Obtenemos:
Para obtener el flujo de calor descendente, qU, aplicamos la expresión:
Dando valores obtenemos:
Así la instalación de suelo radiante produce:
  • Un flujo ascendente de: 85 W/m2.
  • Un flujo descendente de: 6,9 W/m2.
  • Un flujo total de: 85 + 6,9 =91,9 W/m2.

Teniendo una unas pérdidas debidas al flujo descendente del:
9,9 / 91,9 x 100 = 10,8 %
De estos ejemplos se denota la importancia de disponer un buen aislamiento bajo la tubería en una instalación de calefacción por suelo radiante.
En el caso especial que la temperatura de los ambientes donde se ha instalado el suelo radiante, Ti, y la estancia bajo la que se ha instalado, TU, fueran iguales, Ti=TU la expresión para calcular el flujo térmico descendente se simplificaría:
Con estos 3 ejemplos se demuestra de la importancia de disponer de un aislamiento de calidad en la base del suelo radiante para reducir el flujo de calor hacia el forjado inferior, y reducir los caudales de los circuitos. Pues a menor potencia, para un mismo salto térmico el caudal será inferior.
El cálculo de los caudales lo abordaremos en otro artículo técnico.
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