Los techos radiantes - Principio

Transferencia de Calor

Los intercambios térmicos se logran gracias a una diferencia de temperatura entre dos elementos. Pueden darse en tres formas:
- por radiación entre dos superficies enfrentadas
- por convección entre el aire y la superficie de un cuerpo (cuerpo humano, pared,..)
- por conducción entre dos cuerpos en contacto o en el interior de un cuerpo
Los intercambios entre una persona y un local atemperado/climatizado se hacen esencialmente por convección y radiación. Los intercambios por conducción son corrientes en la acumulación de energía y el calentamiento de la superficie emisora.

Convección :

La convección es el intercambio de energía producido por la circulación de aire. Puede ser natural (al aire caliente asciende y se da entonces una circulación de aire espontánea entre una persona y un muro o un techo frío) o bien, forzada  (ventilación).
Los sistemas de climatización tradicionales se basan en la transferencia por convección, de ahí la sensación de corriente de aire, lo que requiere un alto  consumo de energía ya que hace falta por un lado enfriar una masa de aire, pero también ponerla en circulación.

Radiación :

Todo cuerpo emite una radiación de una potencia P=σεST⁴, dónde  σ es una constante, S la superficie del cuerpo, ε el coeficiente de su emisividad (dependiendo del material) y T su temperatura absoluta (= T en °C + 273.15). Todo cuerpo absorbe igualmente las radiaciones emitidas a su alrededor, de tal manera que dos cuerpos a diferente temperatura, intercambian energía del cuerpo caliente hacia el cuerpo frio.
Este intercambio es espontáneo y no necesita de ningún soporte: la radiación puede transmitirse en el vacío, de hecho es así como nos calienta el sol . En el caso de un techo radiante, el intercambio se produce directamente entre el techo y los ocupantes. No es necesario enfriar el aire o ponerlo en circulación, lo que representa un gran ahorro de energía.

Techo de caliente: emite más de lo que recibe → Emisión de calor	Techo frío: Recibe más de lo que emite  → Absorción de calor

Convección y radiación :

Concretamente ambos fenómenos están asociados.
El rendimiento  total de una instalación resulta de la combinación de la radiación del techo (aproximadamente  80% de potencia), de la convección natural, y de la convección ligada al sistema de renovación de aire.

Difusión de la radiación, altura del techo :

La radiación se efectúa en todas las direcciones y es reflejado o absorbido por las paredes pero no por el aire. De esta forma, es una habitación con una altura de techo importante, la sensación de calentamiento o enfriamiento, es idéntica a la percibida en una habitación 2.50 m de alto.
De la misma manera, el confort es similar en posición, ya sea de pie o sentado.

¿Techo o piso?

Les 2 sistemas presentan la ventaja de disponer de emisores integrados.
Aunque el piso radiante alcanza buenos resultados , se preferirá el principio de techo por las siguientes razones :
- El techo radiante da mejores resultados en modo frío (demanda menos energía para obtener el mismo resultado). Esto se debe en parte a los movimientos de aire caliente ascendientes (convección natural).
- El piso caliente-frio debe limitarse en su temperatura ya que está en contacto directo con los ocupantes: en verano es conveniente tener una temperatura de superficie T > 18°C (según reglamentación) o bien  T > 20-21 °C (confort).  En comparación, la superficie de un techo frio puede fácilmente descender hasta  16°C, lo que aumenta ampliamente su potencia. El mismo razonamiento es válido para el modo calefacción.
- El techo permite explotar toda la superficie del techo, mientras que en el piso, los muebles reducen la superficie eficaz.

Circuito hidraúlico

Circuito cerrado 

Los techos son alimentados por agua de la red de la ciudad que circula en circuito cerrado. A fin de evitar la formación de vapor, especialmente en el caso de la tramas capilares, nuestra recomendación es emplear elementos hecho con materiales inoxidables (cobre, plástico, etc..) y evitar hierro fundido o acero negro . De esta forma evitamos tener que tratar el agua.

Estaciones hidráulicas

Con conexiones a 2, 3 ó 4 tubos es necesaria una sub-estación hidráulica.   

La estación hidráulica es parte integrante del sistema KaRo y de su concepto técnico. Permite aislar el circuito primario del circuito secundario. Permite regular la temperatura del agua del secundario y evita los lodos debidos a la producción de energía.
La estación puede incorporar un intercambiador de calor, o bien dos intercambiadores para un sistema de 3 tubos.
La regulación del secundario se instala generalmente en la estación hidráulica.

Sistemas 2,3 y 4 tubos

Existen 3 montajes posible para  poder funcionar en caliente o en frío,

Sistema 2 tubos  Cuando las tramas se usan solamente en modo frío, los acoplamientos son necesariamente por el sistema de 2 tubos. Figura 1. Paneles KaRo con sub-estación de piso, sistema 2 tubos 1 = Bomba, 2 = intercambiador de calor, 3 = conexión agua caliente/fría, 4 = válvulas termostáticas, 5 = válvula de regulación, 8 = compensador Heka     En general, las tramas capilares se utilizan lo mismo para calor. Funcionan en «change over», lo que permite, como en las instalaciones tradicionales de ventilo-convectores, asegurar calefacción y refrigeración. La conexión 2 tubos no necesita más que un solo intercambiador de calor (Figura 1), alimentado, bien por agua caliente o por agua fría, según la estación. Este sistema es particularmente económico y en general es suficiente para asegurar un confort correcto. Es adecuado cuando las sub-estaciones sirven a locales de características térmicas comparables – caso por ejemplo de locales situados en la misma fachada. Se debe prever una regulación central que controle el paso de frío a calor. Figura 2. Esquema de una sub-estación con distribución por 3 tubos. 1 = Bomba, 2 = intercambiador frío, 3 = intercambiador calor, 4 = válvula esférica y termómetro, 5 = válvula regulación frío, 6= válvula regulación calor, 7 = conexión agua caliente,  8 = compensador Heka

Sistema 3 tubos  El sistema 3 tubos conlleva una sub-estación equipada con dos intercambiadores. Gracias a su disponibilidad de distribución de agua fría y caliente, se asegura una climatización simultánea de frío y calor cuando y donde sea necesario. Incluso en los sistemas 3 tubos, se utiliza solamente una bomba. El agua circula en función de las válvulas de reglaje “calefacción/refrigeración”, de manera proporcional  entre los intercambiadores de frío y calor. El agua de retorno proveniente de los locales climatizados con frío, se recircula con el agua de los locales con calefacción, en un retorno común. Las pérdidas por el mezclado son irrelevantes, ya que una aportación simultánea de calor y frío, es generalmente necesaria sólo en periodos de tiempo limitados (entre estaciones). Además, los aportes para frío o calor son pequeños con temperaturas de retorno moderadas tanto en calefacción como en frío. En sistema 3 tubos, los excesos de consumo energético relacionados con los retornos calor/frío, son bajos. Pudiera ocurrir que una misma sub-estación deba alimentar locales de gran heterogeneidad térmica, que exijan una producción simultánea de calor y frío, durante un periodo significativo del año.  En este caso, se puede considerar, como en instalaciones tradicionales con ventilo-convectores, una disposición a 4 tubos (consultar con nosotros).

El sistema de 4 tubos Este sistema permite calendar y enfriar simultáneamente con 2 tubos aller y 2 tubos de retorno. El sistema conlleva 2 bombas y 2 intercambiadores y es interesante si las necesidades varían de una habitación a otra.

Regulación

La regulación KaRo

En techos fríos y en calefacción por el suelo, la regulación termostática controla el caudal de agua en función de la temperatura del local.

En techos fríos, además es necesario que la temperatura del agua se mantenga por encima del punto de rocío del aire interior. Esta exigencia adicional ha llevado a desarrollar un nuevo aparato específico: el regulador Tauka.
A la clásica sonda termostática ya presente en el local, se añade la sonda de punto de rocío, que se coloca en el techo. Este modo de regulación, cuyo desarrollo se remonta a hace unos quince años, se usa en la actualidad sistemáticamente para la climatización por techo frío.
Con techos KaRo, el control de la temperatura y la protección contra las condensaciones, quedan garantizadas por el regulador Tauka.

La modularidad

La regulación independiente permite definir zonas modulares que pueden ser recortadas. 1. Caso de paneles metálicos Este sistema ofrece una modularidad máxima ya que cada panel es independiente. 2. Caso de tramas con techos de yeso Les tramas, por lo general, se van colocando desde el muro hacia el pasillo o a la inversa; de esta manera, pueden ser definidas y recortadas trama por trama. 3. Caso de las pre-losas termoactivas Aquí, cada losa define un módulo independiente, por ello es importante tener esto en cuenta a la hora de distribuir las losas. Cabe destacar que siempre cabe la posibilidad de implantar varios circuitos independientes por pre-losa, pero esta implantación es igualmente definitiva.
	Zone active = 2 trames
	Zone active = 3 trames

Consumo

La radicación, un sistema naturalmente ahorrador

En un sistema de calefacción o de climatización por radiación, la energía se intercambia entre dos superficies a temperaturas diferentes. Esto quiere decir que el calor se transmite directamente del techo al ocupante sin que sea necesario calentar o enfriar el ambiente . De esta manera, tomamos el ejemplo de un techo frio: siempre tendremos la misma sensación de frescor con una temperatura del aire de alrededor de 1.5°C más alta. Es lo que llamamos la temperatura percibida. Este principio solamente representa un ahorro de energía de alrededor de 15 %

El agua, un excelente fluido caloportador

El agua es un fluido caloportador 1000 veces más eficaz que el aire. De esta forma, el volumen a desplazar es mucho más débil, comparado con los sistemas basados en el soplado del aire (caliente o frio) . Este punto juega un gran papel en el dimensionamiento de bombas y, por tanto, en su consumo eléctrico sin contar con las demás ventajas (ruido, mantenimiento,…)

Una superficie emisora más grande

La explotación de una gran superficie emisora permite utilizar el agua a temperatura más moderada (es decir, menos caliente en verano y menos fría en invierno). Este punto es muy crítico, sobre todo en modo enfriamiento. En efecto, las fuentes de agua fría sufren casi todas de un rendimiento bastante malo, y este rendimiento es aún más débil, cuando el agua es fría. Es por tanto mucho más económico enfriar con agua  a 16°C (caso de un techo frio) que con agua a  8°C (caso de un ventilo-convector).

Todas estas ventajas hacen que una instalación de techo radiante consuma globalmente 2 veces menos que una climatización tradicional.

A esto se añade igualmente un mantenimiento extremamente reducido que se limita a las únicas bombas de circulación y a los termostatos. Estos ahorros fueron medidos por numerosos estudios independientes.

Energías renovables

Compatible con todas las energías.

Todas las energías renovables son compatibles con nuestro sistema. Basta con producir agua fría o caliente a temperaturas moderadas. Para ello, se puede utilizar energía solar, bombas de calor, geotermia, e incluso la energía del mar.  Cabe destacar que si animamos a utilizar las energías renovables, las fuentes tradicionales de energía (gas, diesel, etc…) también funcionan.
De hecho es posible cambiar una fuente de energía durante el transcurso de los años. Por ejemplo, en un primer momento se pueden alimentar los techos, en un primer momento, mediante una caldera de gas, y un día reemplazar dicha caldera por un sistema más ecológico.

Mejor COR para bombas de calor

Las bombas de calor están particularmente bien adaptadas a los techos radiantes. En efecto, los regímenes de agua empleados permiten utilizarlas con una eficacia netamente superior. El coeficiente de rendimiento (COP) de una bomba de calor es globalmente proporcional a la siguiente fórmula:: Tagua / (Tcaliente - Tfrío). Lo que significa, que el COP es más grande que si la diferencia de temperatura es débil entre la fuente caliente y la fuente fría.

Podemos considerar los siguientes ejemplos:

Esto es sólo una estimación, el COP debe ser calculado por el proveedor de la bomba de calor. No obstante, se constata siempre una eficacia mejor en los regímenes de agua “moderados” adaptados a los techos radiantes.

Paneles solares térmicos

Los paneles solares térmicos están igualmente bien adaptados a los techos radiantes. Es difícil utilizar un panel solar para producir agua a altas (50-80°C), lo que limite su uso. La calefacción solar por agua está muchas veces asociada a un segundo sistema que permite producir esta agua caliente en caso de que  la insolación sea insuficiente.
El régimen de agua moderado para los techos radiantes resuelve este problema y permite el uso permanente del panel sola como única fuente de agua caliente.
KaRo Solar comercializa de hecho, paneles solares térmicos de marca. No dude en pedirnos más información.

Frío solar

¡ Hacer frío gracias al sol es posible ! De este modo se alcanza el objetivo de calentar y climatizar utilizando únicamente la energía solar.
Cabe destacar que si calentamiento solar es a día de hoy, relativamente simple, el frío solar es más complejo.
Para ello se emplea una máquina de absorción acoplada a un panel solar térmico clásico. La máquina de absorción alimentada de este modo por agua caliente produce frío aprovechando el calor latente de evaporación.
Los sistemas de frío solar han sido puesto ya en práctica a título experimental  en CSTB, y la técnica está progresando esencialmente en Alemania pero también en Francia. 
KaRo Solar sigue de cerca esta innovación y le puede aconsejar sobre este tema.

Free Cooling

Un edificio bien concebido puede ser utilizado para almacenar energía y restituirla más adelante. En este caso, se aprovecha la fuerte inercia térmica del hormigón.
Este principio puede ser empleado cuando un emisor está directamente ligado a la losa, como en el caso de la pre-losa termoactiva o de las tramas bajo acabado de escayola.

Ej. : funcionamiento en verano Noche : La habitación se ventila: la losa se enfría gracias al frescor nocturno. → Temperatura de la losa por la mañana: Tmañanan ≈ Texterior Día: La habitación está aislada: la losa fría absorbe el calor emitido por los ocupantes. → Temperatura de la losa por la noche: Tnoche ≈ Tambiente ΔT = Tnoche – Tmañana Balance : la losa a absorbido gratuitamente una energía proporcional a este ΔT. Aprovechar la inercia en invierno: En invierno el principio es similar: se calienta durante la noche, durante las horas  en las que hay menos demanda de electricidad, para cargar la losa que emitirá durante el día. En este caso la energía no es gratuita, pero sí menos cara ya que es tomada durante la franja horaria en la que hay menos demanda de energía.

De una manera general, aprovechar la inercia permite reducir los picos de calor y limitar fuertemente las necesidades del edificio.
En el caso de un techo activo, los tubos (o tramas) colocados justo debajo de la losa, permiten extraer esta energía y aprovechar de una manera aún más eficaz la inercia del edificio.