Datos de superficies radiantes

DesignBuilder EnergyPlus puede modelar de forma realista los suelos radiantes e investigar problemas de sistemas reales como respuesta lenta, masa del suelo, control, aislamiento y materiales superficiales. Sin embargo, su configuración y el buen control de temperatura requieren cuidado. Con DesignBuilder, si tiene problemas, puede encontrar la respuesta abajo.

1. Error de fuente interna ausente. Cada zona con suelo radiante en su zona HVAC debe incluir al menos una superficie o subsuperficie de suelo con un cerramiento que tenga fuente interna. Si no se encuentra, DesignBuilder genera un error antes de intentar ejecutar la simulación.
2. Control lento. Los suelos radiantes tienen respuesta relativamente lenta porque las tuberías calientan indirectamente mediante la superficie. Esto puede causar desviaciones de consigna si las cargas cambian rápidamente, por ejemplo por ganancias solares o refrigeración natural. La elevada masa térmica hace que el suelo siga emitiendo calor cuando el termostato deja de solicitar calefacción y la bomba se detiene. El sobrecalentamiento es habitual en días con demanda alta por la mañana fría y ganancias solares posteriores que se suman al calor no controlado.
3. Intervalo de regulación. Otro factor menos importante que el punto 2 es que el suelo radiante de caudal variable utiliza un intervalo de regulación para controlar el agua de las tuberías. Actúa como banda muerta y produce un intervalo de control de temperatura en lugar de una temperatura fija, incluso sin el retardo de masa térmica.
4. La calefacción insuficiente también puede ser habitual con suelos radiantes. Posibles causas:
5. Pérdida térmica elevada. Como regla orientativa, normalmente no es posible suministrar más de 100 W/m2 de calefacción con suelo radiante debido a la resistencia térmica del acabado y a temperaturas superficiales máximas aceptables de unos 29°C, aunque en baños pueden ser mayores. Los máximos típicos son aproximadamente 100 W/m2 para hormigón, 70 W/m2 para madera y menos para moqueta o revestimientos aislantes. Zonas con mayores pérdidas necesitan calefacción suplementaria. Esto se aplica tanto a sistemas reales como a modelos DesignBuilder EnergyPlus. La forma más sencilla de comparar las pérdidas con esta regla es utilizar la opción Normalizar que muestra resultados por superficie de suelo.
6. Calefacción intermitente. El funcionamiento intermitente requiere un factor de dimensionamiento de diseño mayor para la zona HVAC debido a la masa térmica del suelo. Por ejemplo, un edificio desocupado durante un fin de semana frío debe calentarse para el lunes. Con el factor predeterminado 1.25, el sistema se dimensiona para alcanzar la consigna en condiciones exteriores invernales estacionarias más un margen del 25%. Ese 25% no bastará si se enciende a las 6am y debe alcanzar confort pocas horas después. Para el funcionamiento intermitente se necesitan factores mucho mayores, p. ej. 2, o funcionamiento continuo, quizá reducido en ausencia, para evitar un calentamiento rápido. Si funciona continuamente, la envolvente debe estar muy bien aislada para evitar desperdicios.
7. Posición incorrecta de la fuente. Un error habitual es seleccionar una posición incorrecta para la fuente del suelo radiante. En un sistema bien diseñado las tuberías suelen estar justo debajo de la primera capa. Si se sitúan en el lado incorrecto, se calentará otra zona, el terreno o el exterior. En el cuadro Cerramientos hay una herramienta que facilita situar la fuente justo debajo de la capa más interior.
8. Capa superior conductora. El suelo radiante proporciona el control más eficiente y rápido cuando la capa superior es ligera y conductora. Aunque un techo puede tener una capa metálica fina entre fuente y recinto, rara vez es posible en suelos que deben ser resistentes y cómodos al caminar y conducir el calor. Una moqueta gruesa aislante dificultará la calefacción. Más abajo se ofrece asesoramiento sobre revestimientos adecuados para suelo radiante .
9. Aislamiento. Sin buen aislamiento bajo la fuente de suelo radiante, gran parte del calor no llegará a la zona prevista: se perderá sin control hacia la zona inferior, el exterior o el terreno. Quedará menos calor disponible y se producirá calefacción insuficiente.
10. Error de dimensionamiento (problema general de modelado HVAC). Es importante considerar el dimensionamiento de calefacción y refrigeración al configurar programaciones. Un error frecuente es incluir ganancias internas en el dimensionamiento de calefacción, lo que la deja infradimensionada y causa calefacción insuficiente o nula.
11. Cuando se utilizan junto con un techo frío en la zona inferior, los suelos radiantes generan un error de EnergyPlus. EnergyPlus solo permite un objeto «fuente» por superficie y, por tanto, no puede situarse suelo radiante y techo frío en la misma superficie. Hay 2 soluciones posibles:
    1. Exporte el modelo DesignBuilder a EnergyPlus y combine ambos en un solo componente de fuente mediante IDF Editor.
    2. Inserte una «zona ficticia» muy fina entre el suelo radiante superior y el techo frío inferior. Incluya la mitad de la masa real en la superficie superior y la otra mitad en la inferior.
12. Puede necesitarse un generador de calor independiente de alta temperatura para DHW si se utiliza una fuente de baja temperatura para calefacción.

Consejo: Para diagnosticar algunos problemas y comprobar que las temperaturas máximas son compatibles con el material superficial puede ser útil ver las temperaturas horarias interior y exterior y los flujos térmicos seleccionando: Transferencia térmica superficial incluida la radiación solar (flujo térmico de suelos) o Temperatura superficial interior (para comprobar la temperatura superficial del suelo radiante).

El asesoramiento de esta sección se ha adaptado de www.nu-heat.co.uk.

Superficies de piedra y cerámica

Desde el punto de vista térmico, los mejores revestimientos para suelo radiante suelen ser las superficies duras como piedra y baldosas cerámicas, por su baja resistencia térmica, que permite transferir rápidamente el calor de las tuberías a la superficie.

• Baldosas cerámicas - Por su alta conductividad térmica y escaso espesor, las baldosas cerámicas son uno de los mejores acabados para suelo radiante.

• Solera pulida - Muy conductora y adecuada para suelo radiante.
• Piedra caliza - La piedra es el revestimiento más conductor y permite transferir rápidamente la energía del suelo radiante al recinto.

• Pizarra - Acabado natural muy conductor, ideal para suelo radiante.

• Losas de piedra - Acabado de piedra más grueso con muy buena conductividad, aunque debe evitarse una inercia térmica excesiva.
• Mármol - Buen conductor térmico disponible en varios espesores.

Suelos de madera y suelo radiante

La madera técnica es la mejor opción de madera para suelo radiante por su estabilidad ante temperaturas fluctuantes. Las maderas macizas duras y blandas también transmiten bien el calor, pero debe cuidarse el ancho y espesor de las tablas.

• Madera técnica - El mejor acabado de madera para suelo radiante, con buena transferencia térmica y estabilidad estructural.
• Madera dura maciza - Buena transferencia térmica, especialmente con tablas estrechas.
• Madera blanda - Adecuada solo con tablas estrechas para reducir el movimiento.
• Parqué - Buena transferencia térmica si está firmemente pegado al subsuelo.
• Bambú - Su construcción suele ser similar a la madera técnica, por lo que es muy adecuado para suelo radiante.

Laminados, vinilo y caucho

Los revestimientos laminados y vinílicos también funcionan bien con suelo radiante. Conviene comprobar la temperatura superficial máxima recomendada por el fabricante. La mayoría indica un límite de 27˚C, equivalente a unos 75W/m2, suficiente en la mayoría de casos. Tienen poca masa térmica y se calientan y enfrían rápidamente frente a piedra y madera.

• Vinilo - buena transferencia térmica, a menudo con una temperatura superficial máxima recomendada
• Amtico - acabado práctico y de calidad que transmite bien el calor
• Linoleum & Marmoleum - productos naturales finos adecuados para suelo radiante
• Baldosas laminadas - Finas y conductoras térmicamente, adecuadas para suelo radiante
• Caucho - Material relativamente conductor que puede utilizarse con suelo radiante

Materiales que conviene evitar

Aunque no son ideales para la eficiencia, pueden utilizarse moqueta y base con valor Tog conjunto de hasta 2.5. Las moquetas más gruesas aíslan e impiden que llegue suficiente calor al recinto.

• Moqueta - Se recomienda un valor Tog máximo de 2.5 para moqueta y base con suelo radiante
• Corcho - Se aconseja un espesor máximo de 10mm porque el corcho es un aislante eficaz
• Fibra de coco - Producto natural parecido a la moqueta con valor Tog máximo recomendado de 2.5

Algunos fabricantes establecen una temperatura máxima de suelo para su producto. Además, EN 1264 indica que el suelo radiante no debe funcionar por encima de 29˚C.

El modelo de techo de DesignBuilder EnergyPlus puede representar su funcionamiento real e investigar problemas como intermitencia, masa térmica, control, aislamiento y materiales superficiales. Sin embargo, su configuración y el buen control de temperatura requieren cuidado. Con DesignBuilder, si tiene problemas, consulte la lista siguiente.

1. Error de fuente interna ausente. Cada zona con techo frío en su zona HVAC debe incluir al menos una superficie o subsuperficie de techo con un cerramiento que tenga fuente interna. Si no se encuentra, DesignBuilder genera un error antes de intentar ejecutar la simulación.
2. Control lento. Los techos fríos reales suelen responder más lentamente que los sistemas de aire u otros radiantes, porque su masa térmica relativamente alta sigue absorbiendo calor de zona cuando el termostato deja de solicitar refrigeración y la bomba se detiene.
3. Intervalo de regulación. Otro factor menos importante que el punto 2 es que los techos fríos de caudal variable utilizan un intervalo de regulación para controlar el agua de las tuberías embebidas. Actúa como banda muerta y produce un intervalo de control de temperatura en lugar de una temperatura fija, incluso sin el retardo térmico.
4. La refrigeración insuficiente también puede ser habitual con techos fríos. Posibles causas:
5. Ganancias internas elevadas. Como regla orientativa, normalmente no es posible suministrar más de 70 W/m2 de refrigeración con techos fríos. Las zonas con mayores ganancias requieren refrigeración suplementaria. Esto se aplica a sistemas reales y a modelos DesignBuilder EnergyPlus. La forma más sencilla de comparar las ganancias internas con esta regla es utilizar la opción Normalizar que muestra resultados por superficie de suelo.
6. Refrigeración intermitente. El funcionamiento intermitente puede requerir un factor de dimensionamiento mayor para la zona HVAC, porque la masa térmica del techo retrasa la refrigeración del recinto respecto a las baterías. Por ejemplo, un edificio desocupado durante un fin de semana cálido debe enfriarse para el lunes. Con el factor predeterminado 1.15, el sistema se dimensiona para la consigna en condiciones estivales periódicas estacionarias más un margen del 15%. Ese 15% no bastará si se enciende a las 6am y debe alcanzar confort pocas horas después. Para funcionamiento intermitente se necesitan factores mucho mayores, p. ej. 2, o funcionamiento continuo, quizá reducido en ausencia. Si funciona continuamente, la envolvente debe estar muy bien aislada para evitar desperdicios.
7. Posición incorrecta de la fuente. Un error habitual es seleccionar una posición incorrecta para la fuente del techo frío. En un sistema bien diseñado las tuberías suelen estar justo debajo de la primera capa. Si se sitúan en el lado incorrecto, se refrigerará otra zona, el terreno o el exterior. En el cuadro Cerramientos hay una herramienta que facilita situar la fuente justo encima de la capa más interior.
8. Capa inferior conductora. El techo frío proporciona el control más eficiente y rápido cuando la capa superior es ligera y conductora. Sus paneles suelen tener una capa metálica fina entre fuente y recinto. Si la capa interior es aislante, por ejemplo una placa de techo, puede ser difícil proporcionar refrigeración suficiente.
9. Aislamiento. Sin buen aislamiento sobre la fuente del techo frío, gran parte de la refrigeración no llegará a la zona prevista: se perderá sin control hacia la zona superior, el exterior o el terreno. Quedará menos disponible y se producirá refrigeración insuficiente.
10. Cuando se utilizan junto con un suelo radiante en la zona superior, los techos fríos generan un error de EnergyPlus. EnergyPlus solo permite un objeto «fuente» por superficie y, por tanto, no puede situarse un techo frío y un suelo radiante en la misma superficie. Hay 2 soluciones posibles.
    1. Exporte el modelo DesignBuilder a EnergyPlus y combine ambos en un solo componente de fuente mediante IDF Editor.
    2. Inserte una «zona ficticia» muy fina entre el suelo radiante superior y el techo frío inferior. Incluya la mitad de la masa real en la superficie superior y la otra mitad en la inferior.

Consejo: Para diagnosticar algunos problemas puede ayudar ver temperaturas horarias interior y exterior y flujos térmicos seleccionando: Transferencia térmica superficial incluida la radiación solar (flujo térmico de suelos) o Temperatura superficial interior (para comprobar la temperatura superficial del techo frío).

A veces es necesario modelar un suelo radiante que calefacta la zona superior y un techo frío en la misma superficie que refrigera otra zona inferior. EnergyPlus solo permite una fuente interna por superficie; por ello debe crearse una zona ficticia entre las 2 superficies para crear y controlar cada sistema en su zona y cumplir el límite. Las restricciones anteriores se aplican tanto a superficies radiantes utilizadas para modelarlos como a los componentes específicos.