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Sistemas de calefacción y refrigeración de superficie frente a los fancoils: menor consumo energético y menos emisiones de CO2

El clima interior de los edificios está estrechamente relacionado con el bienestar de los ocupantes, su rendimiento laboral e incluso su estado de ánimo, especialmente hoy en día, cuando las personas pasan el 75% de su tiempo en el interior. Por lo tanto, un clima sano y bueno es muy importante. Para enfriar una habitación durante los calurosos meses de verano, en el pasado se solían utilizar sistemas de aire acondicionado convencionales, como unidades de fan-coil o unidades de aire acondicionado divididas. Cubren las necesidades térmicas de los locales en materia de refrigeración, pero pueden provocar corrientes de aire molestas, movimientos de polvo y una humedad relativa muy baja, inferior al 40%, por no hablar de su elevado consumo energético. Debido al cambio climático, muchos países han promulgado normativas para sustituir los viejos aparatos de aire acondicionado por modelos energéticamente eficientes. La climatización por radiación ofrece aquí una solución: se emplean sistemas de calefacción y refrigeración de superficie que utilizan el agua como medio de transferencia de calor.

Cómo funciona el calor radiante

El objetivo es añadir o eliminar calor de la habitación por radiación. En el modo de refrigeración, la energía térmica se intercambia mediante la transferencia de calor radiante entre las cargas de refrigeración existentes y la superficie refrigerada. La energía se irradia desde los objetos, las personas, los aparatos y las fuentes de luz y es absorbida por la superficie fría. En el modo de calefacción, ocurre lo contrario: la energía se transfiere desde la superficie calentada y es absorbida por los objetos y las personas. El agua tiene una capacidad calorífica específica unas 4 veces superior a la del aire y requiere menos energía de transporte debido a su densidad mucho mayor. Por ello, el agua se considera un medio de transferencia de calor mejor que el aire. Debido a la gran superficie de contacto del sistema de calefacción y refrigeración superficial, se genera un intercambio de radiación uniforme entre las superficies de la sala y del recinto, por lo que las temperaturas se perciben más bajas en el caso de la refrigeración y más altas en el caso de la calefacción de lo que indica la temperatura del aire puro (término: temperatura operativa). Además, las temperaturas del sistema de calefacción y refrigeración de superficie están diseñadas para ser más altas en verano y más bajas en invierno que las de un sistema de aire acondicionado convencional. De este modo, se reduce el consumo de energía y las emisiones de CO2. Además, los mismos circuitos pueden utilizarse para la calefacción o la refrigeración.

Combinación con sistemas de ventilación

El clima interior viene determinado por los siguientes factores: Temperatura, humedad y ventilación, y velocidad del aire. Cuando un sistema de calefacción y refrigeración radiante se encarga de cubrir las cargas sensibles de los locales, es esencial un sistema de ventilación para equilibrar la carga latente de humedad en el espacio y de las personas, y para garantizar una calidad de aire adecuada.

En el ámbito de la refrigeración, sigue habiendo escepticismo sobre los sistemas de refrigeración superficial, especialmente en los climas más húmedos. El control constante de la humedad específica en un sistema de refrigeración superficial garantiza que la temperatura de la superficie esté siempre por encima del punto de rocío, lo que evita la condensación en paredes, techos y suelos. Un buen diseño y el control del sistema son la base de un buen funcionamiento. Al combinar un sistema de calefacción y refrigeración de superficie con un sistema de ventilación controlada, se reduce considerablemente el caudal de aire que circula por la sala a climatizar. Esto conduce a una reducción de la velocidad del aire. Se reducen las desagradables corrientes de aire, el ruido y el polvo, y aumenta el confort de las personas. La menor velocidad del aire también permite utilizar conductos de ventilación más pequeños. De este modo, se puede reducir la altura de los techos suspendidos. Esto tiene un impacto positivo en el diseño de la estructura del edificio.

Ideal para las energías renovables

Una de las grandes ventajas de un sistema de calefacción y refrigeración por paneles es su eficiencia energética y su facilidad de uso con energías renovables. Además, el consumo de energía y las emisiones de CO2 se reducen gracias a la reducida temperatura del flujo para la calefacción (35 °C) y a la alta temperatura para la refrigeración (> 15 °C). Esto permite utilizar una bomba de calor polivalente, que puede producir calor y frío al mismo tiempo. Se puede evitar la instalación de dos máquinas diferentes (caldera y sistema de refrigeración), ahorrando así costes de instalación.

Ejemplo:

El siguiente ejemplo compara dos sistemas acuíferos: Fan coils y un sistema de calefacción y refrigeración de superficie. Pequeños cambios en las temperaturas de funcionamiento pueden ahorrar hasta un 31% de la energía anual y un 30,2% de las emisiones de CO2 en el sistema de calefacción y refrigeración de los paneles. Para el cálculo suponemos una demanda de calefacción de 210 kWt y una demanda de refrigeración de 230 kWt del edificio (en ambos casos carga de calefacción sensible).

Las temperaturas de funcionamiento de ambos sistemas son:

Antes de cada cálculo, hay que seleccionar los parámetros de funcionamiento de la bomba de calor (bomba de calor modelo WSHN-XSC3 de Clivet). La bomba de calor debe ser capaz de cubrir el peor de los casos, en este caso 230 kWt en modo refrigeración.

La siguiente tabla resume los datos más importantes:

 

Como se muestra en las tablas, la modificación de la temperatura de funcionamiento no sólo aumenta el rendimiento de la bomba de calor, sino que también permite seleccionar un modelo de bomba de calor más pequeño (modelo 70.4 en lugar del modelo 75.4).

 

El consumo anual de electricidad de la bomba de calor es:

energía total (kWh) = energía eléctrica del compresor x horas de funcionamiento

Calefacción del fan coil = 60,27 kWe x 4000 h = 241.080 kWh

Enfriamiento del fan coil = 45,21 kWe x 2000 h = 90.420 kWh

Sistema de calefacción y refrigeración de superficie Calefacción = 39,7 kWe x 4000 h = 158.800 kWh

Sistema de calefacción y refrigeración de superficie Refrigeración = 36,16 kWe x 2000 h = 72.320 kWh

Energía total fan coils = 241.080 + 90.420 = 331.500 kWh / año

Energía total del sistema de calefacción y refrigeración superficial = 158.800 + 72.320 = 231.120 kWh / año

___________________________________

Ahorro energético anual = 30,2%.

 

 

Esto permite calcular las emisiones de CO2:

Emisiones de CO2 (fan coils) = 331.500 kWh * 0,75 = 248.625 kg de CO2

Emisiones de CO2 (sistema de calefacción y refrigeración de superficie) = 231.120 kWh * 0,75 = 173.340 kg de CO2

___________________________________

Reducción anual de CO2 = 30,2%.

 

 

Conclusión:

El uso de un sistema de calefacción y refrigeración de superficie no sólo conlleva una reducción del balance de CO2, sino que también supone un potencial ahorro económico. Para la bomba de calor, se puede utilizar un modelo de menor tamaño. Además, un sistema de calefacción y refrigeración de superficie ofrece muchas otras ventajas:

 

  • más comodidad, ya que se evitan las desagradables corrientes de aire, el ruido y el polvo
  • Ahorro de energía mediante temperaturas de funcionamiento más eficientes
  • Reducción de las emisiones de CO2 gracias al ahorro de energía
  • menores costes de explotación
  • libertad absoluta de diseño interior, ya que la instalación se realiza bajo la superficie
  • duradero
  • prácticamente sin mantenimiento

 

 

Notas:

En este ejemplo se comparó el sistema de calefacción y refrigeración de superficie aquatherm black con un moderno y eficiente sistema de fan coil. Si se utilizan otros sistemas de climatización o si se trata de una reforma del edificio, el ahorro energético del sistema de calefacción y refrigeración por paneles aumenta aún más, ya que los aparatos de aire acondicionado clásicos funcionan en modo de calefacción a temperaturas de suministro más altas y en modo de refrigeración a temperaturas más bajas.

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