Calefacción por Superficie Radiante: Una opción de confort ante las bajas temperaturas.

En estas épocas donde el frío comienza a arreciar es necesaria la utilización de métodos que permitan alcanzar un estado adecuado de confort, incrementando la temperatura, con el objetivo de producir calor para todos los ocupantes de una casa, edificio u oficina.

Por instinto primario, la medida inicial que toma un individuo para calentar su cuerpo, es cubrirlo con gruesas telas o pieles que posibiliten un incremento apropiado de temperatura así como un nivel de comodidad.

Aunque en la actualidad ésta es la tendencia más difundida, desde las primeras civilizaciones se comenzaron a implementar medidas alternas como la calefacción de un lugar cerrado, en el cual se pudiese conservar por mucho tiempo una óptima temperatura para las personas.

Un ejemplo claro es la calefacción central, que es un método muy antiguo. Se trata de un sistema bajo el cual el calor se produce por medio de una caldera localizada en un lugar específico y fijo. Posteriormente, la energía calórica devenida del agua (este líquido cumple función de calorportador), se distribuye a unas terminales como pueden ser radiadores o superficies radiantes que emanan el calor hacia los ambientes que lo necesitan.

Observando un poco la historia, tenemos que al inicio de la era cristiana, los ingenieros romanos crearon el primer sistema de calefacción central denominado: hipocausto. En el exterior del edificio se construía un horno y el aire caliente producido se llevaba por canalizaciones situadas bajo el suelo, cuyas baldosas se sustentaban sobre pilas de ladrillos.

La altura del espacio vacío por el que circulaba el aire era de unos 40 a 60 cm. Se calcula que la temperatura obtenida en las viviendas no pasaba de los 30ºC.

El estadista y filósofo estoico Séneca escribió que varias residencias de patricios poseían “tubos incrustados en las paredes para dirigir y distribuir por toda la casa un calor suave y regular”. Los tubos eran de barro cocido y conducían el aire caliente a partir de un fuego de leña o de carbón que ardía en el sótano.

En las termas (baños públicos) para obtener un calor intenso, podía evidenciarse en los muros del lugar, los tubos de barro cocido, que daban salida al humo del horno y al aire caliente que circulaba en el hipocausto.

Las ventajas de la calefacción por radiación sólo estaban al alcance de la nobleza; y con la caída del Imperio Romano el hipocausto desapareció durante siglos. En los primeros siglos de la Edad Media, las personas se calentaban reuniéndose alrededor de una hoguera y envolviéndose en capas de tela o piel.

En el siglo XI, adquirieron popularidad los grandes hogares situados en el centro de las vastas salas de los castillos, castigadas por las corrientes de aire, pero dado que su construcción permitía que el ochenta por ciento del calor escapara chimenea arriba, los moradores se veían obligados a mantenerse muy cerca del fuego.

Algunos hogares tenían una gran pared de arcilla y ladrillo a cierta distancia de las llamas, la cual absorbía calor y volvía a irradiarlo cuando el fuego del hogar empezaba a apagarse. Sin embargo, esta idea tan sensata apenas se puso en práctica hasta el siglo XVII.

Un dispositivo más moderno fue el empleado para caldear, el Louvre, en París, más de un siglo antes de que el elegante palacio junto al Sena se convirtiera en museo de arte. En 1642, ingenieros franceses instalaron en una estancia un sistema de calefacción que aspiraba aire a temperatura ambiente, a través de conducciones situadas alrededor del fuego, y lo devolvía una vez calentado. Pero se formaba así un circuito cerrado que acababa por enrarecer la atmósfera. Pasarían cien años antes de que los inventores empezaran a idear maneras de aspirar aire fresco del exterior para calentarlo.

El primer cambio drástico, en materia de calefacción doméstica, del que se benefició un gran número de personas, llegó a Europa en el siglo XVIII con la Revolución Industrial.

El vapor conducido por las tuberías calentaba tanto escuelas, iglesias, tribunales, salas de reuniones, como invernaderos y lujosas residencias. Las  superficies calientes de las tuberías a la vista resecaban el aire, produciendo continuamente un olor a polvo requemado, pero este inconveniente quedaba más que compensado por el nivel reconfortante del calor obtenido.

En esta época, había numerosos hogares provistos de un sistema de calefacción similar al hipocausto romano. Un gran horno de carbón en el sótano enviaba aire caliente a través de una red de tuberías con aberturas en las habitaciones principales. Hacia 1880, el sistema empezó a transformarse para adaptar dispositivos de vapor.

El horno de carbón se utilizaba para calentar un depósito de agua, y las tuberías que antes canalizaban aire pasaron a conducir el vapor y agua caliente hasta unas aberturas conectadas con radiadores, que son dispositivos que se emplean como intercambiadores de calor, sin partes móviles, ni llamas; destinados a aportar energía calórica a algún elemento o alguna estancia.

Cuestión de física
Todos los cuerpos emiten energía hacia su exterior a manera de radiación infrarroja en proporción a su temperatura; es decir, mientras más alta sea ésta, mayor será la emisión.

Esta energía que es trasladada hacia el exterior, puede definirse como radiación electromagnética, la cual es de la misma naturaleza que la luz o las ondas de radio, pero con una frecuencia por debajo de la que posee la luz roja, de ahí su nombre, esto la hace invisible al ojo del ser humano.

Sin embargo, esta radiación es percibida por el cuerpo humano como una sensación de calor, ya que cualquier objeto que recibe  radiación infrarroja de suficiente intensidad, tiende a calentarse, por lo que incrementa su nivel de temperatura.

Calefacción por radiación
La actividad de transmitir calor a los ocupantes de un lugar a través de diferentes superficies del mismo espacio, se le denomina calefacción por radiación, la cual se basa principalmente en la emisión de calor, ya sea por medio del suelo o de las paredes. Cuando estas superficies alcanzan una cierta temperatura, emiten una radiación infrarroja que llega a los habitantes del lugar acondicionado.

Vale la pena destacar que la intensidad de la radiación emitida por el suelo o las paredes, disminuye según se aleja de la superficie, por lo tanto la sensación de calor que es percibida por los ocupantes es menor a mayor altura y mientras más esté al centro de la habitación.

Tipos de calefacción radiante
Como lo hemos visto, la transmisión de calor en los sistemas de calefacción radiante (suelo radiante, paneles radiantes, hilo radiante, estera radiante, folio radiante, etc.), se produce por radiación térmica. Su característica principal es que calienta objetos, suelos, paredes, personas, etc., de manera directa, sin calentar el aire de la estancia o local, logrando así un alto confort térmico.

De acuerdo a su ubicación en el inmueble, se puede establecer la diferencia entre suelo radiante, techo radiante y paredes radiantes. También se distingue entre calefacción radiante por agua y calefacción radiante eléctrica.

Suelo radiante/calefacción radiante de suelo
El suelo radiante no es un sistema de calefacción desconocido, ya hemos estudiado que fue utilizado en la antigua Roma o en la Castilla medieval.

Se trata de convertir toda la superficie del pavimento de una estructura (un local, una industria, una vivienda), en un gran panel radiante. Mediante la instalación en el suelo de un entramado de tubos (calefacción radiante por agua), o de cables (calefacción radiante eléctrica), se lograr que al calentar transmitan su energía térmica a los objetos que la rodean.

Hilo o cable radiante
Este es un tipo de sistema de calefacción radiante basado en la electricidad. Al contrario que en los sistemas que utilizan agua, su instalación es más sencilla, no precisa de calderas, ni de mantenimiento, y su ahorro energético es mayor que las instalaciones que trabajan a través del vital líquido.

El hilo radiante es un cable suelto con el cual se creará un circuito eléctrico que se integrará debajo de la superficie de una estancia. El cable radiante, al calentarse, transfiere su calor al suelo y éste a su vez, lo irradia al resto de objetos, personas o superficies del espacio en el que esté instalado. El hilo radiante, también conocido por cable térmico, tiene una mayor flexibilidad en su colocación que la manta o estera radiante, lo que lo hace el sistema de calefacción ideal para aquellos espacios segmentados o irregulares.

Malla, manta o estera de hilo radiante
La malla de hilo radiante se diferencia básicamente del hilo radiante en que el circuito que forma el cable radiante está dibujado y sujeto a la malla. Su instalación, por el motivo mencionado anteriormente, es aún más sencilla que con el hilo suelto, y está indicada para superficies regulares.

Panel radiante de techo
Consiste en la colocación de paneles radiantes prefabricados en techos, así la energía radiante por ellos producida, calentará todos los objetos o personas que estén bajo su radio de acción.

Hoja o folio radiante

Es una fina lámina, de ahí su nombre de hoja o folio radiante-, con un circuito eléctrico integrado. Por la finura de la lámina es un sistema ideal para integrar bajo suelos de madera o parquet laminado y en techos.

Características de calefacción por suelo radiante
En la actualidad ya se suele utilizar el término “calefacción por superficie radiante”, ya que ahora se puede aplicar esta técnica en paredes, así como en techos de una casa, oficina o cualquier establecimiento.

No obstante, éstas trabajan bajo el mismo principio de la calefacción por suelo radiante, cuya técnica continúa siendo las más utilizada y la más difundida, pues proviene desde las primeras civilizaciones de la humanidad.

Figura 1. Esta técnica se puede aplicar también en paredes o techos.

Es por ello que en este apartado tocaremos las características de la calefacción por suelo radiante, sin embargo se pueden extrapolar hacia las otras superficies. (ver figura1)

La calefacción por suelo radiante, se compone de dos subsistemas:

1) Sistema de distribución de calor (los tubos de polietileno reticulado empotrados en el suelo). Esta parte del sistema no necesita mantenimiento.

2) Sistema de producción de calor: (calderas, quemadores, chimeneas etc.), es muy importante realizar una adecuada revisión y limpieza anual a las mismas para comprobar la correcta combustión y asegurar su óptimo rendimiento y longevidad. (Todas las marcas de calderas y quemadores ofrecen estos servicios).

Básicamente la regulación de un sistema de calefacción se realiza de dos formas:

1) Automática, por medio de los termostatos, programadores, etc.

2) Manual, a través de llaves o válvulas, controlando los caudales del líquido que llega a diferentes zonas calefaccionadas.

En las superficies radiantes a través del piso, paredes y techo se obtienen emanaciones de calor y considerables ahorros de energía

Ventajas de este sistema
Brinda una repartición óptima del calor en dirección tanto horizontal como vertical. La temperatura del aire es más alta a nivel del suelo, disminuyendo progresivamente hacia el techo.

Debido a que el sistema trabaja a una  temperatura baja, evita las turbulencias del aire debido a la convección, y así la emisión calórica se produce por la radiación. Esta particularidad además, elimina la acumulación de polvo y las manchas de suciedad en paredes y techos.

La baja velocidad de circulación del aire, no reseca el ambiente ni las mucosas nasales puesto que la humedad relativa del ambiente permanece inalterable.

El piso radiante funciona con agua calefaccionada entre 35-40ºC, lo que significa un importante ahorro de energía del 15 al 20% menos.

También puede proporcionar distintas temperaturas en los diferentes ambientes, y aportar mayor temperatura en las zonas de mayor requerimiento.

A los profesionales les permite el diseño de ambientes amplios y con grandes aberturas, ya que a diferencia de los radiadores y calefactores, no ocupa ningún lugar.

Acoplamiento al ser humano
La característica de temperatura obsequiada por el suelo radiante (más en la zona de los pies y menos en la zona superior) corresponde a las necesidades del cuerpo humano.

De acuerdo a la estructura del cuerpo humano, las zonas por las que se pierde más calor son la cabeza y los pies; normalmente, la pérdida por la cabeza no se da con la misma intensidad debido a que la regulación de la temperatura corporal se mantiene constante, nivelando dicha pérdida (el cerebro es el último órgano del cuerpo en donde se disminuye el riego sanguíneo); sin embargo, en los pies se genera rápidamente la pérdida de calor, generándose una incómoda sensación denominada “pies fríos”, que para muchas personas provoca la pérdida de toda sensación de confort.

Tomando en cuenta la situación contraria, un exceso de calor ambiental es percibido mayormente en la zona de la cabeza y las vías respiratorias; la sensación es de opresión, sofoco y sequedad en las mucosas.

Por lo tanto, el perfil proporcionado por la calefacción por suelo radiante compensa estos efectos: un nivel de temperatura más elevado en la zona de los pies, donde su sufre más el frío, y una temperatura más moderada en la zona de la cabeza, donde el exceso molesta, y donde ciertamente es más conveniente permitir una mayor disipación de calor. La situación de confort que se consigue se puede definir como “pies calientes y cabeza fría”.

Este método puede combinarse con energías alternas como la fotovoltaica para hacer mucho más eficiente el sistema y lograr ahorros significativos

El tubo radiante
En el sistema de suelo radiante por agua caliente, la emanación de calor del suelo se logra haciendo circular agua caliente por su interior a través de un sistema de tubos soterrados. El tubo a emplearse debe tener suficiente capacidad de intercambio térmico, cumplir los requisitos de resistencia mecánica y química, y ser fácil de instalar.

El tubo multicapa es fruto del avance tecnológico en la aplicación de los materiales plásticos; combina materiales plásticos (normalmente polietileno) y metálicos (aluminio).

Estructura del tubo multicapa

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Esta configuración proporciona una excelente sinergia de las características de los materiales utilizados, entre las que cabe destacar las propiedades mecánicas y térmicas, y la plasticidad (el mantenimiento de la forma después del doblado).

La conductividad térmica del tubo multicapa se sitúa por encima de la de los tubos plásticos de una sola capa, y es adecuada para su función transmisora.

La flexibilidad y memoria de forma facilitan enormemente la labor de instalación: el tubo, además de poderse doblar a mano en radios muy reducidos con poco esfuerzo, conserva la forma dada sin retornar a la posición inicial. Este factor es particularmente importante en un suelo radiante, donde se debe cubrir una superficie considerable con el tendido de tubo instalando muchos metros y realizando muchas curvas.

Igualmente, la conexión de los tubos al colector resulta más sencilla, sin ser necesarios accesorios de montaje como las curvas de guía.

Distribución de los tubos

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Distribución en: 1) Espiral; 2) Serpentín; 3) Espiral con refuerzo sobre las ventanas; 4) Serpentín con refuerzo sobre zonas frías.

La distribución en “serpentín” es ideal para locales pequeños, mientras que la configuración en “espiral” se adapta perfectamente a locales irregulares o alargados. Las de “doble serpentín” es la más conveniente en locales con gran demanda de calor.

La separación entre tubos se calcula tomando en cuenta dos factores muy importantes: Balance térmico y Tipo de revestimiento que se coloca en el piso.

Aislantes
Con el objetivo de impedir que el suelo radiante ceda calor a la estructura del edificio (desperdicio de calor), éste se aísla del forjado mediante paneles aislantes, que son elementos de separación térmica.

Los aislantes son delgadas planchas de un material que se extiende encima del forjado, previo al vertido del cemento o suelo. Su eficacia depende de las características térmicas del material (tiene que ser de baja conductividad térmica) y de su espesor. Debe poseer una resistencia mecánica adecuada, puesto que debe soportar las cargas del suelo. Normalmente son de poliestireno expandido, que combina perfectamente una excelente característica aislante, facilidad de conformado, resistencia mecánica y bajo costo.

Hoy en día existen dos presentaciones genéricas de panel: liso y con tetones. El panel liso proporciona una superficie plana, mientras que el otro tipo presenta una serie de protuberancias moldeadas, distribuidas regularmente por la superficie del panel; su propósito es ofrecer unos puntos de guía y sujeción del tubo para facilitar su tendido.

Aunque el panel con tetones brinda cierta ventaja en el tendido de tubo, padece de algunos inconvenientes no presentes en el panel liso. Los tetones condicionan el trazado de circuitos, puesto que obligan al tubo a seguir unas ciertas direcciones y dictan las separaciones entre tubos que pueden aplicarse, lo que afecta especialmente las salidas de colector, los pasos de puerta, zonas irregulares (bordes, pilares, paredes curvas, etc.), donde la necesidad de desviar los tramos de tubo puede verse obstaculizada por los tetones; en estos casos, la práctica obliga a cortar los tetones en las áreas afectadas.

Otra desventaja es que una parte no despreciable de la superficie del tubo queda en contacto con los tetones, es decir, con el material aislante; de esta forma se reduce la superficie eficaz de intercambio térmico.

Asimismo, trabajar varias horas sobre el panel con tetones produce un especial un cansancio en tobillos y piernas, que a la larga influye sobre la productividad.

El panel liso permite el libre tendido del tubo, en la orientación y con la separación adecuada, entre tramos, que convenga a la instalación. Desaparecen las limitaciones del panel con tetones, otorgando total libertad de trabajo al instalador.

Aquí se muestra la instalación de colectores solares para sistemas de suelo radiante.

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Suelo radiante y energía solar
La energía solar ha resultado una de las fuentes alternativas viables para mitigar el empleo de las convencionales que día a día se van agotando, por ello es una de las aplicaciones más utilizada para la generación de calefacción.

De esta manera, a través de un colector o panel solar (fotovoltaico) se puede calentar el agua, la cual posteriormente se hará circular por los tubos del suelo radiante a una temperatura que oscila entre los 35 a 45 ºC, de esta manera el suelo se mantendrá entre 20 y 28 ºC, aproximadamente.

El grado de confort que se consigue con este tipo de sistemas es ideal, pues se distribuye adecuadamente en toda la vivienda o el lugar a acondicionar, siendo el calor mayor en la zona próxima al suelo.

Esquema de instalación
El agua caliente que se genera por los paneles fotovoltaicos se introduce en el circuito del sistema de calefacción, reduciendo visiblemente el consumo de combustible fósil o electricidad.

En los días con mayor rayos del sol, prácticamente se consigue una calefacción sin necesidad de emplear el sistema complementario de calefacción.

La instalación para una vivienda nueva o restructurada es sencilla y los materiales son muy fáciles de adquirir.

Pues se trata de insertar entre la capa aislante del suelo y la red o malla un serpentín de tubos plásticos por donde se hará circular el agua caliente.

Una buena alternativa
En resumen, la utilización de superficies radiantes para generar calefacción, es sin duda una excelente opción en respuesta a las condiciones fisiológicas del cuerpo humano, y además posibilita un ahorro de energía considerable, así como el aprovechamiento de fuentes de energía alternativas.

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