ES_MANUAL TEC CLIMATIZACION:GUIA

Transcripción

CLIMATIZACIÓN
TRANQUILA
MANUAL TÉCNICO
CLIMATIZACIÓN TRANQUILA MANUAL TÉCNICO
ÍNDICE
Capítulo 1
CLIMATIZAR DE FORMA NATURAL
Página 5
1. El desarrollo de KaRo
5
2. Las tramas de KaRo
10
3. Tipos de soluciones DM Climatización
14
4. Puesta en marcha
16
5. Material en polipropileno
19
6. El concepto de seguridad
21
Capítulo 2
CIRCUITO HIDRÁULICO
Página 23
1. Presencia de un intercambiador de calor
23
2. Regulación de temperatura
23
3. Distribución por colectores. Sistemas a 2 ó 3 tubos
24
4. Distribución por bucle periférico
27
5. Evolución arquitectónica: los techos suspendidos
28
6. Flexibilidad de los techos enlucidos
30
Capítulo 3
REGULACIÓN
1. Regulación termostática
Página 31
31
2. Protección contra la condensación. Generalidades
32
3. Protección contra la condensación. Soluciones técnicas
34
4. Detalles complementarios
36
5. Especificaciones técnicas del regulador Tauka
37
Capítulo 4
CONFORT TERMO-AÉREO
1. Termo-fisiología termostática
Página 40
40
2. Parámetros que regulan el confort térmico
41
3. Definiciones
43
4. Criterios de confort
46
5. Aplicaciones a los techos climáticos. Modo frío
50
6. Aplicaciones a los techos climáticos. Modo calefacción
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51
ÍNDICE
Capítulo 5
CALIDAD DEL AIRE INTERIOR
Página 54
1. Los contaminantes del aire
54
2. Algunos conceptos para asegurar la calidad del aire
56
Capítulo 6
VENTILACIÓN
Página 58
1. Techo Dm Climatización asociado a aire tratado
58
2. Ventilación por mezcla de aire
59
3. Ventilación por desplazamiento
59
4. Ventilación por desplazamiento o mezclado
62
5. Ventilación por ventanas o VMC: una solución para vivienda y edificio público menor
63
Capítulo 7
TRANSMISIÓN DE CALOR
Página 64
1. Generalidades
64
2. Transferencias por radiación
64
3. Transferencias por convección
68
4. Transferencias por conducción
69
5. Transferencias globales local. Agua
71
6. Determinación de los rendimientos térmicos
72
Capítulo 8
RENDIMIENTO TÉRMICO
1. Método del cálculo
Página 74
74
2. Valores de resistencia a la conductividad R
74
3. Potencia
75
4. Factores de corrección
77
5. Ejemplo de cálculo
78
6. Comentarios
79
Capítulo 9
PÉRDIDAS DE CARGA
Página 81
1. Pérdidas de carga hidráulicas
81
2. Diagramas de pérdidas de carga
82
3. Pérdidas de carga de las tramas
82
4. Pérdidas de carga de las conducciones
86
5. Accesorios
87
6. Cálculo
87
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ÍNDICE
Capítulo 10
KaRoMar
Página 89
1. Presentación del concepto KaRoMar
89
2. Posibilidades de recursos
89
3. Ahorro de energía
90
Capítulo 11
EL SISTEMA
Página 91
1. Los techos metálicos
91
2. Los techos de placa de yeso
92
3. Los techos enlucidos de yeso
92
4. Paredes
93
5. Suelos
93
6. La estación hidráulica
94
7. Tuberías específicas KaRo
94
8. Las pruebas
95
9. Montaje sonda de Punto de Rocío
96
Capítulo 12
CONSUMO DE ENERGÍA Y ESPACIO
1. Comparación de sistemas
Página 97
97
2. Ventiladores y bombas
97
3. Sistemas de refrigeración
99
4. Confirmación práctica
99
5. Necesidad de espacio
100
6. Mantenimiento
103
7. Consejos sobre ahorro energético
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CAPÍTULO 1. CLIMATIZAR DE FORMA NATURAL
"Damos vida térmica a los materiales: La envoltura de un edificio es recorrida por una red de tubos
capilares, por donde circula el frío o el calor. Estos tubos, dispuestos en el techo, en las paredes o bien
en el suelo, transforman las superficies inertes, en elementos activos y opuestamente a los ventiloconvectores o difusores de aire, aseguran una calidad inigualable del entorno”.
Este fue el concepto base en los años 80, al comienzo del desarrollo del panel climático de tubos capilares.
De forma similar a la circulación sanguínea en nuestro cuerpo, las tramas capilares KaRo captan el calor
producido en el edificio, y lo evacuan hacia el exterior, bajo el control de regulaciones locales o centrales,
que así como en el cuerpo humano, manejan los flujos de calor.
La climatización por radiación, es la única que no necesita ventiladores. Esto le permite:
•
Preservar la calidad del aire (no existe aire reciclado), sin riesgo de corrientes de aire molestas,
•
No producir ninguna molestia acústica,
•
Reducir los consumos de motores eléctricos (para aportar la misma cantidad de calor, los volúmenes
a circular son 1.000 veces mayores con aire que con agua).
ÍNDICE
1. EL DESARROLLO DE KARO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 5
2. LAS TRAMAS KARO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 10
3. TIPOS DE SOLUCIONES DM CLIMATIZACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 14
4. PUESTA EN MARCHA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 16
5. MATERIAL EN POLIPROPILENO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 19
6. EL CONCEPTO DE SEGURIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 21
1. EL DESARROLLO DE KARO
1.1. Primeros proyectos en Alemania
Los primeros proyectos realizados, se remontan a 1986: la primera operación en Berlín, tenía por objeto
calentar inmuebles mediante las tramas dispuestas en el techo y en paredes verticales. El nuevo sistema
dio resultados excelentes; confirmó rotundamente, que aún en condiciones severas de obra, no había
lugar a temores de daños u obturación de las tramas.
Trama KaRo para un techo enlucido
1 = colector 2 = tubos capilares 3 = bandas Omega 4 = retorno
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5
Las pruebas efectuadas en 1987 por los investigadores de la Universidad Técnica de Berlín (Institut
Hermann Rietschel), demostraron rápidamente que, gracias al efecto natural de la radiación, los paneles
equipados con tramas capilares, están perfectamente adaptados para la evacuación en inmuebles de
oficinas, de cargas térmicas altas, y siempre, con condiciones de confort irreprochables. Las únicas
necesidades de aire, son las de evacuación del aire viciado.
Por ello, las tramas KaRo están perfectamente adaptadas a inmuebles tales como edificios de oficinas
u hoteles, en los cuales, el confort es una exigencia de primer orden.
De hecho, una vez pasado el tiempo necesario para vencer la resistencia de los prescriptores, los paneles
KaRo conocieron al otro lado del Rhin, un desarrollo excepcionalmente rápido; actualmente, constituyen
en Alemania, Austria y Suiza, la referencia incontestable en materia de climatización.
Alemania/Austria
Año
Aplicación
Ciudad
Sistema KaRo
Cliente
Tramas
KaRo m2
1986
Casa individual
Berlín
Pared/suelo/techo
Herbst AG
1986
Oficinas
Hemsbach
Techo enlucido
Herbst AG
1.100
200
1988
Oficinas
Colonia
Techo metálico
Allianz
200
1988
Oficina clientes
Berlín
Techo metálico
Banque Weber
200
1988
Oficina + taller
Techo metálico
H+K Lichtwer
4.000
Versicherungs AG
Pharma
1988
Agencia banca
Berlín
Techo enlucido
Volksbank
350
1989
Banco
Viena
Techo metálico.
Wiener Sparkasse
1.300
1989
Agencia banca
Berlín
Techo enlucido
Berliner
350
Commerzbank
1.2. Bancos
La primera agencia de banca equipada con tramas KaRo, fue el banco Weber de Berlín, en Nürnberger
Strasse.
Zona de público del banco Weber
Esta primera instalación se realizó con panel metálico KaRo, completado con un sistema de ventilación
forzada, asegurando así la entrada de aire higiénico.
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El sistema produjo tal satisfacción, que un año después, se había instalado en los bancos Volksbank,
Commerzbank y sobre todo, en el Dresdner Bank de Frankfurt, con una superficie útil de 20.000 m2 de
paneles KaRo. Hoy, los bancos son el dominio predilecto de KaRo.
1.3. Oficinas y talleres
La industria de vanguardia, ha visto las ventajas de la misma manera:
En 1988, la sociedad Lichtwer Pharma, hizo construir un nuevo edificio de 4.000 m2 de superficie útil, una parte
para producción y otra para oficinas. El sistema de climatización inicialmente previsto, muy elegante (sistema
todo aire) no le convenció al cliente. La decisión de sustituir aquel sistema por el sistema KaRo, permitió, al
eliminar las voluminosas conducciones de aire, economizar una altura de piso completa.
En Lichter Pharma, las tramas KaRo fueron dispuestas sobre elementos metálicos en techos suspendidos.
En las oficinas, el aire higiénico se distribuía desde el suelo mediante zócalos difusores. En los locales
de producción, la ventilación se efectuó por el techo, para mantener la posibilidad de redistribuciones
ulteriores de tabiques.
Estos edificios, concebidos por los arquitectos Borchert & Oppert, constituyeron un éxito total y se convirtieron
rápidamente en una referencia incontestable en materia de diseño y de arquitectura interior.
Los empleados se encontraban tan satisfechos de sus nuevas condiciones de trabajo, que las expansiones
de los edificios en 1990, se llevaron a cabo rigurosamente bajo el mismo principio.
Llegó enseguida el turno (1989), a los edificios de la Caja de Ahorros de Viena (13.000 m2 de superficie
útil). Estos edificios se realizaron según el mismo concepto, pero añadiendo además la modalidad
“calefacción”, mediante la instalación hidráulica a 3 tubos 1 .
1 ver capítulo 2
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7
El principio de climatización de Lichtwer Pharma, creó escuela en todo Europa, y se tuvo en cuenta para
la realización en 1994 del centro administrativo de Nestlé Francia en Noisiel (30.000 m2 de superficie
de tramas). También ocurrió lo mismo con el mayor edificio administrativo construido en Suiza con el
sistema de 3 tubos: el techo KaRo de la Maison de Provence en Lausana, de 4.000 m2.
Avenida de Provence: uno de los primeros edificios suizos con los
paneles KaRo para climatización con frío y calor.
1.4. Europa
En 1989, las firmas Chaleur y Appelsa se convirtieron en los socios exclusivos de KaRo en Suiza.
Suiza
Aplicación
Ciudad
Sistema KaRo
Cliente
Tramas KaRo(m2 )
1991
Oficinas
Ginebra
Panel metálico
SI Rhône Fusterie
2.000
1991
Oficinas
Ginebra
Enlucido
Quai Mt Blanc 15
2.500
1992
Oficinas
Lausana
Panel metálico
Provencenter
4.000
Año
1992
Oficinas
Ginebra
Panel metálico
Hewlett Packard
800
1993
Oficinas Boutiques
Lausana
Panel metálico
ATTIAS SA
1.050
1997
Oficinas
Tour Peilz
Panel metálico
NESTLE
3.000
1997
Oficinas
Ginebra
Panel metálico.
LEVRIER PECOLAT
2.000
1998
Oficinas
Ginebra
Panel metálico
COURS RIVE 10
1.600
1998
Oficinas
Ginebra
Panel metálico
GENEX ROLEX
3.500
1998
Oficinas
Ginebra
Sto Silent
AMAG PALEXPO
120
Gd Chên 6
El desarrollo ha sido particularmente claro en Ginebra, donde se encuentran numerosos establecimientos
bancarios. Pero fue la ley sobre el ahorro de energía, la que constituyó el factor decisivo. Esta ley, que
fija los niveles de consumo energético de los edificios, en unas cotas extremadamente bajas, llevó al casi
abandono de los conceptos tradicionales, en beneficio de los sistemas de bajo consumo de energía,
como el sistema KaRo.
En Holanda, INTECO, hoy filial de Verhulst Luchtbehandling BV, se halla en la vanguardia de los paneles
de climatización. Proyectos espectaculares, especialmente el banco ABM Amro, han contribuido a que
también en los Países Bajos, los paneles KaRo se conviertan en el estándar para una climatización de
confort.
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8
Oficinas Hewlett Packard en Ginebra
A partir de 1992 en Francia, se han efectuado numerosas instalaciones, en colaboración con diferentes
empresas instaladoras.
Europa
En 1998 se superó la cifra de 1 millón de m 2 instalados en Europa. Hoy, los techos climáticos son un
producto estándar en países de Centro Europa y actualmente se instala asimismo en el Sur (Grecia,
España, ...).
1.5. Operación piloto en Berlín para muy bajo consumo de energía
La climatización por techos radiantes, opera con agua a temperaturas moderadas: 15 a 17°C para
refrigeración. Debido a ello, se pueden reducir drásticamente los consumos de energía, como se demostró
en el caso de una operación piloto, realizada dentro del marco de un programa de investigación de la
Comisión de la Comunidad Europea. Un edificio de oficinas en Berlín, fue acondicionado, de manera que
se substituyó el sistema ya existente (sistema todo aire) por techos KaRo, con ventilación forzada. Una
campaña de mediciones controladas, durante un periodo de dos años, ha confirmado la excelencia de
los rendimientos energéticos: el costo energético quedó establecido en menos de 0,6 €/m2 por año
(refrigeración + calefacción).
1.6. Mejoras tecnológicas
Uña
Junta tórica
Tubo
Enchufe rápido CC de la
red KaRo
En 1992, el sistema KaRo se hizo todavía más operacional, al ser introducida una innovación en su
prefabricación: los enchufes rápidos CC “Click & Cool.”, que permiten efectuar las conexiones hidráulicas
por simple introducción, sin soldadura ni calentamiento.
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La gama KaRo fue completada en 1996 con la serie C en cobre. Estas tramas presentan las mismas
ventajas que las tramas KaRo de la serie P, en polipropileno: tuberías de poco diámetro (2), que economizan
en materia prima cerca de un 50%, y una alta flexibilidad a la hora de instalar.
Las tramas KaRo de la serie C se usan allí donde se exigen normativas particulares para protección contra
incendios.
Otras variantes vieron la luz en 1997: se trata del panel KaRo StoSilent, desarrollado en colaboración con
Sto AG. Este panel prefabricado, de solamente 15 mm de espesor, se compone de tramas KaRo en cobre,
colocadas en sándwich, en paneles 2000 StoSilent de vidrio reciclado absorbente. El panel Placo T +,
también nació en el 97, diseñado en sociedad con Placoplatre.
Distintas gamas de placas de yeso, pueden hoy ser equipadas con tramas KaRo, colocadas en sándwich.
Por lo tanto, es posible instalar paneles acústicos sin microperforaciones, en construcción seca, a bajo
costo, y con funciones de refrigeración y calefacción.
1.7. Futuro
Con su poca necesidad de altura, su bajo consumo energético y sus ventajas en materia de confort y
calidad del aire interior, el sistema DM Climatización se halla bien situado, para convertirse en la referencia
española de los equipos terminales de climatización.
2. LAS TRAMAS KARO
La pieza clave del sistema Dm Climatización es su “trama KaRo” de tubos capilares. Esta trama está
formada por un “entramado” de tubos flexibles de pequeño diámetro (2/3 mm) con sus colectores de
alimentación.
El reducido espesor de las tramas, permite su encastrado en la superficie de muros, techos y suelos.
Permite, por lo tanto, transformar los elementos pasivos de la construcción en superficies de climatización
(frío y calor).
2.1. Interés de los tubos capilares
2.1.1. Homogeneidad de temperatura
Los tubos capilares están espaciados solamente 10/15 mm, mientras que en los paneles de frío normales,
los espacios varían, según fabricantes, entre 5 y 35 cm.
Las tramas KaRo aseguran de esta manera una excelente homogeneidad de temperatura en la superficie.
Esta homogeneidad, es superior a la de la mayoría de los productos normales.
Una consecuencia importante es la poca diferencia entre las temperaturas media y menor del techo.
Ahora bien, para evitar la aparición de condensaciones, la temperatura menor debe ser limitada a la
temperatura de rocío del aire interior, esto es, alrededor de los 15°C. Consecuentemente, el techo climático
Dm Climatización permite obtener una temperatura media menor, o sea, una mayor emisión de frío que
la mayoría de los demás modelos de techos fríos.
2 Ver 2.2.1
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10
Dm Climatización
Chapa metálica
Temp. media
Temp. máxima
Tubos gruesos
Chapa metálica
Temp. media
Temp. máxima
Variaciones de temperatura en los paneles de climatización
En el sistema Dm Climatización, la temperatura menor queda muy cercana a la temperatura media del panel.
Los cálculos en el caso de tramas enlucidas con yeso, demuestran que la efectividad térmica resultante
es del 98%. Esto significa que, aún en el caso ideal, en el cual los tubos capilares fueran reemplazados
por una lámina uniforme de agua, la efectividad podría mejorar solamente un 2%.
2.1.2. Economía en materia prima y efectividad térmica
Con relación a otras soluciones actuales (tubos de diámetro normal), el pequeño espacio entre tubos,
confiere ciertamente al sistema Dm Climatización, ventajas en cuanto a costos de transporte y de
fabricación, pero también en el tema ambiental. La comparación siguiente, muestra en efecto, que los
pequeños tubos permiten un ahorro en material del orden del 50%, manteniendo a la vez, un excelente
intercambio térmico y bajas pérdidas de carga.
Comparación entre tubos capilares y tubos de diámetro normal:
Tubos Capilares
Tubos de diámetro normal
Espacio entre tubos
mm
10
150
Diámetro de los tubos
mm
3,4
20
Espesor de los tubos
mm
0,55
2
35
36
Resistencia a la presión (3) bar
Superficie desarrollada
m2/m2
1,07
0,42
Masa total de los tubos
kg./ m2
0,48
0,49
l/m2
0,39
1,70
Diferencia de temperatura
pared interior/pared
exterior del tubo
K
0,23
2
Longitud de trama
m
Contenido de agua
Caudal necesario de agua (4) l/h
Pérdida de carga
Velocidad del agua
Número Reynolds
2
4
2
4
40
80
40
80
m c.a.
0,2
0,55
0.03
0,12
m/s
0,27
0,535
0,065
0,13
-
540
1080
910
1820
3 Ver 6.1
6 Para una diferencia de temperatura de 3°C entre entrada y retorno
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11
Comentarios:
1) Aplicando los espacios entre tubos normalmente usados, para obtener una superficie suficiente de
intercambio, es necesario utilizar tubos de diámetros mayores, que los necesarios para asegurar una
buena circulación de agua.
2) La resistencia conductiva, constituye una limitación para los tubos de plástico de diámetros normales.
Esta limitación, poco molesta en tubos de calefacción empotrados, resulta mucho más molesta en paneles
fríos, donde las diferencias de temperatura disponibles, son pequeñas. Con los tubos capilares, la resistencia
de los conductos ya no es un escollo; en efecto, al ser el espesor de los tubos mucho menor, y su superficie
de desarrollo por lo menos igual, esta resistencia es prácticamente irrelevante.
3) La superficie de intercambio necesaria, se puede obtener con una sección total menor, lo cual permite
reducir la sección de los tubos. La limitación más importante, es entonces la pérdida de carga, la cual
debe ser mantenida suficientemente baja. En la práctica, la pérdida de carga de las tramas KaRo es
inferior a 2m.
4) La masa de los tubos es menor, pues aunque la superficie desarrollada sea mayor, no es ya necesario,
tener que utilizar tubos de mayor espesor, para asegurar la resistencia a la presión.
2.1.3. Pérdida de carga
Con los tubos capilares (ver tabla), la pérdida de carga es algo mayor que con tubos de diámetro normal,
pero esto no es un inconveniente, sino todo lo contrario.
En efecto, trabajos científicos demuestran que con tubos dispuestos en paralelo, con circulación turbulenta,
los caudales están desequilibrados. Los caudales son menores en los tubos del centro; y son tanto
menores cuanto menor sea la pérdida de carga.
Con las tramas KaRo, no hay temor a tal desequilibrio: la pérdida de carga es suficiente para asegurar
el buen reparto de caudales.
Por otro lado, la circulación por tubos capilares es siempre laminar; y en consecuencia, la pérdida de carga
en las tramas KaRo, es proporcional al caudal de agua y no al cuadrado del mismo. Así, el caudal de agua
puede ser aumentado mucho más fácilmente, si fuera necesario (locales de gran profundidad).
Tubo grueso
Trama KaRo
Mucha
agua
Poca cantidad de agua
circulación laminar
Tubos
largos
Tubos cortos
Pérdida de carga baja
Comparación de los principales sistemas de circulación de agua.
Con el sistema Dm Climatización, la velocidad del agua es solamente de 20 a 60 cm/s, ya que el caudal
de agua se reparte por los tubos en paralelo.
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2.2. Materiales
Las tramas KaRo se fabrican, en plástico o en cobre:
•
Tramas KaRo en cobre (serie C)
•
Tramas KaRo en polipropileno (serie P)
2.2.1 Serie C (Cobre)
Las tramas KaRo de la serie C, son de cobre con capilares de un diámetro de 2,4 mm; presentan las
ventajas indicadas a continuación:
•
Menor costo de materia prima (50% menos que en tubos recios)
•
Volumen de agua reducido
•
Alto rendimiento térmico
Las tramas KaRo de la serie C, se fabrican con la técnica Overlay, gracias al desarrollo de un automatismo
especial de soldadura: tubos capilares soldados tangencialmente sobre los colectores, de forma que no
se produce curvatura de los tubos en su conexión con los colectores. El conjunto, cuando se coloca
sobre una bandeja metálica, se adhiere a la bandeja en toda la longitud de los tubos: por lo tanto, no se
produce ninguna disminución de rendimiento térmico por efecto de bordes.
Gracias a su pequeño diámetro y a su forma oval, los tubos capilares de cobre se adaptan bien a las
placas de techo.
2.2.2. Serie P (Polipropileno)
Las tramas KaRo de la serie P, se fabrican en polipropileno. Los tubos capilares son unidos a los colectores
mediante un proceso especial de fabricación. Gracias a su flexibilidad, las tramas se adaptan a cualquier
superficie, y especialmente, a las superficies abovedadas.
Anchura
Anchura
Colectores a un lado
Colectores en dos lados
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La resistencia a la corrosión del polipropileno, permite su incorporación al enlucido. Se utiliza generalmente
el modelo con los dos colectores dispuestos en el mismo costado, de manera que la trama completa
tiene una altura de 3 a 5 mm solamente. Puede ser encastrada en enlucidos de poco espesor, a condición
de colocar colectores adecuados.
Para paneles de techo registrable se utiliza generalmente el modelo equipado con conexiones rápidas.
3. TIPOS DE SOLUCIONES DM CLIMATIZACIÓN
Paneles fríos
Paneles a convección
Paneles radiantes
Enlucido
Enlucido encastrado
Enlucido en Pefoplaque
Suspendido
Desmontable o no
Panel registrable
Panel metálico
Panel multi placas
Placas metálicas
Panel baffle
Baffles metálicos
verticales
Los diferentes tipos disponibles de soluciones, son:
3.1. Solución Dm Climatización para enlucido.
Las tramas se fijan al techo bruto y luego se lucen. Los enlucidos habituales, yeso, calcáreo, cemento o
insonorizados, son perfectamente adecuados.
Las tramas para enlucido, son especialmente adecuadas para rehabilitaciones, donde son particularmente
apreciadas dada su poca altura. Igualmente pueden ser instaladas en paredes verticales.
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3.2. Solución Dm Climatización para placa de yeso seca.
Las tramas pueden ser utilizadas también en construcción seca. No es necesario reservar un emplazamiento
para los colectores. En este tipo de ejecución, las tramas se colocan entre el aislamiento y la placa de
yeso.
El panel StoSilent5 es un modelo especial, destinado a locales con exigencias particulares en cuanto a
atenuación acústica. Se trata de un panel insonorizado de vidrio reciclado, compuesto por un panel
acústico 2000 StoSilent de la firma Sto AG, y la integración de una trama KaRo de cobre.
3.3. Solución Dm Climatización para techos registrables.
Todos los modelos de panel metálico, pueden ser convertidos en techos climáticos Dm Climatización,
sea cual fuere su tipo de superficie (lisa, perforada, con color...).
5 Ver documentación Sto
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Dm Climatización ofrece al mercado su panel climático. Se trata de una bandeja metálica de diferentes
tipos y colores, equipada desde fábrica para climatización.
4. PUESTA EN MARCHA
"¡Las soluciones Dm Climatización, se regulan como la luz!".
La explicación de esta impresión espontánea, reside en su poca inercia térmica, pero también en su
efecto de autorregulación.
4.1. Inercia térmica
Al activar el sistema de climatización, las potencias evacuadas por la puesta en circulación del agua fría,
son muy superiores a la potencia nominal del techo. Al poner en marcha el sistema, las temperaturas
del techo, son del orden de 25 a 30°C, en lugar de los 18 a 20°C del funcionamiento normal. Otra explicación
es, que los coeficientes de transferencia térmica son mucho mayores que en funcionamiento normal, ya
que durante los primeros minutos, se evacua esencialmente el calor del techo y no el de la habitación.
La potencia evacuada es, por lo tanto, alta. Si esta potencia no estuviera limitada por el caudal de agua,
sería del orden de varias centenas de W/m2 para paneles metálicos, y superior a 1000 W/m2 en techos
enlucidos con yeso (donde la transmisión térmica del contacto tubo/yeso es excelente – tubos totalmente
"mojados"). Teniendo en cuenta los valores habituales de caudales de agua, las potencias efectivamente
evacuadas son menores. En el momento en que se activa la climatización, las potencias están limitadas
a alrededor de 150/200 W/m2 para techos metálicos, y a unos 200/250 W/m2 para techos enlucidos.
Decrecen enseguida, a medida que el techo se enfría, algo más lentamente en el caso de techos enlucidos
que en el de techos metálicos.
¿Cuánto tiempo se necesita para enfriar el techo?
Como ya se indicó, al poner en marcha, es necesario enfriar el techo unos 8°C (ver tabla). La capacidad calorífica
es de unos 10 Wh/m2 para techos metálicos y de 40 Wh/m2 para enlucidos con yeso (ver tabla).
Para una variación de temperatura de 6 K, la capacidad térmica del techo metálico Dm Climatización
es solamente de 10 Wh/m2.
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Material
Calor específico
KJ/Kg K
Peso específico
kg/m3
Peso
kg/m2
Techo metálico
0,48
7800
5,46
Agua
4,18
1000
1,5
980
Polipropileno
Capacidad térmica
Wh
%
5,9
62%
0,285
2,7
28%
0,28
0,9
10%
9,5
100%
SUMA
Esto corresponde al 15% de la emisión frigorífica horaria del techo. Teniendo en cuenta la conductividad
térmica entre los capilares y la placa metálica, el techo climático (metálico) Dm Climatización , alcanza
su plena potencia frigorífica en unos pocos minutos.
Los techos enlucidos Dm Climatización presentan las mismas cualidades, ya que el pequeño diámetro
de los tubos capilares permite ligeros espesores de lucido. También en este caso, en pocos minutos de
funcionamiento, se alcanza la capacidad térmica.
Material
Calor específico
Peso específico
Peso
kJ/Kg K
kg/m3
Kg/m2
Wh
%
Yeso
1,09
1000
10,000
36.6
87%
Agua
4,18
1000
0,285
2,7
10%
1,5
980
0,280
0,9
3%
40.0
100%
Polipropileno
SUMA
Capacidad térmica
Teniendo en cuenta las potencias evacuadas, los tiempos de puesta a régimen serán de 3 a 4 minutos para
los techos metálicos. Para los techos enlucidos, los tiempos son sólo ligeramente superiores.
Las grabaciones termográficas que la universidad de Stuttgart /1/ llevó a cabo, lo confirman: el sistema
Dm Climatización puede ponerse a temperatura y ser parado en pocos minutos.
Start
1 Minute
2 Minutes
3 Minutes
Puesta en temperatura de un techo metálico Dm Climatización (KaRo)
El techo libera lo esencial de su potencia frigorífica a partir del 3er minuto
5 Minutes
30 Minutes
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Los registros termográficos de pruebas de techo enlucido, muestran los mismos resultados que los del
techo metálico. La potencia frigorífica se alcanza a los pocos minutos de la puesta en marcha. Al parar,
el retorno a las temperaturas normales es naturalmente algo más lento, pues hay que considerar el calor
almacenado en la parte del techo que se encuentra por debajo de la trama de tubos capilares.
Start
1 Minute
3 Minutes
5 Minutes
10 Minutes
15 Minutes
4.2. Efecto autorregulación
Los techos climáticos Dm Climatización requieren temperaturas de agua muy moderadas. Esta
particularidad conduce a un efecto de autorregulación, desconocido por los demás sistemas de
climatización. De hecho, se produce una modulación automática de aportaciones según sea necesario:
1) Modulación según el número de personas
La autorregulación se debe al hecho que la temperatura del techo es generalmente del orden de 17 a
20°C, con temperaturas del local comprendidas entre 20 y 25°C, y temperaturas de la piel de los ocupantes
de 32°C.
La diferencia de temperatura se establece pues, en unos 14 K para las personas y en 3 a 5 K para el local.
Es con los ocupantes, con quienes los intercambios térmicos serán más importantes. Cuando ellos se
ausenten del local, disminuirá automática e instantáneamente la emisión de frío.
2) Modulación según la temperatura del local
Cuando la temperatura del local varía, la emisión se adapta: será más fuerte cuanto más alta sea la
temperatura (caso frecuente en el verano). Por el contrario, es rigurosamente imposible que un eventual
fallo de la regulación pueda conducir a temperaturas demasiado bajas: la temperatura del local no puede
descender por debajo de la temperatura del techo, esto es 17 a 20°C.
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5. MATERIAL EN POLIPROPILENO
Las tramas KaRo de la serie P, se fabrican en polipropileno (calidad PPR: Polypropylène-RandomCopolymerisat). Este polipropileno es especialmente adecuado para tuberías de agua sometidas largo
tiempo a altas temperaturas. El polipropileno ha sido suficientemente probado después de decenios de
aplicación en calefacción por suelos y en alimentación de agua potable.
5.1. Propiedades mecánicas
La resistencia a la presión de los tubos de plástico, depende de su espesor y de su resistencia al
envejecimiento.
El criterio de calidad para apreciar la resistencia mecánica de los tubos de plástico, es el módulo de
elasticidad o módulo de Young E, que se expresa en N/mm2.
10,00
Módulo de elasticidad
9,00
8,00
7,00
6,00
5,00
Colectores KaRo
4,00
Capilares
3,00
2,00
1,00
0,00
20
25
30
35
40
45
50
Temperatura
Para la determinación de la resistencia a la presión de sus tubos, los fabricantes aplican en laboratorio,
los procedimientos de ensayo normalizados para tubos soldados y piezas auxiliares. Las muestras son
ensayadas a diferentes temperaturas y a diferentes presiones internas, hasta su ruptura. Los resultados
se analizan luego, de acuerdo con métodos probados, que determinan el valor límite de resistencia a la
presión, para una vida útil codificada (generalmente 50 años).
Para extrapolar estos resultados a otros diámetros o espesores de tubos, se usa la ecuación indicada a
continuación, que determina el valor del módulo de elasticidad correspondiente a los materiales
probados en laboratorio. Conocido el valor de E, se pueden deducir los valores límites de presión para
cualquier valor de D y e:
E = P * (D - e) / 2e
donde:
P = presión interior, en N/mm2
D = diámetro exterior del tubo en mm
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Esta fórmula permite por extrapolación, caracterizar los materiales sometidos a ensayos de
envejecimiento y de resistencia a la presión, en una magnitud independiente a las dimensiones
del tubo.
La fórmula muestra que el factor clave es el espesor relativo de la pared respecto al diámetro. Un tubo
capilar de 2 mm de diámetro, con un espesor de pared de 0,2 mm, dará la misma resistencia a la presión
que un tubo de 20 mm de diámetro y de 2 mm de espesor de pared.
Para el polipropileno de las tramas KaRo, los ensayos de laboratorio extrapolados a una vida de
funcionamiento de 50 años, con las temperaturas normales de funcionamiento de los paneles (30°C),
conducen a un valor práctico de módulo de elasticidad:
E = 9 N/mm2,
Ahora bien, las tramas KaRo presentan un espesor de pared relativo respecto al diámetro, del 10%
(colectores) o del 20% (capilares).
Si se consideran las condiciones estándar de utilización (presión de agua de 4 bares, o sea 0,4 N/mm2),
la ecuación anterior indica, que el módulo de elasticidad debe ser como mínimo de 1,8 N/mm2 para los
colectores y de 1,0 N/mm2 para los tubos capilares.
Se define así, que la resistencia a la presión de los tubos (para uso a 4 bares), queda asegurada durante
50 años con un factor de seguridad muy alto: 5 ó 9 según se trate de los colectores o de los capilares.
En realidad, el factor de seguridad será generalmente mayor, si los techos climáticos funcionan gran
parte del tiempo en modo frío y alcanzan raramente temperaturas superiores a 30°C.
Finalmente, más allá de las consideraciones teóricas, la mejor medida de la resistencia a la presión es
ciertamente la experiencia acumulada por las conducciones de calefacción de polipropileno.
Las innumerables obras realizadas, testimonian de hecho, la buena respuesta de este material a la
presión, en instalaciones tradicionales de calefacción por suelos.
Con las tramas KaRo, la resistencia a la presión es todavía mejor. En efecto, al ser las temperaturas de
agua más moderadas y el espesor relativo de las paredes de los tubos capilares mayor, la fórmula indica
que la resistencia a la presión será todavía mayor.
5.2. Propiedades físicas
El polipropileno usado para las tramas KaRo, corresponde a la recomendación VII para polipropileno,
del Servicio Federal Alemán de la Salud (BGA), lo cual asegura que no presenta ningún inconveniente
en el ámbito sanitario. Incluso los conductos de agua caliente y fría para agua potable, se fabrican en
polipropileno.
5.3. Resistencia a los rayos ultravioleta
En servicio normal, las tramas KaRo de la serie P, evidentemente no están expuestas a la acción de los
rayos ultravioleta. Conviene sin embargo, vigilar que durante su montaje, no sean expuestas a una
radiación solar excesiva. En interiores, no existe el problema, ya que el vidrio absorbe la mayor parte de
los rayos UV. Para su transporte, las tramas KaRo y sus tomas, van en embalajes protectores.
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5.4. Combinación con el cobre
El polipropileno puede ser montado con conducciones de cobre, pero no puede estar en contacto
permanente con cobre. Por ello, los montajes cobre/polipropileno, se efectúan con uniones de latón.
5.5. Polipropileno = material reciclable
El polipropileno es totalmente reciclable. Los grandes productores de materias primas, trabajan sobre
los procesos de reciclaje del polipropileno. Las piezas de polipropileno usadas en automoción, edificios
y aparatos domésticos, deben ser tratadas para su nuevo uso, en las instalaciones de reciclaje.
5.6. Comportamiento del polipropileno en caso de incendio
El polipropileno está exento de materias nocivas que puedan contaminar el medio ambiente. En caso
de incendio, los gases quemados (dióxido de carbono y agua), son totalmente inofensivos. En techos
metálicos suspendidos, las tramas KaRo quedan aisladas del local por la placa metálica y en plenum,
por un material aislante.
Los techos con tramas KaRo son adecuados para oficinas, gracias a esta protección, como muestra el
PV K 30 del Instituto para Materiales de Construcción, Construcción Pesada y Protección contra
Incendios de Braunschweig.
5.7. Eliminación de desechos
Incluso si el polipropileno debe ser eliminado como desecho, en el caso de que su reciclaje no fuera
rentable, este material se distingue por su impacto positivo sobre el medio ambiente. Puede ser
eliminado, por lo tanto, en instalaciones de incineración de basuras, sin problemas, pues está exento de
substancias nocivas contaminantes, y su combustión no produce más que CO 2 y vapor de agua. Se
comporta de manera neutra en sus transformaciones. Gracias a su insolubilidad en el agua, no constituye
amenaza alguna ni a las aguas subterráneas, ni al suelo.
6. EL CONCEPTO DE SEGURIDAD
El concepto de seguridad KaRo garantiza la explotación de las tramas durante largos años. Engloba el
sistema, la producción y el montaje.
6.1. El sistema
Después de instalada la primera trama de tubos capilares, la pregunta que surge con más frecuencia, se
refiere al riesgo de obturación de los tubos capilares.
La respuesta es claramente "no". En efecto, los techos Dm Climatización están separados
hidráulicamente del circuito primario de agua por los intercambiadores de calor, y los componentes
utilizados, son insensibles a la corrosión. Por lo tanto, el riesgo de obturación no es más importante que
con los sistemas habituales (tubos de gran diámetro).
La experiencia de las instalaciones en servicio, lo confirma con amplitud.
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6.1.1. Riesgo de cubrirse de sarro
En las tramas el peligro del sarro queda excluido, ya que todo el sistema va en circuito cerrado, sin
renovación de agua. Además, incluyendo las adiciones ocasionales de agua después de operaciones de
mantenimiento, no existe riesgo de sarro, pues las temperaturas nunca exceden el umbral a partir del
cual se puede producir el riesgo de sarro (alrededor de 40°C según la dureza del agua).
6.1.2. Riesgo de corrosión
Los circuitos hidráulicos de acero pueden ser taponados por barros si penetra oxígeno en el circuito. En
el sistema Dm Climatización, queda excluida toda producción de herrumbre, ya que el agua en
circulación solamente está en contacto con plástico, con acero inoxidable, o con materiales no férricos.
El agua permanece clara aún después del paso de años.
Es por lo tanto totalmente superfluo, incluir inhibidores de corrosión en el sistema Dm Climatización; se
usa agua de la red sin tratar.
6.2. Producción
Las tramas son fabricadas en máquinas patentadas y sometidas a un control de calidad continuo y
exhaustivo.
Cada trama KaRo es sometida en fábrica, a una prueba de presión de 12 bares antes de salir al exterior.
6.3. Montaje
Todas las piezas constitutivas del sistema Dm Climatización están concebidas para un montaje sencillo
y seguro. Instrucciones y formación, facilitan el ensamblaje en la obra. Cada instalación es sometida
después del montaje a una prueba de presión con acta de la misma. Para las pruebas se utilizan
presiones superiores a las de funcionamiento.
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CAPÍTULO 2. CIRCUITO HIDRÁULICO
Las soluciones Dm Climatización son controladas desde una subestación hidráulica de distribución,
con sistemas de 2 ó 3 tubos, o por bucle periférico.
ÍNDICE
1. PRESENCIA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 23
2. REGULACIÓN DE TEMPERATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 23
3. DISTRIBUCIÓN POR COLECTORES. SISTEMAS A 2 Ó 3 TUBOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 24
4. DISTRIBUCIÓN POR BUCLE PERIFÉRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 27
5. EVOLUCIÓN ARQUITECTÓNICA: LOS TECHOS SUSPENDIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 28
6. FLEXIBILIDAD DE LOS TECHOS ENLUCIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 29
1. PRESENCIA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR
2 tubos
3 tubos
agua caliente
agua fría
agua fría
agua caliente
Igual que en cualquier circuito de material plástico, se debe evitar el riesgo de corrosión debido a la
permeabilidad del material al oxígeno. Esto se consigue con el empleo exclusivo de materiales que no
se corroan, y con intercambiadores de placas que aseguren la separación entre el circuito primario y el
secundario. Como las temperaturas del circuito secundario jamás exceden los 35°C, no hay riesgo de
sarro. Por lo tanto, se puede usar agua no tratada para rellenar el circuito primario.
2. REGULACIÓN DE TEMPERATURA
La regulación se define generalmente, local por local; cada local dispone de su propia regulación de
temperatura mediante una electro-válvula en la salida de la distribución.
Cuando las tramas se montan únicamente para frío, se puede limitar la regulación a un control de temperatura
centralizado en la distribución del agua. Esta solución, reservada para locales con pocas exigencias de confort,
sólo conviene si tales locales presentan necesidades de frío parecidas.
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23
En este caso, los usuarios no tendrán la posibilidad de regular ellos mismos la temperatura del local, lo
cual limita esta modalidad, a aplicaciones específicas (por ejemplo: locales de instrucción, centros de
vacaciones).
Cuando se usa el sistema para calefacción, es recomendable optar por un reglaje de temperatura
individual para cada zona. Esto se consigue mediante electro-válvulas. En el caso de una distribución
con subestaciones, estas válvulas se montan en las subestaciones de piso. Para bucle periférico, se
disponen de forma localizada. Esta última solución, aunque es algo ventajosa en cuanto a costo de
instalación, lo es menos, evidentemente, para trabajos de mantenimiento (1).
Colector
periférico
Válvula de regulación
en el pasillo
Subestación secundaria
3. DISTRIBUCIÓN POR COLECTORES
3.1. Sistema a 2 tubos
Cuando las tramas se usan solamente en modo frío, la conexión es necesariamente por el sistema a 2
tubos.
1 Más información sobre el tema en el capítulo 3: Regulación.
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24
Figura 1. Sistema Dm Climatización con subestación de piso, sistema a 2 tubos
5
4
8
2
3
1
1 = Bomba, 2 = intercambiador de calor, 3 = conexión agua caliente/fría,
4 = reguladores de caudal, 5 = válvulas termostáticas.
Las tramas capilares se utilizan tanto para frío como para calor. Esto permite, como en las instalaciones
tradicionales de ventilo-convectores, asegurar calefacción y refrigeración. La conexión 2 tubos tan sólo
necesita un intercambiador de calor (Figura 1), alimentado, bien por agua caliente o por agua fría, según
la época del año.
Este sistema es particularmente económico y en general es suficiente para asegurar un confort correcto.
Es adecuado cuando las subestaciones sirven a locales de características térmicas comparables – caso
por ejemplo de locales situados en la misma fachada. Se debe instalar una regulación central que
controle el paso de frío a calor.
4
5
2
6
3
7
1
Figura 2. Esquema de una subestación con distribución a 3 tubos.
1 = Bomba, 2 = intercambiador frío, 3 = intercambiador calor, 4 = regulador de caudal,
5 = válvulas frío, 6= válvulas calor, 7 = conexión agua caliente.
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El sistema a 3 tubos incluye una subestación con dos intercambiadores. Al disponer 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 a 3 tubos, se utiliza solamente una bomba. El agua circula en función de las
válvulas de reglaje “frío/calor”, a través de los intercambiadores de frío y calor.
El agua proveniente de los locales climatizados con frío, y el agua de los locales con calefacción, tienen
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,
las diferencias de temperatura de retorno de frío o calor son pequeñas.
Puede ocurrir que una misma subestación 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.
3.3. Subestación hidráulica
Figura 3. Subestación de planta para 10 salidas.
Las subestaciones aíslan la red del circuito secundario del agua primaria. Alimentan, por lo general, un
piso o nivel y agrupan en una unidad compacta, el conjunto de válvulas de regulación, reguladores de
caudal, termómetros, etc. Incluyen también, los intercambiadores de calor, los depósitos de expansión,
los dispositivos de seguridad y la bomba de circulación.
Con conexiones a 2 ó 3 tubos, es necesaria una subestación hidráulica.
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4. DISTRIBUCIÓN POR BUCLE PERIFÉRICO
En el caso de distribución por bucle, las válvulas de regulación se distribuyen de forma localizada. La
subestación es remplazada por un conjunto más compacto, compuesto por la bomba de circulación, el
intercambiador y el depósito de expansión.
El intercambiador de calor, el depósito de expansión, el dispositivo de seguridad y la bomba de
circulación, se colocan en el módulo de piso. Este conjunto puede ser fácilmente montado en los
diferentes pisos, gracias a sus reducidas dimensiones.
6
5
4
2
3
1
Figura 4. Colector periférico para un sistema a 2 tubos.
1 = bomba, 2 = intercambiador, 3 = conexión agua fría/caliente, 4 = regulador de caudal,
5 = válvula de regulación, 6 =colector principal.
Se instala en el pasillo un tercer colector equipado con válvulas de reglaje “calefacción”, destinado a
conectarse al intercambiador de calor suplementario de la subestación.
6
5
2
7
4
3
1
Figura 5. Bucle periférico para sistema a 3 tubos.
1 = bomba, 2 = intercambiador frío, 3 = intercambiador calor, 4 = reguladores de caudal,
5 = válvula de frío, 6 = colector principal calor, 7 = válvula de calor.
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5. EVOLUCIÓN ARQUITECTÓNICA: LOS TECHOS SUSPENDIDOS
Oficinas y locales comerciales, son a menudo objeto de cambios de interiores. Cuando se desplazan los
tabiques, los techos climáticos deben ser adaptables a las nuevas condiciones, sin costes suplementarios.
El sistema de distribución por bucle periférico permite flexibilidad total en este sentido.
Simplemente, con abrir o cerrar las válvulas, se adapta instantáneamente la conexión hidráulica a la
nueva distribución de locales.
5.1. Distribución de locales
2
3
4
5
6
7
8
9
longitud local
= dos módulos
Figura 6.1. Techo Dm Climatización instalado con
válvulas de corte
Válvula de 1/4 de giro
cerrada para separar
el local
El techo puede ser adaptado rápidamente a la nueva
distribución.
= Abierto
= Cerrado Ejemplo de local con dos sectores
La Figura 6.1 muestra como ejemplo una disposición típica de techo en una oficina. Al instalar, se montan
las bandejas climáticas Dm Climatización que incluyen las tramas ya integradas en fábrica.
Los perfiles forman al mismo tiempo, las guías para los tabiques de separación, según el diseño del
edificio.
La suspensión de los perfiles se usa al mismo tiempo, para la fijación de las tuberías de distribución a
las cuales se conectan las bandejas climáticas por medio de flexibles.
2
3
4
5
6
7
8
9
longitud local
= 4 módulos
Válvula de 1/4 de giro
cerrada para separar
el local
Figura 6.2. Cambio de distribución a 4 módulos
= Abierto
= Cerrado Ejemplo de local con dos sectores
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28
Los tubos de distribución están unidos a la entrada por una tubería de compensación continua,
alimentada a través de válvulas de regulación de zona.
La tubería de compensación continua, está equipada entre los tubos de distribución, con “válvulas de
corte”. Con estos dispositivos de cierre, las placas de techo pueden ser fácilmente adaptadas a la
separación de locales mediante una sencilla regla:
Cerrar los dispositivos de corte de local cercanos a los tabiques de separación. Abrir todos los demás
dispositivos.
La Figura 6.1 muestra un ejemplo de locales con 3 y 2 sectores. Los dispositivos de corte, en los sectores
4 y 6, están cerrados.
En la Figura 6.2, el tabique de separación ha sido desplazado del sector 6 al 8. La distribución ha sido
adaptada mediante el dispositivo de corte, abriendo la válvula del sector 6, y cerrando la del sector 8.
5.2. Regulación
La adaptación de los techos climáticos Dm Climatización a los tabiques de separación desplazados, se
puede realizar sin utillaje, abriendo y cerrando simplemente los dispositivos de corte del local.
Únicamente para la conexión eléctrica de las válvulas de regulación, se necesita un destornillador. Es
posible que con el desplazamiento de los tabiques de separación, se haga necesario modificar la
conexión de las válvulas de regulación, en función de los termostatos del local.
Regulador electrónico
Para una regulación numérica, será suficiente con modificar el destino de las válvulas de regulación. El
reglaje digital, puede ser programado en fábrica, de manera que el usuario pueda modificar la disposición
sin conocimientos de programación, simplemente por medio del teclado.
Regulador analógico
Si las válvulas de regulación están colocadas sobre los distribuidores de piso, todos los cables eléctricos
de conexión, se llevan también a ese punto desde los termostatos. Solamente habrá que cambiar los
bornes de ciertos cables numerados, que van a las válvulas de reglaje, también numeradas.
Si las válvulas de reglaje son instaladas en el techo del pasillo, no hay necesidad de ejecutar los trabajos
de montaje en las oficinas. Sólo habrá que modificar los cables eléctricos de conexión entre las válvulas
del techo, en el pasillo.
2 Ver figura 6.1 y 6.2.
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6. FLEXIBILIDAD DE LOS TECHOS ENLUCIDOS
Los edificios con techos Dm Climatización enlucidos con yeso, pueden ser adaptados de la misma
manera, sin costos extras, a las operaciones de redistribución de locales con desplazamiento de tabiques.
Durante la instalación, la implantación de las tramas se efectuará teniendo en cuenta el diseño del
edificio: los tubos de alimentación de las tramas se unirán entre ellos mediante una conducción que
permita el cambio de zona de las válvulas de cierre al lado de cada local, en el plenum en el pasillo.
La simple apertura o cierre de estas válvulas, permite adaptar la configuración de las superficies
elementales a la nueva disposición de locales. Se colocan las tramas bajo el enlucido( ), dispuestas en
bandas longitudinales según el diseño del edificio, con zonas muertas destinadas a recibir los eventuales
tabiques de separación.
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30
CAPÍTULO 3. REGULACIÓN
En techos climáticos y en calefacción por el suelo, la regulación termostática controla la entrada 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 elemento específico.
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 los 80, se usa en la
actualidad sistemáticamente para la climatización por techo frío.
Con las soluciones Dm Climatización, el control de la temperatura y la protección contra las
condensaciones, quedan garantizadas.
ÍNDICE
1. REGULACIÓN TERMOSTÁTICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 31
2. PROTECCIÓN CONTRA LA CONDENSACIÓN. GENERALIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 32
3. PROTECCIÓN CONTRA LA CONDENSACIÓN. SOLUCIONES TÉCNICAS . . . . . . . . . . . . . Página 34
4. DETALLES COMPLEMENTARIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 36
5. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL REGULADOR TAUKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 37
1. REGULACIÓN TERMOSTÁTICA
La figura 1 representa el esquema de principio de regulación, para un sistema a 2 tubos.
Cuando el techo se utiliza como calefacción en invierno y como refrigeración en verano, el regulador
dispone de conmutación invierno/verano.
Se acciona bien manualmente mediante conmutador, o bien a distancia si el regulador (termostato) está
conectado a un sistema de control.
3
2
1
Figura 1. Regulador de temperatura ambiente para sistema a 2 tubos
1 = Regulador
2 = Sonda de punto de rocío
3 = Válvula termostática
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Como representa la Figura 2, el regulador controla, en función de la temperatura del local, la maniobra
bien sea de la electroválvula 3 (frío), o de la electroválvula 4 (calor).
Figura 2 : Regulador de temperatura ambiente para sistema a 3 tubos.
1 = Regulador
2 = Sonda de punto de rocío
3 = Válvula termostática - circuito agua fría
4 = Válvula termostática - circuito agua caliente
2. PROTECCIÓN CONTRA LAS CONDENSACIONES. GENERALIDADES
Para optimizar el costo de las instalaciones, es interesante bajar la temperatura de llegada del agua fría,
y así poder reducir la superficie activa. La reducción de temperatura se puede obtener sin incidir sobre
el confort, siendo la principal limitación, el riesgo de aparición de condensaciones.
La prevención del riesgo de condensación constituye un factor determinante a la hora de dimensionar
instalaciones de techos fríos. A continuación, se evalúan dichos conceptos.
2.1. Evaluación del riesgo de condensación. Comparación entre ciudades europeas
Para evaluar el riesgo de condensación, un indicador de la humedad del aire, es la temperatura de rocío.
La Tabla 1 indica, para diferentes ciudades, la temperatura de rocío del aire exterior, en verano. Se
observan variaciones notables (alrededor de 5°C); el clima de las regiones mediterráneas es más húmedo
en verano, lo cual significa que en ellas, será necesario tomar precauciones que eviten el riesgo de
condensación.
°C
Berlín
Madrid
Bilbao
Barcelona
Sevilla
Paris
Salamanca
Cáceres
T. seca
26
36
30
29
38
28
34
36
T. rocío
16,5
13
17,2
21
18
17,5
9
8
Tabla 1 – Valores de temperatura exterior (p=1%) en verano, para diferentes ciudades (según ASHRAE y Normas UNE).
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2.2. Determinación del punto de rocío del aire interior
La temperatura de rocío del aire interior, depende de la producción de humedad debida a los ocupantes,
la humedad del aire exterior y la ventilación.
Para un inmueble con renovación de aire por impulsión, sin posibilidad de abrir ventanas, (caso general
en grandes edificios de oficinas) la humedad del aire interior se calcula de la siguiente manera:
Wint . = Wext + ___
P. t
3 .n
donde:
P
g/h oc.
t
oc./m 2
n
vol/h
Wint
Wext
g/kg aire sec
g/kg aire sec
Producción de humedad por ocupantes: 65g/h en condiciones medias,
Tasa de ocupación, por ej. 0,1 ocupantes por m2,
Tasa de aire nuevo – valores tipos: desde 1 vol/h - ventilación clásica por
mezcla, a 2,5 vol/h - ventilación forzada,
humedad del aire interior,
humedad del aire exterior.
En la práctica, las variaciones de humedad en los locales, son amortiguadas en gran manera, por el efecto
higroscópico de los materiales presentes (paredes, mobiliario, papel, etc.); el pico de humedad exterior,
se reduce. Se puede considerar que sin abrir ventanas, esto corresponde a una disminución del punto
de temperatura de rocío, de alrededor de 2°C para ventilación forzada y de 1°C para ventilación por
desplazamiento.
KaRo funciona hace años en Marsella, en Mónaco, en Grecia y en España. El uso de sondas de punto de
rocío y ventilación mediante aire tratado, es suficiente para un funcionamiento de total seguridad de
estas instalaciones. La Norma UNE indica los caudales de aire exterior para renovación en distintos
locales.
2.3. Comentarios
Se considera generalmente, que para evitar el riesgo de condensaciones, conviene respetar la regla
siguiente:
Ttecho frío -Trocío aire interior > 1°C
Para el clima de una ciudad como Madrid, esta regla, da temperaturas de entrada del agua, del orden
de 14°C, lo cual garantiza la climatización sin riesgo de condensaciones.
En la práctica sin embargo, hay que tener en cuenta dos factores que unidos, tienen un gran impacto al
diseñar techos fríos:
a) Durante los estudios de cargas es difícil prever correctamente el valor máximo de temperatura de rocío
del aire interior. Este valor depende de numerosos parámetros: número de ocupantes, condiciones
climáticas exteriores, efecto higroscópico, tasa real de ventilación. El valor de 14°C indicado para el clima
de Madrid, es teórico, y será necesario utilizar valores algo mayores como margen de seguridad.
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b) La incertidumbre habitual al evaluar las cargas de frío máximas de los locales climatizados.
Ante estos factores, la deshumidificación del aire de ventilación aparece como la mejor solución técnica:
a) El control eficaz de la humedad interior, permite controlar el riesgo de condensaciones, y bajar la
temperatura de impulsión del agua.
b) Constituye una solución flexible que permite, durante la explotación, corregir las posibles insuficiencias
dimensionales, deshumidificando más y optimizar el aporte de frío.
Aparte de la gestión del riesgo de condensación, el control de la humedad del aire nuevo, permite niveles
de confort no alcanzables con humedades relativas por encima del 60%.
3. PROTECCIÓN CONTRA LAS CONDENSACIONES – SOLUCIONES TÉCNICAS
Existen numerosos medios para prevenir el riesgo de condensación: limitar las temperaturas del agua
sencillamente a través de una sonda de punto de rocío, situada en el local a proteger.
También se pueden utilizar contactos de ventana, allí donde la instalación haya sido equipada con ellos.
En el caso de ventilación mecánica, es conveniente disponer de un sistema de deshumidificación del
aire.
3.1. Limitación de la temperatura del agua a valor constante
Esta solución, fiable y barata, requiere según se indicó antes, un margen de seguridad importante en la
temperatura de entrada del agua, lo cual afecta al rendimiento de los techos. Por ello, siempre se asocia
a otros tipos de control (sonda de punto de rocío, deshumidificación del aire, …).
También es posible, en lugar de limitar la temperatura del agua a un valor constante, ajustarla a las
condiciones reales de humedad del aire. Esto permite, una vez prevenido el riesgo de condensaciones,
asegurar el suministro conveniente de frío.
3.2. Control del frío por sonda de punto de rocío
La solución más sencilla, y la más usada en la práctica, consiste en utilizar una sonda de punto de rocío
con mando “todo o nada” a la alimentación de agua refrigerada. Esta sonda se coloca en el punto más
frío del techo (entrada del circuito de agua). Habrá, naturalmente, tantas sondas como zonas de
regulación haya en el edificio.
Cuando la sonda detecta la aparición de condiciones de rocío, la orden es cerrar la electroválvula. El
corte de la circulación del agua, implica una elevación progresiva de la temperatura del techo. Al cabo
de algunos minutos, la sonda de punto de rocío, cambia de nuevo de estado, abriendo la válvula, y así
sucesivamente.
En lugar de comandar el cierre de las electroválvulas, se podría considerar la parada de la bomba de
alimentación, pero esto presenta el inconveniente de cortar la emisión en el conjunto de techos
alimentados por la bomba.
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Es preferible elevar la temperatura de entrada del agua. Para ello, una solución puede ser, utilizar una
bomba de caudal variable en el circuito secundario. Se pude también actuar sobre la válvula de 3 vías
del circuito primario, antes del intercambiador.
3.3. Control del frío según la humedad exterior
La evaluación del riesgo de condensaciones puede también efectuarse a partir de una sonda única, que
mida la humedad del aire exterior. Se juega entonces con la correlación entre temperatura de rocío del
ambiente y las condiciones higrométricas exteriores, para regular la temperatura del agua fría distribuida
por el conjunto de la instalación.
Esta solución, todavía poco usada, permite establecer un control centralizado con una sola sonda
exterior, lo cual disminuye el costo de la instalación. Sin embargo, no encaja bien en locales con fuerte
producción de humedad (salas de reunión...), que pueden necesitar una protección local suplementaria.
3.4. Deshumidificación del aire
Recordaremos, ante todo e independientemente de las cuestiones de condensación, que la
deshumidificación del aire es verdaderamente interesante en el caso de inmuebles con cargas altas.
Permite efectivamente una reducción de varios grados de la temperatura del techo frío, lo cual aumenta
notablemente la emisión.
Por esta razón, la mayoría de las instalaciones importantes de techos fríos se efectúan con
deshumidificación del aire impulsado.
Para llevar a cabo esta deshumidificación, basta con dimensionar la batería de agua fría, para que el aire
sea impulsado con una humedad entre 7 y 8 g/m3.
Existen soluciones técnicas que permiten obtener este resultado manteniendo la temperatura de
impulsión entre 14°C y 15°C. La utilización de difusores puede constituir una respuesta adecuada. Por
otro lado, esto permite, con un caudal bajo de aire, asegurar una aportación complementaria de frío en
el caso de cargas altas.
El grado de deshumidificación, o sea, la temperatura de rocío del aire impulsado, se puede definir en
función de la temperatura del techo frío.
En la Tabla 2, se da un ejemplo de resultados en un inmueble de oficinas con ventanas condenadas. Se
indican los valores calculados de temperatura de rocío del aire interior, en función de dos opciones de
temperatura de rocío del aire deshumidificado (11° y 14°C) y de dos niveles de renovación de aire (1 y 2,5
vol/h).
Renovación de aire
Temperatura de rocío
1 vol/h
2,5 vol/h
11°C
15
13
del aire de impulsión
14°C
17
15
Tabla 2 – Ejemplo de cálculo de la temperatura de rocío del aire interior, en función de la temperatura de rocío del aire
deshumidificado y de la tasa de renovación del aire – inmueble de oficinas a ocupación media con ventanas condenadas.
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En este ejemplo, una deshumidificación a 14°C, para una renovación de aire de 1 vol/h, conduce a una
temperatura de rocío de 17°C, que corresponde a una temperatura del techo, por lo menos, de 18°C.
Así, si se desean emisiones frigoríficas altas, será necesario, o bien bajar la temperatura de soplado, o
bien aumentar la tasa de renovación de aire.
En resumen, la deshumidificación del aire soplado, reduce el riesgo de condensación a la vez que mejora
de forma notable, los rendimientos de los techos fríos. Sin embargo, por lo general, no es suficiente en
sí misma para eliminar totalmente el riesgo. Para optimizar su fiabilidad debe asociarse a una protección
por sonda de punto de rocío, o bien, si las ventanas del edificio no están condenadas, se asociará a
contactos de ventana.
3.5. Asociación entre deshumidificación y contactos de ventana
En inmuebles equipados con climatización centralizada, se puede combinar el uso de contactos de
ventana con un sistema de deshumidificación. La instalación de contactos de ventana es en algunos
países, una obligación reglamentaria.
Se deduce, que si las aportaciones internas de humedad no son muy importantes (se trata esencialmente
de aportaciones metabólicas), el riesgo de condensación es bajo.
Es importante realizar para cada operación un estudio específico que garantice la seguridad total de la
obra.
4. PRECISIONES COMPLEMENTARIAS
4.1. Generalidades sobre los contactos de ventana
Los contactos de ventana son interruptores para ahorrar energía. Paran automáticamente la
climatización, cuando se abren ventanas.
En locales con posibilidad de abrir ventanas, en épocas cálidas y húmedas, puede existir el riesgo de
condensaciones.
La solución consiste en el paro de alimentación de agua fría, comandado por contactos de ventana. Esto,
que en países de Europa está reglamentado respecto al control de consumo de energía, constituye una
precaución útil en locales con posibilidad de abrir ventanas, y en climas húmedos como la costa
mediterránea. Es particularmente adecuado para tramas en techos suspendidos, puesto que su inercia
térmica es menor.
Aunque los contactos de ventana no tienen como objetivo la protección contra condensaciones, pueden
ser aprovechados como seguridad complementaria. En efecto, si la apertura de una ventana supone el
paro de la climatización, se elimina en principio el riesgo de condensación debido a tal apertura en
épocas cálidas y húmedas. Pero esta protección dista de ser absoluta, ya que el riesgo reaparece una
vez cerradas las ventanas. Además, estos equipos no aportan ninguna protección, contra
condensaciones debidas a aportaciones internas de humedad.
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En resumen, la presencia de contactos de ventana, puede, en ciertas circunstancias, representar una
mejora desde el punto de vista de seguridad contra condensación. Sin embargo serán sólo una
protección complementaria, insuficiente por sí misma.
4.2. ¿Sonda de humedad o sonda de punto de rocío?
Las sondas de punto de rocío son aparatos robustos, baratos y discretos, con una larga experiencia en
asociación con los techos fríos.
Se trata de sondas capacitivas, cuyas características eléctricas varían de manera importante, en
proximidad a la saturación (HR = 95% a 100%). Son apropiadas para detectar situaciones de riesgo, pero
no para el control de humedad del local.
También se puede determinar la temperatura de rocío, en función de la temperatura y la humedad
relativa del aire. Esta solución no es la mejor, debido a su costo y sobre todo a su poca precisión. De
hecho, el cálculo exige un gran margen de seguridad, dada la imprecisión de las sondas de temperatura
y sobre todo de las sondas de humedad. Por el contrario, mediante sondas de punto de rocío, éste se
detecta directamente, sin imprecisiones de medida, ya que no se trata de una sonda de medida sino de
un aparato de detección.
5. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL REGULADOR TAUKA
El regulador Tauka ha sido especialmente concebido para su uso con los techos fríos KaRo. Este
regulador asocia las funciones de regulación termostática y protección, mediante detección de punto
de rocío.
28 mm
70,5 mm
48 mm
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5.1. Conexiones
Sonda termostática incorporada en el termostato. Sonda de punto de rocío.
1
24V~
50 Hz
24V~
50 Hz
2
3
CALOR / FRÍO 1A
calor 1A
4
frío 1A
5
interruptor invierno/verano
6
0... 10V
0... 10V
7
Sonda punto rocío
Sonda punto rocío
Fig. 3: diagrama de conexión Tauka 2-contacto interno
Fig. 4: diagrama de conexión Tauka 3.
abierto, contacto exterior verano/invierno.
2 salidas para válvulas de regulación.
Los reguladores se pueden colocar en sistemas de dos, o de tres tubos, mediante un cambio en la conexión.
5.2. Testigos luminosos
Indicador de punto de rocío: al ser alcanzado el punto de rocío, la válvula de alimentación se cierra y el
indicador “protección contra punto de rocío” se ilumina de color amarillo.
5.3 Conexión a sistema centralizado y convertidor
Sonda punto rocío
0V
24V
1
2
3
4
5
6
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7
Conexión suplementaria para sistemas centrales de control; conmutación verano/invierno en sistemas
a 3 tubos.
5.4 Sondas de punto de rocío
Las sondas de punto de rocío se presentan en forma de placa, de pequeñas dimensiones. Existen variantes
para enlucidos (Tipo P), para techos metálicos (Tipo M) y para techos de placa de yeso (Tipo G).
Figura 3: sonda tipo G para placa de yeso.
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CAPÍTULO 4. CONFORT TERMO-AÉREO
Las soluciones Dm climatizan sin hacer ruido y sin corrientes de aire; el confort que ellas proporcionan
no ha sido igualado.
•
En modo frío, el confort está siempre asegurado, sea cual sea la carga térmica, siendo la única
precaución, evitar temperaturas demasiado bajas que pudieran producir condensaciones.
•
En modo calefacción, no existe este problema, aunque sólo se asegura el confort para temperaturas
moderadas de techo, siempre que los edificios estén bien aislados. Puede suceder, en ciertas operaciones
de rehabilitación, que el edificio tenga muchas pérdidas. En tal caso, es necesario comprobar que
las temperaturas necesarias, sean compatibles con las exigencias de confort.
El efecto de radiación permite en los dos casos, asegurar un confort total, con temperaturas de aire
interior moderadas. Estas son menores que las temperaturas habituales en invierno, y más altas en verano.
ÍNDICE
1. TERMO-FISIOLOGÍA DEL CUERPO HUMANO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 40
2. PARÁMETROS QUE REGULAN EL CONFORT TÉRMICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Página 411
3. DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 43
4. CRITERIOS DE CONFORT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 46
5. APLICACIÓN A LOS TECHOS CLIMÁTICOS. MODO FRÍO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 50
6. APLICACIÓN A LOS TECHOS CLIMÁTICOS . MODO CALEFACCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . .Página 511
1. TERMO-FISIOLOGÍA DEL CUERPO HUMANO
Condiciones para alcanzar confort térmico
El cuerpo humano se puede considerar como una máquina térmica que intercambia energía con su
entorno, en forma de calor y humedad. Se alcanza el confort térmico, sólo si hay equilibrio entre el calor
producido por el metabolismo y las diferentes formas de disipación. Estas son:
•
transferencias conductivas, por contacto entre el cuerpo y otros sólidos: por ejemplo, los pies con el
suelo, o la mano con una mesa. Esas transferencias son de poca importancia, en general.
•
transferencias convectivas: piel, ropa, o circulación de aire en los pulmones.
•
transferencias por radiación desde la piel o la ropa, hacia el entorno.
•
transferencias latentes debido a los procesos de respiración, o evaporación-transpiración.
Confort térmico y humedad del aire ambiente
Las transferencias sensibles, (radiación, convección, y casualmente conducción) son menores según se
eleva la temperatura – ver Fig. 1. Entonces, la disipación del calor metabólico, sólo se efectúa por medio
de transferencias latentes, más difíciles de controlar cuanto más alta sea la humedad ambiente. Por
encima de un cierto nivel de humedad, se produce un fenómeno de incomodidad fisiológica, que puede
llegar a manifestarse en forma de sudor. Por lo tanto, en condiciones de verano, el ambiente será más
confortable, cuanto más seco sea el aire.
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40
140
120
Producción de
energía
metabólica (W)
100
80
60
40
20
0
15
20
25
30
Temperatura ambiente en °C
Convección
Radiación
Transferencias latentes
Figura 1. Disipación de calor del cuerpo humano.
Confort térmico y techos fríos
La sensación de confort que produce un techo frío, se puede comparar con la percibida en una noche
clara de verano, al sentir la frescura del cielo, aunque la temperatura ambiente rebase los 25°C.
Cuanto más limpia se encuentre la atmósfera, mayores serán las transferencias por radiación hacia el
cielo. Esto explica, que con la misma temperatura ambiente, haya más confort en el exterior que en el
interior.
2. PARÁMETROS QUE RIGEN EL CONFORT TÉRMICO
El confort térmico que un individuo siente, se basa en 4 parámetros físicos, que caracterizan el entorno
climático,
•
temperatura del aire,
•
temperatura de radiación o temperatura radiante,
•
velocidad del aire,
•
humedad del aire,
y dos parámetros relativos al ocupante, indicados en las Tablas 1 y 2,
•
grado de vestido, expresado en Clo,
•
nivel de actividad física, expresado en Met.
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Resistencia térmica de la ropa
Indumentaria
según ISO 7730
Ropa tropical
m 2 .°C / W
Clo
0,045
0,3
0,08
0,5
0,11
0,7
0,16
1,0
0,23
1,5
(short, camisa de cuello abierto, mangas
cortas, calcetines finos y sandalias)
Ropa ligera de verano
(pantalón ligero, camisa de cuello abierto,
mangas cortas, calcetines finos y zapatos)
Ropa ligera de trabajo
(ropa int. ligera, camisa de trabajo de algodón,
mangas largas, pantalón de trabajo,
calcetines y zapatos)
Ropa de interior para invierno
(ropa interior, camisa de mangas largas,
pantalón de trabajo, calcetines gruesos y zapatos)
Ropa de vestir tradicional
(ropa interior de algodón con mangas y piernas
largas, camisa, traje, chaleco, calcetines de lana)
Tabla 1. Resistencia térmica del vestido
Producción de energía metabólica
Actividad
según ISO 7730
Reposo, acostado
W
46
Met
0,8
Reposo, sentado
58
1
Reposo, en pié
70
1,2
70
1,2
93
1,6
116
2,0
165
2,8
Actividad ligera, sentado
(oficina, domicilio, escuela, laboratorio)
Actividad de pié
(compras, laboratorio, industria ligera)
Actividad de pié
(vendedor, trabajo doméstico, trabajo en máquina)
Actividad media
(trabajo pesado en máquina, trabajo de garaje)
Tabla 2. Producción de energía metabólica
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Zona de estar
Las condiciones de confort en el interior de un local, pocas veces son homogéneas. Por ejemplo, las
zonas próximas a paredes acristaladas, son generalmente menos confortables en invierno; también, las
zonas cercanas a difusores de aire, están más afectadas por corrientes de aire. Por ello, en los proyectos
de climatización, es esencial especificar bien las zonas de demanda de confort. La definición de zona
de estar, depende de las características del edificio y del modo de ocupación. Consecuentemente es
delicado definir una regla general. Existe, sin embargo, como referencia, la norma ISO 7730, la cual admite
las adaptaciones necesarias. Esta norma define la zona de estar: “zona situada a más de 0,60m de las
paredes y a menos de 1,80m del techo”.
3. DEFINICIONES
Estudios llevados a cabo en el mundo entero por centros de investigación, o laboratorios universitarios,
han permitido avanzar sobre el estado subjetivo de apreciación del confort, y han llevado a fórmulas
matemáticas, presentadas con rigor.
Estos estudios, se traducen en normas y especificaciones, entre las cuales se pueden mencionar:
USA: ASHRAE Standard 55-81 (1981)
Alemania: DIN Standard 1946 (1981, revisado en 1991)
ISO 7730 (1985)
Europa: CEN TC156 WG6 (norma en preparación)
Todas estas normas, tienen una gran similitud. Por eso se presentan a continuación los puntos más
importantes, basados esencialmente en la norma ISO 7730, y teniendo en cuenta elementos nuevos,
aportados por el proyecto de norma europeo, como la turbulencia del aire, (salvo indicación contraria,
estos resultados se presentan únicamente para valores estándar de los parámetros de ocupación: vestido
igual a 0,5 Clo en verano y 1 Clo en invierno, metabolismo igual a 1,2 Met).
PPD
(%)
Porcentaje de previsión de insatisfacción
El índice PPD expresa el porcentaje previsible de individuos que juzgarán como no-confortables, las
condiciones climáticas de un local, bien por demasiado calor, o por demasiado frío. Se tendrá en cuenta
que el porcentaje de insatisfacción nunca es 0%: las normas prevén un límite irreducible del 5%, sean
cuales sean las condiciones climáticas.
Ta
(°C)
Temperatura del aire
Es la temperatura seca, medida por un termómetro normal sin influencias de radiación de las paredes.
Tg
(°C)
Temperatura Global
La temperatura global es un valor meteorológico, destinado esencialmente a la medida indirecta de la
temperatura media radiante. La temperatura global en un punto de un local es, según ISO 7243, la
temperatura de equilibrio en ese punto, de una esfera de 15 cm de diámetro y pintada de negro. La
temperatura global, constituye, por otro lado, una estimación de la temperatura operativa.
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43
Tr
(°C)
Temperatura Media Radiante
Es la temperatura de las paredes asimilada por un cuerpo negro con temperatura uniforme en un local
ficticio, en el cual, un ocupante intercambia la misma cantidad de energía radiante que en el local real.
Esa temperatura se puede medir, bien de manera indirecta, o bien puede ser calculada.
Medición
En un punto dado de un local, Tr se deduce de las mediciones de velocidad de aire, temperatura del aire
y temperatura global, utilizando la ecuación siguiente (Principios ASHRAE):
ecuación 1
simplificando se obtiene:
ecuación 2
Cálculo de la temperatura media radiante Tr
Tr es función de los factores de forma, emisividad y temperatura de las paredes del local. Para simplificar el cálculo, se utiliza generalmente la siguiente expresión (Principios ASHRAE):
ecuación 3
Esta ecuación se establece sin tener en cuenta la influencia de la emisividad. La expresión T1.Fp.1 indica
el producto de la temperatura media de la cara visible de la pared 1, por el factor de forma, teniendo en
cuenta la posición del sujeto respecto a la pared. Para un sujeto sentado, este factor se analiza en el
Capítulo 7, en la Figura 2 para los elementos horizontales y en la Figura 3 para los elementos verticales.
Una variante consiste, en calcular Tr en función de las temperaturas radiantes orientadas, al nivel del
ocupante. Para ello, se aplican las relaciones siguientes, que tienen en cuenta la superficie proyectada
del ocupante sobre los diferentes planos:
sujeto de pie:
ecuación 4
sujeto sentado:
ecuación 5
En estas relaciones, la expresión T izda indica la temperatura radiante orientada, correspondiente al semiespacio situado a la izquierda del ocupante.
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Tpr
(°C)
Temperatura radiante orientada
Al contrario que la temperatura media radiante Tr, que integra los efectos de radiación provenientes de
todas las direcciones, la temperatura radiante orientada, indica el efecto radiante proveniente de una
dirección dada (arriba, izquierda...). La temperatura radiante orientada Tpr, como Tr, depende de la
posición del ocupante en el local y de la dirección. Se define como la temperatura de un plano ficticio,
asimilada a un cuerpo negro a temperatura uniforme, perpendicular a esta dirección y que produciría el
mismo efecto de radiación.
Si no se tiene en cuenta la emisividad real de las paredes, Tpr puede ser calculada aplicando la ecuación
3. Al aplicar esta ecuación, el sumatorio se limita a las paredes comprendidas en el semi-espacio
correspondiente a la orientación considerada. Los factores de forma se toman del Capítulo 7, Figura 4
para elementos perpendiculares a la orientación, y Figura 5 para los elementos paralelos.
ΔTpr
(°C)
Temperatura Asimétrica de Radiación
Cuando el entorno radiante de un local presenta diferencias importantes (por ejemplo, si existen grandes
superficies acristaladas o paneles de calefacción), la noción de temperatura media radiante ya no es
suficiente. Es necesario acudir a la temperatura radiante orientada, o para más precisión, a la temperatura
asimétrica de radiación, la cual se define como la diferencia entre las temperaturas radiantes orientadas,
medidas sobre las dos caras opuestas a un mismo plano. Se observa que el valor ΔTpr depende del
coeficiente de emisividad de las superficies concernientes, así como del factor de forma. La temperatura
asimétrica de radiación, normalmente es inferior a la diferencia de temperatura entre paredes opuestas.
To
(°C)
Temperatura Operativa
Es la temperatura de un local ficticio, asimilado a un cuerpo negro a temperatura uniforme, en el cual
un ocupante intercambiará la misma cantidad total de energía (por radiación y convección), que en el
local real. Esta temperatura también se denomina Temperatura Resultante Seca (Missenard 1935). La
temperatura global constituye una estimación.
La ecuación 2 (cálculo de Tg en función de Ta y Tr) puede utilizarse para evaluar la temperatura operativa.
Cuando la velocidad del aire es inferior a 20 cm/s, esta ecuación se simplifica, y como en la norma ISO
7243, se puede asimilar la temperatura operativa a la media aritmética de Tr y Ta:
ecuación 6
Teff
(°C)
Temperatura efectiva
La noción de temperatura efectiva se desarrolló en USA a partir de 1923, mediante pruebas de confort
percibido, con gran número de sujetos. La temperatura efectiva se determina por un juego de ecuaciones,
en función de la temperatura del aire, de la humedad y velocidad del aire y del grado de vestido. Esta
temperatura se determina para un confort igual al de un ambiente al 50% de humedad relativa, sin
velocidad de aire. Las curvas de temperatura efectiva, son muy usadas en USA.
V
(m/s)
Velocidad del aire
Media temporal de la velocidad del aire.
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Tu
(%)
Intensidad de turbulencia
La intensidad de turbulencia cuantifica las fluctuaciones temporales de la velocidad del aire, en un punto
dado del local. Se define, para este punto, como la relación entre la diferencia típica, entre la distribución
de velocidades de aire y su velocidad media.
La intensidad de turbulencia Tu, es en términos generales mayor, cuanto mayor sea la ventilación y varía
entre el 30% y 60%. Las técnicas de techo frío y/o ventilación por desplazamiento, en las que el aire se
introduce a baja velocidad, inducen intensidades bajas de turbulencia y por lo tanto un mayor nivel de
confort.
4. CRITERIOS DE CONFORT
Se considera que existe confort térmico, cuando se dan simultáneamente las dos siguientes condiciones:
Equilibrio térmico global: la producción de calor del cuerpo humano es igual a la emisión de calor hacia
el entorno. Con potencias frigoríficas normales y una regulación de temperatura adecuada, la obtención
del equilibrio térmico global no presenta dificultad. Este mismo criterio, en la práctica, se usa tanto para
la previsión del consumo de energía, como para la verificación formal de las condiciones de confort.
Confort térmico local: el individuo no siente en ninguna parte de su cuerpo, ni calor ni frío desagradable. Las
causas de incomodidad – corrientes de aire, efectos de pared, etc. – que como se verá más tarde son múltiples,
constituyen el segundo criterio, el cual en la práctica, necesita estudios más profundos.
Vamos a examinar esos criterios.
4.1. Balance térmico global
El balance térmico global depende
• en cuanto a la producción de calor, del metabolismo del ocupante y de la humedad del aire
(evaporación más o menos importante en los pulmones);
•
en cuanto a la emisión de calor, de la vestimenta, de la temperatura operativa y de la velocidad del
aire.
Cuanto menor sea el equilibrio, mayor será el porcentaje previsible de insatisfacción.
Ecuación de confort.
La ecuación comúnmente admitida, para la previsión de la sensación térmica global, fue establecida por
el Prof. FANGER de la Universidad de Lyngby, en Dinamarca. Este, analizó las sensaciones de confort
experimentadas por más de 1.300 sujetos sometidos a diversas condiciones climáticas. Los resultados
de estos ensayos, conducen a una expresión matemática, que expresa el PPD (% de insatisfechos), en
función, principalmente de:
•
el metabolismo expresado en Met,
•
el vestido de los ocupantes, expresado en Clo,
•
la temperatura operativa, la cual es función de la temperatura radiante media, de la temperatura del
aire y de la velocidad del aire,
•
la humedad.
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Sin embargo, esta expresión, que figura en la norma ISO 7730 y en el proyecto de norma europeo, no
es utilizada por los especialistas debido a su complejidad: más de 10 líneas de ecuación. En la práctica,
se hace referencia esencialmente, a los gráficos o tablas que figuran en las normas.
La Figura 2, da, para un PPD del 10%, la temperatura operativa óptima, en función de la actividad,
expresada en Met, y del vestido, expresado en Clo. Esta figura indica, en la zona sombreada, los intervalos
admisibles en torno a la temperatura operativa, para mantener un PPD inferior al 10%. Se observa que
la temperatura operativa óptima es tanto más baja, cuanto más importantes sean los niveles de actividad
y vestido. Pero la indicación más interesante para conceptuar instalaciones, es sin duda, que la tolerancia
a la temperatura es tanto menor, cuanto menos importantes sean la actividad y el vestido. Por tanto, es
en edificios de oficinas y para condiciones de verano, donde la regulación deberá ser más precisa.
Figura 2. Temperatura operativa óptima en función de la actividad y el vestido.
Ejemplo de aplicación:
Trabajo sedentario de oficina, actividad 1,2 Met:
Temperatura operativa óptima en verano (vestido ligero):
25°C
Temperatura operativa óptima en invierno (ropa normal):
22°C
Las zonas sombreadas de la figura, indican la tolerancia en temperatura para un PPD del 10%. Los
márgenes de temperatura admisibles son: 20 a 24°C en invierno, y 23,5 a 26,5°C en verano.
Corrección de la humedad relativa
Las pérdidas térmicas del cuerpo humano, se producen por convección, radiación y por los intercambios
latentes (evaporación). En verano, como la temperatura ambiente es normalmente mayor, los dos primeros
modos de intercambio son menos importantes, y es por tanto importante, que la humedad del aire sea
baja, para favorecer el intercambio por evaporación. La deshumidificación, permite a la vez, mejorar el
confort (ver Capítulo 3) y controlar mejor el riesgo de condensación.
Las tablas o gráficos se confeccionan generalmente para una humedad relativa del 50%, pero existe la
posibilidad de considerar otros grados de humedad relativa, mediante la ecuación completa del confort,
o bien usando gráficos tales como el de ASHRAE.
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4.2. Incomodidad local
La ecuación del confort, expresa el equilibrio térmico de los ocupantes. Sin embargo, puede ocurrir que
el equilibrio térmico, sólo sea alcanzado como media, quedando partes del cuerpo más calientes, y otras
más frías. Se produce entonces, malestar localizado. En consecuencia, es necesario como complemento
del equilibrio térmico global, evitar malestar local por calor o frío. Para ello se deben tener en cuenta los
criterios expuestos a continuación.
Molestias debidas a corrientes de aire
Investigaciones recientes (Prof. Fanger 1987) han demostrado, que a una velocidad media del aire, el
malestar aumenta al aumentar las fluctuaciones temporales de velocidad del aire. Las fluctuaciones de
velocidad se caracterizan por la intensidad de turbulencia Tu.
Esos trabajos, recogidos en el manual de ASHRAE, y más recientemente en el proyecto de norma europea,
han llevado a proponer un índice de molestia DR (Draught Risk), que corresponde al porcentaje previsible
de ocupantes sensibles a las corrientes de aire, y en función de la intensidad de turbulencia:
ecuación 7
La intensidad de turbulencia se toma de tablas al respecto. Así, para una temperatura de aire de 20°C
y un índice de molestia DR del 20%, la velocidad límite del aire V, será alrededor de 15 cm/s para una
difusión de aire tipo clásico, con una intensidad de turbulencia Tu, igual al 40%. En las mismas condiciones,
será 25 cm/s para una ventilación por desplazamiento con intensidad de turbulencia del 20%.
Nota: esta ecuación ha sido establecida para corrientes de aire cerca de la cabeza. Para apreciación de
confort a la altura de pies o tobillos, se estima (tesis Niu, p.96 ...) que el porcentaje de insatisfechos, es
inferior al 5% del resultante de la citada ecuación.
GT
Gradiente de temperatura vertical
Criterio de confort
Una diferencia de temperatura demasiado alta entre la cabeza y los pies, puede causar sensación de
incomodidad. Las normas ASHRAE e ISO recomiendan que la diferencia de temperatura entre 0,10 m
(pie) y 1,10 m de altura (cabeza), no exceda a 3°K/m, mientras que el proyecto europeo fija unas diferencias
máximas de 2, 3 ó 4 K/m, dependiendo del nivel de exigencia.
Este criterio es particularmente importante en el caso de ventilación por desplazamiento, ya que ese
tipo de ventilación conduce a gradientes verticales de temperatura elevados.
Caso de ventilación por desplazamiento
La potencia fría suministrada por el aire de ventilación, es dada por:
ecuación 8
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donde:
Q
m3/h
caudal de renovación de aire,
ρ
kg/m3
densidad del aire,
ΔΤ
°C
P
W
diferencia entre temperatura de extracción del aire
y temperatura de impulsión,
potencia de frío.
Se estima generalmente que la diferencia ΔΤ es proporcional al gradiente de temperatura GT, según la
ecuación siguiente (TM2/90-BSRIA):
ecuación 9
donde r es un coeficiente que indica el grado de inducción del difusor:
difusor de alta inducción:
r = 0,5
difusor de baja inducción:
r = 0,3
Aplicación:
Las ecuaciones 8 y 9 permiten determinar la potencia frigorífica máxima compatible con las exigencias
de confort. Para un nivel de inducción igual a 0,4 y una renovación de aire de 2,5 vol/h, o sea 6,5 m3/h/m 2,
la potencia frigorífica máxima resultante es de 35 W/m 2 para un gradiente vertical igual a 3 K/m; es de
24 W/m 2 para un gradiente vertical igual a 2 K/m.
En la práctica, con ventilación forzada, es raro elegir niveles de ventilación superiores a 2,5 vol/h, a fin
de limitar el volumen de los difusores, y el costo de la instalación de aire. Con esta restricción, el límite
práctico de potencia frigorífica es del orden de 30 W/m 2.
Temperatura del suelo
Si el suelo está demasiado caliente o frío, puede existir sensación de incomodidad en los pies, si la persona
lleva calzado ligero. Los rangos de temperatura de suelo recomendados en el proyecto de norma europea,
son:
Clase de confort
Rango admisible de temperatura
A
19-29°C
B
19-29°C
C
17-31°C
Aunque este criterio se aplica principalmente a suelos calientes o fríos, conviene tenerlo presente al
pensar en techos radiantes. De hecho, los intercambios por radiación entre suelo y techo, son
potencialmente susceptibles de llevar al suelo a temperaturas no confortables, especialmente en casos
de suelos de gran superficie, de suelos con revestimiento aislante, o en modo frío, si existe a la vez un
sistema de ventilación forzada a baja temperatura.
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Asimetría de radiación
Criterios de confort
La asimetría de la radiación, es una causa frecuente de insatisfacción, particularmente en el caso de
techos calientes o de paredes acristaladas frías. La normativa (norma ASHRAE y proyecto de norma
europea) hace referencia a curvas que dan el porcentaje previsible de insatisfacción, en función de la
temperatura asimétrica de radiación, para los cuatro casos siguientes:
techo frío,
techo caliente,
pared fría (ventana),
pared caliente.
5. APLICACIÓN A LOS TECHOS CLIMÁTICOS. MODO FRÍO
Con un techo frío, las temperaturas de paredes (techos más otras paredes) son más moderadas que con
una climatización ordinaria. Con ellas se obtiene la misma sensación de confort, es decir, la misma
temperatura operativa, con temperaturas de aire mayores.
El ejemplo a continuación muestra para las exigencias habituales (24°C ó 25°C), se puede admitir un
aumento de 1 ó 2°C de la temperatura del aire.
Cálculo de la asimetría de radiación
La asimetría de radiación se calcula, en función de la temperatura de la superficie de las diferentes
paredes del local y de los factores de forma de esas mismas superficies, como se indica en el ejemplo
siguiente:
•
local de dimensiones 4,8 x 4,8 m y altura 3 m,
•
sujeto sentado en el centro del local a una altura media sobre el suelo, de 60 cm,
•
fracción de superficie de techo ocupada por paneles de techo frío: 7/8,
•
temperatura de superficie de techo: 17°C en los paneles fríos; 25°C aparte, o sea una media ponderada
de 18°C,
•
temperatura de superficie de paredes verticales: 24°C,
•
temperatura de superficie del suelo: 22,5°C1
Se calcula la temperatura media radiante y se compara con la que se obtendría con una climatización
ordinaria (por ejemplo: ventilo-convectores), para la cual se pueden admitir temperaturas de superficie
de paredes uniformes de 25°C para el techo, y 24°C para las otras paredes.
Determinación de los factores de forma
Cuarto de techo:
a = b =c = 2,4 m ; de donde (Capítulo 7 – Figura 2): F = 0,035, o sea, para el conjunto del techo: F1= 4 x 0,035 = 0,14
Suelo:
a = b = 2,4 m: c = 0,6 m ; de donde (Capítulo 7 - Figura 2): F = 0,09, o sea, para el conjunto de techo: F2 = 4 x 0,09 = 0,36
1 La temperatura de superficie del suelo es inferior a la temperatura de las paredes, debido a la estratificación vertical de
la temperatura del aire, y también a la refrigeración del suelo por el efcto radiante.
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Semi-pared, parte situada a más de 0,60 m del suelo:
a = b = c = 2,4; de donde (Capítulo 7 – Figura 3): F= 0,0475, o sea, para el conjunto de las cuatro paredes: F3 = 4 x 2 x 0,0475 = 0,38
Semi-pared, parte situada a menos de 0,60 m del suelo:
a = c = 2,4 m; b = 0,6m; de donde (Capítulo 7 – Figura 3): F = 0,015, o sea, para el conjunto de las cuatro paredes: F4 = 4 x 2 x
0,015 = 0,12
Determinación de la temperatura media radiante (ecuación 3)
Techo frío:
Tr = 18 . F1+ 22,5.F2 + 24. ( F3 + F4) = 22,6°C
Climatización normal: Tr = 25 . F1+ 24 .F2 + 24 .( F3 + F4) = 24,1°C
Determinación de la temperatura operativa
Se sitúa en condiciones de verano, con ropa de 0,6 Clo (ver Tablas 1 y 2) y una actividad de 1,2 Met. Esto
da una temperatura operativa To de 23,5°C cuando la humedad relativa es del 50%, y de 23,8°C cuando
la humedad relativa es tan sólo del 40%.
Si se admite, que el techo frío está asociado a un sistema de deshumidificación que mantiene la humedad
relativa al 40%, y que para climatización clásica la humedad relativa es igual al 50%, aplicando la ecuación
6, se puede determinar la temperatura del aire, Ta, correspondiente a las condiciones de confort.
Techo frío:
To = 23,8°C
Tr = 22,6°C
Ta = 25°C
Climatización clásica:
To = 23,5°C
Tr = 24,1°C
Ta = 22,9°C
Este ejemplo muestra que con techos fríos, es posible obtener las mismas condiciones de confort con
temperaturas de aire más altas, alrededor de 2°C, que en el caso de climatización clásica.
6. APLICACIÓN A LOS TECHOS CLIMÁTICOS. MODO CALEFACCIÓN
Caso particular de techos en modo calefacción
En modo calefacción, las exigencias de confort limitan la potencia emitida por un panel radiante, a valores
restrictivos como se indica a continuación (diagrama de Kollmar). Hay que recordar que estas
especificaciones no tienen carácter absoluto. La publicación «Le chauffage électrique par plafond
rayonnant», editada en 1989 por el CSTB y EDF (Cía. francesa de electricidad) hacen simplemente mención
a un riesgo de incomodidad, por encima de una asimetría de temperatura de radiación de 12°C, lo cual,
en la práctica, autoriza a potencias de calefacción altas: alrededor de 100 W/m2.
Es igualmente posible reducir la asimetría de temperatura, mediante ciertas disposiciones. Un revestimiento
aislante de suelo es favorable, cuando por influencia del techo calefactor, su temperatura pueda ser más
alta. Esto disminuirá la asimetría de temperatura radiante y permitirá mayores potencias. De la misma
manera, una solución para mejorar el confort, consiste en disponer los paneles radiantes en las cercanías
de las zonas acristaladas. Así se establece una cierta compensación de los efectos radiantes de frío y
calor.
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Figura 3. La temperatura máxima admisible del techo es función del ángulo α.
Es determinante para el confort el factor de forma entre el sujeto y el techo. Este factor de forma es
función del ángulo α bajo el cual el sujeto ve el techo. Cuanto más bajo y amplio sea el local, más expuesta
está la cabeza al calor radiante.
La Figura 4 da las potencias máximas de calefacción para diferentes alturas de techo y longitud de local,
suponiendo una profundidad del local de 6 m. Esta figura muestra como la potencia máxima admisible
de calefacción aumenta con la altura del local y disminuye cuando su superficie aumenta.
120
100
80
60
40
20
0
3,0 3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
10,0
Distancia en m.
Figura 4. Potencia máxima admisible en calefacción, en función de la longitud del techo calentado y de la altura del local
(según Kollmar).
Ejemplo: longitud = 6.3 m y altura = 3 m: potencia máxima admisible de calefacción: q = 54 W/m2.
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Influencia de las ventanas
Para alcanzar el confort, conviene, independientemente del modo de calefacción, tener en cuenta el
riesgo de molestia debido a paredes exteriores con aislamiento pobre.
El factor clave, es la pérdida de calor por metro lineal de fachada, pues su valor determina la temperatura
media de su superficie y así pues, la velocidad de la corriente convectiva fría a la ventana. Las velocidades
de aire son mayores, cuanto más alto sea el local. Para las alturas habituales, (alrededor de 2,80 m), la
experiencia demuestra que hasta unos 100 à 150 W/ml, las velocidades de aire se mantienen moderadas
y no hay insatisfacción.
En edificios con cristales dobles, las pérdidas son casi siempre inferiores a 150 W/ml de fachada. Si no
fuera así, se recomienda, para compensar el efecto de pared fría, instalar elementos de calefacción
complementarios sobre la pared en cuestión, bien sean radiadores, o tramas KaRo en la pared.
Observaciones:
Debido al relativamente pequeño número de días de gran frío, la apreciación de las condiciones de confort
no se lleva a cabo normalmente para la carga máxima de calefacción, sino para un 80% de ella.
En resumen, los techos Dm Climatización son perfectamente adecuados como calefacción de cualquier
local. Por supuesto, si un inmueble está mal aislado, puede existir el riesgo de falta de confort. Por ello
conviene verificar los puntos siguientes:
1. Potencia emitida
Verificar que la potencia emitida por el techo cumple los criterios de confort (Figura 4 - según Kollmar).
2. Pérdidas en fachadas
Si las pérdidas de las fachadas pasan de 150 W/ml, es necesario, en función del uso del local, considerar
la utilización de una calefacción complementaria, que compense la radiación fría.
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CAPÍTULO 5. CALIDAD DEL AIRE INTERIOR
Con la Climatización Tranquila de Dm Climatización no hay aire reciclado, ni por central de tratamiento
de aire, ni en el local (ventilo-convectores...). El único aire que circula es aire primario limpio.
Los techos climáticos Dm Climatización aseguran una calidad del aire interior, incomparable a la de los
demás sistemas de climatización. Sin embargo, para no degradar la calidad del aire, es preciso respetar
ciertas condiciones.
ÍNDICE
1. LOS CONTAMINANTES DEL AIRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 54
2. ALGUNOS CONCEPTOS, PARA ASEGURAR LA CALIDAD DEL AIRE . . . . . . . . . . . . . . . . Página 56
1. LOS CONTAMINANTES DEL AIRE
Históricamente, los edificios siempre han sido causa de insalubridad, por motivos que van desde los
olores de cocina, difíciles de evacuar, hasta focos de enfermedades contagiosas, como la peste bubónica
y sin excluir los problemas debidos a emanaciones de los materiales de construcción o mobiliario. Más
recientemente, los edificios modernos, equipados con fachadas cada vez más estancas al aire, con locales
específicos y con instalaciones de aire acondicionado, han modificado de tal manera los términos del
problema, que actualmente se ha llegado a usar por convenio, el término Síndrome de Edificios Enfermos,
conocido bajo la apelación SBS o Sick Building Syndrome.
Entre los factores que dan origen a este síndrome, se destacan aquellos que tienen una relación directa
con los sistemas de climatización o con el edificio en sí.
Factores relacionados con la humedad del aire
La humedad es responsable de dos tipos de patologías: las relacionadas con la retención de agua en las
instalaciones de distribución de aire, origen de la legionela, y las relacionadas con la humedad del aire
interior. Este último es un contaminante muy particular, que puede tener efectos nocivos no solamente
sobre la salud, sino también sobre la sensación de confort y sobre el estado del edificio.
Para evitar deterioros en la edificación (mohos...), la humedad relativa del aire interior (referida a la
temperatura interior de la pared), debe mantenerse, como media temporal, por debajo del 85%.
En lo concerniente a la salud, se considera generalmente, que la humedad relativa debe estar dentro de
cierto rango (entre 40% y 60%), para evitar afecciones respiratorias tales como la rinitis, y patologías
de hiper-reactividad bronquial (asma), que pueden ser inducidas por la presencia de ácaros, cuya
proliferación se incrementa con el aumento de humedad.
Legionela y retenciones de agua en las instalaciones
La Legionela es una enfermedad provocada por un bacilo Gram negativo. Esta bacteria fue identificada
en 1976 con ocasión del 58 Congreso de la Legión Americana en Filadelfia, durante el cual, 182 de los
4400 participantes, fueron afectados por una neumonía febril que causó 30 muertes. Esta bacteria se
desarrolla en aguas tibias estancadas; pueden encontrarse aisladas en depósitos de agua dulce, en
distribuciones de agua caliente sanitaria e incluso en el agua para beber. La epidemia de Filadelfia tuvo
su origen probablemente en el sistema de aire acondicionado.
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Dentro de los edificios, las fuentes principales de contaminación son los sistemas de aire acondicionado
y las redes de agua caliente sanitaria.
El primer foco de Legionela está en los sistemas de aire acondicionado, particularmente en los dispositivos
de humidificación del aire y las estaciones aero-refrigerantes. El mecanismo de contaminación es el
siguiente: la legionela presente en las gotitas en suspensión en las torres de refrigeración, es transportada
por el aire e introducida a través de las rejillas de aspiración de las instalaciones vecinas, si éstas no están
equipadas con dispositivos eficaces.
Las redes de agua sanitaria han sido identificadas como una fuente de Legionela, responsable de
numerosas patologías. Una encuesta realizada por el Laboratorio de Higiene de la Villa de París, mostró
que esta bacteria se desarrolla en instalaciones interiores de inmuebles, donde el estancamiento de agua
es importante. La prevención técnica está sencillamente en su principio y consiste en eliminar toda
posibilidad de agua estancada. Para ello se citan, como precauciones:
•
Recogida de las aguas residuales en canalizaciones cerradas lo más cerca de su origen, con colector
directo al alcantarillado. Tratamiento de estos colectores contra la invasión de musgos y algas.
•
Inspección periódica y limpieza de pulverizadores y ventiladores.
Materiales de construcción y mobiliario
Los materiales utilizados en mobiliario, revestimientos o construcción, pueden dar lugar a emanaciones
de contaminantes químicos, que deberán ser evacuadas por la ventilación. Es esencial reducir las emisiones
de contaminantes. Entre ellos, el formaldehído es una causa mayor de insalubridad, dada su presencia
en ciertas resinas (madera, contrachapado, pegamentos,...), aún después de varios años de su instalación.
Igualmente se deben mencionar los aislantes fibrosos, que dejan escapar polvo de fibra de vidrio, o de
lana mineral. En locales específicos, las máquinas (fotocopiadoras, reproductoras de planos,...) emiten
frecuentemente ozono, amoniaco, y otros disolventes volátiles perjudiciales a la salud. Tales locales,
deben ser clasificados dentro de la categoría de locales con contaminación específica, donde el reciclado
de aire queda prohibido.
Efecto del reciclado de aire
El reciclado de aire, consiste en introducir de nuevo en los locales, una parte del aire extraído, y así
recuperar energía. Esta práctica, motivada por las crisis de energía, es cuestionada hoy por los especialistas
en higiene, ya que a pesar de los filtrados y tratamientos del aire reciclado, ciertos contaminantes, y en
especial los contaminantes gaseosos, no pueden ser eliminados. Existe además la contaminación de la
superficie interior de los conductos, especialmente en lugares donde se fuma.
Si se prevé una instalación con reciclaje de aire, conviene respetar un mínimo de disposiciones:
• prohibir revestimientos que puedan ser fuente de polución y polvo en el aire,
•
reservar preferentemente el reciclado para los periodos de no-ocupación, dando prioridad a los
periodos de todo aire nuevo durante la ocupación de los locales,
•
verificar regularmente con mantenimiento, el buen funcionamiento de las compuertas de admisión
de aire nuevo,
•
prohibir todo reciclaje de aire proveniente de locales de contaminación específica, lo cual significa, que
durante la vida del edificio, no deben ser modificados los destinos de los locales, sin tomar precauciones.
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2. ALGUNOS CONCEPTOS PARA ASEGURAR LA CALIDAD DEL AIRE
Tomas de aire nuevo
Las tomas de aire nuevo, no deben permitir la introducción de aire contaminado. No deben estar situadas
ni tan cerca del suelo, que permitan la entrada de gases de escapes, ni demasiado cerca de salidas de
aire del edificio o de otro edificio vecino. Las tomas de aire además, deben estar protegidas de la lluvia
y de la nieve y diseñadas para evacuar el agua estancada.
En locales específicos, se deben implantar unidades especiales. Estos locales no pueden servir de paso
ni de almacén. Para limitar la entrada de aire viciado, se aconseja que tales locales se mantengan con
una ligera depresión, respecto a los locales cercanos. Las unidades especiales, que incluirán las puertas
de visita, deben presentar las características de estanqueidad al aire, conforme a la norma europea EN
1886.
Humidificación y deshumidificación del aire
Se debe evitar la humidificación del aire en la medida que ello sea posible. Según estudios escandinavos
(NKB, Junio de 1991), la humidificación centralizada puede producir efectos secundarios tales como el
desarrollo de ácaros que favorecen patologías asmáticas, la enfermedad del legionario y otras patologías.
Para ciertos ambientes o procesos, pueden ser exigidas especificaciones especiales en materia de
humedad, que requieran técnicas especialmente adaptadas al caso.
Es oportuno prever una batería de deshumidificación. Conviene también prever un drenaje eficaz,
acompañado de un sistema que no permita el paso de gotitas, cuando la velocidad del aire sea superior
a 2,5 m/s.
Filtrado del aire
Al reducir la concentración de partículas en el aire, el filtrado protege por un lado a los ocupantes del
local climatizado, contra polvos o aerosoles portadores de partículas biológicas, y por otra parte, protege
a los equipos contra atascos o contra partículas perjudiciales a su buen funcionamiento.
Las bacterias, lo mismo que las esporas de ciertos hongos, miden menos de un micrómetro y se desplazan
con el aire, bien sea transportadas por partículas relativamente gruesas (más de 5 micrones) que producen
alergia o son tóxicas, o bien por aerosoles, donde la dimensión no excede, en general, a 1 micrón.
La calidad de un filtrado depende de la elección de filtros, y de su instalación. La estanqueidad lateral, que
es su punto débil, debe ser sometida a una cuidadosa ejecución (ref. EN 1886). Es frecuente que una mala
instalación, sea causa de fugas laterales que reduzcan a nada la calidad del filtrado.
Los filtros, según la normativa europea, deben estar protegidos de la humedad proveniente de
humidificadores, baterías de frío, lluvia o nieve y filtrado de aire nuevo:
•
en 1er lugar, a la entrada del aire,
•
en 2º lugar, a la salida de las unidades especiales.
El aire reciclado es tratado mediante filtros en las mismas tomas. Es de notar que salvo cuando se
coloquen absorbentes del tipo carbón activo, esta disposición no protege ni contra las partículas de
humo, ni contra los contaminantes gaseosos reciclados.
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Materiales y accesibilidad
Los componentes que exigen mantenimiento, deben ser fácilmente accesibles y reemplazables. Lo mismo
sirve para los elementos constructivos de las redes de impulsión y extracción, especialmente las baterías
de frío y los ventiladores centrífugos. Para ellos deben proveerse aberturas, que permitan la limpieza de
las paredes internas del armazón, de manera que se evite el desarrollo de bacterias o musgos.
Los componentes de las instalaciones deben ser de materiales no emisores de contaminantes, y no
deben constituir un terreno propicio al desarrollo de microorganismos. Esto concierne particularmente
a los conceptos siguientes:
•
materiales fibrosos provenientes, por ejemplo, de silenciadores,
•
fuga de contaminantes por filtros mal mantenidos,
•
aceites residuales de la fabricación, en conductos de aire,
•
paredes internas de los conductos de aire que deben ser lisas, resistentes a la abrasión, y sin zonas
con posibilidad de retención de aire.
Recuperadores de calor
Se distinguen usualmente cuatro tipos de intercambiadores:
•
baterías aire-agua que pueden estar separadas una de la otra, sin límite de distancia y unidas por un
conducto de fluido transmisor, generalmente agua refrigerada,
•
bombas de calor, aire extraído - aire nuevo, que funcionan de forma similar con interposición de una
máquina termodinámica destinada a aumentar el intercambio,
•
intercambiadores de placas, los cuales presentan buenos rendimientos, pero exigen la concurrencia
de dos flujos de aire y por lo tanto no están exentos del riesgo de fugas,
•
intercambiadores rotativos, en los cuales, el rotor pasa alternativamente por los dos conductos,
ocasionando un cierto reciclaje de aire, que puede ser combatido si se respeta una adecuada jerarquía
de presiones.
Si existe un recuperador de calor del aire extraído, el diseño de la instalación debe prevenir el riesgo de
recirculación del aire extraído hacia el aire impulsado. Esto se puede lograr, bien por un circuito de
transferencia con intercambiador doble aire/agua, o bien, en el caso de intercambiador aire/aire, concibiendo
la instalación de forma que la presión del aire soplado, sea siempre superior a la del aire extraído. Se
evita así la polución del aire debida a defectos de estanqueidad del intercambiador de calor, que pudieran
ser particularmente importantes con ciertos tipos de materiales, por ejemplo, los intercambiadores
rotativos.
Eficacia de la ventilación
Los diferentes principios de ventilación (apertura de ventanas, mezclado, desplazamiento), evacuan los
contaminantes con mayor o menor eficacia. En el Capítulo 6 figuran algunas indicaciones al respecto.
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CAPÍTULO 6. VENTILACIÓN
Todos los sistemas de ventilación pueden ser asociados a los techos Dm Climatización: ventilación clásica
por mezclado de aire, VMC (Ventilación Mecánica Central), ventilación por desplazamiento, e incluso, como
sucede a menudo en viviendas, ventilación por simple apertura de ventanas.
ÍNDICE
1. TECHO DM CLIMATIZACIÓN ASOCIADO A AIRE TRATADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 58
2. VENTILACIÓN POR MEZCLA DE AIRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 59
3. VENTILACIÓN POR DESPLAZAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 59
4. VENTILACIÓN POR DESPLAZAMIENTO O MEZCLADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 62
5. VENTILACIÓN POR VENTANAS O VMC: UNA SOLUCIÓN
PARA VIVIENDA Y EDIFICIO PÚBLICO MENOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 63
1. TECHO DM CLIMATIZACIÓN ASOCIADO A AIRE TRATADO
Los techos Dm Climatización van generalmente asociados a un sistema de tratamiento del aire, el cual
controla el filtrado y temperatura del aire soplado. En la mayoría de los casos, se controla también la
humedad del aire soplado, lo que permite (ver Capítulo 7) optimizar a la vez, la emisión del techo y las
condiciones de confort.
El caudal de aire nuevo, es función únicamente de las normas de higiene, las cuales son generalmente
determinadas por los códigos de trabajo y reglamentos de sanidad y normativa. Para oficinas, el caudal
de aire es según UNE 100-011-91, de 36 m3/h por persona.
En su espíritu, la reglamentación, intenta controlar la polución del aire inducida por la actividad humana.
Sin embargo, una parte considerable de la polución interior, proviene de los materiales presentes en el
edificio. Por ello, para obtener la suficiente calidad de aire, es importante no limitar la polución considerada,
a la que producen los ocupantes, sino también tener en cuenta materiales y equipos.
Ventanas
Los techos Dm Climatización son perfectamente compatibles con apertura de ventanas, ya que las
sondas de punto de rocío impiden la condensación.
Además, la experiencia muestra que los usuarios se adaptan espontáneamente: en invierno, cuando hace
frío, no hay tendencia a abrir ventanas; lo mismo sucede en verano cuando el aire climatizado es más
agradable que el aire húmedo del exterior.
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2. VENTILACIÓN POR MEZCLA DE AIRE
Impulsión
Extracción
Figura 1. Esquema clásico de circulación del aire, con una ventilación por mezcla de aire.
La ventilación por mezcla de aire, constituye la solución tradicional. No ofrece problemas, salvo prever
la posición de las rejillas en el techo.
Por ello, si fuera posible, son preferibles las rejillas de pared. En cualquier caso, es deseable que el chorro
de aire sea dirigido por debajo de la superficie del techo(ver Fig. 1). Esto mejora de manera notable los
intercambios térmicos (ver Capítulo 8).
3. VENTILACIÓN POR DESPLAZAMIENTO
Características
Hasta finales de los 80, la climatización por techos fríos se asociaba únicamente a ventilaciones por
desplazamiento, lo cual se consideraba garantía de un confort absoluto.
Efectivamente, la ventilación por desplazamiento no crea corrientes de aire molestas, no ocasiona
problemas de ruido, y la evacuación del aire viciado se efectúa con mayor eficacia.
En ventilación por desplazamiento, el aire frío se “vierte” en el local, formándose en la parte inferior, un
lago de aire fresco que se mueve hacia arriba, debido exclusivamente al calentamiento por contacto con
las fuentes de calor del local, y a su empuje natural. Los flujos de aire que se inducen, son relativamente
altos. El caudal horario de aire inducido por un ocupante, es aproximadamente igual a su peso. Esto
representa un flujo aproximado de 75 kg/h ó 62 m3/h, para un hombre de peso medio.
Cuando este caudal es superior al caudal de ventilación, una parte del aire inducido por los ocupantes,
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desciende de nuevo. Se crean entonces, circuitos de aire localizados en la proximidad de los ocupantes,
según se representa en la Figura 2. Si por el contrario, el caudal de ventilación es superior al caudal
inducido, es entonces la ventilación por desplazamiento la que predomina y se lleva la totalidad de las
emanaciones de los ocupantes (calor, olor).
La ventilación por apertura de ventanas es comparable a la ventilación por desplazamiento. No se produce
ruido, y si la temperatura exterior es del orden de 15 a 20°C, no hay corrientes molestas.
Lago de
aire fresco
Figura 2. Movimiento del aire inducido por el calor humano, con ventilación por desplazamiento.
Diseño de las bocas de difusión
Las rejillas de ventilación normales deben ajustarse específicamente a las exigencias de los locales. Es
necesario asegurar una buena difusión sin crear corrientes de aire molestas.
Con los sistemas de ventilación por desplazamiento, desaparece este contratiempo. Dado el efecto de
lago frío y la difusión a poca velocidad (alrededor de 20 cm/s), se puede elegir libremente la disposición
de las bocas en el local.
Las bocas son de una concepción muy sencilla, ya que se trata generalmente de una cubierta perforada.
Las exigencias esenciales son:
1. Buen reparto del flujo de aire a través de los orificios. Esto puede ser motivo de un diseño elaborado,
por ejemplo en habitaciones de relajación.
2. Obtención de flujo laminar del aire a baja velocidad, para evitar turbulencias que degraden el confort
y el efecto de desplazamiento. El carácter laminar se obtiene en general, por interposición de un
material que lamine (fieltro especial), y con una velocidad del flujo de aire (referida a la sección total
de la boca) del orden de 20 cm/s.
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3. Confort acústico: la velocidad en las entradas de aire, se debe mantener baja. Al ser la ventilación por
desplazamiento y los techos fríos, equipos perfectamente silenciosos, no conviene degradar la acústica.
Se deben mantener por lo tanto, velocidades moderadas del aire en los conductos.
1
2
3
4
Figura 3. Ejemplo de boca (2) para desplazamiento de aire desde rejilla en el suelo (1) –9 cm alto y 2,5 ancho (desarrollada
por: HeKa KaRo).
La buena distribución de aire se asegura en un suelo técnico (3) interponiendo un perfil perforado (4), a la altura de la junta
de dilatación de la pared.
Eficacia de la ventilación
La eficacia E de un sistema de ventilación viene dada por la expresión:
donde:
ε = concentración de contaminantes a la altura de los ocupantes,
ε0 = concentración de contaminantes del aire entrante,
εs = concentración de contaminantes del aire extraído.
En ventilación por mezcla de aire, se da una concentración uniforme de contaminantes:
el mismo valor; la eficacia de la ventilación es E = 1.
ε y εs
toman
En ventilación por desplazamiento, los contaminantes tienen tendencia a situarse en la parte alta de la
habitación y por ello, son evacuados más rápidamente por el sistema de ventilación. Esto quiere decir,
que la eficacia de una ventilación por desplazamiento, es superior que con ventilación ordinaria por
mezcla de aire. En ventilación por desplazamiento, los contaminantes quedan localizados principalmente
en la parte alta de la habitación y en las "zonas de convección". La eficacia es pues mayor, y se obtiene
mejor calidad de aire, con el mismo caudal.
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Este resultado, ampliamente confirmado por la experiencia, constituye en gran parte, el origen del éxito
de la ventilación por desplazamiento, en los países germánicos y escandinavos. ¿Se debe admitir entonces,
que la presencia de techos fríos, va en contra de esa ventaja?
En efecto, los movimientos de convección descendentes, pueden entrañar una recirculación del aire
viciado, desde la parte alta hacia abajo, donde éste, es de nuevo arrastrado por el aire de desplazamiento.
Las mediciones (proyecto F&E /1/ en las fábricas farmacéuticas Henning – 1988), ponen en evidencia
este fenómeno, el cual se manifiesta a partir de que la influencia de techo frío sea superior al 20% en el
balance climático.
Así, la asociación de un techo frío a una ventilación por desplazamiento, no conduce necesariamente a
una calidad de aire superior a la que se obtendría con una climatización basada únicamente en una
ventilación por desplazamiento.
Por lo tanto, la ventilación por desplazamiento, aunque sea preferible a la ventilación por mezcla desde
el punto de vista acústico, no es superior, en términos de calidad del aire interior, cuando va asociada a
techos fríos.
Ventilación por desplazamiento a partir del techo
Debido a la altura de las bocas de ventilación, no siempre es posible encajar en obra los sistemas de
ventilación por desplazamiento. Sin embargo, es perfectamente posible colocar tales bocas... en el techo.
El aire es vertido en los locales de forma laminar, a través de rejillas en el techo, (proyecto Lichtwer
Pharma. /2/). Si las bocas están próximas a la pared, el aire circula cerca de la pared hacia abajo y a su
vez forma el lago de aire fresco. Todo sucede como si el aire viniera de una verdadera boca de ventilación
por desplazamiento. El posible inconveniente de un ligero riesgo de incomodidad, debido al chorro de
aire fresco en línea con la boca del techo, queda en la práctica, muy localizado y poco molesto.
Un método sencillo de ventilación por desplazamiento desde el techo, consiste en utilizar como boca,
una placa perforada, en un panel suspendido. Igual que en las bocas de la parte inferior, la placa deberá
estar equipada con el fieltro laminador.
Naturalmente, es necesario prestar atención a la temperatura de soplado del aire de impulsión. Si es
demasiado baja, se produce aceleración del flujo de aire por gravedad y se aprecia incomodidad debida
a la corriente de aire frío. Si es demasiado alta (lo cual sucede cuando la diferencia de temperatura con
la parte alta del local es de 2 ó 3°C), el aire tiende a quedarse pegado al techo.
4. PREFERENCIA DE VENTILACIÓN POR DESPLAZAMIENTO O POR MEZCLA
Con los techos Dm Climatización, la única función de la ventilación es renovar el aire higiénico. Tal
ventilación, que necesita caudales de aire relativamente bajos, no puede ser origen de fenómenos de
incomodidad térmica.
La ventilación por desplazamiento, no constituye pues, una ventaja decisiva, aún considerando que
mejore la eficacia en ventilación y que, a caudales iguales, aporte alguna frigoría más que la ventilación
por mezcla.
Ya que los techos Dm Climatización pueden ser combinados con cualquier sistema de ventilación, el
criterio determinante se basará, en definitiva, en las imposiciones del emplazamiento: posibilidades de
montaje y costo de los sistemas de aire.
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5. VENTILACIÓN POR VENTANAS O VENTILACIÓN MECÁNICA CENTRALIZADA
Los techos Dm Climatización no necesitan ventilación mecánica. Se puede ventilar por simple apertura
de ventanas.
En lugares donde las condiciones de local y la humedad relativa lo permitan, se puede practicar este
modo de ventilación. Puede llevar a una menor emisión del techo, pues al no ser posible deshumidificar
el aire interior y para evitar riesgos de condensación, se debe mantener la temperatura de entrada del
agua, en un valor superior en 2°C a la temperatura de rocío del aire exterior (ver Cap. 3).
La limitación de la temperatura del agua permite evitar las condensaciones durante la apertura de ventanas.
De cualquier modo, si las ventanas se mantienen cerradas mucho tiempo, la temperatura de rocío del aire
del local, es susceptible de exceder el valor que se haya fijado. Será entonces necesaria como precaución
complementaria, una sonda de punto de rocío, situada en el techo (ver Cap. 3).
Con ventilación por ventanas, es necesario (como con cualquier otro sistema de climatización) dimensionar
con amplitud el techo frío. En ausencia de tratamiento del aire, el techo debe además calentar o enfriar
el aire exterior, para lo cual necesita disponer de mayor potencia. Esta será del orden de un 30% de
potencia frigorífica suplementaria, en el caso de una oficina.
Limitación reglamentaria
En Europa, la asociación de un sistema de climatización con ventilación por apertura de ventanas, es admitida
en edificios de viviendas. Sin embargo, para edificios públicos nuevos, existen limitaciones lógicas.
En algunos países existen disposiciones legales aplicables a construcciones nuevas de oficinas o comercios,
que imponen, o bien una regulación en función de la temperatura exterior, o bien, cuando la superficie
climatizada es superior a 400 m 2, la colocación de un dispositivo (contactos de ventana) que pare
automáticamente la climatización del local, en caso de apertura.
Ventilación Mecánica Central
La instalación de una VMC con rejillas de entrada de aire, constituye naturalmente una ventaja, en
comparación a la ventilación por apertura de ventanas. Esta debe ser preferida, siempre que la disposición
de los lugares lo permita.
/1/ Herbst, D., Cousin, R.: Producción farmacéutica con techo climatizador y ventilación. 1987
/2/ Herbst, D., Cousin, R.: Ventilación por boca en el techo. 1986.
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CAPÍTULO 7. TRANSMISIÓN DE CALOR
ÍNDICE
1. GENERALIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 64
2. TRANSFERENCIAS POR RADIACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 64
3. TRANSFERENCIAS POR CONVECCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 68
4. TRANSFERENCIAS POR CONDUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 69
5. TRANSFERENCIAS GLOBALES LOCAL. AGUA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 711
6. DETERMINACIÓN DE LOS RENDIMIENTOS TÉRMICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 72
1. GENERALIDADES
Transmisión de calor en un techo enlucido Dm Climatización
Los intercambios térmicos se pueden producir de tres maneras:
•
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.
En los techos fríos, los intercambios térmicos hacia el local climatizado se efectúan esencialmente por
radiación y luego por convección, mientras que las pérdidas hacia la parte superior, se producen
predominantemente por conducción.
2. TRANSFERENCIAS POR RADIACIÓN
Principios de la refrigeración
La ley de Stefan-Boltzmann, expresa la potencia energética P, radiada por un cuerpo negro, en función
de su temperatura T:
ecuación 1
Consideremos dos superficies S1 y S2, intercambiando calor por radiación; por ejemplo, un techo frío y
las demás paredes de un local.
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Es bien sabido que si una superficie (S1), en este caso el techo frío, es llevada a una temperatura diferente
a la de su entorno (S2), S1 intercambiará calor con S2 por efecto de radiación. De hecho, cada superficie,
S1 o S2, emite hacia la otra superficie una cantidad de calor que varía en importancia según su temperatura
se eleva. La superficie S2, más caliente, emite más calor del que recibe y tiene pues, tendencia a enfriarse.
Se dice que emite una radiación positiva. A la inversa, la superficie más fría emite menos calor del que
recibe, lo cual es considerado como radiación de frío.
La expresión exacta que permite determinar la potencia frigorífica intercambiada por radiación, se deduce
de la ley de Stefan Boltzmann:
ecuación 2
donde:
F
-
Factor combinado de forma y de emisión,
T1
°C
Temperatura de la cara expuesta del techo,
T2
P
°C
Temperatura media de las paredes internas del local,
W/m 2
Potencia intercambiada por radiación.
Valores del factor F
El valor de F, depende de la geometría del local (factor de forma) y de la emisión térmica ε del revestimiento
de la superficie del techo. Pero también depende de los demás materiales presentes en el local.
Para la mayoría de las instalaciones, donde los paneles están en un mismo plano (techos), el factor de
forma es igual a 1, y las emisiones térmicas están comprendidas entre 0,90 y 0,95, lo que conduce
(ecuación 4) a un factor teórico F, comprendido entre 0,81 y 0,90.
Por lo general, se aplica el valor recomendado por ASHRAE: F=0,87, que corresponde a la expresión
práctica siguiente, válida en la mayoría de los casos:
P = K (T2 - T1)
ecuación 3
donde K es el coeficiente de intercambio por radiación que se muestra en la Fig. 1:
6,0
T1=15°C
T1=20°C
T1=25°C
5,8
5,6
5,4
5,2
5,0
4,8
4,6
0
2
4
6
8
10
T2-T1 (°C)
Figura 1. Variación del coeficiente de intercambio por radiación K en función de la temperatura del local, T2 y de la
temperatura del techo T1.
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El valor de K varía entre 4,7 y 5,5 W/m 2 °C. En general, no se tienen en cuenta esas variaciones y se
mantiene un valor constante, por ejemplo:
K = 5 W/m 2.°C
En ciertas circunstancias, puede ser relevante un cálculo preciso del factor F, como por ejemplo para la
evaluación de las condiciones de confort. Se desarrolla a continuación, en dos casos, el cálculo donde
intervienen los coeficientes de emisión de las paredes y el factor de forma entre el techo y la superficie
receptora (por ejemplo, los ocupantes).
Determinación de F según la emisión de los materiales
La ecuación siguiente (ecuación de Hottel), puede ser utilizada con facilidad, para determinar con
precisión el factor F, cuando los paneles fríos no cubren la totalidad de la superficie, o cuando las emisiones
térmicas presentan valores poco comunes.
ecuación 4
donde:
A1
Superficie del techo frío
A2
Superficie vista de las otras paredes, suponiendo temp. uniforme
ε1
ε2
Coeficiente de emisión de la cara inferior del techo
Coeficiente de emisión de la superficie receptora
Ejemplo : Caso de un local con una superficie de suelo A 2= 20m 2; el techo frío cubre la mitad de esta
superficie, A1= 10 m 2; la emisión de cada superficie es igual a 0,95; se deduce F= 0,93. Si se aplica el mismo
cálculo considerando superficies iguales, se obtendrían intercambios algo menores: F = 0,90.
Valores usuales de los coeficientes e 1
Superficies negras no metálicas .............................. 0,90 a 0,98
Ladrillo, cemento, acero, pinturas, yeso .............. 0,85 a 0,95
Vidrio corriente ................................................................ 0,93
Pinturas usuales y emplaste blanco ...................... 0,90 a 0,98
Aluminio bruto ................................................................ 0,07 a 0,09
Acero galvanizado ........................................................ 0,23 a 0,28
Hormigón ............................................................................ 0,94
Papel ...................................................................................... 0,93
Yeso ........................................................................................ 0,91
Madera ................................................................................ 0,90
Determinación del factor de forma cuando interesan las condiciones de confort
En este caso, el factor de forma es útil para establecer el balance térmico global del sujeto. El valor de
este factor depende de la posición del conjunto de las superficies receptoras del cuerpo. Si el sujeto está
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de pie, las superficies receptoras son esencialmente verticales y el factor de forma del sujeto con las
paredes verticales, es elevado.
Inversamente, si el sujeto está sentado, el factor de forma con las paredes horizontales, es más elevado
que en el primer caso. Las expresiones que permiten calcular esos factores las estableció FANGUER en
1970. Así, las Figuras 2 y 3, muestran el factor de forma entre un sujeto sentado y un elemento de pared
vertical u horizontal, en función de las dimensiones a y b del elemento de pared, y de la distancia o
separación al sujeto.
Figura 2. Valor del factor de forma entre un sujeto sentado y un elemento de techo o de suelo, de dimensiones a-b, cuando
el sujeto está situado al lado de este elemento, a una distancia c del techo o del suelo.
Ejemplo: sujeto situado en un local rectangular: a=4m x b=5m; distancia entre sujeto y techo: c=2,50 m: a/c=1,6; b/c=2;
resultado: F= 0,062.
Figura 3. : Valor del factor de forma entre un sujeto sentado y un elemento de pared vertical, de dimensiones a-b, cuando
el sujeto se sitúa a un lado de este elemento, a una distancia c de la pared.
Ejemplo: sujeto sentado a una altura media de 0,6 m, frente a una pared de dimensiones a = 5, y b = 3 m de altura; distancia
entre el sujeto y la pared c = 4 m:
pared por encima de 0,6 m: a/c = 1,25; b/c = 0,6; resultado: F = 0,036.
pared por debajo de 0,6 m: a/c = 1,25; b/c = 0,15; resultado: F = 0,08.
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Determinación del factor de forma en el caso de una superficie receptora plana
Este factor de forma, usado para calcular las temperaturas de equilibrio de diferentes paredes, se muestra
en la Figura 4 o en la Figura 5, según se consideren paredes paralelas o perpendiculares.
a/c= 100
a/c= 1
a/c= 0,5
F
a/c= 2
a/c= 0,75
a/c= 0,25
0,3
0,25
0,2
0,15
Figura 4. Valor del factor de forma entre una superficie
horizontal plana, infinitamente pequeña y un elemento
de techo, de dimensiones “a y b”, cuando la superficie
plana se sitúa a un lado de este elemento, a una
distancia “c” del panel.
0,1
0,05
b/c
0
0
0,5
1
1,5
2
a/c= 100
a/c= 1
a/c= 0,5
F
2,5
3
3,5
4
a/c= 2
a/c= 0,75
a/c= 0,25
0,25
0,2
0,15
Figura 5. Valor del factor de forma entre una superficie
horizontal plana infinitamente pequeña y un elemento
de pared vertical de altura a y longitud b, cuando la
superficie plana está situada cerca de este elemento
y a una distancia c de la pared.
0,1
0,05
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
b/c
3. TRANSFERENCIAS POR CONVECCIÓN
Transferencias del aire por convección
ASHRAE /1/ da las expresiones siguientes, como válidas para el cálculo de la potencia por convección,
en función de la temperatura del aire Ta y de la temperatura T1, en la cara inferior del panel:
en modo calefacción
ecuación 5
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en modo frío
ecuación 6
Al ser el aire frío más pesado que el aire caliente, las transferencias por convección, son mucho más
importantes en modo frío que en modo calor. Es importante tener en cuenta que las expresiones anteriores
son para aire en calma.
En la realidad, los intercambios por convección aumentan sensiblemente, si el aire de ventilación se
introduce cerca de los paneles radiantes.
El rendimiento es muy variable, dependiendo de las condiciones de temperatura y de velocidad de aire
introducido, y difícilmente puede ser previsto con antelación. Las medidas llevadas a cabo según norma DIN,
por el laboratorio de la Universidad Técnica de Stuttgart, con paneles KaRo /2/, muestra que el chorro de
aire al techo (caudal de aire 10 m3/h.m 2) aumentó la potencia frigorífica del techo KaRo en un 13%.
Transferencias por convección entre el fluido portador de calor y los paneles capilares
La expresión que da el coeficiente de transferencia por convección interna, depende del régimen de
evacuación del agua: turbulento o laminar (ver a continuación). En régimen turbulento, se aplica la ley
de Colburn, escrita a continuación para agua a 15°C.
ecuación 7
expresión en la que:
V
m/s
D
mm
hi
W/m 2.°C
Velocidad del caudal de agua en el conducto,
Diámetro interior del conducto,
Coeficiente de transferencia por convección interna
Emisión total de un techo frío
La emisión frigorífica total de un techo frío, es el total de las transferencias por radiación y convección
dadas en las ecuaciones 2 y 6. Si se tiene en cuenta el aumento de las transferencias por convección
debidas a los movimientos de aire, y si se admite la igualdad de temperaturas del aire y de las paredes,
esto conduce a la expresión siguiente:
P = 8,92.(Ta - T1)1.1
ecuación 8
Esta expresión, válida en condiciones medias de velocidades de aire, es la expresión práctica a utilizar
para evaluar la emisión de un techo, cuando se conoce la temperatura superficial T1 y la temperatura
representativa del local, Ta.
4. TRANSFERENCIAS POR CONDUCCIÓN
El transporte de calor desde la superficie del techo al agua, se efectúa por conducción térmica. La fuerza
motriz es la diferencia de temperatura entre la temperatura del techo, Tp y la del agua, Tm.
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P = (Tp - Tm )/Ri
ecuación 9
W/m 2
Potencia frigorífica del techo
Ri
m 2.°C/W
Resistencia a la conductividad
Tp
°C
Temperatura media de la superficie del techo
Tm
°C
Temperatura media del agua
Agua
P
Techo/
donde:
A la inversa del coeficiente de transferencia por convección, el cual depende de las velocidades del aire
y del coeficiente de transferencia por radiación, el cual a su vez depende de la heterogeneidad de las
temperaturas del local, la resistencia a la conductividad Ri depende únicamente de las características
físicas del techo. La influencia de la temperatura del techo sobre Ri es tan pequeña que puede ser
olvidada. El coeficiente Ri es por lo tanto, independiente de la configuración del local, lo cual permite,
bien sea por cálculo o por medición, una fácil determinación de su valor.
La instalación de tubos de diámetro normal, implica espesores importantes de enlucido y además,
espacios de varios centímetros. Los tubos capilares KaRo, por el contrario, gracias a su poco espesor,
tienen una separación de sólo 1 cm y pueden ser colocados con una ligera capa de enlucido. De esta
forma, la resistencia a la conductividad es muy baja.
Es esta propiedad de los tubos capilares, la que dio origen a su desarrollo, al principio de los 80.
Amplitud de temperaturas y efecto aleta
Ta
local
Ta
techo
Figura 6. Perfil de temperatura en techo metálico Dm Climatización.
Gracias al reducido intervalo entre tubos capilares, las tramas KaRo presentan una gran eficacia del
efecto aleta.
Esta característica está relacionada con el rango de temperaturas en la superficie del techo, por medio
de la relación entre el valor medio de Tm-Ta, y el valor máximo de esta diferencia:
Ta = temperatura ambiente
Tp = temperatura media del techo
Tm = temperatura media del agua
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70
El rango de temperaturas en el techo es un factor esencial para un criterio de calidad; cuanto mayor sea
la amplitud, tanto más debe aumentarse la temperatura media del agua, si se quiere conservar la misma
protección contra las condensaciones. Entonces disminuye la emisión del techo.
La figura 7, que se refiere a una trama KaRo colocada sobre una placa de chapa perforada de 0.7 mm
de espesor, ilustra la influencia del espacio entre tubos sobre la eficacia del techo. En este ejemplo, la
eficacia del efecto aleta, próxima al 99.6%, está muy próxima al máximo teórico.
100,0%
98,3%
95,0%
91,7%
90,0%
99,8%
95,5%
87,3%
85,0%
82,8%
80,0%
78,0%
75,0%
73,4%
70,0%
69,7%
65,0%
60,0%
63,3%
65,4%
55,0%
50,0%
210
180
170
150
130
110
90
70
50
30
10
Distancia de tubos en mm
Figura 7. Eficacia de un techo metálico en función de la distancia entre tubos.
Para un intervalo de 10 mm, la eficacia es del 99,8%
5. TRANSFERENCIAS GLOBALES LOCAL. AGUA
Combinación de transferencias por conducción y radiación
Las transferencias globales son la resultante de las transferencias por convección, por radiación y por
conducción. Se deducen de las ecuaciones que rigen estas transferencias.
Combinando las ecuaciones 8 y 9, se obtiene la expresión siguiente:
Techo/
Agua
Local/Techo
ecuación 10
Tal expresión permite determinar en función de Ri, la temperatura media del agua fría necesaria para
obtener una potencia dada, P.
Esta temperatura deberá ser tanto más baja, cuanto mayor sea la resistencia a la conductividad, es decir
cuanto mayor sea Ri.
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Determinación de la temperatura de entrada del agua
Para simplificar la ecuación anterior, es costumbre explicar el rendimiento de los techos fríos, mediante
la expresión simplificada siguiente:
P = C. (Tm-Ta)n
En la cual, los coeficientes C y n, que caracterizan el rendimiento del techo frío, pueden ser medidos
según la norma DIN 4715.
Para determinar la temperatura de entrada Te, es necesario conocer el caudal de agua Q, y hacer referencia
a las dos ecuaciones siguientes, correspondiente una al balance térmico sobre el agua, y la otra a la
definición de la temperatura media logarítmica:
ecuación 11
ecuación 12
donde:
Te
Ts
Ta
Tm
Q
°C
°C
°C
°C
g/m 2.s
Temperatura de entrada del agua fría,
Temperatura de salida del agua,
Temperatura del local,
Temperatura media del agua en el techo.
Caudal del agua para una superficie de techo de 1 m 2,
Si, como en general, el caudal Q es suficiente, las temperaturas Te y Ts están próximas y se puede
simplificar la ecuación 12:
DTM= Ta- (T1+ T2) / 2
ecuación 13
En la práctica, tal simplificación está justificada si el caudal Q es superior a 4g/s.m_ y el error relativo
resultante, inferior al 2%, puede ser desechado.
La relación útil para determinar Te en función de P, Q y Ta, es en definitiva la siguiente:
ecuación 14
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6. DETERMINACIÓN DEL RENDIMIENTO TÉRMICO
La primera norma de medida del rendimiento térmico de los techos fríos, es la DIN 4715: Raumkuehlflächen.
Fue promulgada en Abril de 1993, y codifica de manera rigurosa, los métodos de medida de la emisión
frigorífica. Se puede considerar hoy que sólo los ensayos llevados a cabo conforme a esta norma, aportan
garantías suficientes de exactitud.
Esta norma caracteriza la emisión de un techo frío por dos factores C y n, que corresponden a la expresión
siguiente:
P = C. DTmn
ecuación 15
donde Ta es la temperatura de referencia del local. En las condiciones de ensayo de la norma DIN V 4715,
esta temperatura se refiere a la global medida en el centro del local de ensayo normalizado, a 1,1m por
encima del suelo. Se puede comprobar que esta temperatura es generalmente inferior en algunas décimas
de grado C, a la temperatura local del aire.
Quizá se explique la emisión del techo, si se recuerda un valor de referencia para la diferencia de
temperatura Ta-Tm. Este valor es del orden de 10°C en modo frío y de 15°C en modo calor.
Anteriormente a 1993, fecha de ratificación de la norma DIN 4706, el rendimiento se determinaba mediante
la caracterización separada de las transferencias por conducción y por convección-radiación. Estas
últimas se medían en cámara climática (Institut Hermann Rietschel de la Universidad Técnica de Berlín)
y las transferencias por conducción se determinaban bien por cálculo (tubos capilares enlucidos), o por
mediciones complementarias /3/ (caso de los techos metálicos). Los rendimientos eran así determinados
mediante la combinación de estos resultados (ver por ejemplo la ecuación 10).
/1/ Ashrae, HVAC Handbook - Schutrum et Vouris - 1954
/2/ Mediciones DIN
/3/ Pr. Graeff, Technische Fach Hoch Schule, Giessen
Universidad Técnica de Stuttgart conforme a la norma DIN V 4706.
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CAPÍTULO 8. RENDIMIENTO TÉRMICO
El cálculo de un techo de Dm Climatización, se efectúa en varias etapas:
cálculo de cargas frigorífica y calorífica - elección del techo - determinación de temperaturas - caudales
de agua.
A continuación se analizan las etapas y se explica la aplicación del cálculo con un ejemplo.
ÍNDICE
1. MÉTODO DEL CÁLCULO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 74
2. VALORES DE RESISTENCIA A LA CONDUCTIVIDAD R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 74
3. POTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 75
4. FACTORES DE CORRECCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 77
5. EJEMPLO DE CÁLCULO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 78
6. COMENTARIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 79
1. MÉTODO DE CÁLCULO
La carga frigorífica de un local se determina mediante la aplicación de los métodos habituales (Ashrae,
Carrier,...).
Para deducir la necesidad de rendimiento de un techo, se deberá tener en cuenta la influencia de la
ventilación del local, Pv:
Pv = 0,34 . Q.(T2-T1)
donde
Q
m3/h
T1
°C
T2
°C
caudal de aire,
temperatura de impulsión,
temperatura de retorno.
Se determinará después la superficie a instalar, teniendo en cuenta la resistencia a la conductividad del
techo, R, y la diferencia de temperaturas ΔT = Tm-Ta entre la temperatura media del agua y la temperatura
del local.
Finalmente, son necesarias correcciones en cuanto a la influencia de la geometría del local y del modo
de ventilación.
2. VALORES DE RESISTENCIA A LA CONDUCTIVIDAD R
Los valores de R dependen del tipo de techo. Se calculan o deducen de mediciones, que se realizan
según las normas DIN o FGK.
He aquí los valores correspondientes a casos normales:
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λ
R
Q10 DIN
W/m.°K
m 2.°K/W
W/m2
Enlucido de yeso
0,50
34
83
Enlucido de yeso
0,35
39
80
Enlucido a la cal
0,87
30
86
Enlucido en cemento
1,50
13
102
Enlucido acúst., espesor 2 mm
0,12
70
62
63
65
54
70
54
70
63
65
Tipo de pared
Tramas bajo enlucido
Cobertura: 5 mm.
Placas de yeso
Placa yeso 12,5 mm
Instalación en obra
Fermacell 10 mm
Thermo tile 10 mm 0,4 W/mK
Placa KaRo Systems
Placa prefabricada
Panel metálico
86 à 70
Variable según montaje
30 à 54
Otros
86 à 70
Consultar
Tabla 1. Valores de R para diferentes tipos de techo
3. POTENCIA
La potencia emitida por los techos de Dm Climatización depende de la diferencia de temperatura ΔT =
Tm-Ta, entre agua y aire del local y del coeficiente R. Puede leerse en las figuras 1 a 3.
3.1. Techos en modo frío
110
R20
100
R30
90
R40
R50
80
70
60
50
40
6
7
8
9
10
11
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12
Figura 1. Diagrama KaRo de potencia
frigorífica para techos
Ejemplo: Potencia requerida: 75 W/m2, valor de
R: 40. Se lee: T = 9,7°K.
90
R50
80
R60
R70
R80
70
60
50
40
30
6
7
8
9
10
11
12
Diferencia de temperatura ΔT = Tm - Ta (K)
Figura 2. Diagrama KaRo de potencia frigorífica
para techos
Ejemplo: Potencia requerida: 62 W/m2, valor de R :
60. Se lee: T = 9,3°K.
3.2. Techos en modo calor
180
160
R20
140
R40
R60
120
100
R80
80
60
40
20
5
7,5
10
12,5
15
17,5
20
22,5
Figura 3 : Diagrama KaRo de potencia calorífica para
el techo
3.3. Climatización en paredes verticales
El sistema Dm Climatización se puede instalar perfectamente en paredes verticales.
Al contrario que en los techos, donde la potencia emitida es mayor en modo frío que en modo calor, las
potencias emitidas por paredes verticales, bien sea frío o calor, son iguales. La Figura 4 da la potencia
emitida por una pared vertical y es válida en los dos casos.
300
250
200
150
100
50
Figura 4. Potencia emitida por una pared –
diagrama KaRo
0
8
10
12
14
16
18
20
22
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76
24
4. FACTOR DE CORRECCIÓN
Las figuras 1 a 4 han sido establecidas para condiciones estándar:
Factor de influencia
Condiciones estándar
Altura del local
3m
Tasa de tramas KaRo sobre local
90 %
Modo de ventilación
Ventilación por apertura de ventanas
o por desplazamiento
Tabla 2. Condiciones estándar
4.1. Ventilación
El coeficiente de intercambio por convección en la cara inferior del techo frío, aumenta con la velocidad
del aire en la parte alta del local.
Para la ventilación de referencia (por mezcla o desplazamiento), las velocidades de aire en el techo son
por lo general débiles y prácticamente no ejercen influencia sobre la potencia.
Sin embargo, los aportes de aire por inyectores, generan en el techo, velocidades apreciables del aire,
lo cual hace aumentar los intercambios por convección y por tanto, la potencia emitida por el techo. Los
mayores intercambios se obtienen con inyectores horizontales, situados en la parte alta del local (efecto
Coanda).
1,15
1,10
1,05
1,00
0,95
0,90
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Caudal de aire solapado m3/h m2
Figura 5. Factor de corrección k: caudal de aire soplado
Ejemplo: tasa de soplado: 5 m3/h m2; k = 1,06
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10
11
12
5. EJEMPLO DE CÁLCULO
Ejemplo
conexión de
retorno
Ejemplo
conexión de
entrada
Trama KaRo
Unión de
dos placas
Figura 9. Ejemplo de oficina
Se analiza el caso de un edificio con divisiones móviles
sobre un sector de 1,80 m. Las tramas KaRo, colocadas
en techo metálico, proporcionan frío y calor.
Retorno agua
Entrada agua
Datos del local
verano
invierno
Ta
Temperatura ambiente
°C
26
22
P
Cargas climáticas
W
2 000
900
Ss
Superficie de suelo
m2
26
h
Altura
m
3
Ventilación
verano
Tipo de ventilación
invierno
Mezclado
Q
Caudal de aire nuevo
m3/h
150
75
Qs
Caudal por superficie
m3/h/m2
5,8
2,9
T1
Temperatura de soplado
°C
18
24
T2
Temperatura de salida
°C
26
22
T2 = Ta
Pv
Aportes por ventilación
W
408
51
0,34 . Q.(T2-T1)
Q/Ss
Se han mantenido caudales de aire nuevo de 2 vol/h en modo frío y en modo calefacción solamente de 1 vol/h.
Elección de techo
Sp
Superficie activa en techo
m2
τ
Tasa de cobertura
%
22
85
Tipo de techo
R
Resistencia
Sa/St
Metálico
m2.°C/W
46
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Tabla 1
Coeficientes de corrección
k
Para tasa de ventilación
Eb
Exigencia total
E
Exigencia neta por m2
verano
-
invierno
1,06
Figura 5
W
1592
849
Eb= P-Pv
W/m2
68
36
E = Eb/(k.Sp)
verano
Invierno
Temperaturas y caudal de agua
ΔT
Dif. Temperatura agua/aire
K
9,4
-5,8
Figuras 1 a 3
tm
Temperatura media del agua
°C
16,6
27,8
Ta-ΔT
t s-t e
Dif. temp. agua, verano
K
4
-
t s-t e
Dif. temp. agua, invierno
K
-
-2,1
(t s-t e)ver.°Einv./Ever.
te
Temperatura entrada agua
°C
14,6
29,9
t e= tm-(t s-t e)/2
r
Coefic. Pérdidas hacia arriba
K
1,05
Por hipótesis
Q
Caudal de agua
l/h
340
r.Eb/(k.1,16.(ts-te))
En general, los caudales de agua en modo calor y en modo frío, se eligen iguales. Se toma el caudal para
el modo más crítico, en general el modo frío. Aquí se ha mantenido como caudal, el correspondiente a
una diferencia de temperatura elevada: 4 K. Un caudal mayor llevaría a una menor diferencia y así a una
temperatura de entrada de agua más alta.
El coeficiente de pérdidas hacia arriba es un coeficiente fijo. El valor 1,05 corresponde a un techo bien
aislado.
6. COMENTARIOS
6.1. Mejoras de rendimiento
Podría suceder al calcular, que la potencia efectiva del techo de Dm Climatización fuera inferior a la
potencia requerida. En este caso, se puede aumentar la potencia de emisión, jugando con distintos
parámetros:
•
Aumentando la tasa de cobertura
•
Reduciendo la temperatura del agua, lo cual, a partir de un valor hace necesaria la deshumidificación
del aire soplado
•
Elección de un techo con bajo valor de resistencia, R
•
Instando como complemento paredes verticales activas
Aumentando el caudal de agua. Cuando el caudal inicial corresponde a una diferencia ts-te igual a 4 K,
el doble de caudal permite aumentar la potencia emitida, en un 10%. Existe pues en cada caso, un caudal
óptimo que corresponde al mejor compromiso entre el aumento de rendimiento y la limitación de potencia
del equipo de circulación.
Aumentando la temperatura de consigna. En cálculos de cargas térmicas, la consigna se fija a menudo
sobre la temperatura del aire, aunque (ver capít. 4) es la temperatura operativa la que constituye el
verdadero criterio de confort. Como el rango entre ambas temperaturas es normalmente de 1 ó 2°C,
debería ser fácil, conservando el mismo nivel de confort, que se aceptara un valor superior.
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6.2. Prevención de condensaciones
Cuando los cálculos conducen a una temperatura de entrada inferior al punto de rocío, este problema
se puede remediar de diferentes maneras:
•
Aumentando la superficie del techo activo
•
Admitiendo temperaturas ambiente más altas
•
Deshumidificando el aire nuevo.
Temperatura ambiente Humedad relativa
26°C
45 %
13,1°C
24°C
50 %
13,0°C
22°C
50 %
11,1°C
Tabla 3. Temperatura de rocío para diferentes temperaturas ambiente.
6.3. Pérdidas de potencia hacia arriba
Una cantidad más o menos importante de frío, puede ser emitida hacia el local en el piso superior. Esta
pérdida, que es función del aislamiento térmico del techo, no disminuye por sí misma la potencia emitida
hacia la parte inferior. Sin embargo, para un mismo caudal de agua, al aumentar los intercambios totales
de temperatura, se produce un aumento de las temperaturas del agua. Para evitar esto es suficiente
elevar el caudal.
Nota: Para edificios con varios pisos, en los pisos intermedios existe compensación entre las transferencias
provenientes del piso superior y las del inferior. Por lo tanto, solamente es preciso tener en cuenta las
pérdidas hacia arriba en casos particulares (pisos extremos,...).
6.4. Limitación de potencia
Se recuerda que:
•
La potencia máxima de calefacción queda limitada por el confort. En la práctica, este criterio no es
un impedimento para las potencias, salvo en casos donde el edificio tenga un aislamiento térmico
mediocre.
•
La temperatura de entrada del agua, en ningún caso debe sobrepasar los 45°C. (Se trata esencialmente
de evitar los riesgos de secado del yeso).
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CAPÍTULO 9. PÉRDIDAS DE CARGA
Como en toda instalación hidráulica, es necesario calcular las pérdidas de carga para dimensionar el
sistema de circulación y equilibrar la red.
ÍNDICE
1. PÉRDIDAS DE CARGA HIDRÁULICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 811
2. DIAGRAMAS DE PÉRDIDAS DE CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 82
3. PÉRDIDAS DE CARGA DE LAS TRAMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 82
4. PÉRDIDAS DE CARGA DE LAS CONDUCCIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 86
5. ACCESORIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 87
6. CÁLCULO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 87
1. PÉRDIDAS DE CARGA HIDRÁULICAS
1.1. Generalidades
Las pérdidas de carga son la suma de las pérdidas de carga singulares y las pérdidas de carga lineales.
Las pérdidas de carga singulares corresponden a las singularidades (codos, bifurcaciones, etc. ...) del
flujo. Las singularidades se caracterizan por su coeficiente de pérdida de carga* que permite calcular la
pérdida de carga *P del flujo, en función de la presión dinámica del agua Pd:
ΔP = ζ.1/2.ρ.V2= ζ.Pd
En general, son mayores las pérdidas de carga lineales; dependen del régimen de flujo de agua: turbulento
o laminar. En cada caso, son proporcionales a la longitud L de la tubería.
He aquí, para una temperatura de agua de 15°C, las expresiones simplificadas que permiten el cálculo:
En régimen laminar, las pérdidas de carga se deducen de la ley de Hagen-Poiseuille:
En régimen turbulento, la rugosidad de los tubos (cobre o polipropileno) es baja, lo que permite utilizar
la relación simplificada de Blasius:
donde:
V
D
L
Δp
m/s
mm
m
Pa
Velocidad del caudal de agua en el conducto,
Diámetro interior del conducto,
Longitud del conducto,
Pérdida de carga lineal
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81
1.2. Incidencia de la temperatura
Cuando la temperatura aumenta, la pérdida de carga disminuye puesto que la viscosidad disminuye.
Así, a 35°C, la viscosidad cinemática del agua es solamente de 0,72 centistoke en lugar de 1,14 centistoke
para una temperatura de 15°C. Esta disminución de viscosidad conlleva una disminución de pérdida de
carga del 37% (caso de flujo laminar), ó del 11% (caso de flujo turbulento).
Los gráficos a continuación, permiten dimensionar los circuitos de circulación, para una temperatura de
agua de 15°C, en los casos más desfavorables.
1.3. Naturaleza del flujo
Se dice que los flujos son laminares cuando el número Reynolds es inferior a 2300, y turbulentos en el
caso contrario. El flujo es laminar, si la velocidad V del agua en el tubo, es inferior a un cierto valor, cuya
expresión se da aquí, para agua a 15°C:
ecuación 1
En los tubos capilares (diámetro interior de 2,3 mm), el flujo es siempre laminar pues la velocidad del
agua es siempre inferior a 1 m/s.
Por el contrario, en los colectores, el flujo es en general turbulento, salvo que el caudal sea muy bajo, en
cuyo caso se podrían producir flujos laminares
2. DIAGRAMAS DE PÉRDIDAS DE CARGA
Las pérdidas de carga de las tramas y accesorios, se pueden ver en los diagramas a continuación.
Las pérdidas de carga de las tramas KaRo (conjunto constituido por los tubos capilares y los colectores)
se muestran en las figuras 2 a 5, en función del caudal de agua y de la longitud de las tramas.
Para las tuberías, los diagramas dan a la vez, la pérdida de carga lineal y la presión dinámica del flujo.
Para obtener la pérdida de carga total, basta con sumar la pérdida de carga lineal y el producto de la
presión dinámica por el coeficiente de singularidad.
Finalmente, para los flexibles, los diagramas dan directamente la pérdida de carga global. No es necesario,
pues, tener en cuenta la longitud o el coeficiente de pérdida de carga singular.
3. PÉRDIDAS DE CARGA DE LAS TRAMAS
3.1. Posibilidades de conexión
Las tramas pueden ser conectadas sobre un solo lado (tramas tipo 1) o sobre dos lados (tramas tipo 2).
La longitud del circuito hidráulico de las tramas tipo 1 es el doble que el de las tramas tipo 2. La velocidad
es también doble. Así pues, como el flujo es laminar, las pérdidas de carga en las tramas tipo 1 son
aproximadamente 4 veces mayores que en las tramas tipo 2.
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Las tramas KaRo del tipo 1 son las más usadas, pues las conexiones de un mismo lado ofrecen más
flexibilidad de instalación.
Conexión
1
2
un lado
dos lados
3.2. Pérdidas bajas
A pesar del pequeño diámetro de los tubos capilares, las pérdidas de carga en las tramas KaRo son bajas,
pues el flujo se distribuye por un gran número de tubos y la velocidad de flujo es sólo de 10 a 20 cm/s; y
en el tubo capilar el flujo es siempre laminar (ver figura 1). Las pérdidas de carga en las tramas KaRo,
aumentan de forma lineal con el caudal, y no con el cuadrado, como en tubos gruesos.
Pérdida de carga [mbar]
9,00
8,00
Turbulenta
7,00
Laminar
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
56
Figura 1. Pérdidas de carga de los tubos de conexión
DN 10
En la transición laminar-turbulenta, se produce un salto
de pérdidas.
Caudal de agua l/h
3.3. Tramas U tipo 1
20
Typ U10
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
10
15
20
25
30
35
40
Caudal [kg/m2h]
Figura 2. Pérdida de carga de tramas U (longitud capilares hasta 2,50 m)
Ejemplo: Caudal de agua = 22 kg/m2h; Longitud de la trama = 1,6m; Pérdida de Carga = 9,5 mbar
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83
180
Typ U10
160
140
120
100
80
60
Figura 3. Pérdida de carga de tramas U (longitud
capilares hasta 6m)
Ejemplo: Caudal de agua = 23 kg/m2h; Longitud
de la trama = 5m; Pérdida de Carga = 95 mbar
40
20
0
10
15
20
25
30
35
40
Caudal [kg/m2h]
3.4. Tramas G tipo 2
5
Typ G10
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
Figura 4. Pérdida de carga de las tramas tipo 2
(longitud de capilares inferior a 2,50m)
de la trama = 1,4m; Pérdida de Carga = 1,8 mbar
1
0,5
0
10
15
20
25
30
35
40
Caudal [kg/m2h]
45
Typ G10
40
35
30
25
20
Figura 5. Pérdida de carga de las tramas tipo 2
(longitud de capilares superior a 2,50m)
de la trama = 5m; Pérdida de Carga = 29 mbar
15
10
5
0
10
15
20
25
30
35
40
Caudal [kg/m2h]
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84
3.5 Tramas S tipo 1
20
Typ S10
18
16
14
12
10
8
Figura 6. Pérdida de carga de las tramas S10 tipo 1 (longitud
de capilares inferior a 2,50m)
Ejemplo: Caudal de agua = 23 kg/m2h;
Longitud de la trama = 1,4m; Pérdida de Carga = 7,7 mbar
6
4
2
0
10
15
20
25
30
35
40
Caudal [kg/m2h]
180
Typ S10
160
140
120
100
80
Figura 7. Pérdida de carga de las tramas S10 tipo 1
(longitud de capilares superior a 2,50m)
Ejemplo: Caudal de agua = 23 kg/m2h; Longitud de la
trama = 5m; Pérdida de Carga = 95 mbar
60
40
20
0
10
15
20
25
30
35
40
Caudal [kg/m2h]
3.6. Tramas S15 tipo 1
30
Typ S15
25
20
15
10
Figura 8. Pérdida de carga de las tramas S15 tipo 1
(longitud de capilares inferior a 2,50m)
Ejemplo: Caudal de agua =23 kg/m2h; Longitud de la
trama = 1,4m; Pérdida de Carga = 11,5 mbar
5
0
10
15
20
25
30
35
40
Caudal [kg/m2h]
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85
250
Typ S15
200
150
100
Figura 9. Pérdida de carga de las tramas S15
tipo 1 (longitud de capilares superior a 2,50m)
Ejemplo: Caudal de agua = 23 kg/m2h;
Longitud de la trama = 5m;
Pérdida de Carga = 140 mbar
50
0
10
15
20
25
30
35
40
Caudal [kg/m2h]
4. PÉRDIDA DE CARGA DE LAS CONDUCCIONES
Los siguientes diagramas muestran las pérdidas de carga R por metro, y la presión dinámica para Z=1,
para tubo DN 20.
4,50
4,00
Pérdida carga R
3,50
3,00
2,50
2,00
Presión dinámica p
1,50
Figura 11. Pérdida de carga para tubos DN 20
Ejemplo: Caudal de agua 325 l/h:
Presión dinámica 1,0 mbar/Zeta,
Pérdida de carga 2,4 mbar/m.
1,00
0,50
DN 20
0,00
150
175
200
225
250
275
300
325
350
375
Caudal de agua en l/h
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86
400
425
4.1. Tubos de distribución
El siguiente diagrama muestra la pérdida de carga específica de los tubos de distribución. Multiplicando
por la longitud de ida más retorno de una tubería, se obtiene la pérdida de carga.
3,00
DA 18
2,50
2,00
Figura 12. Pérdida de carga para tubos de distribución
DN 18 y DIN 20
Ejemplo: Tubo DN = 18 mm, Caudal de agua 260 l/h,
Pérdida de carga 1,45 mbar/m. Longitud del tubo de
distribución Entrada y Retorno: 8,0 m; Pérdida de carga
8 * 1,45 = 11,6 mbar.
1,50
DA 20
1,00
0,50
0,00
150
175
200
225
250
275
300
325
350
375
400
425
Caudal en l/h
5. ACCESORIOS
Artículo
Coeficiente Zeta
Codo
1,3
Casquillo
DA 18
DA 20
0,25
0,25
Reductor
2 Dimensiones
0,55
T1 entrada – 2 salidas
Recto
Angular
0,3
1,3
T1 entrada – 1 salida
0,85
6. CÁLCULOS
El documento K1 puede ser útil para el cálculo de los techos Dm Climatización. Las páginas siguientes
muestran un formulario cumplimentado, para el ejemplo del capítulo 8, y un formulario en blanco, para
hacer copias.
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87
Ejemplo de cálculo
Designación
Frío
Calor
Observaciones
1 Local
Temperatura ambiente
C
26
22
Carga frío/calor
W
2000
900
Superficie
m2
26
26
m3/h
150
75
5,8
2,9
Del cálculo de carga frío/calor
Ventilación
Impulsión aire
Impulsión aire-por área de techo
m3/h
m2
Ventilación (1 = turbulenta 0 = laminar)
Temperatura de impulsión
Turbul.
C
Para factor Ventilación
Para factor Ventilación
18
24
22
Temperatura de retorno
C
26
Capacidad frío/calor del aire
W
408
51
Capacidad frío/calor del techo
W
1.592
849
m2
22,00
22,00
Volumen aire * 0,34 * Diferencia temperatura
Carga frío/calor menos capacidad del aire
2 Elección del techo KaRo
Área activa
Tipo de techo Dm Climatización
Metálico
Valor R para diagrama capacidad
Demanda de capacidad por m2 Dm Clim,
Rango de temperatura elegido
Capacidad nominal según Diagrama
R 46
R 46
W/m
72
38
K
9,4
-5,8
W/m2
72
34
Del diagrama de potencia
1,06
1,06
Ventilación turbulenta con 5 m3/m2h (Del diag.)
Capacidad nominal x Factor Techo
2
Factores de corrección totalizados
De la tabla de valores R
Demanda capacidad frío/calor - área activa
Capacidad actual techo
W/m2
76,8
36,0
Desviación
W/m2
1
3
Capacidad techo Dm Climatización
W
1.690
76
Capacidad actual x Area activa
Rango de temperaturas de agua
K
4,0
0,2
Para enfriar 2 a 4 K
Temperatura de entrada
C
14,0
30,0
Intercambio habitación superior
%
5%
Pérdidas piso superior
Capacidad actual - Demanda
3 Caudal de Agua
Caudal agua
"
"
-por área activa del techo
Caudal nominal para tubos de distribución
Frío: No debe ser menor que el punto de rocío
l/h
340
(Capacid. + Sobrecar.) / (Rango temp. x 1,16)
l/m2 h
15,5
Caudal agua / Área activa
l/h
170
Igual caudal de agua para frío y calor
cm
170
Corresponde a la long. de panel
4 Pérdida de carga
Longitud de las tramas KaRo
Longitud de los tubos de distribución
m
3
Suma entrada - y retorno
Longitud de los tubos de conexión
m
3
Suma entrada - y retorno
Pérdida de carga trama KaRo
Mbar
8
8
Pérdida de carga tubos distribución
mbar
1
1
Longitud *Valor del diag. de pérdidas
Pérdida de carga tubos conexión
mbar
2,5
2,5
Longitud *Valor del diag. de pérdidas
Suma de pérdidas de carga
mbar
11,5
11,5
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88
Del diagrama
CAPÍTULO 10. KaRoMar
Para conseguir su capacidad, los sistemas Dm Climatización necesitan únicamente una fuente de frío a
temperatura moderada: 12 a 15°C, según la potencia del intercambiador de calor.
Existe un gran número de posibilidades de alimentación gratuita: a través del suelo, del aire o del agua.
El sistema Dm Climatización alimentado para frío por agua de mar o de lagos es particularmente atractivo.
Se presenta a continuación el sistema y se evalúa el consumo de energía.
INDICE
1. PRESENTACIÓN DEL CONCEPTO KAROMAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 89
2. POSIBILIDAD DE RECURSOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 89
3. AHORRO DE ENERGÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página 90
1. PRESENTACIÓN DEL CONCEPTO KAROMAR
Con el sistema KaRoMar, los edificios se equipan con techos climáticos alimentados por fuentes naturales:
agua de mar, aguas termales, etc. sin elementos de producción.
Las instalaciones KaRoMar son similares a las instalaciones de calefacción urbana. A la central de
calefacción, corresponde la fuente de frío, constituida por el mar y la estación de bombeo. La red de
distribución es similar.
Como ya no es necesario recurrir a máquinas frigoríficas, la reducción de consumo eléctrico es importante;
el único consumo es el producido por las bombas.
Figura 1. Con KaRoMar, los edificios son climatizados por agua de mar y techos Dm Climatización.
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89
CAPÍTULO 10. KAROMAR
2. POSIBILIDAD DE RECURSOS
Un criterio importante es la búsqueda de un lugar con recursos hidrológicos, en lo que concierne a la
disponibilidad estacional de temperaturas. Desde este punto de vista, el Mediterráneo es idóneo ya que
incluso a poca profundidad, la temperatura del agua es constante (13°C). Igualmente, en el caso de un
balneario termal, las aguas residuales pueden servir como alimentación del sistema para calefacción.
Con los techos Dm Climatización, el agua puede ser retornada con una variación de temperatura de
pocos grados.
El consumo eléctrico de las bombas, varía con la potencia elevada al cubo del caudal transportado. Por lo
tanto, a igual diámetro, duplicar el caudal significa un consumo de energía 8 veces mayor.
Por esto, las instalaciones de climatización a gran distancia, se equipan por lo general, con bombas de
caudal variable.
3. AHORRO DE ENERGÍA
Con un sistema KaRoMar, el ahorro de energía puede ser considerable. En el ejemplo a continuación,
que corresponde a una pequeña instalación de climatización de 5 MW, el ahorro de energía es del orden
de un 97%, si se compara con una solución clásica.
Grupo frío
KaRo-Mar
Demanda de frío
Potencia
Duración de uso
KW
5000
H
900
5000
Grupo frío
COP
3,5
Potencia eléctrica
KW
1428
Consumo eléctrico
MWh/año
1286
m3/h
718
Bombas
6
Caudal de agua
Pérdida de carga
Rendimiento bomba
718
Bar
2
2
%
80
80
Potencia eléctrica
KW
49
49
Consumo eléctrico
MWh/año
44
44
Potencia eléctrica
KW
1477
49
Consumo eléctrico
MWh/año
1310
44
Balance
Figura 2. Comparación de consumos de energía
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CAPÍTULO 11. EL SISTEMA
Dm Climatización significa climatizar de forma natural. Es decir, refrigerar o calentar por medio de una
técnica evolucionada, adaptable a la mayoría de los soportes. La trama es flexible, y sus posibilidades
de utilización son numerosas. Integradas en enlucidos, placas de yeso, escayola, sobre paneles metálicos,
en paredes o suelos, las tramas KaRo transforman el soporte en una superficie radiante.
En este capítulo se muestran algunas posibilidades del sistema de Dm Climatización.
ÍNDICE
1. LOS TECHOS METÁLICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. LOS TECHOS DE PLACA DE YESO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. LOS TECHOS ENLUCIDOS DE YESO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. PAREDES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5. SUELOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6. LA ESTACIÓN HIDRÁULICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7. TUBERÍAS ESPECÍFICAS KARO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8. LAS PRUEBAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9. MONTAJE SONDA DE PUNTO DE ROCÍO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Página 911
Página 92
Página 92
Página 93
Página 93
Página 94
Página 94
Página 95
Página 96
1. LOS TECHOS METÁLICOS
La trama KaRo se asocia con los mejores fabricantes de techos metálicos. La flexibilidad de la trama
de tubos capilares permite su adaptación a todo tipo de techos. El montaje del techo radiante metálico
Dinamobel es idéntico al de un techo estándar; únicamente es necesario añadir las conexiones hidráulicas
de las tramas.
Aplicación:
Los techos radiantes metálicos Dm Climatización se aplican en instalaciones de techos acústicos y
decorativos, en vestíbulos, oficinas, salas de reunión, locales de enseñanza, etc.
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91
2. LOS TECHOS DE PLACA DE YESO
La placa de yeso seca es una placa de cartón-yeso de diferentes medidas. Se monta clavada, suspendida,
o atornillada a una estructura metálica.
La placa es el soporte para instalar las tramas por su parte interior. Estas placas se lucen o pintan más
tarde, según las técnicas habituales.
Las placas utilizadas para techos, pueden ser de espesores hasta 12 mm.
Lugares de empleo
Las soluciones Dm Climatización en placa de yeso se usan para climatizar locales de residencia, oficinas
y hoteles, bien sea en construcciones nuevas o en renovaciones.
3
2
1
1
2
Montaje:
1 = Estructura
2 = Perfil primario
3 = Perfil secundario
4 = Manta de aislamiento
5 = Trama KaRo
6 = Placa de yeso
4
5
3
6
3. LOS TECHOS ENLUCIDOS
Las tramas se fijan directamente al forjado, se unen a los colectores, se someten a pruebas de presión
y finalmente se cubren con el enlucido. No es necesario aumentar el espesor del enlucido.
También se pueden usar, para rehabilitaciones, con soluciones especiales, como techos tipo Perfo-plaque
de Placoplatre. La trama se grapa sobre el panel Perfo-plaque sobre el cual se proyecta el enlucido de
terminación.
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Aplicación:
El sistema Dm Climatización integrado en el enlucido, es particularmente recomendado para renovaciones de inmuebles. Basta lijar el yeso existente y luego se cubre con una capa ligera de enlucido, que
cubra las tramas.
4. PAREDES
Las tramas KaRo se fijan directamente a la pared, se unen a los
colectores, se someten a pruebas de presión y finalmente se
cubren con el enlucido, placa de yeso, alicatado, etc.
5. SUELOS
El pequeño diámetro de los tubos capilares de las tramas KaRo, permite suelos de poca altura. Por esta
razón, son especialmente usadas en renovaciones donde se instalen suelos radiantes.
A diferencia de los suelos radiantes normales, los tubos y por tanto la energía para calentar o refrigerar,
se sitúan cerca de la superficie del suelo. Por ello, la reacción de un suelo de Dm Climatización es más
rápida y opera con temperaturas moderadas.
Pavimento
Mortero de unión
Trama KaRo
Solera
Disposición para un suelo nuevo
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6. LA ESTACIÓN HIDRÁULICA
La estación hidráulica es parte integrante del sistema 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
(ver capítulo 2).
La estación puede incorporar uno o dos intercambiadores de calor, según se elijan sistemas a dos o tres
tubos. La regulación del secundario se instala generalmente en la estación hidráulica.
7. TUBERÍAS ESPECÍFICAS DEL SISTEMA
Techo desmontable
Este techo incorpora tramas con conexiones rápidas y tuberías especiales para estas conexiones. Permiten
un montaje rápido sin soldar.
Los tubos se instalan de forma similar a los cables eléctricos, con el mismo tipo de soportes y bandejas,
por los pasillos.
El montaje de tubos se muestra en la figura siguiente.
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8. PRUEBAS DE PUESTA EN MARCHA Y ENSAYO DE PRESIÓN
El sistema Dm Climatización se usa generalmente a una presión entre 0 y 3 bares.
Al instalar las tramas y tubos, deben ser probados en cuanto a estanqueidad, con una presión de 10
bares y después, deben mantenerse durante toda la obra a una presión de 2 a 3 bares.
Presión nominal de conexiones
Antes de las pruebas, es necesario comprobar que todos los elementos instalados en las conducciones
sometidas a presión, sean adecuados para la presión máxima de la prueba. Todos los elementos de
distribución y las tramas del sistema Dm Climatización, pueden ser sometidos a una presión máxima de
16 bares durante muy corto tiempo, y a 10 bares durante 24 horas.
Reglas generales
Se dan a continuación las reglas generales para las pruebas de presión de los sistemas por donde circula
el agua:
1. Probar por secciones. Elegir la sección de manera que se pueda ejercer un control preciso durante la
prueba de presión.
2. Jamás meter presión con la red de la ciudad. Usar exclusivamente bombas de presión. Al meter presión
con agua de red, el peligro es que en caso de fugas, el agua de la red inunde el edificio.
3. Todas las secciones que más tarde no serán accesibles, deben superar con éxito la prueba a 10 bares
de presión con agua, antes de su cierre definitivo.
8.1. Pre-prueba con aire
Una vez conectadas las tramas a la red de distribución, el sistema debe ser probado con aire, a una
presión entre 6 a 10 bares. De esta manera se detectarán rápidamente las posibles fugas en las conexiones.
8.2. Prueba principal
Una vez montado el techo, se someterá a presión con agua. Para techos enlucidos y con placas de yeso,
la prueba principal debe efectuarse antes de aplicar el enlucido, o cerrar el techo.
El sistema se llena de agua y el aire es expulsado .Debido a la dilatación elástica de los tubos, la presión
puede bajar alrededor de 1 bar, después de metida presión.
Fases de la prueba:
Pre-prueba con agua
Se llena el sistema a una presión de 10 bares. Una hora después, se podrá comenzar la prueba principal.
Prueba principal con agua
Se rellena el sistema, de nuevo, a 10 bares. Se mantiene al menos durante 4 horas a 10 bares. Una vez
efectuada la prueba con éxito, se reduce la presión a la normal de servicio (2 bares).
Una vez cumplimentada con éxito la prueba principal, se puede poner en servicio el sistema, con la
presión normal.
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Informaciones generales:
•
La instalación y manipulación de cada elemento se hará de acuerdo con las especificaciones y
técnicas pertinentes.
•
La temperatura ambiente mínima para trabajos de instalación es de 5°C.
•
Los tubos y tramas KaRo deben ser protegidos de los rayos U.V.
•
Absolutamente todas las piezas del secundario en contacto con el agua, deberán estar fabricadas
con materiales no oxidables.
9. MONTAJE SONDA DE PUNTO DE ROCÍO
Utilidad de la sonda de punto de rocío:
Tiene como fin prevenir la condensación. Existen tres tipos de sonda:
•
Techo metálico
•
Techo enlucido
•
Otros techos
Se conecta a los termostatos Tauka 23.
Sonda de punto de rocío para placa de yeso
9.1. Montaje para enlucido con yeso
La sonda se sujeta bajo el forjado entre los capilares de alimentación. El cable de conexión eléctrica se
lleva hasta el termostato.
La sonda se entrega con un cable de 10 metros, que puede ser prolongado hasta 50 m sin perturbar el
funcionamiento de la sonda.
La sonda incorpora dos pequeños tubos de plástico que se recortarán una vez terminado el enlucido.
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96
CAPÍTULO 12. CONSUMO DE ENERGÍA Y ESPACIO
Las soluciones de Dm Climatización son económicas. Comparando con los acondicionadores de aire, que
enfrían con aire atemperado, el ahorro de energía es importante. Se muestra a continuación, para un
edificio de oficinas, la reducción de consumo energético en ventiladores y refrigeración, que en principio,
son la fuente de gasto más importante del aire acondicionado.
Están además las ventajas en la inversión. “El constructor inteligente consigue la climatización gratis”, es
la opinión de arquitectos que trabajan con nuestro sistema. Si desde el principio del diseño del edificio,
se tiene en consideración una solución Dm Climatización en lugar de un sistema de aire, es posible que
se ahorre tanto en materiales del edificio, como el costo total de la climatización.
ÍNDICE
1. COMPARACIÓN DE SISTEMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. VENTILADORES Y BOMBAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. CONFIRMACIÓN PRÁCTICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5. NECESIDAD DE ESPACIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6. MANTENIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7. CONSEJOS SOBRE AHORRO ENERGÉTICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Página 97
Página 97
Página 99
Página 99
Página 100
Página 102
Página 103
1. COMPARACIÓN DE SISTEMAS
Compararemos el consumo de una climatización radiante Dm Climatización, con el consumo de un
climatizador típico, por aire.
1.1. Sistema A: Dm Climatización
Refrigeración de un local, con enfriadora y red de tramas capilares. La ventilación a volumen constante.
1.2. Sistema B: Aire acondicionado “sólo-aire”
Impulsión y retorno de ventilación con volumen constante. Sistema de frío por agua refrigerada, con
torre de condensación.
2. VENTILADOR Y BOMBAS
2.1. Sistema B
Los acondicionadores sólo-aire, utilizan el aire para ventilar y para enfriar. Por ello, la cantidad de aire
debe estar proporcionada a las cargas térmicas. Por ejemplo, con una carga de 60 Watios/m 2 (*línea 2
en tabla 1) y con un salto térmico entre el aire de impulsión y el de retorno de 8 K, son necesarios 22,06
m 2/h min. de impulsión por metro cuadrado de superficie (ir a la línea 9).
Para una oficina de 4.000 m 2, la impulsión y extracción de aire en conjunto, exigen una potencia aproximada
de 77 kW, con consumo anual de 309 MW/h (ir a la línea 19).
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2.2 Comparación (tabla de KaRo)
Tabla 1. Cálculo de consumos
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Con Soluciones Dm Climatización, el aire se usa solo para ventilar. Por lo tanto, el sistema de ventilación
se puede calcular para un caudal mucho menor de aire. Para una oficina, en general son suficientes de
4 a 6 m3/m2h (ir a la línea 4). También son menores, como regla general, las pérdidas de carga de los
ventiladores (ir a las líneas 11 y 15); los conductos y aparatos de ventilación pueden ser diseñados
ampliamente sin problemas de espacio, ya que el caudal de aire es muy pequeño y los conductos de
impulsión, no necesitan ser aislados. La potencia y el consumo anual de ventiladores, con Dm Climatización
son reducidos de manera importante (ir a la línea 20).
2.3 Bombas
El consumo de potencia de las bombas de agua refrigerada, en un sistema Dm Climatización, es mayor
(ir a la línea 26), ya que el techo frío hace circular un mayor caudal de agua, debido al menor salto térmico
(ir a la línea 5).
El ahorro de consumo en ventilación, compensa, sin embargo con creces, el mayor consumo de las
bombas. Una climatización Dm Climatización necesita, para ventilación y bombas, menos del 20% de la
potencia necesaria en un sistema sólo-aire (ir a la línea 28).
3. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
Los sistemas de refrigeración de los acondicionadores por aire, operan con temperaturas bajas. La tabla
siguiente muestra una relación típica de temperaturas entre el local y la temperatura del evaporador.
Temperaturas
sistema
Dm Climatización
sólo-aire
1 elementos inductivos
°C
24
24
2 convectores de frío
°C
24
16
3 radiadores
°C
13
14
4 Dm Climatización
°C
15
7
5 evaporador
°C
13
5
Tabla 2. Relación de temperaturas entre sistemas de climatización
Mientras que un sistema sólo-aire mantiene una temperatura de evaporación de 5°C con una temperatura
ambiente de 24°C, para un techo Dm Climatización, es suficiente una temperatura de 13°C. Esto se refleja
en la cifra de potencia de la tabla (ir a la línea 30).
Además, el total de horas de funcionamiento del sistema de refrigeración, es menor con Dm Climatización
debido a las moderadas temperaturas de los techos climáticos (ir a la línea 8). En frío, de hecho, el
consumo de Dm Climatización queda reducido aproximadamente a una tercera parte (ir a la línea 32).
4. CONFIRMACIÓN PRÁCTICA
Comparada con sistemas sólo-aire de caudal fijo, la Solución Dm Climatización contribuye a un sustancial
ahorro de energía. Mediciones llevadas a cabo en un proyecto piloto con la CE, probaron que los valores
calculados son alcanzables en la práctica.
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Se midió durante dos años, el consumo de energía de una instalación KaRo para refrigeración y ventilación,
en un edificio moderno de oficinas, con una superficie efectiva de 2.700 m 2, equipado con un techo
KaRo para frío y con una ventilación de 4 m 3/m 2.
Se midió un consumo anual de energía de 13,81 kWh/m 2, lo cual, llevado a un área efectiva de 4.000 m 2,
como en el ejemplo anterior, daría un consumo de 55,6 MWh/a. Esto indica un consumo todavía inferior al
esperado según los cálculos y corresponde a un costo específico mensual de energía inferior a 0,20 €/m 2.
5. NECESIDAD DE ESPACIO
Para el transporte de la misma cantidad de energía, el agua necesaria es una milésima parte que el aire.
Una importante ventaja con Dm Climatización es, por lo tanto, aparte del alto nivel de confort y del bajo
consumo energético, el poco espacio requerido, lo que permite reducir los costos de construcción. La
Tabla 3 muestra como este ahorro de espacio, se puede convertir en una reducción de los costos de
construcción.
5.1 Altura entre plantas
Los sistemas tradicionales de aire acondicionado y los conductos de aire, utilizan un espacio que repercute
en los costos efectivos.
5.1.1 Elementos inductivos
Especialmente en edificios de varias alturas, construidos en los años 50 y 60, se instalaban elementos
inductivos. Estos coinciden con los sistemas radiantes en dos puntos: sólo una pequeña cantidad de aire
es aportada al local y el transporte de frío/calor se realiza a través de agua.
1
2
3
Fig. 1. Espacio para elementos de calefacción o aire acondicionado
1 = elementos inductivos 2 = frío por convección 3 = radiadores
Pero al contrario que con Dm Climatización, la refrigeración se realiza casi exclusivamente por convección.
El aire proveniente de elementos centrales, es impulsado a alta velocidad como aire primario, a través
de bocas hacia máquinas inductivas, las cuales colocadas frente a ventanas, inducen aire en el local,
dirigido mediante convectores de frío o calor. En el local, se produce una turbulencia aérea que elimina
la carga térmica casi exclusivamente por convección.
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Con sus forrados, las máquinas inductivas tienen generalmente una profundidad superior a los 40 cm, lo
cual puede suponer un 8% del área efectiva de una oficina. Esto sin tener en cuenta el espacio extra entre
el elemento y el puesto de trabajo, exigido por razones de confort.
En remodelaciones de edificios con elementos inductivos, las Soluciones Dm Climatización son especialmente
adecuadas. Además de la mejora en confort y de los ahorros en costos de energía y mantenimiento, las
soluciones de Dm Climatización ofrecen un aumento del área efectiva disponible.
5.1.2 Convectores de frío
Los convectores, conocidos especialmente para calefacción, se usan también en frío. Los saltos térmicos
son mucho menores que en el caso calor, sin embargo son necesarios espacios altos y profundos. A
diferencia del elemento inductivo, los conductos y convectores no pueden ser colocados frente a las
ventanas.
sistema
anchura
Costo de construcción
cm
área efect.
Eur/m2
4000
1 elementos inductivos
40
60%
2 convectores de frío
20
3%
60
3 radiadores
15
2%
6
4 Dm Climatización
0
0%
24.000
Tabla 3. Costo extra por uso de superficie efectiva
Cálculo del espacio ocupado por diferentes sistemas, a 2.045 ¤/m 2 de área efectiva y una altura de local de 7,00 m.
5.1.3 Radiadores
Incluso los radiadores ocupan un considerable espacio efectivo. Típicamente, invaden 20 cm de local.
Antaño, era importante situar las superficies de calor estáticas debajo de las ventanas, para evitar
corrientes frías en el invierno. Hoy, los edificios se aíslan bien térmicamente y la posición de los elementos
calefactores ya no juega un papel tan importante en cuanto a confort. Por otro lado, exceptuando casos
extremos, hoy es fácil cubrir las necesidades de calor de un edificio, con techos climáticos, sin limitación
de confort. (ir al Capítulo 4 Limitaciones de confort en calefacción).
Es obvio que las Soluciones Dm Climatización que se instalan principalmente para frío, deben ser usados
para calefacción, ganando un área efectiva adicional de un 2% (ir a la Tabla 3).
5.2 Altura entre plantas
Con sistemas sólo-aire, a menudo son necesarios de 35 a 45 cm de espacio extra entre plantas, para la
distribución horizontal de los conductos de impulsión y retorno de aire.
Esto no sucede con las Soluciones Dm Climatización, ya que la cantidad de aire es mucho menor. Los
conductos de aire no necesitan ser aislados térmicamente, de manera que la distribución de aire puede ser
integrada en la construcción del edificio. Por ejemplo, la distribución horizontal del suministro de aire, puede
llevarse por el falso suelo y el retorno puede ser evacuado a través del forjado o de los huecos para sanitarios.
Las Soluciones Dm Climatización en sí, no necesitan altura adicional. Un techo enlucido, sólo necesita
la capa de yeso de 15 mm prescrita en las regulaciones DIN; ni 1 mm más. En construcción con placa de
yeso, o en un techo modular, el espacio es el mismo.
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El ahorro de 40 cm en altura, significa que los costos de construcción pueden ser reducidos en
aproximadamente 81 €/m 2 de área efectiva. En una altura edificable de 25 m, es posible añadir una planta
extra al edificio.
1 área efectiva
m2
2 carga máx. de frío
W/m2
3 velocidad del aire
m3 /hm2
4 volumen de aire
m3 /h
5 relación de espacio específico
m3 /m3h
6 total salas técnicas + conductos de aire
m3
7 costos de construcción específicos
8 costo const. salas técnicas + conductos
9 costo const. salas técnicas + conductos
10 diferencia
Dm Climatización
sólo-aire
4000
4000
60
60
Eur/m3
6
18
24.000
72.000
11
7
264
504
205
205
53.993
103.078
Eur/m2
13
26
Eur/m2
0
13
Eur
Tabla 4. Costos de construcción - salas técnicas y conductos de aire
5.3 Salas técnicas
Para la instalación de sistemas mecánicos de ventilación y sus columnas de aire para conductos de
ventilación, son necesarios entre 8 y 20 m 2 de espacio modificado por cada 1.000 m 2/h de aire,
dependiendo del tamaño del sistema. En el ejemplo expuesto, el sistema sólo-aire exige 504 m 2 de
espacio modificado, mientras que con Dm Climatización sólo se necesitan 264 m 2 de espacio modificado
(ir a la línea 6).
Aplicado al área efectiva, se pueden ahorrar 13 €/m 2, por reducción de los costos en salas técnicas y en
columnas de conductos de aire, si se instala una solución Dm Climatización.
6. MANTENIMIENTO
¿Por qué los techos de Dm Climatización tienen menor costo de mantenimiento que los sistemas sóloaire?
El techo es el elemento principal del sistema Dm Climatización. En otros sistemas lo son los componentes
térmico-técnicos. Consecuentemente y similar a un suelo radiante, un techo requiere muy poco
mantenimiento. Adicionalmente, la parte correspondiente a la ventilación mecánica para Soluciones Dm
Climatización es mucho menor y más sencilla que la de un gran acondicionador de aire.
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7. CONSEJOS SOBRE EL AHORRO ENERGÉTICO
•
Tres consejos para el diseño y modo de operación de Soluciones Dm Climatización, que pueden
ayudar a mantener bajo el costo de energía.
•
Ventiladores y bombas deben ser regulables a dos velocidades por lo menos y deberán conectarse a
la velocidad más baja posible, que el tiempo y la temperatura permitan. Cada vez que se reduce la
velocidad a la mitad, el consumo de energía del motor se reduce a la quinta parte.
•
Los conductos de aire y aparatos de ventilación, deben ser generosamente diseñados. Con la
pequeña cantidad de aire necesaria para las Soluciones Dm Climatización, el problema de espacio
ya no es criterio para forzar una mayor velocidad de aire. Si la velocidad del aire se reduce a la mitad,
se necesita menos de una cuarta parte de la energía para los ventiladores.
•
El sistema de ventilación debe ser regulado de forma que el aire sea deshumectado y atemperado
solo lo necesario.
Las Soluciones Dm Climatización son económicas.
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