Manual de Calefacción por Suelo Radiante

Manual de Calefacción por Suelo Radiante
PARTE 1
Concepto y diseño de sistemas de
calefacción por Suelo Radiante eléctrico
Departamento Técnico DUCASA
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Calefacción por Suelo Radiante
Concepto y diseño
3
Aunque se han tomado todas las precauciones necesarias para asegurar la
exactitud de las informaciones proporcionadas en este manual, los autores no
pueden ser considerados responsables de las consecuencias derivadas de
informaciones incorrectas o mal presentadas, así como tampoco de las
omisiones u errores que se hubieran podido producir en la realización del manual
No se permite la reproducción total o parcial de este manual, ni el registro
en un sistema informático, ni la transmisión bajo cualquier forma o a
través de cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia,
por grabación o por otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de
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INDICE
PARTE 1: CONCEPTO Y DISEÑO
1. Introducción al sistema de Calefacción por Suelo Radiante
1.1. Formas de transmisión de calor
1.1.1
Conducción
1.1.2
Convección
1.1.3
Radiación
1.2. Confort
1.3. Introducción al sistema de calefacción por suelo radiante
1.3.1
Ventajas
1.3.2
Otros aspectos
1.4. Sistemas de calefacción por Suelo Radiante
1.4.1. Sistema Directo
1.4.2. Sistema de Acumulación
1.4.2.1. Apoyo por cable
1.4.2.2. Apoyo por otros sistemas
1.4.2.2.1. Convectores
1.4.2.2.2. Bomba de calor
2. Cálculo del sistema de calefacción por suelo radiante
2.1. Aislamiento de la vivienda
2.2. Cálculo de pérdidas P
2.2.1. Método exacto
2.2.2. Método aproximado
2.3. Determinación del sistema
2.3.1. Sistema directo
2.3.2. Sistema de acumulación
2.4. Cálculo potencia de acumulación a instalar Q
2.4.1. Cálculo potencia acumulación
2.4.2. Cálculo potencia de apoyo
2.4.3. Niveles de acumulación
2.4.3.1, Sistema directo
2.4.3.2, Sistema de acumulación
2.4.4. Asignación del cable calefactor
2.4.5. Comprobación potencia resultante
2.5. Cálculo altura de mortero
2.5.1. Altura del mortero
2.5.1.1. Sistema directo
2.5.1.2. Sistema de acumulación
2.6. Cálculo separación entre cables
2.7. Cálculo aislamiento base
2.8. Cálculo placa base
2.8.1, Placa base
2.8.2, Lámina de protección y antihumedad
2.9. Cálculo raíl de montaje
2.10 Cálculo banda perimetral
2.11 Cálculo aditivo para morteros
2.12 Ejemplo de cálculo en vivienda
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1. Introducción al sistema de Calefacción por Suelo Radiante
1.1 Formas de transmisión de calor
El calor es una forma de la energía que se puede medir físicamente y se manifiesta cuando
se transmite de un cuerpo a otro, variando su temperatura, o bien provocando cambios en
su estado.
La temperatura indica la capacidad de ceder o absorber calor, por lo que éste siempre fluye
de un cuerpo de más energía a uno de inferior.
En todo momento se cumple la siguiente relación:
Q = C × m × ∆T
donde C (Kcal/Kg°C), es la capacidad calorífica de un cuerpo, m (Kg) es su masa y ∆T (°C)
la variación de temperatura.
El calor se transmite por tres procedimientos diferentes:
• Conducción
• Convección
• Radiación
1.1.1 Conducción
La transmisión de calor por conducción se produce tanto en líquidos como en sólidos, cuando
ambos se encuentran en contacto entre sí.
La conducción se evalúa según el calor transmitido en una dirección a través de un espesor
determinado de un material con un coeficiente de conductividad determinado. El caso más
claro es la conducción a través de una pared que divide dos ambientes de diferente
temperatura. Si deseamos evaluar el flujo de calor transmitido a través de la pared éste será:
T1
T2
q=
∆T
e
λ
e
donde,
∆T = T1-T2, en °C
e, espesor de la pared en m.
λ, coeficiente de conductividad de la pared en W/m°K
q, flujo de calor, en W/m2
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La transmisión de calor través de un cerramiento depende de la conductividad del material,
por lo que se deduce que los materiales aislantes, cuya función es evitar la transmisión de
calor, tienen un coeficiente de conductividad bajo
1.1.2 Convección
La transmisión de calor por convección es propia de los fluidos y puede producirse de dos
maneras diferentes, natural o forzada.
La variación de temperatura de un fluido modifica su densidad por lo que se produce un
movimiento de éste en sentido vertical. Este movimiento genera una transferencia de calor en
los cuerpos en contacto con el fluido. Si el fluido se enfría, su densidad aumenta y su
movimiento es descendente, por el contrario si un fluido se calienta, su densidad aumenta y el
movimiento resulta ascendente. Este tipo de convección se llama natural.
Por el contrario, si el movimiento del fluido es provocado (bombas o ventiladores), la
transferencia de calor se produce de forma forzada, ya que es el rozamiento producido entre
el fluido y el cuerpo en contacto que genera la transferencia. Este tipo de convección se llama
forzada.
cuerpo
cuerpo
fluido
fluido
CONVECCIÓN NATURAL
CONVECCIÓN FORZADA
La evaluación de la transferencia de calor por convección se realiza mediante la
siguiente fórmula:
q = α × ∆T
donde,
α, es el coeficiente de convección, en W/m2°C
∆T es la diferencia de temperatura entre el fluido y el cuerpo, en °C.
El coeficiente de convección es el valor que regula la transferencia de calor. El cálculo de
su valor es bastante difícil ya que depende de:
• Tipo de convección, la transferencia por convección forzada es mayor que la natural
• Situación y posición relativa del fluido y el cuerpo
• Temperaturas
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Por esto existen tablas de valores de situaciones predeterminadas. En la siguiente tabla se
muestran los valores más habituales, según la diferencia de temperatura y la posición.
Posición relativa
AIRE
SUELO
TECHO
AIRE
PARED - AIRE
Dirección del
calor
2
Diferencia de temperatura °C
4
6
8
10
↑
3
3,5
3,9
4,2
4,4
↑
3
3,5
3,9
4,2
4,4
←
2
2,2
2,6
2,8
3
1.1.3 Radiación
El mecanismo de transmisión de calor por radiación no necesita ningún medio para
generarse.
Un cuerpo, a una temperatura determinada, siempre emite una onda electromagnética
en forma de radiación debido a su temperatura. Cuando dos cuerpos se encuentran
cercanos se produce un intercambio de radiación entre ellos.
El ejemplo más claro de radiación lo tenemos con el sol. Nuestro astro calienta los
planetas del sistema solar mediante el mecanismo de radiación. Sus rayos, formados
por numerosas ondas de diferentes longitudes de ondas, tienen una radiación térmica
asociada, y su efecto en la Tierra varia según la distancia o proximidad a la fuente e
emisión.
El mecanismo de radiación entre dos cuerpos cumple con la siguiente fórmula:
q = σ × ∆T4
donde,
σ, es una constante de Stephan-Boltzmann y su valor es 5,67·10-8 W/m2 °K4
∆T es la diferencia de temperatura entre los cuerpos, en °K.
La expresión analítica del intercambio de calor por radiación presenta algunas
dificultades, ya que hay que considerar un gran número de variables.
Para diferencias moderadas de temperatura, es el caso de un sistema de calefacción,
el flujo de calor transmitido se puede evaluar como:
Q = hr ⋅ S⋅ ∆T
Donde,
Q, es el flujo de calor en kcal/h
hr , es el coeficiente de radiación en kcal / m2 h ºC
S, es la superficie de transmisión de calor en m2
∆T, es la diferencia de temperaturas en ºC
A la práctica, la diferencia de temperaturas entre les paredes de un local es
suficientemente pequeña como para poder aplicar la fórmula anterior.
En muchos casos, dada la analogía de las fórmulas de convección y radiación, se
engloban los coeficientes hr i hc en una única expresión igual a su suma y llamado
coeficiente de transmisión térmica por convección i per radiación.
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1.2 Confort
En la figura 1 se muestran diferentes sistemas de calefacción, donde podemos apreciar el
comportamiento de las diferentes temperaturas (estratificación) dentro de la habitación y
las corrientes de radiación y convección de cada uno de los sistemas.
Para el hombre existe una distribución ideal del calor en una habitación tal y como se
aprecia en la curva 1. El calor ascendente del suelo se va enfriando a la altura de la
cabeza. Está demostrado que el calor en los pies produce una fuerte sensación de
bienestar mientras que un fuerte calor en la cabeza provoca opresión.
La curva 2 muestra la distribución del calor en una habitación con un suelo radiante. Se
aprecia que esta curva es la que más se aproxima a la ideal. El calor permanece constante
en toda la habitación con pequeñas variaciones en suelo y techo.
En los otros tipos de calefacción, especialmente con radiadores y por aire caliente (curvas
4,5 y 6) es todo lo contrario. La temperatura en el suelo es fría; el calor se acumula de
forma ineficaz y antieconómica en la zona alta de la habitación. La curva 3 muestra la
distribución de calor por techo, actualmente en desuso.
1
2
3
4
5
6
Altura vivienda (m.)
2,7
1,7
0,1
Temperatura
interior (°C) 16
20
24 16
Calefacción
ideal
20
24 16
Calefacción por
suelo radiante
20
24
Calefacción por
techo
16
20
24 16
Calefacción por
radiadores en
paredes
exteriores
20
24 16
Calefacción por
radiadores en
paredes
interiores
20
24
28
Calefacción por
aire caliente
Figura 1 - Perfil esquemático de temperaturas ambientales,
como base para la valoración fisiológica y térmica del sistema de calefacción.
10
1.3 Introducción al sistema de Calefacción por Suelo Radiante
Realizar la calefacción por radiación desde el suelo no es ninguna novedad. Esta técnica
era conocida y utilizada por los romanos a base de un hogar, situado debajo de la casa,
quemando leña o carbón vegetal, sin parrilla. Los gases de combustión se dirigían hacia el
hueco existente debajo de la vivienda, produciendo un calentamiento del suelo y se hacían
circular por uno o varios tubos o conductos radicados en las paredes. La salida era a
través de unos orificios laterales ya que no se utilizaban chimeneas.
En el "sistema de calefacción por canales" no existía sótano, sino que los gases de escape
circulaban únicamente por diferentes canales situados debajo del suelo. Una mejora
mediante "calefacción por aire exterior" consistió en unas aberturas practicadas en el suelo
y generalmente cerradas, que se abrían después de haberse apagado el fuego. Con ello
podía conseguirse una mejor regulación de la temperatura.
En la actualidad el desarrollo de la calefacción por el suelo, a baja temperatura, ha tomado
un fuerte incremento al quedar resueltos los dos factores que impedían el garantizar un
notable confort y una gran economía, a saber:
1º
Que las pérdidas caloríficas del inmueble eran demasiado grandes, la
compensación de las mismas implicaba unas temperaturas del suelo muy elevadas,
incompatibles con el confort.
2º
Que los problemas tecnológicos de regulación no estaban siempre resueltos de
manera satisfactoria.
El aumento del grado de aislamiento de los edificios y la evolución de las técnicas han
modificado considerablemente estos datos, de ahí que la calefacción por el suelo vuelva a
ponerse de actualidad y su instalación se generalice.
El bienestar, la seguridad y un mayor ahorro de energía son los argumentos básicos de un
sistema de calefacción por suelo radiante.
1.3.1 Ventajas
La calefacción por suelo radiante está ganando mercado cada vez más y más deprisa en
todos los países europeos los motivos son muchos, veamos algunos de ellos:
•
•
•
•
•
El grado de confort conseguido en las viviendas con este sistema es superior al
alcanzado con cualquier otro sistema de calefacción.
La distribución del calor es uniforme en toda la superficie del piso.
No ocupa espacio, es limpio y no dificulta la decoración interior.
Al trabajar a muy baja temperatura, no genera molestas corrientes de aire.
Pero un argumento muy importante, a largo plazo, es su economía de funcionamiento,
debido a dos razones básicas
Con los pies calientes y la cabeza fría, sentimos el mismo confort a 18ºC de
temperatura ambiente, que con los 20 ó 21 ºC de una calefacción tradicional por
convección. Esta diferencia de 2 ó 3 grados en la temperatura, significa un ahorro
de un 12 a un 18 % de energía, respecto a los demás sistemas.
Con un sistema tradicional como puede ser radiadores o aire caliente, primero
debemos calentar la parte alta de los locales, para bajar paulatinamente a la altura
del cuerpo, gastando así energía donde menos la precisamos.
11
•
•
Al conseguir el grado de confort con menor temperatura del aire, la humedad relativa
no desciende tan acusadamente como ocurre en los otros sistemas de calefacción.
La temperatura de confort, viene dada por la temperatura equivalente, la cual tiene en
cuenta la temperatura radiante (media ponderada de las temperaturas de techo, suelo,
paredes y ventanas), la temperatura seca del aire (temperatura ambiente) y la
velocidad del aire en el recinto considerado.
En la práctica, se viene utilizando la fórmula:
Te =
Siendo :
Ti + Tr
2
Te = temperatura equivalente.
Ti = temperatura del aire en ºC.
Tr = temperatura radiante media en ºC.
De esta fórmula se deduce que, para tener una misma temperatura equivalente o de
confort, se puede disminuir la temperatura del aire si aumenta la temperatura radiante
media, como es el caso de los sistemas de radiación. Por lo tanto, los sistemas basados
en la radiación proporcionan la temperatura de confort con menor temperatura del aire que
los de convección.
Una temperatura ambiental moderada significa unos gastos de
calefacción inferiores:
Por cada °C menos se ahorra en energía alrededor de un 6%.
Al poder descender la temperatura interior de consigna de 21 a 18°C, conseguimos un
ahorro energético del 15 al 20%.
1.3.2 Otros aspectos
Hasta ahora, a los sistemas de calefacción se les atribuía una importancia secundaria, aún
cuando resultan decisivos para el bienestar físico y psíquico del hombre.
Los médicos aconsejan pues de un sistema de calefacción ideal, el que proporcione un
clima ambiente en el cual el hombre se encuentre cómodo y a gusto. Según los últimos
estudios realizados, la calefacción debe proporcionar un alto porcentaje de calor de
radiación que, al igual que la radiación solar, proporcione una sensación de bienestar.
El confort térmico no depende sin embargo solamente de la temperatura ambiente
absoluta sino también de la temperatura superficial, de las superficies de cerramiento, del
movimiento y de la humedad del aire.
Contrariamente a lo que ocurre con los sistemas de calefacción convencionales, la
cantidad de calor de radiación es, en la calefacción del pavimento, debido su disposición
superficial horizontal, muy grande. En un local calentado por radiación, la temperatura
absoluta del aire puede ser aproximadamente 2 ºC inferior que en el caso de una
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calefacción tradicional. Incluso la sensación subjetiva de tener los pies calientes, se
experimenta ya a temperaturas más bajas, dando una sensación de bienestar y confort.
En numerosas series de ensayos y por autores de reconocido prestigio internacional, se
citan temperaturas del pavimento de 25 - 27 ºC, como óptimas por lo que en el ámbito de
confort y comodidad se refiere. No deben alcanzarse temperaturas superiores a los 29º C
ya que debe existir una cierta posibilidad de pérdida de calor de la planta del pie respecto
de la superficie del suelo; de no ser así, se producirían acumulaciones térmicas en las
extremidades inferiores que traerían como consecuencia molestias de circulación.
El diferencial de temperatura entre el máximo registrado en la superficie del pavimento y el
del aire ambiente no debe rebasar los 9 ºC.
En el caso de un aire ambiente demasiado seco se perturba el sistema de autodepuración
de las vías respiratorias, de modo que las bacterias encuentran unas condiciones
favorables para su crecimiento.
Distribución de temperaturas
Calefacción por Suelo Radiante
Distribución de temperaturas
Calefacción por Radiadores
Figura 2
Estos inconvenientes que pueden poner en peligro la salud, no se producen en la
calefacción por suelo radiante, con sus temperaturas superficiales mucho más bajas.
Desde el punto de vista médico se recomienda la calefacción por suelo radiante,
especialmente para aquellas personas que padecen asma o enfermedades crónicas de las
vías respiratorias. Se ha demostrado documentalmente que existe una relación entre un
alto nivel de polvo en el aire que se respira y el cáncer de pulmón.
Un pavimento caliente permite llevar un calzado liviano, permeable al aire, con el cual no
aumenta el sudor. Por el contrario, un aumento de la pérdida de calor en los pies o en
otras partes del cuerpo (por ejemplo al sentarse sobre una piedra fría) produce no
solamente una sensación desagradable, sino que favorece las enfermedades inflamatorias
como el reuma, inflamación de las articulaciones, etc. Finalmente podemos decir que el
perfil de la temperatura de la calefacción por suelo radiante tiene en cuenta de forma ideal
la necesidad biológica del hombre "cabeza fría, pies calientes".
1.4 Sistemas de calefacción por suelo radiante
Existen varios sistemas de realizar la calefacción por suelo radiante, aunque
conceptualmente se pueden dividir en sistemas directos y sistemas de acumulación.
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La decisión de la elección de un tipo u otro de sistema depende de varios factores, los
principales son:
‰ Uso de la vivienda
‰ Posibilidades de contratación de tarifa nocturna
‰ Vivienda nueva o rehabilitación
‰ Calefacción base o apoyo a otro sistema
La decisión final pues, se debe tomar teniendo en cuenta todos estos parámetros, lo
cuáles aportarán ventajas o inconvenientes al sistema elegido.
1.4.1 Sistema Directo
Como su nombre indica, la instalación de calefacción se pone en funcionamiento, al mismo
instante que existe demanda del ambiente.
Por tanto la colocación del cable calefactor, se dispone lo más cerca posible de la
superficie emisora del calor, a fin de reducir el mínimo la inercia de la masa que separa el
cable del aire ambiente. Siempre se tendrá que respetar la distancia mínima para que el
pavimento no supere la temperatura máxima de uso (29°C).
La regulación de la temperatura se controla mediante un termostato en el que se fija la
temperatura de consigna que se desee mantener. Al descender del valor fijado, conecta
los cables calefactores a la red, interrumpiendo el suministro una vez superada la
temperatura elegida.
Este sistema es adecuado para viviendas de baja ocupación, en oficinas, iglesias, y
lugares donde en general la ocupación no suele ser permanente. También es el indicado
cuando se trata de una rehabilitación, dónde la altura de mortero está limitada por la altura
de la vivienda.
Se utilizan las tarifas 2.0 y 2.0.N.
1.4.2. Sistema de Acumulación.
Las tarifas eléctricas 2.0.N. y 3.0. con discriminación horaria, con sus correspondientes
descuentos del 55% y 43%, sobre el precio del KWh, consumido durante las 8 horas valle
(23 a 7 horas), permite el que sea rentable consumir energía durante el mencionado
período, transformándola en calor que se acumula en los paramentos horizontales de los
edificios (pavimentos) para ser restituido, sin consumir energía, durante el resto de la
jornada, en que el precio del KWh es más elevado.
16 horas diarias
de punta y llano
8 horas diarias
de valle
Figura 3. Discriminación horaria de la Tarifa 2.0N
14
Este sistema es de aplicación en vivienda de nueva construcción o bien en locales con uso
permanente a lo largo del día, como por ejemplo, residencias, colegios, etc…
El sistema de calefacción por suelo radiante de acumulación se basa en acumular la
energía que necesitaremos a lo largo del día, únicamente durante las 8 horas que dura el
periodo de tarifa nocturna. Por lo cuál la cantidad de potencia instalada será mayor que en
el sistema directo y también el espesor de hormigón encima del cable para realizar está
acumulación de energía térmica.
La energía que puede almacenar un suelo de mortero o hormigón debida a un proceso de
calentamiento desde un cable calefactor es fácilmente calculable mediante la siguiente
fórmula de transferencia de energía:
Q = A × e × δ × C × ∆T
donde,
A es la superficie de radiación en m2
e es el espesor del mortero en m
δ es la densidad del mortero Kg/m3
C es la capacidad calorífica del mortero en Wh/Kg°C
∆T es incremento de temperatura del mortero
A modo de ejemplo podemos calcular qué cantidad de energía puede acumular un suelo
de 8 cm de espesor en una vivienda de 100 m2. La energía acumulada depende de la
masa de hormigón (Área x espesor x densidad (2400Kg/m3)), el calor específico del
hormigón (0,24 Wh/Kg°C) y la variación de temperatura de su masa interna. Así:
Q = 100 x 0.08 x 2400 x 0,24 =4,6 kWh/°C
Es decir, por cada °C que calentemos el suelo podremos acumular 4,6 kWh de energía
térmica. Este es el principio de funcionamiento del suelo radiante por acumulación.
Por ejemplo si calentamos el suelo desde 18ºC a 28ºC (∆T = 10ºC) tendremos una
acumulación de 4,6 x 10 = 46 kWh.
El sistema regulador, por tanto, deberá calcular y adecuar el tiempo de funcionamiento del
sistema a fin de cubrir dichas pérdidas, en función de la temperatura exterior y del salto
térmico fijado por los usuarios durante el período de tarifa reducida (8 horas valle). Esto
plantea un problema de regulación prácticamente sin solución; pues se tiene que disponer
de un sistema regulador capaz de hacer almacenar durante las 8 horas nocturnas (horas
valle), el calor que perderá el edificio en función de la temperatura exterior durante el resto
del día, que puede ser muy distinta a la de la noche, y de las aleatorias y variables
aportaciones de calor gratuito generadas en la vivienda a calefaccionar.
Sencillamente, se puede afirmar que un sistema de ACUMULACION puro es
prácticamente imposible de regular a un nivel de perfección que asegure un óptimo nivel
de confort y máxima economía de energía en cualquier circunstancia. Las bruscas e
intempestivas variaciones de temperatura día-noche son, aunque no muy frecuentes,
siempre imprevisibles. Nos referimos a variaciones de temperatura día-noche anormales,
para una zona determinada.
La solución más idónea para llegar a alcanzar un grado de confort de alta calidad, se
consigue mediante un sistema MIXTO.
Un sistema mixto combina una calefacción de base por ACUMULACIÓN, instalada dentro
del pavimento, que regula su carga mediante sonda de temperatura exterior y asegura una
15
temperatura media de 16-18ºC, en el edificio, reforzada por una calefacción de APOYO
DIRECTO, para alcanzar la temperatura de confort y que aprovecha el calor gratuito
procedente de la insolación, personas, puntos de alumbrado, electrodomésticos, etc..
Los sistemas mixtos normalmente se calculan para una aportación de un 70% mediante
acumulación y un 30% por apoyo directo.
Esta calefacción de APOYO, se puede conseguir por dos procedimientos.
1.4.2.1 Apoyo por cable
Consiste en situar un segundo sistema de cables calefactores, como si se tratase
de un sistema directo descrito en 1.4.1.
Este sistema tiene una respuesta lenta, debido a la inercia térmica que debe vencer
el calor, desde que se inicia el período de caldeo hasta que aflore por la superficie
del pavimento.
Pero tiene la ventaja de que no modifica las ventajas del suelo radiante
enumeradas en el apartado 1.3.1.
Se presentan dos variantes en función del espesor de la capa de acumulación.
-
Acumulación + apoyo a un solo nivel. En esta variante las resistencias de
acumulación y apoyo se sitúan en el mismo plano. Un automatismo permite
alimentar la resistencia de apoyo, en los períodos de tarifa reducida como
complemento a la resistencia de acumulación. Entonces la potencia total de
acumulación es la suma de la potencia de la resistencia de acumulación más
la resistencia de apoyo. Durante el día, cuando las circunstancias requieran el
apoyo, sólo se conectará la resistencia de apoyo.
CENTRAL
DE CARGA
CIRCUITO DE
ACUMULACIÓN
TERMOSTATO
AMBIENTE
CIRCUITO DE
APOYO
En determinadas ocasiones puede interesar realizar la instalación del sistema
de apoyo con la misma resistencia que actúa como acumulación. En este caso
se tratará de un sistema con relanzamiento de la base, controlada por la
central de carga, y como resistencia de apoyo controlada por el termostato de
ambiente. Se recomienda por ejemplo cuando la superficie del local es igual o
inferior a 10 m2, debido a la falta de espacio. Su esquema será:
CENTRAL
DE CARGA
TERMOSTATO
AMBIENTE
CIRCUITO DE ACUMULACIÓN Y
APOYO
16
-
Acumulación + apoyo a dos niveles, sistema en el que las resistencias de
apoyo están situadas en un plano superior a las de acumulación, tal como se
muestra en la figura. Esta variante se debe utilizar para espesores, de la capa
de acumulación, superiores a los 8 cm.
CENTRAL
DE CARGA
TERMOSTATO
AMBIENTE
CIRCUITO DE APOYO
CIRCUITO DE ACUMULACIÓN
1.4.2.2. Apoyo por otros sistemas
1.4.2.2.1 Convectores
Consiste en instalar un convector de potencia reducida, con un termostato
incorporado, que controla la temperatura de consigna fijada.
La respuesta de este sistema es inmediata ya que el calor se transmite al ambiente
tan pronto como se detecta una baja de temperatura.
Por contra presenta dos inconvenientes.
- Uno estético, ya que se debe instalar un convector, por dependencia.
- Otro de funcionalidad, ya que modifica, en parte, las ventajas del suelo radiante
enumeradas anteriormente
1.4.2.2.2 Bomba de calor
Se trata de un sistema de apoyo que últimamente se emplea cada vez más, ya que
combina las ventajas de un apoyo en calefacción con las ventajas de tener con el
mismo aparato refrigeración en verano. El usuario es el gran beneficiado de este
sistema que le garantiza una perfecta climatización a lo largo de todo el año.
La respuesta del sistema es muy rápida ya que se consigue mediante la
distribución de aire caliente en la estancia (sistema de convección forzada).
Con la combinación de los dos sistemas se consigue la más perfecta distribución
de temperaturas en una estancia, ya que obtenemos una calefacción de pies a
cabeza y una refrigeración de cabeza a pies.
La instalación puede realizarse de dos maneras distintas:
•
•
Split murales: Se trata de aparatos de uso individual, por lo que deben
instalarse uno para cada estancia que se desee apoyar al suelo radiante o bien
refrigerar en verano
Conductos: La bomba de calor por conductos tiene la ventaja de que la
climatización se realiza en todas las estancias de la vivienda o local, ya que
mediante la producción y conducción de aire frío/caliente a través de una red de
conductos podremos igualar el confort por igual en la totalidad de las
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superficies climatizadas. Se recomienda para viviendas o locales en
construcción y su rendimiento en confort es muy elevado.
El único inconveniente de este tipo de apoyo es que su instalación no se
recomienda cuando el local o vivienda se encuentra en una zona de temperaturas
exteriores muy bajas, en caso de sistemas aire-aire.
El rendimiento de una bomba de calor aire-aire en calefacción disminuye a medida
que disminuye la temperatura exterior. De toda maneras se puede compensar esta
pérdida de rendimiento ya que el apoyo normalmente se produce en horas del día
que la temperatura exterior no es la más baja (ésta se produce durante la noche).
Además, en sistemas de conductos, también se corrige esta pérdida, mediante la
instalación de resistencias de apoyo en el conducto de impulsión.
Con sistemas de bomba de calor aire-agua, podremos trabajar en calefacción
incluso con temperaturas muy bajas ya que su rendimiento es superior a las de
aire-aire.
18
2. Cálculo del sistema de calefacción por suelo radiante
Para diseñar un sistema de Suelo Radiante con cable calefactor eléctrico deberemos
tener en cuenta una serie de pasos a seguir. Este proceso es necesario para el buen
éxito de la instalación de Suelo Radiante proyectada y se resume en los siguientes
conceptos expuestos que se desarrollarán en el presente capítulo:
AISLAMIENTO DE
LA VIVENDA
•
•
Cumplimentación de la norma NBE-CT-79
Aislamientos mínimos según KG
CÁLCULO DE
PÉRDIDAS
•
•
Cálculo envolvente edificio
Cálculo aproximado por zona climática
•
•
•
Diseño sistema directo - acumulación
Tipo de cable
Materiales complementarios
•
•
•
•
Termostatos y centrales de carga
Termostatos digitales
Programadores
Esquemas de montaje
•
•
•
•
•
Aislamiento base
Sujeción cable
Puesta del cable
Llenado del mortero
Puesta en marcha
ASIGNACIÓN DE
MATERIALES
SISTEMA DE
CONTROL
MONTAJE
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2.1. Aislamiento de la vivienda
Para el diseño de una calefacción por Suelo Radiante es indispensable que la
vivienda o local a calefactar esté correctamente aislada. Actualmente en España
existe una norma en vigor, la NBE-CT-79, la cual contempla un valor mínimo de
aislamiento de obligado cumplimiento. Este valor, KG, es fácilmente calculable en
viviendas de nueva construcción dónde se conocen los materiales constructivos.
En caso de reformas o antiguas construcciones, se deberá comprobar el valor de
aislamiento de la misma.
Es importante tener en cuenta este punto ya que el sistema de calefacción por
suelo radiante es un sistema limitado por dos puntos muy importantes:
•
•
Temperatura máxima del suelo 29°C, si es pavimento de parquet no
puede superar los 27 ºC.
Concentración máxima de potencia
El primer punto se encuentra limitado por aspectos técnicos y médicos. Por un
lado se considera que se trata de una transferencia de calor óptima, del suelo al
ambiente, con un salto térmico de no más de 9°C (ver apartado 1.3.2). Por otro
lado, se considera que una diferencia de unos 7°C entre el suelo y el cuerpo
humano no puede causar ningún efecto en el mismo. Esta limitación está
regulada por la norma UNE-20430-82.
El segundo punto hace referencia a la temperatura máxima que puede alcanzar
el mortero en el nivel de cable, para que no pueda afectar al mismo. En caso de
cables calefactores instalados en menos de unos 8 cm de separación entre ellos
(según potencia lineal), éstos tienen riesgo de sufrir un corte por exceso de
temperatura alrededor del mismo.
El significado de estos dos puntos es que para cada vivienda o local existe una
potencia máxima que puede transmitir el sistema de calefacción por suelo
radiante, lo que si es menor que la necesaria, únicamente podemos o bien
aumentar el nivel de aislamiento o bien usar un sistema de apoyo (ver apartado
1.4.2)
2.2. Cálculo de las pérdidas P (W/m2)
Las pérdidas térmicas de una edificación es la energía calorífica que cede al
exterior dicha edificación al encontrarse su temperatura ambiente interior por
encima de la temperatura exterior que la rodea. Cuanto mayor es la diferencia de
temperatura, mayores son las perdidas; cuando mejor aislado esté el edificio,
menores son éstas. La función de toda calefacción es poder suministrar la misma
cantidad de energía térmica, que pierde el edificio calefactado en el caso más
desfavorable. Este caso se presenta cuando la temperatura exterior coincide con la
temperatura de cálculo de la zona, y la interior es la temperatura de confort
prevista. El cálculo de pérdidas se realiza siguiendo las instrucciones de la Norma
Básica NBE-CT-79 o NRE AT 87.
20
Las pérdidas de calor en la vivienda se pueden determinar por dos posibles
métodos:
2.2.1 Método exacto
Mediante un cálculo térmico (manual o informático) se determina la potencia en
pérdidas del local estudiado, Pe. La potencia se expresará en W.
La potencia de pérdidas P en W, se determina dividiendo las pérdidas por la
superficie total del local estudiado:
P = Pe / A
donde,
Pe, son las pérdidas del local estudiado en W
A, es la superficie del local estudiado en m2
2.2.2 Método aproximado
Consultando la siguiente tabla, determinamos la potencia en calefacción P de
forma aproximada según la zona climática donde se encuentre el lugar
estudiado:
Figura 2.1. Mapa de las zonas climáticas en España y Portugal
21
A partir del mapa y con el uso de la tabla siguiente se determina el coeficiente de pérdidas en
función de las condiciones a escoger.
P (W/m2)
Chalet
Casa de campo
Vivienda en
núcleo urbano
A
+3°C
B
+1°C
C
-2°C
D
-5°C
E
-8°C
UNA FACHADA EXTERIOR
Entre
Primera Última
plantas
planta
planta
Entre
Primera Última
plantas
planta
planta
DOS FACHADAS EXTERIORES
Entre
Primera Última
plantas
planta
planta
Entre
Primera Última
plantas
planta
planta
44
50
56
61
54
59
64
70
49
56
62
68
60
66
71
78
56
65
72
79
68
75
82
89
64
74
82
90
77
85
92
101
67
78
86
94
81
92
96
108
TABLA 1. Potencias de cálculo según zona climática
2
Valores en W/m , para viviendas bien aisladas según NBE-CT-79
La potencia de pérdidas P en W es directamente el valor hallado en la tabla.
Si se desea determinar las pérdidas totales calculadas habrá que multiplicar la
potencia P de la tabla por la superficie útil total del local estudiado:
Pt = P x A
donde,
P, son las pérdidas del local estudiado en W/m2
A, es la superficie del local estudiado en m2
NOTA: En caso de instalarse parquet la potencia de pérdidas P deberá aumentarse en
un 10%, o lo que es lo mismo, multiplicarla por 1,1.
2.3. Determinación del sistema
Una vez ha sido determinada la potencia de calefacción P en W/m2, deberemos
elegir el sistema de calefacción por suelo radiante que deseemos. Podemos
escoger entre dos tipos de sistema: directo o acumulación.
2.3.1 Sistema directo
El sistema de calefacción por suelo radiante actúa al mismo tiempo que se
produce la demanda térmica del local a estudiar, tal como se ha explicado ya en
el capítulo 1.
22
En el sistema directo la potencia de instalar Pd, en W, será igual a:
Pd = A x P x 1,3
donde,
A es la superfície del local en m2
P es la potencia de calefacción
El coeficiente 1,3 es necesario para compensar la pérdida de inercia debido al
espesor de mortero por encima del cable.
2.3.2 Sistema de acumulación
El sistema de acumulación se diseña para que funcione durante el periodo de
tarifa nocturna que ofrece la Cía. Eléctrica. De esta manera durante 8 horas
acumulará la energía que necesitará durante el resto del día. Para que el
sistema sea totalmente confortable se diseña para aproximadamente un 75% de
la energía se produzca en acumulación y un 25% en sistema directo de apoyo.
De esta manera combinaremos el ahorro de consumir tarifa nocturna con la
precisión de realizar el apoyo en directo.
En el sistema por acumulación se deberá calcular la potencia a instalar Q.
2.4. Cálculo de la potencia a instalar en el sistema de acumulación Q
La potencia a instalar en acumulación dependerá básicamente de la duración de
la tarifa nocturna de la Cía. Eléctrica Suministradora.
Actualmente y según la Ley 54/1997, de 27 de noviembre, donde se permite
mantener la estructura de tarifas de suministro, el periodo de tarifa nocturna en
invierno está establecido de 23 a 7 horas, por lo tanto disponemos de 8 horas de
acumulación para el sistema de calefacción:
2.4.1. Cálculo potencia de acumulación
Para obtener Q utilizaremos la siguiente tabla de cálculo donde, en función de la
zona climática (ver mapa), hallamos el coeficiente de acumulación:
ZONA CLIMÁTICA
Temperatura de
cálculo
Coeficiente
acumulación
α
A
+3°C
1,45
B
+1°C
1,55
C
-2°C
1,65
D
-5°C
1,75
E
-8°C
1,85
TABLA 2. Coeficientes de acumulación según zona climática
23
A partir de la tabla anterior, se hallará la potencia a instalar en acumulación, Q
(W), multiplicando la potencia de cada estancia P (W/m2) por la superficie de la
habitación A (m2), y por el coeficiente de acumulación α.
Así, tendremos:
Q = A x P x α en W
IMPORTANTE: El cálculo debe repetirse por cada estancia o habitación del local
o vivienda a calcular, hasta completar una lista total de las estancias o
habitaciones del local estudiado.
2.4.2. Cálculo potencia de apoyo
Por regla general la potencia de apoyo será:
PA = A x P x 0,5.
Este valor puede variar en función del área útil y la potencia calculada y deberá
estudiarse en cada proyecto su valor final.
2.4.3 Niveles de acumulación
En un sistema de acumulación a 1 nivel, como ya se ha descrito en el apartado
1.4.2, el cable calefactor que funciona como acumulación y el cable de apoyo
(que pueden ser el mismo en caso de relanzamiento) se encuentran en el
mismo plano horizontal bajo el mortero de acumulación.
En un sistema a 2 niveles, el cable de acumulación se encuentra en un nivel
inferior al cable de apoyo.
El criterio de decisión general para escoger un sistema a 1 nivel o a 2 es el
siguiente:
Si Q < 140 W/m2
Si 140 W/m2 < Q < 170 W/m2
Si Q > 170 W/m2
Sistema a 1 nivel
Recomendable sistema a 2 niveles
Exigible sistema a 2 niveles
2.4.4 Asignación del cable calefactor
Una vez obtenidos los valores de las potencias de acumulación y apoyo, hay que
dirigirse al catálogo de producto, en concreto el del cable calefactor, para
determinar el modelo y la potencia del cable calefactor adecuado en cada
estancia.
24
Lo primero a determinar será el tipo de cable según las siguientes
clasificaciones:
• Monoconductor o doble conductor
• Apantallado o sin pantalla
• Cable o malla
(ver apartado 3.1.1, tipos del cable)
A continuación se escogerá la potencia adecuada para satisfacer la necesidad
térmica.
Resulta evidente que es muy improbable que la potencia calculada coincida con
el modelo de cable a elegir, por lo que la potencia final instalada dependerá de la
aproximación que hagamos a la hora de escoger el cable.
Por regla general se escogerá el cable con potencia inmediatamente
superior a la calculada.
Además deberemos tener en cuenta también la longitud del mismo, ya que en
ocasiones será el factor determinante para escoger el modelo adecuado; la
longitud de cable determinará la separación entre cables, y por tanto determinará
la concentración de calor en la habitación.
2.4.4.1 Sistema directo
La asignación del cable se realiza de forma directa. Sólo existe un nivel de cable
calefactor, al que llamaremos Base directa, por lo que:
Base directa = Pd
2.4.4.2 Sistema acumulación
El sistema por acumulación está formado por dos tipos de cable calefactor: Base
de acumulación y Apoyo.
Sus valores dependen de la manera de instalar el cable, de tal manera que
previamente debemos saber si se trata de un sistema a 1 nivel ó a 2.
En función del sistema de montaje la asignación del cable se realizará según:
Sistema
Base de
acumulación
Apoyo
Q - PA
PA
1 nivel; acumulación + relanzamiento
Q
-
2 niveles; acumulación + apoyo
Q
PA
1 nivel; acumulación +apoyo
TABLA 3. Configuración del sistema de acumulación
25
2.4.5 Comprobación de la potencia resultante R
Sea Q la potencia de acumulación necesaria y sea R la potencia del cable
escogido, donde por regla general R>Q, la comprobación a realizar será la
siguiente:
Ru =
R
Au
donde Au es la superficie útil de instalación del cable calefactor. Se puede tomar
como referencia los siguientes valores:
Cocinas y baños:
Resto:
•
Au = 0,6 x A
Au = 0,8 X A
Si Au es igual o mayor de 10 m2 , a un solo nivel, se recomienda adoptar el
sistema de acumulación + relanzamiento (ver 2.4.4.2)
P A TI O
sup = 20.05 m2.
COCINA (C)
mont-gas
DORMITORIO-3 (H)
mont-agua
tubo vahos
coc inas
COMEDOR-ESTAR (S)
BAÑO-2 (B)
DORMITORIO-2 (H)
tubo c alderas
RECIBIDOR
DISTRIBUIDOR
1
CLOSET
ASCENSOR
RF-60
DORMITORIO-1 (H)
secadora
CUARTO LAVADO
lavadora
ASCENSOR
ac omul.
caldera
SUP. CONST.
ESCALERA
S= 19.65 m2.
I = 1.20 m2
ventilación
c enital
BAÑO-1 (B)
LE.
Figura 4. Ejemplo de superficie útil en cocinas y baños
Por superficie útil radiante se entiende la superficie de pavimento que queda libre.
Por ejemplo; en un cuarto de baño hay que descontar el espacio que ocupa la
bañera y la taza del inodoro; en un dormitorio, los armarios empotrados; en la
cocina los armarios y espacios ocupados por los electrodomésticos; es decir, hay
de descontar todos los espacios que de una forma permanente impiden el
contacto de la superficie del pavimento con el aire ambiente, ya que al no poder
radiar la calor, ésta se concentra aumentando la temperatura del cable calefactor,
26
con el consiguiente peligro de deterioro del aislamiento y rotura del cable y del
solado que la cubre, que recordamos no puede rebasar los 29ºC, en la superficie
del pavimento
Una vez calculada la potencia real deberemos comprobar si se encuentra bajo el
límite máximo recomendado para una instalación de suelo radiante. Estos límites
provienen de la concentración máxima admitida en el mortero. La distancia
mínima recomendada de manera regular entre cables es de unos 8 cm, que es
la mínima considerada donde los cables calefactores no se influencian
térmicamente entre sí generando un sobrecalentamiento del propio cable, que
puede derivar en avería por exceso de temperatura (ver apartado 2.1).
De manera puntual esta distancia entre cables puede llegar hasta 4 cm, como
sería el caso de zonas de apoyo, o bien aseos o cocinas.
La concentración máxima depende también de la potencia lineal del cable. Esta
concentración se calcula del siguiente modo:
P × 100
C= L
S
donde,
PL, potencia lineal del cable (W/m) (valor que se encuentra en las tablas
técnicas)
S, separación entre cables (cm.)
Ejemplo:
Para un cable monoconductor sin pantalla, de 17 W/m y una distancia mínima
recomendada de 8 cm., la concentración del sistema será de:
C=
17 × 100
= 212,5 W/m2
8
Por tanto, si Ru > C, el sistema no podrá cumplir con la totalidad de su función ya
que las pérdidas caloríficas a suplir son mayores que las que un sistema de
Suelo Radiante puede entregar en las condiciones de la vivienda o local
calculado.
Normalmente estos casos se dan en viviendas con poco aislamiento.
En caso de un sistema directo necesitaremos de un aporte suplementario de
calor, como pueden ser acumuladores o convectores, o bien bomba de calor.
En caso de un sistema de acumulación lo que está limitado es la capacidad de
acumulación del mortero, por lo que al verse esta minorada, el apoyo durante el
día se tendrá que mayorar. Si se aumenta el espesor del mortero para que su
capacidad de acumulación sea mayor, lo que estamos haciendo a la vez es
aumentar la inercia del sistema, que es también contraproducente. La solución
es encontrar el equilibrio idóneo.
27
Existen dos soluciones posibles:
•
•
toda la potencia instalada en acumulación es utilizada también como apoyo
(relanzamiento de la base)
o bien se emplean sistemas de aporte complementarios, descritos en el
párrafo anterior.
A partir de la determinación de la potencia a instalar y el sistema de acumulación,
se debe calcular todos los elementos que forman el conjunto de un sistema de
Suelo Radiante. Estos elementos se detallan a continuación.
2.10 Banda
perimetral
2.5 Altura mortero
2.6 Separación cables
2.7 Aislamiento base
2.9 Raíl de montaje
2.8 Placa base
2.5. Cálculo altura de mortero
Es imprescindible fijar el espesor de la capa del solado, en función de Ru (W/m2)
(potencia real a instalar) ver 2.4.5.
La composición del mortero se describe en el apartado 5.1.7 y 2.11.
2.5.1. Altura del mortero
2.5.1.1. Sistema directo
El espesor deberá ser de 45 a 50 mm, pero dentro de este espesor se pueden
incluir los gruesos del material de agarre, pavimento cerámico, mármol, gres, etc.
Si se trata de un suelo con parquet, su grosor no se incluirá dentro del espesor del
mortero, ya que se corre el riesgo de sufrir un recalentamiento que pueda afectar a
la madera.
28
2.5.1.2. Sistema de acumulación
Se recomienda un espesor mínimo de 60 mm y un máximo de 12 cm. Dentro de
esta cantidad se pueden incluir los espesores del material de agarre, pavimento
cerámico, mármol, gres, etc., sin rebajar el mínimo establecido de 45 mm. de
hormigón (2.5.2.1)
Para determinar el espesor de hormigón en un sistema de calefacción por suelo
radiante de acumulación deberemos hallarlo en la siguiente tabla según el valor
Ru calculado anteriormente.
Ru (W/m2)
de
0
113
127
141
155
172
Espesor
cm
6
7
8
9
10
>10
a
112
126
140
154
172
-
TABLA 4. Espesor de mortero según Ru (potencia de acumulación)
Existe, pero, un problema en la aplicación práctica del espesor de mortero. En
una vivienda o local, constructivamente hablando, el espesor o altura de mortero
debe ser el mismo en todas partes, ya que el suelo debe estar plano y
equilibrado por igual.
Es por esto, que se hace necesario establecer una altura media en toda la
superficie del local o vivienda, donde se tenga en cuenta el sistema de
calefacción. La determinación de esta altura media ponderada se realiza
mediante el cálculo de la potencia ponderada de las habitaciones del cálculo,
según:
RP =
∑R × A
∑A
u
u
u
Con este valor RP se entra en la tabla 4, para hallar una altura uniforme en toda
la vivienda.
2.6. Cálculo separación entre cables S
Según la potencia a instalar y la superficie disponible, la instalación del cable
deberá realizarse en concentraciones diferentes en cada estancia del local
calculado. Para ello la separación entre cable y cable determina esta
concentración del sistema.
29
S
Esta separación depende de la potencia y tipo de cable y puede hallarse
mediante las siguientes fórmulas:
S=
PL × 100
RS
donde,
S, es la separación en cm.
PL, es la potencia lineal del cable calefactor escogido en W/m
R, la concentración real de potencia en W/m2
o bien,
S=
A U × 100
L
donde,
S, es la separación en cm.
AU, es la superficie útil de la estancia a calcular en m2
L, es la longitud del cable calefactor en m.
La siguiente tabla muestra la separación S entre cables para varias
concentraciones de cable a instalar utilizando un cable tipo monoconductor de 17
W/m:
(W/m2)
85
106
142
170
213
243
S
(cm)
20
16
12
8 - 12
8
4-8
TABLA 5. Separación entre cables para cable de 17 W/m.
30
Estas concentraciones son válidas tanto para sistemas de acumulación como
directos.
Las concentraciones de cable más habituales son las formadas por las
combinaciones siguientes:
Figura 5. Ejemplos de separación con raíl de montaje DUCASA de 4 cm. de separación entre guías.
Puntualmente podrá instalarse el cable a una distancia inferior a los 8 cm.
cuando se trate de:
• Baños
• Cocinas
• Zonas de apoyo
Y siempre que no sobrepase un 20% del área de instalación, como por ejemplo
en las zonas de apoyo perimetral:
31
2.7. Cálculo aislamiento base
Se recomienda emplear Poliestireno expandido o extrusionado de alta densidad.
Con una densidad mínima de 30 kg/m3.
El espesor recomendado será el siguiente:
Situación del pavimento a aislar
A
B
Espesor (cm.)
C
D
E
1
Soleras en contacto con el terreno
2
3
4
5
6
2
3
4
5
Sobre cámara sanitaria aislada
Sobre espacio calefactado
Sobre local cerrado no calefactado
Sobre espacio libre, intemperie
2
2
3
4
3
2
4
5
4
2
5
6
5
2
6
7
6
2
7
8
TABLA 6. Espesores de aislamiento base
La situación del pavimento se muestra en el siguiente dibujo:
3
5
3
4
2
1
Figura 6. Situaciones relativas del pavimento
2.8. Cálculo placa base
La base de sujeción del cable puede realizarse por varios métodos, aunque los
más habituales son mediante placa base o lámina.
Ver especificaciones y aplicaciones en el anexo 6.4.
2.8.1 Placa base
Para el cálculo de la cantidad de placa base, la cantidad será aproximadamente
igual a la superficie de la vivienda.
La placa base DUCASA mide 1,2 x 1 m.
32
Para su cálculo se tomará la siguiente fórmula:
Nº placas =
A × 1,05
1,2
donde,
A es la superficie total de la vivienda en m2.
El valor obtenido deberá redondearse a valores enteros.
2.8.2 Lámina de protección y antihumedad
Si se opta por instalar el cable calefactor sobre lámina, su valor de medición será
igual a la superficie total de la vivienda, A en m2.
Para ello, se tomará la siguiente fórmula:
Superf = A × 1,05
donde,
A es la superficie total de la vivienda en m2.
El valor obtenido deberá redondearse a valores enteros.
2.9. Cálculo raíl de montaje del cable
Las tiras de montaje DUCASA miden 0,5 metros de longitud por lo que su cálculo
será el siguiente:
 A + 1,5 A 
 ×2
Nº tiras = 

1,5


donde,
A es la superficie total de la vivienda en m2.
El valor obtenido deberá redondearse a valores enteros.
La regla general de instalación es de 1 tira aproximadamente cada 1 metro de
anchura.
Cuando se trate de una instalación a 2 niveles el cálculo se realizará teniendo en
cuenta que la instalación se dividirá en 2 niveles, por lo que el nivel inferior se
calculará:
 A + 1,5 A 
 × 2 × 1,1
Nº tirasinferior = 

1,5


y el nivel superior o de apoyo será:
Nº tiras superior = Nº tiras inferior× 0,75
33
2.10. Cálculo banda perimetral
La banda perimetral se instala en todo el perímetro de las estancias calefactadas
por suelo radiante.
El cálculo de su valor es muy sencillo si se trabaja sobre plano, donde el
proyectista podrá medir la suma de longitudes de todos los perímetros de la
vivienda calculada. Si se desea establecer un valor de aproximación se puede
calcular mediante la fórmula siguiente:
LT = 4,4 × A
donde,
LT es la longitud total de la banda, en metros
A es la superficie total de cada habitación en m2
Es importante realizar el cálculo para cada estancia, ya que si se realiza
con el valor total de la superficie de la vivienda, considerará sólo el
perímetro de la vivienda.
2.11 Cálculo aditivo para morteros
El aditivo se añade a la masa del mortero para facilitar su fluidez y evitar la
formación de burbujas (ver 5.5). Si se desea establecer un valor de aproximación
se puede calcular mediante la fórmula siguiente:
V = A x em x 2,5
donde,
V es el peso de aditivo en kg
Au es la superficie útil de la vivienda en m
em es el espesor de la capa de mortero en m
34
2.12 Ejemplo Cálculo Vivienda
Para el ejemplo sólo se calculará una vivienda reducida a 5 espacios a
calefactar. Se trata de una vivienda bien aislada en una zona D (-5°C), situada
en la última planta de un edificio en núcleo urbano, dónde deseamos diseñar un
sistema de calefacción por suelo radiante de acumulación.
El cálculo de potencias para un sistema de acumulación, será:
ƒ
Tabla 1: Zona D = 82 W/m2
Estancia
Comedor
Habitación 1
Habitación 2
Cocina
Aseo
TOTAL
Superf.
A (m2)
26
12
15
8
6
66
P
(W/m2)
82
82
82
82
82
P
(W)
2.132
984
1230
656
492
5.412
Coef.
α
1,75
1,75
1,75
1,75
1,75
Q
(W)
3.731
1.722
2.152
1.148
861
9.470
Apoyo
PA (W)
1.066
492
615
328
246
2.706
Asignación y comprobación para un sistema de acumulación + apoyo a 1
nivel, dónde:
Base = Q - PA
Apoyo = PA
ƒ
Estancia
Comedor
Habitación 1
Habitación 2
Cocina
Aseo
Total
instalado
Base
(W)
2.665
1.230
1.537
820
615
Cable
DSIO-17
3.000
1.350
1.700
1000
600
Apoyo
(W)
1.066
492
615
328
246
7.650 W
Cable
DSIO-17
1000
490
600
340
340
2.770 W
Comprobación de la potencia resultante:
Estancia
Comedor
Habitación 1
Habitación 2
Cocina (Ax0,6)
Aseo (Ax0,6)
Au (m2)
25
12
15
4,8
3,6
R (W)
(Base +
apoyo)
4.000
1.840
2.300
1.340
940
RS
(W/m2)
Max. 212
W/m2 ?
160
153
153
279
261
OK
OK
OK
No
No
35
En los casos de la cocina y el aseo la potencia máxima a instalar supera los 212
W/m2 máximos recomendados por concentración de cable, por lo que
deberemos optar por las siguientes opciones:
ƒ
Reducir la base y emplear más tiempo el apoyo, p. ej.:
Para no pasar de unos 200 W/m2, en la cocina la potencia total sería de:
R = 200 x 4,8 = 960 W
Si recalculamos la base obtendremos la potencia:
Base = R – Apoyo =960 – 340 = 620 W
Asignando el cable queda lo siguiente:
Base = NPLD-17 600 W
Apoyo = NPLD-17 340 W
Para el baño procederemos a instalar una base única, sin apoyo, por sus
pequeñas dimensiones. Si escogemos un cable NPLD-17 de 750 W, y
comprobamos su concentración: 750 / 3.6 = 208,3 W/m2, vemos que es
correcto
Finalmente obtendremos la siguiente tabla dónde, consultando la tabla 4, podremos
saber el espesor de mortero necesario para cada concentración:
Estancia
Au (m2)
Comedor
Habitación 1
Habitación 2
Cocina (Ax0,6)
Aseo (Ax0,6)
25
12
15
4,8
3,6
R (W)
(Base + apoyo)
4.000
1.840
2.300
960
750
Total
60,4
9.850
RS
(W/m2)
160
153
153
200
208,3
Espesor
cm.
10
10
10
10
10
A partir de aquí, una vez calculada la potencia necesaria, pasamos a calcular la
cantidad de elementos necesarios para completar el sistema de calefacción por
suelo radiante:
•
Altura del mortero:
Si la altura resultante en cada habitación fuera diferente deberíamos calcular la
potencia ponderada, para obtener el espesor promedio en toda la vivienda. En
este caso al necesitar la mayoría de habitaciones los 10 cm., éste será el
espesor unificado en toda la vivienda
36
•
Separación entre cables:
Aplicando las fórmula del apartado 2.6 para el cable de 17 W/m obtendremos las
siguientes separaciones por habitación:
Estancia
RS
(W/m2)
160
153
153
200
208,3
Comedor
Habitación 1
Habitación 2
Cocina (Ax0,6)
Aseo (Ax0,6)
•
Separación
cm.
10,6
11
11
8,5
8
Aislamiento base:
Con la ecuación del apartado 2.8.1 obtenemos:
N = 60,4 x 1,05 / 1,2 = 52,85 uds.
•
Raíl de montaje:
Al tratarse de una instalación a 1 nivel, utilizaremos la primera ecuación del apartado
2.9:
N = [ (60,4 + 1,5x V60,4 ) / 1.5 ] x2 = 96 uds.
•
Banda perimetral:
El cálculo según el apartado 2.10 es:
Estancia
Comedor
Habitación 1
Habitación 2
Cocina
Aseo
TOTAL
•
Superf.
A (m2)
26
12
15
8
6
66
Banda
m.
22
15
17
12
11
77
Aditivo para el mortero:
Según el apartado 2.11 es:
V = 60,4 x 0,1 x 2,5 = 60 litros
Con estos puntos calculados se pueden definir todos los materiales de un sistema de
calefacción por suelo radiante, para realizar tanto un cálculo de necesidades como un
presupuesto para evaluar el coste.
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A partir del conocimiento de las fórmulas resulta fácil construir una pequeña hoja de
cálculo en el ordenador, dónde se calculen automáticamente todos los parámetros
arriba mostrados, si bien cabe decir que en ningún momento el ordenador puede
sustituir el trabajo del proyectista ya que la última palabra en el diseño de la instalación
siempre es de él, que es el que debe tener un perfecto conocimiento tanto de la
vivienda a proyectar como del sistema de calefacción que va a diseñar.
Sirva de ayuda al proyectista, el presente capítulo con su ejemplo, para poder
comprender el sistema de diseño de una calefacción por suelo radiante.
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