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Suelos Radiantes
Lo más novedoso en tecnología de calefacción ha llegado con los suelos radiantes o calefacción hidrónica, fundamentada en el principio básico de radiación solar que consiste en irradiar calor en todas direcciones de manera uniforme y natural.
Climatizar es dar confort a los usuarios de un espacio. Para realizarlo, a través del mundo se utilizan diferentes tecnologías y procedimientos donde la mayoría calienta en diversos países el ambiente a través de radiadores o acondicionamiento del aire circulante. Sin embargo, estos sistemas, frecuentemente operados por combustible han quedado obsoletos y esta es razón por la que muchos usuarios a través del mundo opten por la sustitución con calefacción radiante.
Esta nueva tecnología, llamada calefacción por suelos radiantes, se ha ido abriendo paso en el mercado, iniciando en Europa, donde la mayoría de los calefactores tradicionales eran radiadores de hierro fundido alimentados por leña o de gas, y hoy son los principales usuarios de calefacción hidrónica.
La calefacción por suelos radiantes se presenta como una excelente opción para lograr el ambiente ideal con un sistema silencioso, seguro y económico, cuya característica principal es que calienta los espacios de abajo hacia arriba, influyendo primero en los objetos y no en el aire como otros métodos, con lo que se evitan corrientes de aire frías o calientes.
¿En qué consiste la calefacción por pisos radiantes?
Los sistemas de suelos radiantes tienen alta efectividad para calentar espacios donde participan calderas para calentar agua a niveles similares a los que se utilizan en el agua para ducharse. Esta agua pasa por conductos y tubería (que se instala previamente a la aplicación de acabados en el piso) irradiando la temperatura alcanzada dentro de las habitaciones.
Para su control, estos sistemas tienen termostatos que ayudan a mediar los requerimientos caloríficos de acuerdo a la temperatura ambiente, además de que entre más termostatos existan en una construcción (en sus diferentes salones, habitaciones, baños) habrán mayores posibilidades de optimizar el uso de energía calentando solamente los espacios que vayan a ser utilizados.
Para que el calor llegue a su disposición final primero se calienta agua dentro de la caldera, para luego pasa por una red de tubería de alimentación que llega hasta el soporte del piso, es decir losa maciza, losacero, vigueta o bovedilla, donde a su vez se tiende la tubería de polietileno reticulado (PEX) en forma de zigzag a través de toda la habitación en cuestión. Con base en las características de la tubería, los ingenieros diseñan el serpentín, es decir, el doblado de cable para que se tienda la tubería que luego se acompaña por un aislante térmico (poliestireno de alta densidad) que evita la pérdida de calor hacia abajo calentando zonas que no son requeridas o el mismo firme. Finalmente el sistema se cubre por el colado y el acabado final (mármol, loseta, madera, alfombra…).
| Ciclo calorífico en sistema de suelos radiantes. |
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Un poco de historia…
El sistema de calefacción por suelo radiante a base de agua (hidrónico), tiene sus orígenes en la Antigua Roma cuando los emperadores hacían calentar sus baños y habitaciones principales llevando los gases calientes de la combustión de leña a través de intrincadas trincheras y túneles subterráneos que formaban parte de un ingenioso sistema de ventilación natural conocido como “hipocasus”. Sistemas parecidos se emplearon en España, donde se les llamó “glorias”, en Corea también se usaron construcciones similares.
En 1939, un grupo de químicos ingleses estaban estudiando la reacción entre el etileno y el benzaldehido. Al estar usando un autoclave a presión extremadamente alta, este explotó, y destruyó la mayor parte del laboratorio. Luego notaron que en el interior de los restos del autoclave había una sustancia como cera blanca. Aunque inicialmente no sabían de qué se trataba, más tarde estudios revelaron que era un gas que al ser puesto a tal presión se solidificó creando polietileno.
Años más tarde, luego de que este material se popularizara, Thomas Engel, científico sueco, creó en los 1960s, lo que se conoce como polietileno entrecruzado (PEX). Este material gracias a su estructura molecular única puede soportar agua a 93°C, aún bajo presión, y por su capacidad de recuperación siempre regresa a su forma original. En términos prácticos, el PEX puede calentarse y enfriarse tantas veces como sean necesarias, necesario puede deformarse, aplastarse, o retorcerse y al aplicarle calor el material regresa a su forma original tan pronto se enfríe.
El profesor Engel llevó su descubrimiento a diversas compañías químicas, hasta que un vecino granjero de aves le preguntó si podría hacer tubos de este nuevo material pensando en que se instalara este plástico a prueba de corrosión en la tierra bajo sus gallinas, que se sentirían más calientes y pondrían más huevos. Luego de esta aplicación, Engel llevó su material al fabricante sueco de tubería Wirsbo, quien comenzó la manufactura de tubería con dicho material que utilizaron bajo el césped del Estadio Olímpico de Munich en 1972, obteniendo gran atención.
Al llegar el embargo petrolero de la OPEC en 1973, los europeos comenzaron a informarse más acerca de la calefacción hidrónica radiante por operar a mucho menor costo que cualquier otro tipo de sistema central de calefacción.
Antes de la crisis energética, muchos europeos calentaban sus casas con robustos radiadores de hierro fundido, usaban agua a alta temperatura y cuando sucedió el embargo petrolero, los ingenieros de la región notaron que podían ahorrar dinero si reducían la temperatura del agua. Por supuesto, tenían que fabricar radiadores más grandes para compensar la baja temperatura del agua.
Con la entrada del PEX, las cosas se hicieron más fáciles. La tubería de este material es capaz de soportar más estrés (dilataciones, presiones y temperaturas variables) que la de cobre o acero, es a prueba de corrosión, y es fácil para trabajarse, cualidades que permitieron a los europeos usar el piso entero como radiador.
Para competir con los fabricantes de piso radiante, varios fabricantes de radiadores europeos empezaron a hacer sus radiadores más extensos así que ellos también pudieran calentar un lugar con agua a baja temperatura.
| La tubería de PEX es ideal para esta aplicación por sus propiedades mecánicas. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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A lo largo de esta red, de entrada (agua caliente) y salida (agua tibia), se instalan los manifolds y válvulas, donde a su vez se colocan diferentes termostatos para control de temperatura de cada zona de pisos radiantes.
Para la instalación de estos sistemas, los proveedores realizan minuciosos cálculos donde se evalúan las necesidades de calor del cliente considerando las características físicas de la construcción, posibles zonas complejas de calefactarse e incluso con el conocimiento de los materiales a integrarse como acabados. Esto ayuda a que los sistemas de pisos radiantes estén perfectamente bien adaptados a cada espacio ofreciendo al usuario final confort total.
¿Por qué un sistema de suelos radiantes?
Desde su aparición en el mercado, la climatización por este método ha reportado toda clase de beneficios tanto en términos de instalación como en gasto energético y confort, entre otros.
A. Ahorro: Puesto que la totalidad de la instalación puede ser operada por una sola caldera por nivel (en construcciones de dos niveles puede ocuparse una caldera por nivel), se evita el gasto innecesario de energía calorífica.
Aunado a esto, es destacable la condición de modularidad que tienen estos sistemas, es decir, que pueden instalarse como unidades en diferentes habitaciones con el uso de termostatos, para calentar exclusivamente los espacios que requieren acondicionamiento. Por ejemplo, durante la noche, es posible calefactar solamente las habitaciones, situación donde se haría uso de una fracción de la capacidad total, representando la adecuada calefacción con sólo una fracción del consumo energético.
Por otra parte, las calderas utilizadas en los sistemas de calefacción hidrónica no son de flama o de capacidad completa, sino de capacidad variable. Así, al prenderse una habitación, la caldera detecta cuál es la demanda que se está teniendo y conforme se van prendiendo más habitaciones, empieza a dar más potencia para satisfacer la necesidad. Igualmente al apagarse la calefacción en diferentes habitaciones la caldera nuevamente reduce su capacidad.
Estas variaciones pueden resultar en casos donde las calderas tendrán menor eficiencia, sin embargo existen marcas que permiten seguir el consumo de cerca para lograr mayor ahorro en energía.
En consumo hidráulico, estos sistemas también tienen interesantes ahorros. Ya que en estas instalaciones se utilizan tuberías de ½”, 3/4” o 1” (que además transportan el agua caliente de manera silenciosa) consumen sólo una pequeña proporción del fluído, con resultados óptimos en términos de calefacción, pues el agua es capaz de transportar hasta 3400 veces más energía que el aire.
| Componentes de las calderas. |
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B. Flexibilidad: La exitosa aceptación de la calefacción hidrónica o por pisos radiantes también radica en la capacidad de adaptación que tiene para satisfacer las necesidades de los usuarios en forma, tamaño, modularidad, opciones de crecimiento y por supuesto control total.
El suelo radiante puede instalarse en prácticamente cualquier espacio, y combinarse con otros elementos de calefacción como son toalleros radiantes en baños, radiadores de convección forzada en cocinas, zoclos, radiadores y otras tantas opciones que existen en el mercado para aporte calorífico de espacios; sin riesgo de interferencia. Así mismo, gracias a que en ningún momento está en la superficie, no representa un estorbo para colocar muebles o algún otro objeto en los espacios climatizados.
Para ofrecer a los usuarios máximo confort, estos sistemas pueden ser fácilmente controlados a través de termostatos para cada zona de la instalación o incluso por medio de temporizadores (timers), de modo que al momento de entrar a una habitación en especial ésta tenga la temperatura ideal sin necesidad de gasto ocioso de energía.
Por otra parte, en caso de que se requiera extender la cobertura del sistema a otras habitaciones, no es necesario modificar toda la red, misma condición que ocurre en caso de reparación.
Además, aunque las calderas o calderetas normalmente utilizadas para calentar el agua circulante son de gas (encendidas por energía eléctrica, al igual que los termostatos y tarjeta hidráulica), existe la posibilidad de que funcionen también con energía eléctrica, petróleo, leña, diesel, o incluso con energía alternativa como es la solar, geotérmica y de biomasa, entre otras.
Anteriormente la caldera y el tablero hidráulico se ponían por separado, ahora se integran en una sola pieza permitiendo usar menos espacio además de funcionar como unidad.
C. Efectividad: Gracias a que los suelos radiantes calientan el ambiente de abajo hacia arriba, son ideales para espacios con techos altos, donde sistemas de climatización por aire son menos efectivos dado que el calor migra a la parte alta de la estancia.
Así mismo, su eficiencia se maximiza en instalaciones donde los acabados son conductores de temperatura como es mármol y loseta, teniendo menores efectos en espacios acabados en madera o alfombra que limitan el intercambio calorífico, por lo que los efectos de temperatura toman más tiempo en percibirse (véase recuadro ¿Cuáles son las condiciones óptimas para los sistemas de pisos radiantes?).
Por otra parte, la efectividad de sistemas de calefacción hidrónica permite la optimización de recursos energéticos como se destaca en el apartado de ahorro, logrando la reducción de consumo energético hasta en 40% frente a otros tipos de climatización.
| Características de capacidad de las calderas utilizadas para calefacción por suelos radiantes. | ||||
| 21 | 28 | 31 | ||
| RFFI | RFFI | RFFI | ||
| CAMARA | estanca | estanca | estanca | |
| POTENCIA | ||||
| Capacidad Térmica máx/min | KW | 26,5/11 | 29,8/12 | 33,5/14 |
| Potencia efectiva máx/min | KW | 24,8/9,7 | 28/10,5 | 31,1/12,1 |
| EFICIENCIA | ||||
| Rend. En calefacción a máxima potencia | % | 93,7 | 93,7 | 92,8 |
| Rendimiento en calefacción al 30% de potencia | % | 90,7 | 92,2 | 90 |
| PERFORMANCE | ||||
| Temperatura calefacción máx/min | ºC | 82/42 | 82/42 | 82/42 |
| DATOS ELÉCTRICOS | ||||
| Alimentación eléctrica | V/Hz | V/Hz | V/Hz | V/Hz |
| Potencia de consumo | W | 120 | 148 | 148 |
| Protección eléctrica | IP | X4D | X4D | X4D |
Ventajas de la calefacción hidrónica:
ES SILENCIOSO ya que las calderas se instalan normalmente en secciones exteriores de las construcciones, no generan ruido al interior de los inmuebles, además de ser equipos silenciosos por naturaleza.
NO SE RESECA EL AMBIENTE a diferencia de sistemas que generan corrientes de aire que frecuentemente remueven humedad. Los sistemas de pisos radiantes no tienen estos efectos pues su proyección de calor no es a través del aire.
AHORRA ENERGÍA dado que el calor se trasfiere por radiación no por convección natural o forzada, que es la característica de otros sistemas calefactores.
ES TOTALMENTE SEGURO, ya que no corre peligro ninguna persona, o animal al momento de acercarse. Incluso promueve la mejor circulación sanguínea al entrar el calor por los pies y no existe riesgo de enfermedad por cambios de temperatura. Además, en instalaciones que tienen que realizarse en interiores, los equipos son añadidos con controles como detectores de monóxido de carbono, para asegurar que no existan riesgos de toxicidad en el ambiente.
NO GENERA CORRIENTES DE AIRE, donde frecuentemente se mezcla frio y calor. Además por esta razón, no es factible de propagar polvo, polen y otros elementos.
NO AFECTA LA DECORACIÓN, ni ocupa espacio ocioso por estar instalado dentro del piso. No almacena calor en el techo a diferencia de otros métodos de climatización donde el aire es más denso por estar caliente, acumulándose en el techo.
De hecho, en sistemas de pisos radiantes como la superficie más caliente es la del piso, se acumula el calor en esta zona y sube progresivamente, razón por la que se recomienda en espacios de techos altos.
Pueden combinarse con otras soluciones de calefacción. Existen inmuebles donde ya no es posible instalar pisos radiantes, pero en la ampliación sí. De este modo, en la parte previamente construida se instalan radiadores, convectores u otros sistemas y se ocupa la misma caldera para calentar el agua circulante en los sistemas hidrónicos.
Requiere de poco mantenimiento, siendo recomendable darle mantenimiento dos veces por año. Aunque no es común que se realicen reparaciones importantes, sino que normalmente se hace por necesidad de cambio de baterías en el termostato, o falta de gas o agua.
Es muy durable. La instalación, incluyendo malla y tubería tiene vida útil garantizada por 100 años con el fabricante.
El sistema es modular, es decir, que puede dividirse en tantas zonas sean necesarias. Cada una de ellas puede estar controlada por su propio termostato
El aislamiento evita que el calor migre a zonas no deseadas, por lo que no existe riesgo de que afecte techos en el caso de construcciones de más de un piso.
El uso de termostatos permite el mejor control de la temperatura, además de que funciona como interruptor del sistema, y en instalaciones segmentadas sirve para manejar más eficientemente secciones de manera sencilla. Actualmente los termostatos cuentan con pantallas que facilitan la rápida lectura de temperatura y permiten almacenar las preferencias del usuario en su memoria interna.
Funciona automáticamente a través de los termostatos colocados en cada zona de la construcción, por eso no necesita de constante mantenimiento. Se aconseja instalar termostatos para cada módulo de calefacción de modo que el ahorro sea más visible, ya que se controla en qué habitaciones esté prendida la calefacción.
Crecimiento de la calefacción por suelos radiantes
Europa es el principal usuario de estos sistemas de climatización por las bajas temperaturas que se alcanzan en estas regiones, así como otras con condiciones similares. En México, la aplicación de dicha tecnología hasta el momento no ha alcanzado su máximo potencial, siendo una buena oportunidad para el mercado.
Así mismo, las cambiantes condiciones climáticas, que reportan bajos niveles de temperatura en diferentes zonas del país y regiones aledañas, son indicios del crecimiento venidero de este y otros métodos de climatización. Actualmente, la instalación de calefacción u otros tipos de acondicionamiento de espacios en México representa una inversión que no muchas personas desean hacer, sin embargo, la inminente necesidad de incluir estas soluciones como partes integrales de cualquier construcción y la indiscutible eficiencia que presentan, hará que los sistemas de calefacción hidrónica, entre otros, sean considerados cada vez más como beneficios, más que como gastos innecesarios.
| ¿CUÁLES SON LAS CONDICIONES ÓPTIMAS PARA LOS SISTEMAS DE SUELOS RADIANTES? |
| Depende del tipo de material. Por ejemplo: en caso de utilizar mármol de una pulgada o más, no existe algún problema, pues este material transmite eficientemente la temperatura. Sin embargo en madera o alfombras de más de más de una pulgada la temperatura toma más tiempo en alcanzarse.Fuera de estas consideraciones no se presentan dificultades con otros materiales, pudiéndose instalar estos sistemas incluso en áreas abiertas o exteriores (alrededor de las albercas, estadios, gimnasios, etc.). Al usar madera u otros malos conductores de calor debe emplearse el sistema para madera atornillada, donde se colocan los canes de madera en la base, posteriormente el aislamiento entre los canes de madera, al igual que la red de tubería, el colado o arena va arriba y finalmente los acabados. |
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