Rincón técnico Giacomini: ¿cómo se ahorra energía usando colectores con equilibrado dinámico en instalaciones radiantes?

Los sistemas de suelo radiante se pueden definir básicamente en dos categorías: sistemas tradicionales y sistemas de baja inercia térmica (también llamados de bajo espesor). Esta distinción no se deriva de ninguna legislación, pero tiene un origen operativo y aplicativo. Este artículo describe los sistemas radiantes de bajo espesor para edificios nuevos y, en particular, para remodelar.

Las peculiaridades de los sistemas radiantes de bajo espesor
Las principales características de los sistemas radiantes de bajo espesor son:

• Espesor reducido en comparación con los sistemas radiantes tradicionales considerando la suma de aislamiento + capa de soporte + pavimento
• Baja inercia y, por tanto, mayor velocidad para alcanzar la temperatura superficial deseada y la temperatura de consigna en el ambiente.
• En algunas aplicaciones, posibilidad de aplicación sobre pavimentos existentes como capa adicional y sin demolición invasiva.

Observaciones sobre la inercia en sistemas radiantes
En física, particularmente en mecánica, la inercia de un cuerpo es la propiedad que determina la resistencia a las variaciones en el estado de movimiento y se cuantifica por su masa inercial.

Aplicar este concepto a los sistemas radiantes es complejo porque hay muchas condiciones de contorno termodinámicas que definen su desempeño.

Los factores que afectan la inercia del sistema son:

• Características del sistema (materiales, espesor, conductividades térmicas)
• Temperatura de entrega, caudal y diferencia de temperatura
• Temperatura inicial
• Temperatura ambiente para acondicionar
• Ubicación del sistema (entre pisos o hacia el exterior)

Un método rápido y preciso para evaluar la inercia es la creación de simulaciones dinámicas con elementos finitos en secciones de la planta.

En cambio, teniendo que volver a llevar este análisis a un enfoque experimental y aplicativo, ciertamente podemos afirmar que un ajuste válido puede ser medir, a partir del frío, cuál es la potencia entregada a la regla, manteniendo al mismo tiempo en observación la temperatura de flujo y retorno, la temperatura medio ambiente y obviamente un promedio de las temperaturas de la superficie.

Un ejemplo de los resultados que se pueden obtener se muestra en la Gráfica 1 donde se muestran las temperaturas de flujo y retorno en combinación con la potencia absorbida por la regla en función del tiempo.

Para el sistema de bajo espesor, el tiempo necesario para alcanzar la temperatura superficial deseada (punto de potencia mínima en la curva verde) es menos de 30 minutos. Para el sistema tradicional formado por aislamiento y solera cementosa, el tiempo necesario para alcanzar la temperatura superficial es indudablemente mayor.

Este aspecto debe tenerse en cuenta en el diseño del sistema de regulación, para asegurar las temperaturas deseadas durante todo el día, pero sobre todo ante la posibilidad de uso ocasional.

Por otro lado, el aspecto de la inercia también es importante cuando se apaga el sistema: un sistema de baja inercia tardará menos en enfriarse que un sistema tradicional.

En resumen, los sistemas con baja inercia térmica, además de ofrecer importantes posibilidades en renovaciones de bajo espesor, ciertamente ofrecen importantes perspectivas en aplicaciones con carcasas altamente aisladas.

Dada la velocidad de reacción, estos sistemas se prestan para aprovechar al máximo las contribuciones gratuitas sin riesgo de sobrecalentamiento ambiental.

El efecto de la tecnología de equilibrio dinámico en sistemas de bajo espesor
La frontera del desarrollo, con miras a mejorar el ahorro de energía, ve que los sistemas de bajo espesor no avanzan solos, sino que ciertamente se combinan con sistemas de equilibrio de flujo dinámico.

De hecho, es a partir de la superposición del efecto de baja inercia térmica y del control dinámico del caudal que se obtienen los mejores efectos.

El equilibrio dinámico del flujo ciertamente tiene un impacto energético potencial importante que a menudo se subestima y se descuida.

El tema es hacer que el equilibrio sea utilizable y fácil de aplicar en aplicaciones nuevas y existentes.

Un sistema con colectores de equilibrado dinámico de la serie Giacomini DB es capaz de mantener el caudal siempre equilibrado para todos los circuitos del sistema, contribuyendo así a la reducción de desbordes y, en consecuencia, a un apreciable ahorro energético.

Las dimensiones y aplicaciones generales son las de un colector estándar, pero la válvula patentada instalada en cada circuito realiza varias funciones:

• Regulación de caudal: cuando la presión varía, debido a la apertura o cierre de algunos circuitos, interviene el diafragma de la válvula de cartucho variando su sección de paso y adaptando el caudal al valor preestablecido, incluso en presencia de presiones diferenciales elevadas: funcionamiento hasta 60 kPa para las versiones Low Flow; funcionamiento hasta 150 kPa para los de alto caudal;
• Preajuste del caudal: es posible establecer el caudal máximo de diseño para cada circuito individual, que debe mantenerse constante;
• Optimización de la temperatura ambiente: la combinación con cabezales electrotérmicos y termostatos de ambiente permite optimizar la gestión de la temperatura en las distintas estancias.

Para obtener una cuantificación numérica del ahorro energético se han realizado diversos estudios y en particular nos referimos al realizado por el Profesor Stefano P. Corgnati Catedrático de Física Técnica del Departamento de Energía del Poiltecnico di Torino titulado Potencial de ahorro de energía relacionado con el uso del colector con equilibrio de flujo dinámico.

El estudio es explícito a través de la concepción y desarrollo de un modelo analítico-numérico aplicado a dos casos ejemplares, denominados "individuales" y "colectivos". El caso "individual" examina la situación típica de los efectos internos y propios de una sola unidad de vivienda, caso que puede ocurrir con una villa o apartamento con sistema independiente.

Por el contrario, el caso "colectivo" examina la situación típica de las edificaciones residenciales colectivas/multifamiliares (bloques de pisos, por ejemplo) con sistemas centralizados donde el ahorro energético está vinculado a la dinámica inducida por el comportamiento energético de las unidades individuales.

Dentro del mencionado modelo de simulación, la acción del balanceo dinámico tiene un impacto concreto en la eliminación de los desbordamientos que inducen sobreconsumos y revertir el punto de observación, este sobreconsumo corresponde al ahorro energético obtenible mediante el uso del colector con "Equilibrio dinámico del flujo”.

Con respecto a los dos casos examinados y con referencia a las condiciones de contorno de cálculo (parámetros de entrada y característicos del modelo) tenemos que:

• el caso "individual", ejemplo del ahorro energético de viviendas con sistemas de calefacción autónomos, mostró ahorros en el consumo de energía para calefacción de hasta el 12%;
• el caso “colectivo”, ejemplo del ahorro energético de edificios plurifamiliares con sistema de calefacción centralizado, mostró un ahorro en el consumo energético para calefacción de hasta un 25%.

Los ahorros logrados son importantes y establecen claramente la combinación perfecta de aplicaciones de radianes de bajo espesor y sistemas de equilibrado.

Este acoplamiento no solo es sólido a nivel teórico, sino que también va de la mano con una simplicidad de aplicación que hace que los productos sean aptos para un uso fácil, flexible y masivo: por tanto, ofrece importantes soluciones para la difusión madura y eficaz de sistemas radiantes con alta el ahorro de energía.