Instalaciones térmicas

Una de las principales formas para alcanzar el objetivo de reducir el dióxido de carbono es disminuir el consumo de energía en los edificios, en concreto en Europa las emisiones de CO₂ principales son el transporte, la industria y los edificios.

Esta es una de las instalaciones claves para ahorrar energía, aunque supongo que eres consciente de ello

Respecto a las emisiones procedentes de la edificación aproximadamente 2/3 es energía necesaria para producir calefacción y aire acondicionado. No hace falta decir que es necesario poner el acento en las instalaciones térmicas para conseguir que un edificio sea eficiente.

Para conseguir ahorro una instalación térmica debe enfocarse en el uso de:

• Sistemas eficientes energéticamente.
• Sistemas que permitan la recuperación de energía.
• Sistemas que usen las energías renovables.
• Sistemas térmicos que aprovechen las energías residuales.

Comodidad térmica de las personas

Las personas son muy diferentes en características térmicas en factores tan importantes como la tendencia a la transpiración del cuerpo, la clase de metabolismo, la cantidad de grasa aislante del cuerpo, la ropa que lleva, la actividad física.

Como consecuencia cada persona es probable que tenga una opinión diferente acerca de las condiciones térmicas de una habitación.

Por consenso en la climatización de cualquier espacio se busca aquellas condiciones que satisfagan a la mayoría de las personas y que el resto ajuste su ropa en función de sus propias necesidades.

Que se entienden por instalaciones térmicas

Se podría definir a las instalaciones térmicas como a aquellas instalaciones en el que se intercambia energía para elevar o disminuir la temperatura de los fluidos con el que los usuarios del mismo interactúan, de manera directa o indirecta, por cuestiones de seguridad, confort o higiene.

Un fluido podría ser:

• El agua que calienta una caldera para ducharse.
• Los refrigerantes que al pasar por una batería de frío intercambian energía con el flujo de aire que pasa que se transmite a una habitación.
• El agua de una instalación solar térmica para una instalación de suelo radiante.

En definitiva cualquier instalación que caliente o enfríe agua o aire con cualquier sistema posible.

Para acotar todavía más, comprende las instalaciones de climatización (calefacción, refrigeración y ventilación) y de producción de agua caliente sanitaria

 Requisitos mínimos de una instalación térmica eficiente

Que características debe tener una instalación térmica para que según los cánones de la eficiencia energética sea correcta.

Distribución de calor y frío eficiente

Aislamiento térmico de equipos y las redes de distribución de las instalaciones térmicas para lograr que los fluidos lleguen a las unidades terminales con temperaturas lo más próxima posible a las de salida de los equipos de generación.

Rendimiento energético elevado

La selección de los equipos de generación de frío y calor, así como los destinados al movimiento y transporte de fluidos deberá realizarse para conseguir que sus prestaciones, en cualquier condición de funcionamiento, se encuentren lo más cercano posible a su régimen de rendimiento máximo.

Recuperación de energía

Las instalaciones térmicas que sean eficientes deberán incorporar elementos que permitan el ahorro, la recuperación de energía y el aprovechamiento de energías residuales del sistema.

Regulación y control

Toda instalación térmica que sea eficiente debe incorporar regulación y control para mantener las condiciones térmicas ideales en las zonas climatizadas, ajustando, al mismo tiempo, los consumos de energía a las variaciones de la demanda térmica, así como parar el servicio cuando sea necesario.

Medición de consumos

Las instalaciones térmicas deben estar equipadas con sistemas de medida del consumo para que cada usuario sepa su consumo de energía. Esta medida sirve a su vez para repartir los gastos de explotación en de la instalación energética entre los distintos usuarios si es una instalación centralizada con múltiples consumidores.

Uso de energías renovables

Las instalaciones térmicas serán más eficientes si usan las energías renovables disponibles, para así lograr cubrir una parte del consumo de la instalación.

Sistemas de climatización

Un Sistema de Climatización es el conjunto de elementos que sirven para garantizar las condiciones de bienestar térmico, higiénico y de seguridad de una zona.
Existen unos componentes comunes para toda instalación de climatización y que ya produzca frío o calor deberán encontrarse en ella. Estos elementos se encuentran desde la instalación más básica de aire acondicionado hasta el más complejo sistema de climatización de un hospital, centro comercial o nave industrial. El tamaño de esos elementos y la incorporación de algún sistema más marca la diferencia entre las instalaciones pequeñas y grandes.

• Generación térmica (frío o calor): elementos que se encargan de transformar la energía eléctrica, térmica o química de un combustible en energía frigorífica o calorífica que se transfiere a un fluido intermedio de trabajo o al aire de la zona climatizada.
• Almacenamiento: disminuye el número de arranques y paradas y permite disminuir la potencia instalada a cambio de aumentar el número de horas de funcionamiento de la producción. Hace que si es necesario la producción y consumo no coincidan. También incrementa la inercia térmica del sistema.
• Transporte: conductos, tuberías, bombas, ventiladores y accesorios para llevar los fluidos desde los puntos de generación de energía a las zonas a climatizar.
• Intercambio: transfieren la energía térmica entre corrientes de fluidos (p.ej agua-agua) para separar hidráulicamente circuitos o transferir calor entre dichos fluidos.
• Unidades terminales para el intercambio con el fluido de transporte (fancoils, inductores, suelos y techos radiantes) y para tratar el aire del local con rejillas, difusores, toberas y elementos similares.
• Regulación y control: Sincroniza el funcionamiento del sistema con la demanda.

El RITE tiene mucho que decir

En España en lo que respecta a las instalaciones térmicas, el RITE es el rey. Integrado en el Código Técnico de la Edificación, la hemos explicado suficientemente en una de nuestras páginas, que puedes consultar para profundizar en el tema.

El punto más importante desde el punto de vista de la eficiencia energética es el artículo 12, de eficiencia energética.

Un porcentaje elevado del consumo total de un edificio está relacionado con las instalaciones térmicas, principalmente climatización y ACS.

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Conceptos relacionados con el calor

El concepto por el que se considera el calor como forma de transporte de energía y se define como la suma del trabajo y la diferencia de la energía interna de un sistema es muy reciente y se atribuye al Max Born, premio Nobel de Física de 1921.

En el siglo XIX se consideraba como una sustancia que podía penetrar en los cuerpos con una cantidad invariable en cada proceso para más tarde establecer una de los principios básicos de la naturaleza:

La cantidad de calor que se transmite no puede medirse directamente pero se puede relacionar con la temperatura para determinarla. Por lo tanto cuando en un sistema hay una diferencia de temperatura se ha transmitido calor.

Formas de transmitirse el calor

El flujo de calor va de un lugar a otro a través de tres formas distintas:

• Convección: Consiste en la transmisión del calor por desplazamiento de sus moléculas. El caso más habitual es el de un fluido (aire o agua) que se calienta a través de un emisor (a una temperatura elevada) y que provoca diferentes movimientos. Es fácil imaginarse como se mueve un huevo cuando se introduce en una olla con agua caliente.
• Conducción:En este tipo de transmisión no se produce desplazamiento de sus moléculas. El calor se transfiere por el contacto directo entre moléculas. Un ejemplo es como se transmite el calor en una varilla metálica si se calienta con un mechero, si lo sujetas por uno de sus extremos notarás poco a poco esta forma de transmisión de calor.
• Radiación:Aquí el calor se transmite sin que exista contacto con ningún cuerpo, lo hace a través de radiación. Todos conocemos la experiencia de como el Sol es capaz de transmitir calor a cualquier cuerpo. Las propiedades de radiación en los materiales usados para construir son muy importantes e influyen en el diseño de los edificios:
  • Reflexión: Proporción de radiación que rebota en el material sin cambiar la temperatura del mismo. Un ejemplo son las casas pintadas de blanco.
  • Absorción: Parte que penetrará en el material y que eleva su temperatura.
  • Emisión: facultad del material para irradiar radiación.

Unidades de calor

El calor, la cantidad de calor, la energía calorífica o energía térmica se representa por la letra Q y su unidad de medida en el Sistema Internacional (organización que normaliza las unidades físicas y químicas en el mundo) es el Julio J.

Sin embargo existen otras medidas muy habituales y que son fácil de encontrar, destacando sobre todo:

• El kilovatio hora (kWh): con un valor de 3,6 x 10⁶ J
• La kilocaloría (kcal): con un valor de 4,184 x 10³ J

Potencia calorífica

También denominada flujo térmico, indica la cantidad de calor que fluye a través de un medio en el tiempo.

Se utiliza cuando en el intercambio de calor es necesario que intervenga el tiempo y en el sistema internacional su medida es Julio por segundo (J/s) o como el más conocido, Watt o vatio (W).

Otra forma de encontrar la potencia calorífica es la kcal/h y equivale a 1,163 W.

Conceptos relacionados con la transmisión y la potencia

Conductividad térmica

Cantidad de calor que fluye por tiempo a través de un area con unas características teóricas determinadas (área de extensión infinita con caras plano-paralelas y de espesor la unidad), cuando existe una diferencia de temperatura entre sus caras.

Se mide en W/(m · ºC)

Es una propiedad física de cada material y depende principalmente de su temperatura y su naturaleza. Muestra la capacidad de un material para conducir el calor.

Resistividad térmica

Inversa de la conductividad térmica, se mide en m · ºC / W

Conductancia térmica

Cantidad de calor que se trasmite a través de la unidad de área. El equivalente a la conductividad térmica para areas de material. Se mide en W / (m² · ºC).

Resistencia térmica interna

Inverso de la conductancia térmica, se mide en m² · ºC / W. Cuando el calor atraviesa varias capas de materiales distintos, la resistencia térmica del conjunto se consigue sumando las resistencias parciales de cada uno de ellos.

Coeficiente superficial de transmisión de calor

Transmisión térmica por área en una superficie en contacto con algún fluido (aire o agua), debido a la conducción, convección  y radiación. Se mide en W / (m² · ºC).

Se suele usar para las caras interiores y exteriores de los cerramientos.

Resistencia térmica superficial

Inverso del coeficiente superficial de transmisión de calor y se mide en m² · ºC / W.

Coeficiente de transmisión de calor

También llamado transmitancia o coeficiente de transmisión térmica aire-aire, establece la diferencia de temperatura entre dos ambientes e incluye la conductancia y los coeficientes superficiales de transmisión de calor.

Su símbolo es K, su unidad es W / (m² · ºC).

Resistencia térmica total

En un edificio es la suma de las resistencias superficiales y de la resistencia térmica de la estructura. Es la inversa del coeficiente de transmisión de calor y se mide en m² · ºC / W.

Coeficiente de transmisión térmica de un edificio

Anteriormente en la norma CT-79 de España se usaba como media ponderada de los coeficientes de transmisión de calor de los crecimientos que envolvían un edificio. Actualmente está en desuso por otras normas más adecuada a la tecnología actual.

Coeficiente de transmisión térmica lineal

Flujo de calor que atraviesa un objeto por unidad de longitud y por diferencia de temperatura en ºC. Usado para elementos donde predomina la longitud frente al área, como en los puentes térmicos. Se mide en W / (m · ºC).

Calor específico

Es la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa para elevar su temperatura en una unidad.

• Para el agua es de 1 kcal/kg, que el Sistema Internacional es de 4,185 J/(kg ºC)
• Para el aire es de 1004 J/(kg ºC)

Calor latente

Es la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa para que cambie de estado, de líquido a gas o de sólido a líquido.

Cuando se produce esta transformación no se eleva la temperatura, por eso se denomina calor latente (oculto). Cuando regrese a su estado anterior el material cederá la misma cantidad de calor.

Calor sensible

Energía calorifica para mantener o elevar la temperatura de un local, sin intervención de ningún cambio de estado del vapor de agua. Realmente es el calor específico que se ha definido y que se usa para calcular la climatización de un espacio.

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