CONCLUSIONES DEL ESTUDIO
Estudios anteriores sobre las variables más prominentes involucradas en el diseño de suelos radiantes establecieron que las propiedades y el espesor del recubrimiento son los principales determinantes del desempeño térmico.
Los revestimientos más habituales sobre suelo radiante son el gres porcelánico o cerámico, la piedra natural y la madera. Dada su alta conductividad térmica, se puede esperar inicialmente que la piedra natural y los materiales cerámicos sean térmicamente más favorables que la madera.
En consecuencia, los ingenieros de diseño han cuestionado la idoneidad de la madera, con su resistencia térmica relativamente alta, como revestimiento de elección en suelos radiantes, especialmente en los climas más fríos. Este estudio evaluó el impacto de diferentes revestimientos de madera en el desempeño térmico de los pisos radiantes en comparación con la piedra natural de alta conductividad (granito) en términos de tres parámetros: demanda de energía, confort térmico y tiempo de retraso en la puesta en marcha. Se exploró el efecto de las propiedades térmicas de los revestimientos, junto con las características constructivas del edificio, sobre estos parámetros. Se desarrolló un modelo de construcción simplificado y se acopló a un modelo de piso radiante validado experimentalmente y se usó para ejecutar un total de 26.352 simulaciones. El tiempo total de cálculo de la simulación fue de 37 h. Las principales conclusiones que se pueden extraer de los resultados son las siguientes:
• Para la mayoría de las viviendas, las propiedades térmicas de la madera afectaron escasamente la demanda energética y el confort térmico. Los revestimientos de madera reportaron en su mayoría resultados similares y, en algunos casos, mejores que los revestimientos de granito en esos dos aspectos. El impacto de las propiedades de la madera en la demanda y la comodidad solo fue significativo para las viviendas ubicadas en esquina y mal aisladas. En tales casos, los suelos de granito exhibieron un rendimiento térmico consistentemente más alto, aunque cuando se eligieron las propiedades apropiadas de la madera, demostraron ser un competidor muy cercano al granito. Estos hallazgos no siempre se asociaron solo con una alta conductividad térmica. Se observó que la demanda energética media es menor en los revestimientos de madera que en los de granito en el 25% de las viviendas simuladas.
• Las propiedades de la madera desempeñaron un papel más importante en los tiempos de retraso de la puesta en marcha que en la demanda o el confort térmico, aunque el patrón general fue muy similar: para la mayoría de las viviendas, ninguno de los pisos radiantes de madera simulados alargó el tiempo de retraso sustancialmente. Por lo general, las viviendas donde la pérdida de energía era mayor (viviendas en esquina, aquellas con porcentajes medios o altos de acristalamiento, mínima o moderadamente aisladas y orientadas al norte, este u oeste) requerían una adecuada elección de las propiedades de la madera para evitar que los tiempos de retraso aumenten desmesuradamente. La diferencia promedio en el tiempo de retraso en la puesta en marcha entre los revestimientos de madera y granito fue inferior a 3 h para el 75% de las viviendas. No es posible establecer un límite de tiempo general más allá del cual el tiempo de retraso en el arranque sea inaceptable, ya que esto depende del uso de la vivienda, por ejemplo.
• A pesar del escaso impacto de las propiedades de la madera en la mayoría de los casos, la búsqueda de reglas simples para determinar qué propiedades serían las más adecuadas en determinadas circunstancias resultó inútil porque la combinación de las propiedades de la madera, el grosor y las características de construcción de la vivienda no siguió un patrón uniforme. La conclusión a la que se llegó, por lo tanto, fue que las propiedades de la cubierta deben estudiarse caso por caso para determinar las que se espera que proporcionen el mejor rendimiento térmico.
• En la mayoría de los casos, se encontró que los valores más altos de conductividad térmica minimizan la demanda de energía, maximizan la comodidad y acortan los tiempos de retraso en el arranque. La demanda de energía se minimizaba principalmente cuando la conductividad térmica era superior a 0,20 W/(m·K), aunque en un significativo 18% de los casos la demanda se minimizaba a conductividades inferiores a 0,1 W/(m·K). Cuando la conductividad de la madera era más alta (0,20 W/(m·K) a 0,26 W/(m·K)), el confort se maximizaba en un mayor porcentaje de casos que cuando era más bajo, aunque en este caso, los niveles de confort más altos se encontraban en el 14% de los casos con conductividades inferiores a 0,10 W/(m·K) y en el 16% de los casos con valores de 0,10 a 0,12 W/(m·K). Las conductividades de 0,18 W/(m·K) a menudo aumentaban el tiempo de retardo de arranque en solo 15 min en viviendas bien aisladas y de baja demanda de energía y en casi todas esas viviendas, el valor de la conductividad lo aumenta en 30 min. Por estos motivos, no se puede decir que la madera con alta conductividad térmica sea siempre necesaria para el diseño de suelos radiantes.
• Una de las conclusiones de este estudio que puede ser de interés más inmediato es que el revestimiento de piso más grueso y de menor conductividad térmica, es decir, el piso de madera con la mayor resistencia térmica (incluso más de 0,15 m 2 K/W valor) no afecta significativamente la demanda energética o el confort térmico. En promedio, los pisos de madera redujeron la demanda de energía en un 6,4% y las horas diarias de confort térmico en solo un 1,6% en relación con los revestimientos de granito.
• Los hallazgos sobre la resistencia térmica de los revestimientos de madera no justifican el establecimiento de un límite superior que no debe ser superado en la selección de maderas para suelos radiantes. Aunque la norma europea EN 1264-2 [ 85 ] no prevé revestimientos con valores de resistencia térmica superiores a 0,15 m 2 K/W, no están expresamente prohibidos. De hecho, valores de resistencia térmica superiores a 0,15 m 2K/W no aumentó significativamente la demanda de energía, ni disminuyó el número de horas de confort en la gran mayoría de las condiciones simuladas. En consecuencia, este estudio sugiere que se debe revisar la norma y eliminar la referencia a ese valor, ya que los fabricantes lo han interpretado erróneamente como un límite que no debe superarse en el diseño de suelos radiantes revestidos de madera.
• Se demostró que el comportamiento térmico de los sistemas de calefacción por suelo radiante está muy ligado a las condiciones de la edificación y, por tanto, es necesario realizar un estudio técnico para cada caso en particular. Nuestro enfoque se basa en las siguientes tres variables:
(1) demanda de energía, (2) comodidad térmica y (3) período de retraso en el arranque.
Desde nuestro punto de vista, con estas tres variables se puede evaluar claramente el rendimiento global de la calefacción por suelo radiante a la hora de evaluar su comportamiento en modo transitorio acoplado al edificio. El objetivo, como en todo sistema de calefacción, es conseguir el confort térmico durante el mayor tiempo posible con el menor consumo energético. Esto se puede analizar utilizando estas dos variables: el tiempo en el que se alcanzan las condiciones de confort y la demanda energética del suelo radiante. Por otro lado, el tiempo necesario para alcanzar el confort térmico desde una condición inicial que dista mucho de ser confortable puede ser relevante para determinadas aplicaciones.
AUTORES
Enrique Ángel Rodríguez Jara y Alvaro Ruiz Pardo.
Departamento de Máquinas y Motores Térmicos,
Universidad de Cádiz, Av. Universidad de Cádiz, 10,
11519 Cádiz, España
Marta Conde García.
Departamento de Ingeniería Forestal
Universidad de Córdoba, Ctra. Madrid, Km 396
14071, Córdoba, España
José Antonio Tenorio Ríos.
Instituto Eduardo Torroja de Ciencias de la Construcción
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
Av de Serrano Galvache, 4
28033 Madrid, España