El agua ofrece una forma más eficiente de distribuir energía en forma de calefacción y refrigeración alrededor de un edificio que los sistemas 'todo aire' debido a su alta capacidad de calor específico y conductividad térmica.
Esta sección tiene como objetivo brindar una descripción general de los siguientes sistemas a base de agua:
- Techos Fríos (incluyendo Techos y Balsas / Velas).
- Vigas frías (incluyendo Activas y Pasivas).
- Otros sistemas (incluyendo vigas frías multiservicio 'MSCB' y vigas frías de casete de descarga de cuatro vías).
Las vigas frías y los techos fríos requieren una temperatura del agua de enfriamiento relativamente modesta (14–17 °C), que se puede obtener mediante almacenamiento de agua fría natural o enfriamiento gratuito del aire exterior durante períodos del año, según el clima.
Además, cuando se utiliza refrigeración mecánica, se puede lograr un mejor rendimiento energético debido al mayor CoP (coeficiente de rendimiento) del enfriador. Cuando se utilizan vigas frías para calentar, la situación es similar, ya que es posible utilizar fuentes de calor de baja temperatura o bombas de calor con temperaturas de flujo de agua de entre 30 y 45 °C.
Techos radiantes fríos
Los techos fríos radiantes suelen incorporar un serpentín o elemento de agua fría en la parte posterior del material de acabado del techo. Por lo general, esto significa una matriz de tubería de cobre en la parte posterior de las tejas o paneles de techo de metal. El aislamiento generalmente se aplica en la superficie superior del techo frío, ya que el enfriamiento útil se requiere en el espacio debajo del techo.
A medida que el agua enfriada pasa a través del serpentín, ofrece una superficie de techo fría que proporciona enfriamiento del espacio tanto por radiación como por convección.
El 'enfriamiento radiante' implica la absorción directa del calor irradiado por superficies cálidas dentro de la habitación, lo que ocurre cuando hay superficies más frías visibles para las superficies más cálidas. Este tipo de sistema da como resultado una baja velocidad del aire con una distribución uniforme de la temperatura en la zona ocupada, proporcionando así muy buenos niveles de confort.
Los techos radiantes fríos proporcionan una superficie arquitectónicamente aceptable, en la que se pueden instalar una serie de servicios. Por lo general, también se pueden acomodar con huecos de techo poco profundos, por lo que son adecuados cuando el espacio vertical es restringido. Se requiere un sistema de ventilación separado para suministrar aire fresco al espacio.
La siguiente figura muestra una perspectiva de la superficie inferior con un corte que muestra los elementos del cielo raso adheridos a la superficie posterior del panel/placa.
La siguiente figura muestra cómo los elementos de agua enfriada están interconectados y conectados al flujo de agua y a las tuberías de distribución de retorno. El mismo principio se puede aplicar tanto a los paneles/losetas "Bonded" como "Lay-in".
Techos radiantes fríos (acabado escayola)
Los serpentines capilares de plástico de diámetro pequeño se aseguran a la estructura del techo o la pared y se completan con un acabado de yeso. Se requiere un yeso delgado especial para minimizar los efectos de una conductividad térmica más baja.
Balsas / velas refrigeradas por radiación y convección
Las balsas o velas enfriadas por convección y radiación incorporan un serpentín o elemento de agua enfriada en la parte trasera de grandes paneles planos que están suspendidos debajo del sofito o el techo. No hay aislamiento instalado en la parte posterior del panel ya que el dispositivo de enfriamiento está dentro del espacio de la habitación y todo el enfriamiento (radiación y convección) es un enfriamiento útil (consulte la Figura a continuación).
A medida que el agua enfriada fluye a través del serpentín, la superficie inferior de la balsa o vela actúa exactamente de la misma manera que un techo enfriado radiante con enfriamiento tanto radiante como convectivo. El aire sobre la balsa o la vela también se enfría y esto proporciona una salida de convección adicional a medida que fluye hacia abajo sobre los bordes de las balsas o las velas.
La forma y el tamaño de las balsas o velas se pueden variar para cumplir con los requisitos arquitectónicos y los servicios se pueden integrar fácilmente. Como el espacio requerido por encima de la balsa o las velas es pequeño, son adecuados donde el espacio vertical es restringido. Las velas también se pueden utilizar para calefacción radiante eficiente.
Sistemas de techo refrigerado por convección
Estos sistemas generalmente comprenden una estructura de aletas en ángulo (generalmente de aluminio) con una tubería de agua enfriada o una vía de agua (generalmente de cobre) integrada en el centro de cada aleta en ángulo (consulte la figura a continuación).
Hay transferencia térmica del agua al cobre al aluminio, enfriando así las aletas. Como resultado de esto, se logra una mayor proporción de enfriamiento por convección de aire a través de las aletas en ángulo en lugar de radiación directa. Este tipo de sistema puede proporcionar niveles de enfriamiento más altos que un sistema radiante normal, pero menos que un haz frío pasivo.
Rendimiento y características
En la siguiente tabla se puede encontrar un resumen de las características de los sistemas de techo frío. La tabla se basa en:
- A) BS.EN14240
- B) Diferencia de temperatura entre la habitación y la temperatura media del agua 8°K
- C) Diferencia de temperatura de retorno de flujo de agua 2°K
- D) Temperatura ambiente 24°C
- E) Temperatura media del agua 16°C
- F) Área del techo activo como porcentaje del área total del techo 80 % excepto balsas y velas que son el 67 %
Vigas frías
El componente básico de transferencia térmica para vigas frías es un intercambiador de calor de aletas y tubos, a menudo denominado serpentín. Las filas de tuberías de cobre interconectadas generalmente están unidas a aletas conductoras térmicas de aluminio. Esta disposición se monta luego en una carcasa de chapa, que puede ser:
- Suspendido libremente de un sofito, o
- Instalado sobre un techo de metal perforado (solo viga pasiva), o
- Integrado a ras en un sistema de techo suspendido.
Las vigas frías funcionan por convección en lugar de radiación. Debido al área de superficie de aleta más grande, se puede lograr un mayor rendimiento térmico con vigas frías que con techos fríos. Sin embargo, se debe tener cuidado en el proceso de selección para garantizar que no se creen altas velocidades de aire en la zona ocupada.
Resumen
Las vigas frías generalmente se forman como un banco de tubos con aletas, dispuestos en un perfil cuadrado o rectangular. La tubería transporta agua fría y, cuando está encerrada y asegurada a la parte inferior de un piso estructural, la unidad se asemeja a una viga. Se puede usar una cubierta exterior de lámina de metal para encerrar los tubos enrollados y se puede perforar para estimular la convección a través del banco de tubos con aletas. Un efecto de enfriamiento pasivo es por convección natural, pero el enfriamiento activo se puede lograr mediante el uso de un suministro de aire primario impulsado por un ventilador. Para disimular la instalación, la parte inferior de la caja se puede rematar enrasada con un falso techo perforado.
Los techos fríos se diseñaron originalmente con tuberías de agua helada incrustadas en la parte inferior de una losa de piso de concreto. El aumento nominal del canto de la losa se justifica por la ausencia de intrusión visual de las tuberías. Esta forma de enfriamiento radiante tiene la desventaja de crear una alta masa térmica en la losa de hormigón, que responde lentamente al control termostático. Estas instalaciones también pueden producir 'lluvia interior' o condensación en la parte inferior radiante de la losa. Para evitar que el techo se moje, se prefiere una variante suspendida, con la opción de un suministro de aire primario auxiliar o impulsado por un ventilador a través de perforaciones en el techo. Estas perforaciones también aumentarán el efecto convectivo.
