Aerotermia y suelo radiante ¿en qué consiste este sistema?

• Elementos de una instalación de suelo radiante
• Ventajas del sistema de aerotermia con suelo radiante

La configuración básica del sistema de suelo radiante por aerotermia consiste en la impulsión de agua a media temperatura (en torno a los 40ºC en invierno y a los 16ºC en verano) impulsada por la bomba de calor aerotérmica a través de circuitos de tuberías de polietileno reticulado.

De esta forma se transmite (calefacción) o se extrae (refrigeración) el calor de la vivienda, adecuándose a las necesidades térmicas de cada estación del año.

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Estos circuitos de agua son ocultados bajo una capa de mortero de cemento, sobre el que se coloca un pavimento final que puede ser de tipo cerámico, piedra, suelo laminado de madera, etc...

En invierno, el mortero absorbe el calor de las tuberías y lo cede al pavimento superior que, por último, transmite esta energía hacia las paredes y techo de la habitación mediante radiación y en menor grado por convección natural.

En verano, el proceso se invierte de forma que el pavimento absorbe el calor por radiación y convección desde las paredes y el techo. Luego el calor se transmite a la capa de mortero y a la tubería de suelo radiante, transportándose a través del agua el calor hacia el exterior de la vivienda.

Dado que el mecanismo principal de transmisión de calor es por radiación, la tecnología ha recibido el nombre comercial de suelo radiante.

El mayor grado de eficiencia energética de este tipo de instalación por suelo radiante se encuentra al dimensionar la instalación para trabajar a baja temperatura (entre 30 y 50 grados para calefacción) de forma que combinado con la bomba de calor aerotérmica los consumos energéticos son realmente bajos y los resultados de confort térmico excelentes.

Otra tecnología más reciente (y todavía poco usada) de suelo radiante es de tipo eléctrico, similar en su concepto, pero sustituyendo las tuberías de conducción de agua por resistencias eléctricas en forma de hilo o malla. El generador de calor y frío se sustituye, en este caso, por una instalación a la red eléctrica.

Esquema de instalación de bomba de calor aire-agua conectada a caldera de gas y suelo radiante 

Elementos de una instalación de suelo radiante

Los elementos que componen un sistema completo de suelo radiante son:

• Generador de calor/frío
  • Calderas de gas natural
  • Bombas de calor aerotérmicas
• Suelo radiante
  • Base de forjado y elementos previos de aislamiento y antihumedad
  • Circuito de distribución
  • Bomba circuladora y colectores
  • Solera emisora
  • Pavimento final
  • Sistemas de control  

Calderas de gas natural de baja temperatura o de condensación

La instalación por suelo radiante requiere siempre de un equipo generador de calor, frío o de ambos.

En general, el equipo más habitual para calefacción ha sido en España la caldera de gas natural, pero para esta aplicación no puede ser de cualquier tipo ya que el suelo radiante trabaja con bajas temperaturas en torno a 30-50ºC mientras las calderas convencionales lo hacen en torno a 60-80ºC.

De esta manera las únicas calderas compatibles con estas bajas temperaturas con las que trabaja el suelo radiante son:

• Calderas de baja temperatura de gas natural para calefacción
• Calderas de condensación de gas natural para calefacción

Ambas tipologías son equipos de buena eficiencia energética (mucho mayor que las convencionales) y que trabajan bien a baja temperatura. 

Bomba de calor aerotérmica

La mejor tecnología actual para la conjunción con el sistema basado en suelo radiante es la bomba de calor aerotérmica aire-agua que además permite la climatización mixta (calefacción y refrigeración).

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Se trata de una tecnología basada en el ciclo de Carnot de las máquinas convencionales de aire acondicionado pero con un mayor rendimiento energético y que extrae la energía presente en el aire mediante el cambio de fase de un líquido/gas refrigerante. Esa energía puede ser extraída del exterior para cederla al interior de la vivienda (calefacción) o extraerla del interior para expulsarla al exterior (refrigeración).

Son máquinas que van conectadas a la instalación eléctrica convencional y tienen un consumo bastante bajo en relación con la energía que proporcionan.

Calientan o enfrían el circuito de agua que después servirá de mecanismo de radiación a temperaturas bajas:

• 30-50ºC para calefacción
• 15-20º para refrigeración

Además, si disponen de un depósito de acumulación, también sirven para la producción de agua caliente sanitaria.

Se podría decir que la combinación de suelo radiante con bombas de calor aerotérmica es perfecta ya que se combina el confort térmico que proporciona el suelo radiante con la eficiencia energética máxima proporcionada por la aerotermia.

También se podría combinar la utilización de un sistema de aerotermia con una caldera de gas en un sistema híbrido, tal y como se expone y desarrolla en el artículo "por qué elegir un sistema híbrido de calefacción". 

Base de forjado y elementos previos de aislamiento y antihumedad

En primer lugar, se necesita, obviamente, un forjado o solera donde realizar la instalación.

Después se instala la denominada banda perimetral que se trata de una cinta esponjosa que se coloca a modo de rodapié cuya función es absorber las dilataciones del suelo, además de evitar los puentes térmicos y acústicos. Esta cinta se dispone en todo el perímetro de las zonas dónde se vaya a instalar suelo radiante.

Posteriormente y antes de proceder a colocar el material aislante se instala encima del suelo una lámina de film de polietileno que actúa como barrera antihumedad entre el suelo base y la superficie emisora de suelo radiante colocada encima, de forma que evita el ascenso por capilaridad de humedades.  

Para terminar con los elementos de aislamiento se coloca el panel aislante. Se trata de un material fabricado habitualmente en poliestireno expandido de alta o polietileno capaz de soportar el peso del mortero y del pavimento sin aplastarse.

Sobre este panel aislante se colocarán después los circuitos de tubería.  Su función principal es el aislamiento térmico y acústico para que el calor irradiado se dirija hacia arriba y no se desperdicie hacia abajo. 

Circuito de distribución

Encima del panel aislante se instalan los circuitos de tuberías de agua caliente/fría que serán las encargadas de transmitir el calor/frío a las estancias.

La función de las tuberías es conducir el agua generada por el equipo de calor/frío por los distintos circuitos radiantes, logrando así transmitir el calor/frío al pavimento.

Suelen ser de polietileno, PEX o polibutileno y se instalan siempre en una sola tramada, sin empalmes.

Para la sujeción de la tubería sobre los paneles aislantes se utilizan unas grapas de sujeción especiales que fijan el tubo hasta el momento del vertido definitivo del mortero.

Las tuberías se distribuyen en varios circuitos (por ejemplo, uno por cada estancia) para que no se pierda energía por disponer tramos demasiado largos. 

Bomba circuladora y colectores

Las bombas de circulación serán las encargadas de mover el agua por todo el circuito hidráulico. Deben estar calculadas para proporcionar el caudal adecuado de forma que no fluya muy rápido ya que en este caso no se irradiaría suficiente calor.

Los distintos circuitos de tubería que se quieren independizar para la vivienda se centralizan en una caja de registro denominada zona de colectores donde se regulan de forma independiente las temperaturas de cada una de las habitaciones de la vivienda en función de sus respectivas necesidades caloríficas.

Normalmente se instalan dos colectores, uno de ida y otro de retorno. El colector de ida o impulsión distribuye el agua caliente de la caldera a los diversos circuitos que componen la instalación. El colector de retorno devuelve el agua que se ha enfriado en el circuito, a la caldera o bomba de calor.

En su puesta en marcha es necesario realizar el equilibrado de la instalación para que el calentamiento / enfriamiento de cada estancia sea uniforme. Para ello se utilizan los reguladores de caudal (caudalímetros) que se instalan en los colectores. Su objetivo es adecuar el caudal de las tuberías hasta conseguir que la temperatura de retorno de todos los circuitos sea la misma.  Por último, hay que asegurarse de que el salto térmico entre la ida y el retorno no sea superior a 10ºC con el objetivo de optimizar el proceso de intercambio térmico. 

Solera emisora

Tras la instalación de las tuberías se vierte encima una capa de mortero con un aditivo químico fluidizante que lo hace más líquido. De esta forma, el mortero se convierte en autonivelante y se envolverá perfectamente con el tubo sin dejar poros de aire que dificultarían la transmisión del calor. El resultado final es un mortero con una mayor resistencia mecánica y una mejor transmisión del calor.

Otro tipo de mortero autonivelante muy utilizado actualmente es la denominada anhidrita que al tener altas prestaciones de resistencia mecánica permite ejecutar soleras con menos espesor y buena conducción térmica.

El vertido del mortero autonivelante esconde los circuitos de tuberías que dejan de verse y suele ser de unos 4-5cm de espesor medidos sobre la superficie exterior de la tubería.

Está tarea es un proceso fundamental porque de su buena ejecución depende el resultado final de la instalación. 

Pavimento final

La colocación del pavimento es la última operación en la instalación.

Este pavimento debe tener como principal característica una buena conductividad térmica ya que se calienta más rápido, proporciona más salida de calor y es más eficiente de ejecutar.

Se consideran pavimentos óptimos por su buena conducción térmica:

• Baldosas de piedra y cerámica
• Cemento pulido
• Pizarra
• Mármol

Y en general, todos los materiales pétreos. Aún así también se utilizan otros con menos prestaciones en cuanto a conductividad térmica como puede ser la madera laminada, el parquet o el caucho. 

Sistemas de control

Las instalaciones de suelo radiante se pueden controlar y regular por zonas. Cada circuito puede tener su propia temperatura de consigna fijada por termostato que da la orden de abrir o cerrar a una válvula de 3 o 4 vías que impulsa o paraliza el circuito hidraúlico.

Normalmente, la mejor regulación es la que se basa en mantener una temperatura del agua en función de la temperatura exterior que mantenga constante la temperatura ambiente.

También debe existir un sistema de seguridad que debe cortar la circulación del agua si por un fallo de la instalación de regulación la temperatura del agua sobrepasa los 60ºC. Esto se consigue con un termostato, instalado en la tubería que pare la bomba si se sobrepasa esta temperatura. 

Ventajas del sistema aerotermia con suelo radiante

El suelo radiante es uno de los sistemas de calefacción más confortable y, además, combinado con aerotermia, proporciona un elevado rendimiento energético consiguiendo importantes ahorros de energía.

Confort

La combinación de aerotermia y suelo radiante consigue un gran confort en la vivienda. El calor se reparte de forma uniforme a través de toda la vivienda y no se concentra en un solo punto, como sí ocurre con otros emisores térmicos.

Además, el suelo radiante mantiene un óptimo perfil de gradientes de temperaturas, reduce la inercia térmica del edificio y reduce las corrientes de aire evitando el flujo brusco por corrientes convectivas.

Todo esto lo convierte en una instalación muy adecuada para el bienestar y el confort en la vivienda.

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Eficiencia energética

El suelo radiante conectado a un generador de bomba de calor aerotérmica y dimensionado para trabajar a baja temperatura de calefacción alcanza niveles de eficiencia energética excelentes.

Por ejemplo, en invierno, con una temperatura de impulsión de agua de entre 35 – 45 grados, es suficiente para calentar nuestra vivienda, mientras que un sistema convencional hay que subir la temperatura del fluido hasta los 60-80ºC.

La diferencia de rendimiento energético es muy importante. Mientras que la caldera de gas difícilmente mantendrá un rendimiento cercano al 95-100%, la bomba de calor puede disponer de un rendimiento medio estacional del 230-250% de forma que el consumo de energía final (la que se paga en la factura, bien gas, bien electricidad) puede reducirse sin problemas a la mitad.

Por ejemplo, para una demanda de 10.000KWh/año de calefacción la energía final necesaria es de 10.526 Kwh de gas para una caldera de gas natural y de 4.347KWh para una bomba de calor aerotérmica.

Estas dos son, sin duda, las ventajas principales de este sistema combinado con respecto a los más tradicionales, pero también se pueden citar otras como:

Opción de suelo radiante/refrescante

La bomba de calor aerotérmica permite contar con un sistema de climatización completo que impulse agua caliente durante el invierno y agua fría durante el verano en la misma instalación sin la necesidad de instalar ningún equipo adicional.

Aunque, como todos los sistemas, este método como suelo radiante y refrescante también puede tener sus inconvenientes y es recomendable instalarlo en zonas con humedad baja para evitar condensaciones.

Reducción emisiones CO2

Las altas eficiencias de las bombas de calor aerotérmicas son tales que se consideran energía renovable (aunque sólo en una fracción).

La reducción en el consumo de energía de combustible fósil si lo comparamos con tener una caldera de gas, conlleva una importante reducción de emisiones de efecto invernadero (CO2)

Inversión amortizable

Pese a la alta inversión inicial de la instalación de suelo radiante y aerotermia, esta se amortiza en un plazo de tiempo razonable (en torno a 8-10 años) debido al ahorro de energía que se consigue en toda la instalación.

Espacios diáfanos

Al tratarse de un sistema que se encuentra embebido en el suelo ofrece una total libertad de espacio al no existir elementos emisores visibles.

Por tanto, el espacio habitable útil resultante se puede incrementar entre un 3-5% respecto a otro tipo de sistemas.

Ausencia de ruido

Los sistemas radiantes se caracterizan por no generar ruidos molestos que tienen efectos negativos en la comunicación y el confort de las personas.

El conjunto se comporta como un suelo flotante aportando al conjunto del forjado una reducción del ruido de por impacto y ayudando a cumplir con las exigencias del DB-HR del CTE.