Una fuente de calor, dos terminales: ¿Por qué la calefacción por suelo radiante no se calienta?

Resistencia excesiva

Una bomba de calor aire-agua está funcionando normalmente. La temperatura del agua de salida es correcta. La bomba de circulación está funcionando y no hay aire atrapado obvio en los bucles de calefacción por suelo radiante.

Pero algunas habitaciones todavía no se calientan lo suficiente.

¿Qué debemos comprobar a continuación?

En muchos proyectos, el problema no es la bomba de calor en sí. Es el diseño de la tubería y la distribución hidráulica de la calefacción por suelo radianteProblema hidráulico UFH

Diámetro de tubería incorrecto, bucles excesivamente largos, demasiados circuitos conectados a un colector, mala ubicación del colector, espaciado de tuberías inapropiado o arreglos de mezcla innecesarios pueden aumentar la resistencia hidráulica y reducir la distribución del calor.

El resultado es una queja común en el campo:

“La bomba de calor está funcionando, pero la calefacción por suelo radiante todavía no está lo suficientemente caliente”.

En la Parte 3 de nuestra serie de resolución de problemas Una fuente de calor, dos terminales, explicamos cómo el diseño de la tubería afecta el flujo de agua, la caída de presión y la producción de calor, y qué deben verificar los ingenieros antes de culpar a la bomba de calor.

1. ¿Por qué el diseño de la tubería de UFH es tan importante?

La calefacción por suelo radiante es un sistema terminal hidrónico.

La bomba de calor no calienta la habitación directamente. En cambio, el calor debe viajar a través de varias etapas:

Bomba de calor → Agua caliente → Tubería principal → Colector → Bucles UFH → Suelo → Habitación

Si el diseño hidráulico es deficiente, la bomba de calor puede producir suficiente energía térmica, pero el sistema no puede distribuir esa energía de manera efectiva.

Esto significa:

Buena bomba de calor + Mal diseño hidráulico = Mal rendimiento de calefacción

Este es uno de los principios más importantes en la ingeniería de bombas de calor aire-agua.

2. El primer problema: los bucles de UFH son demasiado largos

Uno de los errores de diseño más comunes es hacer que los bucles individuales de calefacción por suelo radiante sean demasiado largos.

A medida que aumenta la longitud de la tubería, también aumenta la resistencia hidráulica.

Mayor resistencia significa que la bomba de circulación necesita más presión diferencial para mantener el flujo requerido.

Si la bomba no puede superar esa resistencia:

Bucle más largo → Mayor caída de presión → Menor flujo → Menor transferencia de calor

Eventualmente, la habitación puede tener dificultades para alcanzar su temperatura de diseño.

Un ejemplo práctico

Imagine una sala de estar grande de 30–40 m².

En lugar de dividirla en dos bucles diseñados adecuadamente, el instalador intenta cubrir toda la habitación con un solo bucle extremadamente largo.

El resultado podría ser un circuito que se acerca a los 150–190 metros.

Esto puede parecer más simple durante la instalación, pero hidráulicamente puede ser problemático.

El principio del bucle recibe agua relativamente caliente, mientras que la resistencia al flujo se vuelve excesiva y la temperatura cae progresivamente a lo largo del circuito.

Por lo tanto, el extremo lejano del piso puede recibir mucho menos calor útil.

3. ¿Cuánto debe durar un bucle de calefacción por suelo radiante?

No existe una longitud máxima de bucle universal aplicable a cada proyecto porque depende de:

• diámetro de la tubería;

• material de la tubería;

• UFH: 30–35 °C

• diseño ΔT;

• carga de calor;

• En este caso, puede ser necesario un circuito de mezcla para reducir la temperatura de suministro de UFH mientras la bomba de calor opera a la temperatura requerida por el terminal de mayor temperatura.

• caída de presión del colector;

• accesorios y válvulas;

• método de instalación.

Sin embargo, para sistemas UFH residenciales comunes que utilizan tuberías de aproximadamente 16–20 mm, los bucles individuales a menudo se diseñan aproximadamente dentro del rango de 60–100 m, con alrededor de 80–100 m utilizados frecuentemente como objetivo de diseño prácticoProblema hidráulico UFH

En lugar de tratar un solo número como una regla absoluta, los ingenieros deben calcular la caída de presión y el flujo requerido para cada circuito.

El principio de ingeniería es más importante que el número:

No haga un bucle excesivamente largo simplemente para reducir el número de circuitos.

Las habitaciones grandes normalmente deben dividirse en múltiples bucles hidráulicamente manejables.

4. El diámetro de la tubería afecta directamente la resistencia hidráulica

El diámetro de la tubería es otro factor crítico.

Para el mismo flujo de agua, un diámetro interno menor crea una mayor velocidad del agua y una pérdida de presión significativamente mayor.

Esto afecta:

• selección de la bomba de circulación;

• >

• equilibrio del colector;

• ruido;

• distribución del calor.

Los tamaños comunes de tuberías UFH varían según el mercado y la aplicación, con 16 mm y 20 mm siendo ampliamente encontrados.

Los sistemas comerciales o especiales más grandes pueden usar otras dimensiones.

Pero el tamaño de la tubería nunca debe seleccionarse solo según el hábito.

Debe coordinarse con:

Longitud del bucle + Flujo requerido + Caída de presión + Carga de calor

5. ¿Por qué no se puede resolver cada problema con una bomba más grande?

Cuando un sistema UFH tiene un flujo insuficiente, una reacción común es:

“Instalemos una bomba de circulación más grande”.

A veces esto ayuda, pero no corrige un mal diseño hidráulico.

Si los bucles son excesivamente largos o los diámetros de las tuberías son inapropiados, una bomba más grande puede crear:

• presión diferencial excesiva;

• mayor energía de bombeo;

• ruido;

• dificultad de equilibrio;

• velocidad excesiva en circuitos más cortos;

• problemas de válvula de control.

La secuencia de ingeniería correcta es:

Calcular la demanda de calor → determinar el flujo requerido → diseñar la tubería → calcular la caída de presión → seleccionar la bomba

No:

Instalar la tubería primero → descubrir un flujo deficiente → instalar una bomba más grande

6. El caudal está determinado por la demanda de calor y ΔT

Para sistemas de calefacción a base de agua, la relación entre la producción de calor y el flujo de agua se puede expresar aproximadamente como:

$$Q=1.163\times V\times \mathrm{\Delta }e$$

Donde:

• Q = capacidad de calefacción en kW

• V = flujo de agua en m³/h

• ΔT = diferencia de temperatura del agua de suministro-retorno en K

C

$$V=\frac{Q}{1.163\times \mathrm{\Delta }e}$$

Por ejemplo, si una zona UFH requiere 5 kW y está diseñada para una diferencia de temperatura de 5 K:

$$V=\frac{5}{1.163\times 5}$$ $$V\approx 0.86a^3\mathrm{/}h$$

Una vez que se conoce el flujo requerido, el ingeniero puede evaluar:

• diámetro de la tubería;

• velocidad del agua;

• longitud del circuito;

• tamaño del colector;

• altura de la bomba.

Esto es mucho más confiable que seleccionar componentes basándose solo en el área del piso.

7. La ubicación del colector es más importante de lo que mucha gente piensa

El colector UFH debe colocarse de manera que los bucles individuales puedan mantenerse razonablemente equilibrados en longitud.

Considere una casa grande donde el colector está instalado en un extremo del edificio.

Una habitación cercana puede requerir:

bucle de 50 m

mientras que una habitación distante puede requerir:

bucle de 110 m

Ahora ambos circuitos están conectados al mismo colector y bomba de circulación.

Su resistencia hidráulica es muy diferente.

Sin un equilibrio adecuado, el agua prefiere naturalmente el circuito de menor resistencia.

El resultado puede ser:

Bucle corto → demasiado flujo

Bucle largo → muy poco flujo

Habitación cercana → demasiado caliente

Habitación distante → demasiado fría

Este es un desequilibrio hidráulico clásico.

8. Una posición central del colector generalmente facilita el equilibrio

Siempre que sea posible, ubique el colector razonablemente cerca del centro de las zonas que sirve.

Esto puede ayudar a reducir:

• longitud de tubería innecesaria;

• grandes diferencias entre las longitudes de los bucles;

• desequilibrio de caída de presión;

• tubería muerta excesiva;

• dificultad de puesta en marcha.

Para casas grandes o edificios de varios pisos, usar varios colectores puede ser mejor que forzar cada bucle a regresar a una sola ubicación.

Producción de calor insuficiente en el piso

Bomba de calor / Tanque de acumulación

Carga de calor y diseño del circuito

Distribución principal

⤹ ↘

Colector ATodavía pueden ser necesarias cuando diferentes terminales necesitan diferentes temperaturas de agua.Colector B

Carga de calor y diseño del circuito

Bucles UFH más cortos y mejor equilibrados

Esto a menudo es hidráulicamente superior a un solo colector sobredimensionado que sirve a todo el edificio.

9. ¿Cuántos bucles debe tener un colector UFH?

No hay un número universal porque la capacidad del colector depende de:

• requisito de flujo;

• diámetro del colector;

• tamaño de la rama;

• capacidad de la bomba;

• escala del proyecto;

• Por lo tanto:

Sin embargo, los colectores extremadamente grandes con muchos circuitos deben revisarse cuidadosamente.

Para muchos proyectos residenciales, un colector que sirve aproximadamente 5–8 bucles puede ser conveniente para la instalación, el equilibrio y el mantenimiento, aunque los colectores más grandes están disponibles comercialmente y pueden ser totalmente apropiados cuando se diseñan correctamente.

El punto importante no es imponer un límite arbitrario de bucle.

La pregunta correcta es:

¿Puede el colector distribuir el flujo requerido a cada bucle manteniendo una caída de presión y controlabilidad aceptables?

Ese es el criterio de ingeniería.

10. El espaciado de las tuberías debe seguir la pérdida de calor de la habitación

Otro error es instalar el mismo espaciado de tuberías UFH en todo el edificio.

Las diferentes habitaciones no necesariamente tienen la misma pérdida de calor.

Una habitación con:

• acristalamiento grande;

• paredes exteriores;

• aislamiento deficiente;

• exposición al norte;

• alta infiltración;

puede requerir más producción de calor del piso que una habitación interior con ventanas pequeñas.

Por lo tanto, el espaciado de las tuberías puede necesitar cambiar según la carga de calor de la zona.

Por ejemplo, las zonas perimetrales cerca de ventanas grandes pueden requerir un espaciado de tuberías más cercano que las áreas interiores.

La secuencia correcta es:

Calcular la pérdida de calor de la habitación → Determinar la producción de calor requerida → Seleccionar la temperatura del agua → Determinar el espaciado de las tuberías

no simplemente:

Usar el mismo espaciado en todas partes.

11. El aislamiento del edificio es parte del sistema de calefacción

Este punto se pasa por alto con frecuencia.

Cuando un edificio existente se convierte de una caldera a una bomba de calor, los ingenieros a veces se centran completamente en el equipo.

Pero si el edificio tiene:

• paredes sin aislar;

• aislamiento deficiente del techo;

• acristalamiento simple;

• fugas de aire significativas;

• puentes térmicos;

la carga de calefacción puede ser mucho mayor de lo esperado.

En ese caso, el problema puede no ser que el piso "no pueda calentar".

El piso puede estar entregando calor continuamente, mientras que el edificio está perdiendo calor casi tan rápido.

El balance térmico básico es:

$$lddaecaaceuateclo:c:$$

i

$$cuaótaataentosolocuand::$$

R

O

D

U

• C

C

• I

Ó

N

D

E

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L

O

• R

• >

• P

• É

RDI

D

A

D

E

C

A

L

O

R

DEL

Producción de calor insuficiente en el piso

D

I

F

I

C

I

O

Si el UFH proporciona 5 kW mientras que la habitación pierde 7 kW en condiciones de diseño, la habitación no puede alcanzar la temperatura objetivo, independientemente de cuánto tiempo funcione el sistema.

12. El rendimiento de las ventanas puede marcar una gran diferencia

Las ventanas son particularmente importantes en los cálculos de carga de calefacción.

Dos habitaciones idénticas pueden tener requisitos de calefacción muy diferentes si una utiliza:

• doble o triple acristalamiento moderno;

• mientras que la otra utiliza:

• acristalamiento antiguo de un solo panel.

• El tamaño de la ventana también importa.

• Una habitación con una gran fachada de vidrio puede necesitar significativamente más calor que una habitación de la misma área de piso con solo una ventana pequeña.

Es por eso que el diseño UFH no debe basarse únicamente en:

“X vatios por metro cuadrado para toda la casa”.

El cálculo de pérdida de calor habitación por habitación es mucho más confiable.

Carga de calor y diseño del circuito

La orientación del edificio también puede influir en la demanda de calefacción.

Carga de calor y diseño del circuito

Las habitaciones perimetrales, las habitaciones de esquina y los espacios con grandes áreas de pared exterior suelen ser más exigentes que las habitaciones interiores.

Carga de calor y diseño del circuito

espaciado de tuberías;

flujo del bucle;

zonificación;

control;

producción de calor del piso.

Un buen diseño UFH es

• específico de la habitación

• , no simplemente de todo el edificio.

• 14. ¿Las bombas de calor aire-agua necesitan una válvula mezcladora para UFH?

Esta es otra pregunta de diseño importante.

Los sistemas de calderas tradicionales pueden producir agua a:

• 70–80 °C

• mientras que la calefacción por suelo radiante típicamente requiere temperaturas de agua mucho más bajas.

• Por lo tanto, se utiliza comúnmente una válvula mezcladora para reducir la temperatura de suministro.

• Pero una bomba de calor aire-agua inverter puede controlar normalmente su temperatura de agua de salida directamente.

Por ejemplo, puede suministrar:

30 °C, 35 °C, 40 °C o 45 °C

Carga de calor y diseño del circuito

Si la bomba de calor solo está sirviendo a UFH de baja temperatura a una temperatura común, una estación mezcladora adicional puede ser innecesaria en muchos sistemas.

Carga de calor y diseño del circuito

Esto

no

significa que las válvulas mezcladoras nunca se usen con bombas de calor.Todavía pueden ser necesarias cuando diferentes terminales necesitan diferentes temperaturas de agua.Por ejemplo:

Radiadores: 45–50 °C

• UFH: 30–35 °C

• En este caso, puede ser necesario un circuito de mezcla para reducir la temperatura de suministro de UFH mientras la bomba de calor opera a la temperatura requerida por el terminal de mayor temperatura.

• Del mismo modo, un sistema de una fuente, dos terminales puede requerir separación hidráulica de temperatura dependiendo de su diseño.

• Por lo tanto:

No instale una válvula mezcladora simplemente porque “la UFH siempre necesita una”.

Primero determine si el sistema realmente requiere diferentes niveles de temperatura del agua.

16. Los componentes innecesarios pueden dificultar la resolución de problemas

• Un principio de ingeniería común es:Use todos los componentes que sean necesarios, pero evite los componentes que no tengan una función hidráulica o de control clara.Cada componente adicional crea:

• caída de presión adicional;lógica de control adicional;otro punto potencial de falla;

costo de instalación adicional;

trabajo de puesta en marcha adicional.

Por ejemplo, una válvula mezcladora seleccionada incorrectamente o ajustada incorrectamente puede hacer que la temperatura de suministro de UFH permanezca demasiado baja incluso cuando la bomba de calor está produciendo suficiente calor.

El resultado puede ser:

Bomba de calor = 40 °C

↓

Mezcla incorrecta

↓

Suministro UFH = 28 °C

↓

Producción de calor insuficiente en el piso

respuesta más lenta;

equilibrio hidráulico cuidadoso.

Por lo tanto, un buen diseño puede requerir:

Bomba de calor

↓

Tanque de acumulación / Separación hidráulica

↓

Distribución secundaria

⤹ ↘

Circuito Fan Coil

Circuito UFH

Cada circuito puede diseñarse de acuerdo con su propio:

flujo requerido;

altura de la bomba;

temperatura;

estrategia de control.

18. Por qué importa el bucle más largo o más difícil

Al seleccionar una bomba de circulación, los ingenieros no deben simplemente sumar las caídas de presión de cada bucle UFH.

Debido a que los bucles normalmente están conectados en paralelo, la bomba debe proporcionar:

el

flujo de diseño combinado

de todos los circuitos operativos;

suficiente altura para el

circuito hidráulicamente más exigente

más la tubería y los componentes comunes.

Esta distinción es importante.

Paso 2 — Comprobar las longitudes de los bucles

Identificar circuitos excesivamente largos.

Paso 3 — Comprobar el diámetro de la tubería

Confirmar que las dimensiones de la tubería coinciden con el flujo y la caída de presión requeridos.

Paso 4 — Comprobar la ubicación del colector

Buscar grandes diferencias en la longitud del bucle causadas por una mala ubicación.

Paso 5 — Comprobar los caudales del colector

Comparar el flujo real con los valores de diseño.

Paso 6 — Comprobar el espaciado de las tuberías

Determinar si las áreas de alta carga tienen suficiente producción de calor en el piso.

Paso 7 — Comprobar la altura de la bomba

Confirmar que la bomba puede superar la resistencia del circuito crítico.

Paso 8 — Comprobar el equilibrio hidráulico

Asegurarse de que los bucles cortos no estén robando flujo a los bucles largos.

Paso 9 — Comprobar las válvulas mezcladoras

Confirmar si son realmente necesarias y si los ajustes son correctos.

Paso 10 — Comprobar el aislamiento del edificio

No ignorar ventanas, paredes, techo e infiltración.

21. Tabla rápida de resolución de problemas

Carga de calor y diseño del circuito

Causa de diseño posible

Carga de calor y diseño del circuito

La habitación distante permanece fría

Carga de calor y diseño del circuito

Longitud del bucle y caída de presión

Carga de calor y diseño del circuito

Desequilibrio hidráulico

Carga de calor y diseño del circuito

Todos los bucles UFH tienen bajo flujo

Carga de calor y diseño del circuito

Flujo principal y altura de la bomba

Carga de calor y diseño del circuito

Muy pocos bucles

Carga de calor y diseño del circuito

El área perimetral se siente fría

Espaciado de tuberías demasiado ancho

Cálculo de pérdida de calor de la zona

Salida de la bomba de calor caliente, suministro UFH frío

Problema de mezcla

Válvula mezcladora/control

La bomba funciona al máximo continuamente

Resistencia excesiva

Dimensionamiento de tuberías y curva del sistema

El edificio antiguo no alcanza el punto de ajusteAlta pérdida de calor del edificioAislamiento y ventanasLos fan coils funcionan pero el UFH funciona malProblema hidráulico UFH

Diseño del circuito secundario

22. Preguntas frecuentes

¿Por qué mi calefacción por suelo radiante no se calienta a pesar de que la bomba de calor está funcionando?