Calefacción y refrigeración radiante

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Vista en sección de la habitación con techo de losa de hormigón con calefacción y refrigeración interna

Sistemas que utilizan superficies de temperatura controlada para intercambiar calor con su entorno circundante mediante convección y radiación

El calentamiento y enfriamiento radiante es una categoría de tecnologías de HVAC que intercambian calor por convección y radiación con los ambientes para los que están diseñados para calentar o enfriar. Hay muchas subcategorías de calefacción y refrigeración radiantes, que incluyen: "paneles de techo radiante", ^[1] "sistemas de superficie empotrados", ^[1] "sistemas de construcción térmicamente activos", ^[1] y calentadores infrarrojos . Según algunas definiciones, una tecnología solo se incluye en esta categoría si la radiación comprende más del 50% de su intercambio de calor con el medio ambiente; ^[2] por lo tanto, tecnologías como radiadores yLas vigas frías (que también pueden involucrar transferencia de calor por radiación) generalmente no se consideran calefacción o enfriamiento radiante. Dentro de esta categoría, es práctico distinguir entre calefacción radiante de alta temperatura (dispositivos con una temperatura de la fuente emisora> ≈300 ° F) y calefacción o refrigeración radiante con temperaturas de la fuente más moderadas. Este artículo aborda principalmente la calefacción y el enfriamiento radiantes con temperaturas de fuente moderadas, que se utilizan para calentar o enfriar ambientes interiores. El calentamiento y enfriamiento radiante de temperatura moderada generalmente se compone de superficies relativamente grandes que se calientan o enfrían internamente utilizando fuentes hidrónicas o eléctricas. Para calefacción radiante interior o exterior de alta temperatura, consulte: Calentador infrarrojo . Para aplicaciones de derretimiento de nieve, consulte: Sistema de derretimiento de nieve .

Calefacción

Frico IH Halogeninfra

Calentador de patio a gas

La calefacción radiante es una tecnología para calentar áreas interiores y exteriores. El calentamiento por energía radiante se observa todos los días, siendo el ejemplo más comúnmente observado el calor de la luz del sol. La calefacción radiante como tecnología se define de manera más estricta. Es el método de usar intencionalmente los principios del calor radiante para transferir energía radiante de una fuente de calor emisora ​​a un objeto. Los diseños con calefacción radiante se consideran sustitutos de la calefacción por convección convencional , así como una forma de suministrar calefacción exterior confinada.

Interior

La calefacción radiante calienta un edificio a través de calor radiante , en lugar de los métodos convencionales como los radiadores (principalmente calefacción por convección ). Un ejemplo es la estufa de berberechos austriaca / alemana ( Kachelofen ), un tipo de calentador de mampostería . Los sistemas mixtos de radiación, convección y conducción han existido desde el uso romano del calentamiento por hipocausto . ^{[3] La} calefacción por suelo radiante se ha generalizado durante mucho tiempo en China y Corea del Sur . ^[4]La energía térmica se emite desde un elemento cálido, como un piso, una pared o un panel superior, y calienta a las personas y otros objetos en las habitaciones en lugar de calentar directamente el aire. La temperatura del aire interno de los edificios con calefacción radiante puede ser más baja que la de un edificio con calefacción convencional para lograr el mismo nivel de comodidad corporal, cuando se ajusta para que la temperatura percibida sea realmente la misma. Una de las ventajas clave de los sistemas de calefacción radiante es una circulación de aire mucho menor dentro de la habitación y la correspondiente propagación de partículas en el aire.

Los sistemas de calefacción / refrigeración radiantes se pueden dividir en:

• Sistemas de calefacción por suelo radiante: eléctricos o hidrónicos
• Sistemas de calefacción de pared
• Paneles de techo radiantes

Los sistemas de calefacción por suelo radiante y paredes a menudo se denominan sistemas de baja temperatura. Dado que su superficie de calentamiento es mucho más grande que la de otros sistemas, se requiere una temperatura mucho más baja para lograr el mismo nivel de transferencia de calor . Esto proporciona un clima ambiental mejorado con niveles de humedad más saludables. La temperatura máxima de la superficie de calentamiento puede variar de 29 a 35 ° C (84 a 95 ° F) según el tipo de habitación. Los paneles aéreos radiantes se utilizan principalmente en instalaciones de producción y almacenamiento o centros deportivos; cuelgan a pocos metros del suelo y la temperatura de su superficie es mucho mayor.

Al aire libre

En el caso de calentar áreas al aire libre, el aire circundante está en constante movimiento. En la mayoría de los casos, depender del calentamiento por convección no es práctico, debido a que, una vez que se calienta el aire exterior, se disipará con el movimiento del aire. Incluso en condiciones sin viento, los efectos de flotabilidad se llevarán el aire caliente. Los calentadores radiantes para exteriores permiten apuntar a espacios específicos dentro de un área exterior, calentando solo a las personas y los objetos a su paso. Los sistemas de calefacción radiante pueden ser de gas o utilizar elementos calefactores eléctricos por infrarrojos. Un ejemplo de los calentadores radiantes de techo son los calentadores de patio que se usan a menudo para servir al aire libre. El disco de metal superior refleja el calor radiante en un área pequeña.

Enfriamiento

El enfriamiento radiante es el uso de superficies enfriadas para eliminar el calor sensible principalmente por radiación térmica y solo secundariamente por otros métodos como la convección . ASHRAE define los sistemas radiantes como superficies de temperatura controlada en las que el 50% o más de la transferencia de calor de diseño tiene lugar por radiación térmica. ^[5] Sistemas radiantes que utilizan agua para enfriar las superficies radiantes. Ejemplos de sistemas hidrónicos . A diferencia de los sistemas de aire acondicionado "todo-aire" que hacen circular solo aire enfriado, los sistemas radiantes hidrónicos hacen circular agua enfriada en tuberías a través de paneles especialmente montados en el piso o el techo de un edificio.para proporcionar temperaturas agradables. Hay un sistema separado para proporcionar aire para ventilación , deshumidificación y, potencialmente, enfriamiento adicional. ^{[5] Los} sistemas radiantes son menos comunes que los sistemas de aire para enfriamiento, pero pueden tener ventajas comparados con los sistemas de aire en algunas aplicaciones. ^{[6] [7] [8]}

Dado que la mayor parte del proceso de enfriamiento resulta de eliminar el calor sensible a través del intercambio radiante con personas y objetos y no con aire, el confort térmico de los ocupantes se puede lograr con temperaturas del aire interior más cálidas que con los sistemas de enfriamiento basados ​​en aire. Los sistemas de enfriamiento radiante ofrecen potencialmente reducciones en el consumo de energía de enfriamiento. ^[6] Las cargas latentes (humedad) de los ocupantes, la infiltración y los procesos generalmente deben ser gestionadas por un sistema independiente. El enfriamiento radiante también puede integrarse con otras estrategias de eficiencia energética, como el lavado nocturno, el enfriamiento por evaporación indirecta o las bombas de calor de fuente terrestre, ya que requiere una pequeña diferencia de temperatura entre la temperatura deseada del aire interior y la superficie enfriada. ^[9]

El enfriamiento radiante fluorescente utiliza un recubrimiento que emite fluorescencia en la ventana atmosférica infrarroja , un rango de frecuencia donde la atmósfera es inusualmente transparente, de modo que la energía sale directamente al espacio. Esto puede enfriar el objeto fluorescente por calor por debajo de la temperatura ambiente del aire, incluso a pleno sol. ^{[10] [11] [12]}

Historia

Los primeros sistemas de refrigeración radiante se instalaron a finales de los años 30 y 40 en Europa ^[13] y en los años 50 en Estados Unidos. ^[14] Se hicieron más comunes en Europa en la década de 1990 y continúan utilizándose en la actualidad. ^[15]

Ventajas

Los sistemas de enfriamiento radiante ofrecen un menor consumo de energía que los sistemas de enfriamiento convencionales según la investigación realizada por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Los ahorros de energía de enfriamiento radiante dependen del clima, pero en promedio en los EE. UU. Los ahorros están en el rango del 30% en comparación con los sistemas convencionales. Las regiones frías y húmedas pueden tener ahorros del 17%, mientras que las regiones cálidas y áridas tienen ahorros del 42%. ^[6]Los climas cálidos y secos ofrecen la mayor ventaja para el enfriamiento radiante, ya que tienen la mayor proporción de enfriamiento al eliminar el calor sensible. Si bien esta investigación es informativa, es necesario realizar más investigaciones para tener en cuenta las limitaciones de las herramientas de simulación y los enfoques de sistemas integrados. Gran parte del ahorro de energía también se atribuye a la menor cantidad de energía necesaria para bombear agua en lugar de distribuir aire con ventiladores. Al acoplar el sistema con la masa del edificio, el enfriamiento radiante puede cambiar algo de enfriamiento a las horas nocturnas de menor actividad. El enfriamiento radiante parece tener costos iniciales más bajos ^[16]y costos del ciclo de vida en comparación con los sistemas convencionales. Los costos iniciales más bajos se atribuyen en gran medida a la integración con la estructura y los elementos de diseño, mientras que los costos del ciclo de vida más bajos son el resultado de un menor mantenimiento. Sin embargo, un estudio reciente sobre la comparación de recalentamiento VAV versus vigas frías activas y DOAS cuestionó las afirmaciones de un costo inicial más bajo debido al costo adicional de las tuberías ^[17].

Factores limitantes

Debido al potencial de formación de condensado en la superficie radiante fría (que da como resultado daños por agua, moho y similares), los sistemas de enfriamiento radiante no se han aplicado ampliamente. La condensación causada por la humedad es un factor limitante para la capacidad de enfriamiento de un sistema de enfriamiento radiante. La temperatura de la superficie no debe ser igual o inferior a la temperatura del punto de rocío en el espacio. Algunas normas sugieren un límite para la humedad relativa en un espacio al 60% o al 70%. Una temperatura del aire de 26 ° C (79 ° F) significaría un punto de rocío entre 17 ° C y 20 ° C (63 ° F y 68 ° F). ^[9]Sin embargo, existe evidencia que sugiere que disminuir la temperatura de la superficie por debajo de la temperatura del punto de rocío durante un corto período de tiempo puede no causar condensación . ^[16] Además, el uso de un sistema adicional, como un deshumidificador o DOAS , puede limitar la humedad y permitir una mayor capacidad de enfriamiento.

Descripción del sistema

Si bien existe una amplia gama de tecnologías de sistemas, existen dos tipos principales de sistemas de enfriamiento radiante. El primer tipo son los sistemas que suministran refrigeración a través de la estructura del edificio, generalmente losas. Estos sistemas también se denominan sistemas de construcción activados térmicamente (TABS). ^[18] El segundo tipo son los sistemas que proporcionan refrigeración a través de paneles especializados. Los sistemas que utilizan losas de hormigón son generalmente más baratos que los sistemas de paneles y ofrecen la ventaja de la masa térmica, mientras que los sistemas de paneles ofrecen un control de temperatura más rápido y flexibilidad.

Losas enfriadas

El enfriamiento radiante de una losa se puede entregar a un espacio desde el piso o el techo. Dado que los sistemas de calefacción radiante tienden a estar en el piso, la opción obvia sería utilizar el mismo sistema de circulación para el agua enfriada. Si bien esto tiene sentido en algunos casos, el suministro de refrigeración desde el techo tiene varias ventajas.

Primero, es más fácil dejar los techos expuestos a una habitación que los pisos, aumentando la efectividad de la masa térmica. Los pisos ofrecen la desventaja de las cubiertas y el mobiliario que disminuyen la efectividad del sistema.

En segundo lugar, se produce un mayor intercambio de calor por convección a través de un techo frío a medida que sube el aire caliente, lo que hace que entre más aire en contacto con la superficie enfriada.

El enfriamiento entregado a través del piso tiene más sentido cuando hay una gran cantidad de ganancia solar por la penetración del sol, porque el piso frío puede eliminar esas cargas más fácilmente que el techo. ^[9]

Las losas refrigeradas, en comparación con los paneles, ofrecen una masa térmica más significativa y, por lo tanto, pueden aprovechar mejor los cambios de temperatura diurnos exteriores. Las losas refrigeradas cuestan menos por unidad de superficie y están más integradas con la estructura.

Viga fría / techo

Artículo principal: Viga fría

Los sistemas de calefacción / refrigeración radiantes / convectivos generalmente se integran en losas o techos falsos, o se adhieren a los techos, pero también se pueden unir a las paredes. La naturaleza modular de los paneles de techo ofrece una mayor flexibilidad en términos de colocación e integración con iluminación u otros sistemas eléctricos, pero son menos eficientes que los sistemas de vigas frías. Una masa térmica más baja en comparación con las losas refrigeradas significa que no pueden aprovechar fácilmente el enfriamiento pasivo del almacenamiento térmico, pero los controles pueden ajustarse más rápidamente a los cambios en la temperatura exterior. Las vigas / techos refrigerados también se adaptan mejor a los edificios con espacios que tienen una mayor variación en las cargas de refrigeración. ^[5]Los paneles perforados también ofrecen una mejor amortiguación acústica que las losas refrigeradas. Los paneles de techo son muy adecuados para modificaciones porque se pueden unir a cualquier techo. Los paneles de techo refrigerados se pueden integrar más fácilmente con la ventilación suministrada desde el techo.

Confort térmico

La temperatura operativa es un indicador del confort térmico que tiene en cuenta los efectos tanto de la convección como de la radiación. La temperatura operativa se define como una temperatura uniforme de un recinto radiantemente negro en el que un ocupante intercambiaría la misma cantidad de calor por radiación más convección que en el entorno no uniforme real.

Con los sistemas radiantes, el confort térmico se logra a una temperatura interior más cálida que los sistemas de aire para el escenario de enfriamiento, y a una temperatura más baja que los sistemas de aire para el escenario de calefacción. ^[19] Así, los sistemas radiantes pueden ayudar a lograr ahorros de energía en el funcionamiento del edificio manteniendo el nivel de confort deseado.

Confort térmico en edificios radiantes frente a todo aire

Basado en un estudio a gran escala realizado utilizando el Centro para el Medio Ambiente Construido 's calidad ambiental interior (IEQ) encuesta ocupante para comparar la satisfacción de los ocupantes en radiante y todas con aire edificios acondicionado, ambos sistemas crean igualdad de condiciones ambientales interiores, incluyendo la satisfacción acústico, con una tendencia hacia una mejor satisfacción de la temperatura en edificios radiantes. ^[20]

Asimetría de temperatura radiante

La asimetría de temperatura radiante se define como la diferencia entre la temperatura radiante plana de los dos lados opuestos de un elemento plano pequeño. En lo que respecta a los ocupantes dentro de un edificio, el campo de radiación térmica alrededor del cuerpo puede no ser uniforme debido a las superficies frías y calientes y la luz solar directa, provocando por tanto malestar local. La norma ISO 7730 y la norma ASHRAE 55 dan el porcentaje previsto de ocupantes insatisfechos (PPD) en función de la asimetría de temperatura radiante y especifican los límites aceptables. En general, las personas son más sensibles a la radiación asimétrica causada por un techo cálido que a la causada por superficies verticales frías y calientes. El método de cálculo detallado del porcentaje insatisfecho debido a una asimetría de temperatura radiante se describe en ISO 7730.

Consideraciones de diseño

Si bien los requisitos de diseño específicos dependerán del tipo de sistema radiante, algunos problemas son comunes a la mayoría de los sistemas radiantes.

• Para la aplicación de refrigeración, los sistemas radiantes pueden provocar problemas de condensación . El clima local debe evaluarse y tenerse en cuenta en el diseño. La deshumidificación del aire puede ser necesaria para climas húmedos.
• Muchos tipos de sistemas radiantes incorporan elementos de construcción masivos. La masa térmica involucrada tendrá una consecuencia en la respuesta térmica del sistema. El cronograma de funcionamiento de un espacio y la estrategia de control del sistema radiante juegan un papel clave en el correcto funcionamiento del sistema.
• Muchos tipos de sistemas radiantes incorporan superficies duras que influyen en la acústica interior. Puede ser necesario considerar soluciones acústicas adicionales.
• Una estrategia de diseño para reducir los impactos acústicos de los sistemas radiantes es el uso de nubes acústicas suspendidas. Los experimentos de enfriamiento en nubes acústicas suspendidas para una sala de oficina mostraron que para una cobertura de nubes del 47% del área del techo, la reducción del 11% en la capacidad de enfriamiento fue causada por la cobertura de nubes. Se puede lograr una buena calidad acústica con solo una pequeña reducción de la capacidad de enfriamiento. ^{[21] La} combinación de nubes acústicas y ventiladores de techo puede compensar la modesta reducción en la capacidad de enfriamiento de un techo refrigerado por radiación causada por la presencia de las nubes, y da como resultado un aumento en la capacidad de enfriamiento. ^{[21] [22]}

Sistemas radiantes hidrónicos

Los sistemas de refrigeración radiante suelen ser hidrónicos , utilizando agua en circulación que corre por tuberías en contacto térmico con la superficie. Por lo general, el agua en circulación solo debe estar entre 2 y 4 ° C por debajo de la temperatura deseada del aire interior. ^[9] Una vez absorbido por la superficie enfriada activamente, el agua que fluye a través de un circuito hidrónico elimina el calor, reemplazando el agua calentada por agua más fría.

Dependiendo de la posición de las tuberías en la construcción del edificio, los sistemas radiantes hidrónicos se pueden clasificar en 4 categorías principales:

• Sistemas de superficie incrustados : tuberías incrustadas dentro de la capa de superficie (no dentro de la estructura)
• Sistemas de construcción térmicamente activos (TABS) : las tuberías acopladas térmicamente e incrustadas en la estructura del edificio (losas, muros) ^[23]
• Sistemas de superficie capilar : tuberías incrustadas en una capa en la superficie interior del techo / pared
• Paneles Radiantes : tubos metálicos integrados en paneles (no dentro de la estructura); portador de calor cerca de la superficie

Tipos (ISO 11855)

La norma ISO 11855-2 ^{[24] se} centra en los sistemas integrados de calefacción y refrigeración de superficies a base de agua y TABS. Dependiendo de los detalles de construcción, esta norma distingue 7 tipos diferentes de esos sistemas (Tipos A a G)

• Tipo A con tubos empotrados en la regla u hormigón (sistema "húmedo")
• Tipo B con tubos empotrados fuera de la regla (en la capa de aislamiento térmico, sistema "seco")
• Tipo C con tubos incrustados en la capa de nivelación, sobre la cual se coloca la segunda capa de regla
• El tipo D incluye sistemas de sección plana (plástico extruido / grupo de rejillas capilares)
• Tipo E con tuberías incrustadas en una capa de hormigón masiva
• Tipo F con tubos capilares incrustados en una capa en el techo interior o como una capa separada en yeso
• Tipo G con tuberías incrustadas en una construcción de piso de madera

Diagrama de sección de un sistema de superficie empotrada radiante (ISO 11855, tipo A)	Diagrama de sección de un sistema de superficie empotrada radiante (ISO 11855, tipo B)	Diagrama de sección de un sistema de superficie empotrada radiante (ISO 11855, tipo G)
Diagrama de sección del sistema de construcción activado térmicamente (ISO 11855, tipo E)	Diagrama de sección del sistema de capilares radiantes (ISO 11855, tipo F)	Diagrama de sección de un panel radiante

Fuentes de energía

Los sistemas radiantes están asociados con sistemas de baja exergía. La energía baja se refiere a la posibilidad de utilizar "energía de baja calidad" (es decir, energía dispersa que tiene poca capacidad para realizar un trabajo útil). En principio, tanto el calentamiento como el enfriamiento pueden obtenerse a niveles de temperatura cercanos a los del medio ambiente. La baja diferencia de temperatura requiere que la transmisión de calor tenga lugar sobre superficies relativamente grandes como, por ejemplo, se aplica en techos o sistemas de calefacción por suelo radiante. ^[25]Los sistemas radiantes que utilizan calefacción a baja temperatura y refrigeración a alta temperatura son ejemplos típicos de sistemas de baja exergía. Las fuentes de energía como la geotermia (refrigeración directa / calefacción por bomba de calor geotérmica) y el agua caliente solar son compatibles con los sistemas radiantes. Estas fuentes pueden generar ahorros importantes en términos de uso de energía primaria para los edificios.

Edificios comerciales que utilizan refrigeración radiante

Algunos edificios conocidos que utilizan refrigeración radiante incluyen el Aeropuerto Suvarnabhumi de Bangkok , ^[26] el Edificio 1 de Desarrollo de Software Infosys en Hyderabad, IIT Hyderabad , ^[27] y el Exploratorium de San Francisco . ^[28] La refrigeración radiante también se utiliza en muchos edificios de energía neta cero . ^{[29] [30]}

Información de edificios y sistemas

Edificio	Año	País	Ciudad	Arquitecto	Diseño de sistema radiante	Categoría de sistema radiante
Kunsthaus Bregenz	1997	Austria	Bregenz	Peter Zumthor	Socio de Meierhans +	Sistemas de construcción activados térmicamente
Aeropuerto de Suvarnabhumi	2005	Tailandia	Bangkok	Murphy Jahn	Transsolar y IBE	Sistemas de superficie empotrados
Escuela Zollverein	2006	Alemania	Essen	SANAA	Transsolar	Sistemas de construcción activados térmicamente
Klarchek Information Commons, Loyola University Chicago	2007	Estados Unidos	Chicago , IL	Solomon Cordwell Buenz	Transsolar	Sistemas de construcción activados térmicamente
Centro Lavin-Bernick, Universidad de Tulane	2007	Estados Unidos	Nueva Orleans , LA	VAJJ	Transsolar	Paneles radiantes
Centro David Brower	2009	Estados Unidos	Berkeley , CA	Socios de diseño de Daniel Solomon	Grupo Integral	Sistemas de construcción activados térmicamente
Manitoba Hydro	2009	Canadá	Winnipeg , MB	Arquitectos de KPMB	Transsolar	Sistemas de construcción activados térmicamente
Cooper Union	2009	Estados Unidos	Nueva York , NY	Arquitectos Morphosis	IBE / Syska Hennessy Group	Paneles radiantes
Exploratorium (muelle 15-17)	2013	Estados Unidos	San Francisco , CA	EHDD	Grupo Integral	Sistemas de superficie empotrados
Centro Federal Sur	2012	Estados Unidos	Seattle, WA	Arquitectos ZGF	WSP Flack + Kurtz	Paneles radiantes
Ala del edificio de ciencias vivas de la escuela Bertschi	2010	Estados Unidos	Seattle, WA	Arquitectos KMD	Corriendo	Sistemas de construcción activados térmicamente
Edificio de Ingeniería Molecular de la UW	2012	Estados Unidos	Seattle, WA	Arquitectos ZGF	Ingenieros afiliados	Sistemas de superficie empotrados
Operaciones de First Hill Streetcar	2014	Estados Unidos	Seattle, WA	Arquitectura Waterleaf	Ingeniería LTK	Sistemas de construcción activados térmicamente
Bullitt Center	2013	Estados Unidos	Seattle, WA	Asociación Miller Hull	Ingeniería PAE	Sistemas de superficie empotrados
Centro de operaciones de John Prairie	2011	Estados Unidos	Shelton, WA	Arquitectura TCF	Interfaz	Sistemas de superficie empotrados
Centro de Investigación Lake Nona de la Universidad de Florida	2012	Estados Unidos	Orlando, FL	HOK	Ingenieros afiliados	Paneles radiantes
Biblioteca presidencial William Jefferson Clinton	2004	Estados Unidos	Little Rock, AR	Asociación Polshek	WSP Flack + Kurtz / Cromwell	Sistemas de construcción activados térmicamente
Museo de Arte Hunter	2006	Estados Unidos	Chattanooga, TN	Randall Stout	IBE	Sistemas de superficie empotrados
Oficina de HOK St Louis	2015	Estados Unidos	St. Louis, MO	HOK	HOK	Paneles radiantes
Laboratorio de soluciones de energía neutra en carbono, Georgia Tech	2012	Estados Unidos	Atlanta, Georgia	Arquitectura HDR	Arquitectura HDR	Sistemas de construcción activados térmicamente

Física

La radiación de calor es la energía en forma de ondas electromagnéticas emitidas por un sólido, líquido o gas como resultado de su temperatura. ^[31] En los edificios, el flujo de calor radiante entre dos superficies internas (o una superficie y una persona) está influenciado por la emisividad de la superficie emisora ​​de calor y por el factor de visión entre esta superficie y la superficie receptiva (objeto o persona) en el cuarto. ^[32] La radiación térmica (onda larga) viaja a la velocidad de la luz, en línea recta. ^[5] Puede reflejarse. Las personas, los equipos y las superficies de los edificios se calentarán si absorben la radiación térmica, pero la radiación no calienta notablemente el aire por el que viaja.^[5] Esto significa que el calor fluirá de los objetos, ocupantes, equipos y luces en un espacio a una superficie enfriada siempre que sus temperaturas sean más cálidas que las de la superficie enfriada y estén dentro de la línea de visión directa o indirecta del superficie enfriada. También se elimina algo de calor por convección porque la temperatura del aire se reducirá cuando el aire entre en contacto con la superficie enfriada.

La transferencia de calor por radiación es proporcional a la potencia de cuatro de la temperatura superficial absoluta.

La emisividad de un material (generalmente escrito ε o e) es la capacidad relativa de su superficie para emitir energía por radiación. Un cuerpo negro tiene una emisividad de 1 y un reflector perfecto tiene una emisividad de 0. ^[31]

En la transferencia de calor radiativo, un factor de vista cuantifica la importancia relativa de la radiación que sale de un objeto (persona o superficie) y golpea a otro, considerando los otros objetos circundantes. En los recintos, la radiación que sale de una superficie se conserva, por lo tanto, la suma de todos los factores de visión asociados con un objeto dado es igual a 1. En el caso de una habitación, el factor de visión de una superficie radiante y una persona depende de sus posiciones relativas. . Como una persona a menudo cambia de posición y una habitación puede estar ocupada por muchas personas al mismo tiempo, se pueden utilizar diagramas para persona omnidireccional. ^[33]

Tiempo de respuesta térmica

El tiempo de respuesta (τ95), también conocido como constante de tiempo , se utiliza para analizar el rendimiento térmico dinámico de los sistemas radiantes. El tiempo de respuesta de un sistema radiante se define como el tiempo que tarda la temperatura de la superficie de un sistema radiante en alcanzar el 95% de la diferencia entre sus valores finales e iniciales cuando se aplica como entrada un cambio escalonado en el control del sistema. ^[34] Está influenciado principalmente por el espesor del hormigón, el espaciamiento de las tuberías y, en menor grado, el tipo de hormigón. No se ve afectado por el diámetro de la tubería, la temperatura operativa de la habitación, la temperatura del agua de suministro y el régimen de flujo de agua. Al usar el tiempo de respuesta, los sistemas radiantes se pueden clasificar en respuesta rápida (τ95 <10 min, como RCP), respuesta media (1 h <τ95 <9 h, como Tipo A, B, D, G) y respuesta lenta (9 h <τ95 <19 h, como Tipo E y Tipo F).^[34] Además, los sistemas radiantes de piso y techo tienen diferentes tiempos de respuesta debido a diferentes coeficientes de transferencia de calor con el ambiente térmico de la habitación y la posición empotrada en la tubería.

Otros sistemas HVAC que intercambian calor por radiación

Chimeneas y estufas de leña

Una chimenea proporciona calefacción radiante, pero también aspira aire frío. R: Aire para la combustión, en habitaciones con corrientes de aire extraídas del exterior. B: El gas de escape caliente calienta el edificio por convección cuando sale por la chimenea. C: El calor radiante, principalmente de la llama de alta temperatura, calienta a medida que se absorbe.

Ver también

• Glosario de HVAC

Referencias

1. ISO. (2012). ISO 11855: 2012 — Diseño del entorno del edificio: diseño, dimensionamiento, instalación y control de sistemas integrados de calefacción y refrigeración radiante . Organización Internacional de Normalización.
2. Manual de ASHRAE. Sistemas y equipos HVAC. Capítulo 6. Calefacción y refrigeración de paneles , Sociedad Estadounidense de Calefacción y Refrigeración, 2012
3. Historia de los sistemas de refrigeración y calefacción radiante - Parte 2, por Robert Bean, Bjarne W. Olesen, Kwang Woo Kim. Revista ASHRAE, vol. 52, no. 2 de febrero de 2010
4. Bean, Robert; Olesen, Bjarne; Kim, Kwang Woo (febrero de 2010). "Historia de los sistemas de calefacción y refrigeración radiantes - Parte 2" (PDF) . Revista ASHRAE . Atlanta, GA (Estados Unidos): ASHRAE . Consultado el 8 de noviembre de 2017 .
5. Manual de ASHRAE. Sistemas y equipos HVAC. Capítulo 6. Diseño de paneles de calefacción y refrigeración . ASHRAE. 2016.
6. Stetiu, Corina (junio de 1999). "Potencial de ahorro de energía y potencia máxima de los sistemas de refrigeración radiante en edificios comerciales de EE. UU." (PDF) . Energía y Edificación . 30 (2): 127-138. doi : 10.1016 / S0378-7788 (98) 00080-2 .
7. Higgins C, Carbonnier K (junio de 2017). Rendimiento energético de edificios comerciales con calefacción y refrigeración radiantes (Informe). págs. 9-12 . Consultado el 8 de noviembre de 2017 .
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10. Raman, Aaswath P .; Anoma, Marc Abou; Zhu, Linxiao; Rephaeli, Edén; Fan, Shanhui (noviembre de 2014). "Enfriamiento radiativo pasivo por debajo de la temperatura ambiente bajo luz solar directa". Naturaleza . 515 (7528): 540–544. Código bibliográfico : 2014Natur.515..540R . doi : 10.1038 / nature13883 . ISSN 1476-4687 . PMID 25428501 .  
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13. Giesecke, Frederick E. (1947). "Capítulo 24 - Refrigeración radiante" . Calefacción de agua caliente y calefacción radiante y refrigeración radiante . Austin, Texas: Compañía de libros técnicos. 24-6. El primer gran edificio de Zúrich equipado con una combinación de sistema de refrigeración y calefacción radiante es la tienda departamental Jelmoli (Fig. 24-1). Las primeras secciones de este almacén se construyeron durante el período de 1899 a 1932 y se equiparon con un sistema estándar de calefacción por radiadores que utiliza vapor a baja presión; la última sección se erigió en 1933-37 y estaba equipada con un sistema combinado de calefacción y refrigeración radiantes ... El Edificio de Administración de Saurer Co. en Arbon y el Hospital Municipal de Basilea se encuentran entre los edificios más importantes recientemente equipados con sistemas de refrigeración radiante.
14. Manley, John K., ed. (1954). "Refrigeración y aire acondicionado radiante". Calefacción Radiante, Refrigeración Radiante . Boletín No. 1. Escuela de Arquitectura del Instituto Pratt. págs. 24-25. OCLC 11520430 . Este tipo de sistema ha tenido éxito en varias instalaciones. Se intentó por primera vez en algunas salas de muestra en Radio City hace unos cinco años. Desde entonces, ha aparecido en el edificio Alcoa de 30 pisos, así como en otro edificio de varios pisos en Canadá. Ambas últimas estructuras se calientan en invierno y se enfrían en verano mediante las mismas bobinas de tubería en techos metálicos. 
15. Olesen, Bjarne W. (febrero de 2012). "Sistemas de construcción termoactivos que utilizan la masa del edificio para calentar y enfriar" (PDF) . Revista ASHRAE . Vol. 54 no. 2. Atlanta, GA (EE.UU.): ASHRAE . Consultado el 20 de noviembre de 2017 .
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Lectura adicional

• Manual de ASHRAE. Sistemas y equipos HVAC 2012. Capítulo 13. Calefacción y enfriamiento hidrónicos.
• Kessling, W., Holst, S., Schuler, M. Concepto de diseño innovador para el nuevo aeropuerto internacional de Bangkok, NBIA.
• Olesen, BW Calefacción y Refrigeración Radiante por Sistemas a Base de Agua. Universidad Técnica de Dinamarca, Centro Internacional para el Medio Ambiente y la Energía en Interiores.

Enlaces externos

• Investigación sobre refrigeración radiante en el Centro para el entorno construido
• Encuesta de Calidad Ambiental Interior de Ocupantes (IEQ) del Centro para el Entorno Construido
• Guía del Departamento de Energía de EE. UU. Sobre calefacción radiante
• Consejo de seguridad de calentadores infrarrojos
• Asociación de paneles radiantes
• Mapa de edificios que utilizan sistemas de refrigeración y calefacción radiantes hidrónicos