La calefacción o climatización de un local tiene por objeto crear unas determinadas condiciones de temperatura, humedad, etc. en el ambiente a fin de que las personas que lo habitan tengan una sensación de confort o bienestar.

La mencionada sensación es, pricipalmente, el resultado del intercambio de energía entre el cuerpo humano y su entorno. Este intercambio se produce por evaporación, convección y radiación, tal como muestra la Fig. 3.

Fig. 3. Intercambio de energía entre el cuerpo humano y su entorno

Vemos que, únicamente en los espacios habitados, es necesario mantener las condiciones ambientales necesarias para el bienestar. De hecho, las normativas sobre climatización ya definen estos espacios, en que deben garantizarse los criterios de bienestar, como ZONAS OCUPADAS, tal como puede verse en la Fig. 4. También debe decirse que mantener aquellos criterios fuera de las zonas ocupadas conduce a despilfarro de energía.                

Fig. 4. Zonas ocupadas

Este despilfarro no tiene demasiada importancia en locales con una altura de techo reducida. No puede decirse lo mismo en el caso de naves y locales cuya altura de techo es considerable. En estos casos es conveniente instalar sistemas que lleven a una mayor eficiencia energética al calentar o climatizar el local.

Si medimos la temperatura de un local con calefacción a diferentes alturas veremos que ésta aumenta desde el suelo hasta el techo. Este aumento sigue la curva de la Fig. 5 y su incremento depende del caudal de aire extraído del local y de la cantidad de energía empleada en calentarlo. En el caso de un local estándar suele aceptarse un incremento de temperatura de aproximadamente un 7% por cada metro de altura sobre el nivel de respiración de los ocupantes.

Fig. 5. Gradiente de temperatura en un local

En un edificio las pérdidas de calor a través de los cerramientos son proporcionales a la diferencia de temperaturas entre el interior y el exterior del edificio, es decir, cuanto más alta sea esta diferencia mayor será el gasto energético de calefacción. Suponiendo que la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior sea uniforme, en el techo, paredes, ventanas, etc. el porcentaje de calor disipado en cada uno de los elementos constructivos puede verse en la Fig. 6.

Fig. 6. Pérdidas de calor en un edificio

Estos porcentajes de energía disipada en cada uno de los cerramientos pueden cambiar sustancialmente si la temperatura a nivel del suelo es diferente de la del techo. En este caso las pérdidas de calor a través del techo pueden ser considerables.

Según lo anteriormente descrito, si no se emplean dispositivos para evitar la estratificación térmica del aire de estos locales nos encontraremos con una disminución de la eficiencia energética debida a dos circunstancias:

• Por la necesidad de tener que calentar, hasta las condiciones de confort o bienestar, un volumen de aire muy superior al de la ZONA OCUPADA.

• Por el aumento de las pérdidas caloríficas a través del techo debido a la mayor diferencia entre la temperatura del aire en la parte superior de la nave y la temperatura exterior.

Pero veamos más detenidamente estos dos aspectos: Partiendo de un local frío, al empezar la jornada se pondrá mucho antes a régimen, alcanzando una temperatura uniforme, un local con ventiladores de techo que otro sin ventilación, en el que para lograr la temperatura de bienestar en la zona ocupada, se originarán temperaturas crecientes hasta el techo.

La fórmula siguiente:

C = 0,24 V (t2-t1)

indica la cantidad de calorías (kcal) necesarias para calentar una masa de aire V(kg) desde una temperatura, por ejemplo, de t1(ºC) a la t2. Como puede verse esta energía es tanto mayor cuanto más grande sea el incremento de temperatura necesario. En el ejemplo de las figuras es de 20ºC con una temperatura uniformizada desde el techo y de 25ºC aproximadamente en el otro caso sin ventilación.

Desde el punto de vista de las pérdidas de calor por transmisión de paredes y techo la fórmula:

P = S (KS (t2-t1))

Depende también, de forma directamente proporcional, del salto de temperatura que, en este caso, es la del interior del local al exterior del mismo, a la intemperie.

Calculando las pérdidas zona a zona, a medida que la temperatura aumenta, se llega a valores muy superiores de los que arroja el mismo cálculo en el caso de una temperatura uniforme.

Fig. 7. Ahorro de energía en calefacción

Fig. 8. Ahorro de energía en calefacción

Como ejemplo supongamos la nave de la Fig. 9, a cuyas paredes, techo y suelo les consideramos un coeficiente de pérdidas K, que es el mismo en todos los casos.

Fig. 9. Nave

La cantidad de calor por unidad de tiempo que se perderá, en el caso de tener una distribución de temperatura como la indicada, valdrá:

El valor de este ahorro de energía, sólo debe tomarse como un dato cualitativo ya que se ha hecho la hipótesis de un mismo coeficiente K para las paredes, techo y suelo. Para conocer el valor del ahorro real de energía en una construcción determinada, debe efectuarse el cálculo introduciendo los valores reales de los coeficientes K, es decir, tener en cuenta el tipo de paredes, techo y suelo y si están o no aislados.

Los ventiladores idóneos para instalar el aire desde arriba hacia abajo son del tipo de techo, como los representados en la Fig. 1, y con diámetros de 900 a 1500 mm. Son aparatos de caudal, con pocos álabes, de tres a cinco máximo, y que giran a velocidades por debajo de las 500 rev/min.

En el catálogo S&P, pueden hallarse las características de este tipo de aparatos.