El concepto de sistema de calefacción es muy amplio y el término puede utilizarse para describir muchos tipos diferentes de instalaciones. Algunos sistemas de calefacción utilizan la combustión de combustible como fuente de calor, mientras que otros funcionan con electricidad. Otra diferencia es la forma en que llega el calor a los espacios interiores; Mientras que algunos sistemas calientan el aire interior directamente, otros utilizan un fluido intermedio como agua o vapor.
Los tipos más comunes de equipos de calefacción son calderas, hornos, calentadores y bombas de calor. Como ocurre con cualquier decisión de ingeniería, cada opción tiene ventajas y limitaciones.
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Calderas
Las calderas calientan un fluido que circula a través de tuberías y luego el calor se transfiere del fluido al aire interior a través de intercambiadores de calor. El fluido suele ser agua caliente o vapor: el agua caliente proporciona calor a través de fancoils y el vapor proporciona calor a través de radiadores.
En las aplicaciones modernas, el agua caliente se considera el fluido calefactor más económico para calderas. El calentamiento con vapor es viable cuando un edificio utiliza vapor para fines distintos de la calefacción, como procesos de fabricación. Cuando una caldera sólo se utiliza para calefacción de espacios, los ingenieros mecánicos normalmente recomendarán la distribución de agua caliente.
Las calderas también se pueden clasificar según los combustibles que utilizan. Los combustibles difieren en términos de costo y emisiones, y los siguientes son algunos ejemplos:
- El gas natural es un combustible común y económico para calderas. Como se entrega como un servicio público, no es necesario programar la entrega de combustible por camión.
- El combustible para calefacción es otra opción común en el noreste de Estados Unidos. También es un combustible económico, pero tiene mayores emisiones que el gas natural. Dado que el combustible para calefacción debe entregarse por camión, los propietarios de los edificios deben programar las entregas para asegurarse de que no se agoten.
- La biomasa es un combustible viable para calderas cuando el propietario tiene acceso a grandes cantidades de desechos orgánicos que pueden convertirse en biocombustibles. La calefacción con biomasa puede resultar muy costosa cuando se debe comprar biogás o biodiesel a un proveedor externo.
- El propano también se utiliza como combustible para calderas. Debe entregarse en camión como el combustible para calefacción, pero funciona con mayor eficiencia y menores emisiones.
También existen calderas de resistencia eléctrica, pero sus costes de funcionamiento pueden ser muy elevados, especialmente en lugares con electricidad cara. Si está considerando una opción de calefacción eléctrica para evitar el consumo de combustible, una bomba de calor geotérmica puede ahorrar más del 70% en comparación con una caldera de resistencia, y una bomba de calor aerotérmica puede ahorrar más del 40%.
Hornos
Los hornos funcionan con las mismas fuentes de energía que las calderas y, como resultado, a menudo se confunden los dos tipos de equipos. La principal diferencia es que las calderas calientan el aire interior directamente, mientras que las calderas proporcionan calentamiento indirecto con agua caliente o vapor.
Los hornos son más sencillos y menos costosos de instalar que las calderas, pero tenga en cuenta que el calor sólo se proporciona con un flujo de aire forzado. El agua es un medio más eficaz que el aire caliente en distancias verticales y las tuberías hidrónicas son más compactas que los conductos de aire. Los hornos también pueden ser ruidosos, ya que requieren ventiladores potentes para establecer el flujo de aire necesario.
En general, los hornos son más económicos que las calderas y pueden usarse en edificios con disposiciones adecuadas para los conductos de aire correspondientes. Cuando el edificio implica distancias verticales y calefacción por zonas, las calderas son la opción recomendada.
Calentadores espaciales
Aunque las calderas y hornos se utilizan en los sistemas de calefacción central, los calentadores portátiles son una opción común cuando las áreas de los edificios requieren calefacción independiente. Los calentadores portátiles funcionan como calderas reducidas, ya que calientan el aire interior directamente con la combustión de combustible o resistencia eléctrica.
- Los calentadores eléctricos son convenientes y móviles porque utilizan el suministro eléctrico del edificio. Los calentadores portátiles tienen un costo inicial bajo pero un costo operativo alto.
- Los calentadores de gas son menos costosos de operar pero requieren un suministro de gas. Deben estar adecuadamente ventilados, ya que la combustión cerrada produce sustancias nocivas para los humanos, en particular el monóxido de carbono, que puede ser letal.
Bombas de calor
Las bombas de calor son dispositivos modernos que pueden lograr bajos costos operativos, como los calentadores de combustión, y al mismo tiempo tener un funcionamiento limpio, como los calentadores de resistencia. Una bomba de calor utiliza un ciclo de refrigeración, al igual que un aire acondicionado, pero la dirección del movimiento del calor se invierte:
- En una bomba de calor, el refrigerante se expande y se evapora para recolectar el calor del exterior del edificio y luego se comprime y condensa para liberar el calor del interior.
- A modo comparativo, un aire acondicionado combina el calor interno con la expansión y evaporación del refrigerante, para liberarlo al exterior mediante compresión y condensación.
Las bombas de calor pueden describirse como unidades de fuente de aire o de fuente terrestre, dependiendo de la fuente de la que extraen calor. Si bien las bombas de calor de fuente de aire (ASHP) son las más asequibles, las bombas de calor de fuente de tierra (GSHP) son las más eficientes. Sin embargo, ambos tipos de bombas de calor son mucho más eficientes que los calentadores de resistencia.
- Las bombas de calor de fuente de aire son más asequibles, pero su eficacia se reduce cuando las temperaturas exteriores alcanzan el rango de congelación. Los mejores modelos alcanzan los -20°C.
- Las bombas de calor geotérmicas no tienen esta limitación, ya que la temperatura del suelo varía menos que la temperatura del aire a lo largo del año. Sin embargo, son más caros.
Muchos modelos de bombas de calor están diseñados para funcionamiento reversible, lo que significa que pueden utilizarse como aires acondicionados durante el verano. De esta forma consolidas dos sistemas mecánicos en una única instalación. Sin embargo, es importante asegurarse de que la bomba de calor sea reversible; Algunos modelos solo tienen modo calefacción y no pueden usarse como aires acondicionados.
Algunos modelos de bombas de calor están diseñados para calentar aire directamente, como las calderas, mientras que otros utilizan agua caliente, como las calderas. Las bombas de calor también están disponibles en versiones compactas, similares en apariencia a los aires acondicionados mini-split.
Conclusión
Existen muchos tipos de sistemas de calefacción y el equipamiento recomendado cambia en función del presupuesto disponible y de las necesidades del edificio. Los hornos y calderas son las opciones convencionales, mientras que las bombas de calor están emergiendo como una solución de calefacción viable.
En general, el calentamiento por combustión logra un costo operativo más bajo que el calentamiento por resistencia eléctrica, pero las bombas de calor a menudo pueden igualar el costo de calefacción de los combustibles. Al comparar hornos y calderas, los hornos suelen ser la opción más asequible, pero las calderas pueden adaptarse a más aplicaciones.
