Calentadores de agua de almacenamiento y de demanda

Los calentadores de agua son electrodomésticos que normalmente usan gas natural o electricidad para producir calor y, a menudo, incluyen un tanque para almacenar agua caliente. Proporcionan un servicio muy importante para la sociedad moderna, especialmente en lugares con inviernos fríos como la ciudad de Nueva York. Los calentadores de agua representan una parte importante de los gastos de energía del edificio, por lo que un diseño óptimo es muy importante para lograr una operación de bajo costo.

La siguiente tabla resume los principales tipos de calentadores de agua:

TIPO DE CALENTADOR DE AGUA

DESCRIPCIÓN

Calentadores de agua de tanque / almacenamiento

Calentador de agua sin tanque o tipo demanda

Calentador de agua con bomba de calor

Calentador de agua solar

Serpentín sin tanque y calentador de agua indirecto

Ofrezca un suministro constante de agua caliente mediante el uso de un depósito (tanque de almacenamiento)

Calentar el agua directamente a medida que fluye, sin almacenamiento.

Extrae el calor del aire circundante a través de un ciclo de refrigeración inverso.

Utilice la radiación solar, una fuente de energía gratuita, para proporcionar agua caliente.

Extrae calor del sistema de calefacción de espacios para calentar el agua.

Los calentadores de agua tradicionales tipo tanque funcionan con gas o electricidad. Ofrecen un gran volumen de agua caliente que se puede dispersar por toda la casa y, por lo general, mantienen el agua almacenada a una temperatura cercana a los 120 ° F en todo momento. También se encuentran disponibles modelos a petróleo, pero tienen un costo de funcionamiento más alto que los calentadores de gas y contaminan más. Además, la ciudad de Nueva York está eliminando los aceites de calefacción pesados ​​para 2030.

Las bombas de calor también usan un tanque de almacenamiento, pero se diferencian de los calentadores eléctricos convencionales en el método utilizado para elevar la temperatura del agua. Mientras que los calentadores convencionales aplican voltaje a una resistencia eléctrica, las bombas de calor son como un refrigerador que funciona a la inversa: enfrían el aire circundante para calentar el agua del interior.

Los calentadores de agua sin tanque o del tipo a demanda no almacenan agua caliente, sino que la calientan rápidamente a pedido. Estos también están disponibles en versiones eléctricas y de gas.

Cómo seleccionar un calentador de agua

El proceso de selección de un calentador de agua depende del subtipo específico. Por ejemplo, los calentadores sin tanque deben dimensionarse para proporcionar un calentamiento rápido en ráfagas cortas, mientras que los calentadores de almacenamiento pueden proporcionar una salida de calor más constante y menos intensa. Independientemente del tipo de calentador elegido, considere que ahorrar agua también ahorra energía, ya que hay menos galones para calentar por día.

1) Calentador de agua sin tanque o tipo demanda

El primer paso es identificar el caudal requerido en galones por minuto (GPM). Para proporcionar un ejemplo, considere las siguientes cifras de los estándares de plomería de 2010:

  • Lavabo del inodoro de baño = 0.5 GPM
  • Ducha estándar = 2 a 2.5 GPM
  • Demanda total = 3 GPM.

El siguiente paso es determinar el aumento de temperatura necesario, a partir de la diferencia entre la temperatura del agua requerida y la temperatura del agua de entrada. En este ejemplo, si la temperatura requerida es 110 ° F y la temperatura de entrada es 57 ° F, el aumento de temperatura es:

  • Aumento de temperatura = 110 ° F – 57 ° F = 53 ° F

En esta aplicación, sería necesario seleccionar un calentador de agua que funcione a 3 GPM con un aumento de calor de 53 ° F. Esto es muy diferente de conservar agua a 110 ° F dentro de un tanque, ya que el calentador de tipo demanda debe alcanzar el aumento total de temperatura en el momento en que el agua fluye.

2) Calentador de agua tipo almacenamiento

El enfoque de diseño aquí es diferente, ya que este tipo de calentador mantiene un depósito para cuando se necesita agua caliente. La demanda de agua caliente generalmente se analiza en galones por hora (GPH) en lugar de galones por minuto (GPM). Normalmente, los valores de GPH provienen de los códigos de plomería locales, mientras que los factores de demanda y los factores de almacenamiento para ocupaciones comerciales y residenciales se mencionan en los códigos ASHRAE.

Considere el siguiente ejemplo:

  • Demanda de agua caliente = 492 GPH
  • Factor de demanda = 0,3 (para residencias privadas según ASHRAE)
  • Factor de almacenamiento = 0,7 (para residencias privadas según ASHRAE)
  • Aumento de temperatura (ΔT) = 100 ° F

El primer paso es determinar la tasa de recuperación requerida, que describe cuántos galones de agua debe manipular el calentador por hora. Este valor se obtiene multiplicando la demanda total de agua caliente por el factor de demanda:

  • Tasa de recuperación = 492 GPH x 0.3 = 147.6 GPH

La entrada de calor real se calcula de la siguiente manera:

  • Entrada de calor (BTU / H) = Tasa de recuperación (GPH) x ΔT (° F) x Calor específico (BTU / gal ° F)
  • Entrada de calor (BTU / H) = 147.6 GPH x 100 ° F x 8.33 BTU / gal ° F = 122,950.8 BTU / H
  • Entrada de calor (BTU / H) = 123 MBTU / H (miles de BTU por hora)

La capacidad requerida del tanque está determinada por el factor de almacenamiento:

  • Capacidad del tanque = Tasa de recuperación x Factor de almacenamiento
  • Capacidad del tanque (gal) = 147.6 GPH x 0.7 = 103 gal

En esta aplicación, el calentador de agua debe tener una capacidad de 123 MBTU / H a un aumento de temperatura de 100 ° F y una tasa de recuperación de 147.6 GPH.

Ventajas y desventajas de cada tipo de calentador

Al igual que con cualquier decisión de ingeniería, los calentadores de agua tienen distintas ventajas y desventajas. Esta sección resume los puntos fuertes de cada tecnología, así como sus limitaciones.

Calentador de agua tipo almacenamiento

Ventajas:

  • Costo inicial más bajo: un calentador de agua tradicional puede costar la mitad que un calentador de agua sin tanque.
  • Reemplazo fácil y económico: una instalación más simple significa que hay menos problemas que puedan salir mal. El mantenimiento y las reparaciones tienen un costo menor.

Desventajas:

  • Factura de servicios públicos más alta: el agua se calienta y recalenta a una temperatura preestablecida independientemente de sus necesidades de agua caliente. Esto aumenta su factura de servicios públicos, especialmente durante el invierno.
  • Requisitos de espacio: ocupan más espacio y no se pueden colocar en el exterior.
  • Puede quedarse sin agua caliente – ¿Alguna vez ha sido el último en su familia en darse una ducha? Es una experiencia escalofriante. Este problema se puede evitar comprando un tanque más grande, pero esto también conduce a mayores costos de energía porque se debe mantener caliente un mayor volumen de agua.
  • Vida útil más corta: este tipo de calentador dura de 10 a 15 años. Como resultado, debe comprarlos con el doble de frecuencia que los calentadores de agua sin tanque.

Calentador de agua sin tanque

Ventajas:

  • Ahorra dinero a largo plazo: para hogares que usan menos de 41 galones de agua caliente por día, los calentadores de agua a demanda pueden ser entre un 24% y un 34% más eficientes energéticamente que los calentadores de almacenamiento convencionales.
  • Compactos y versátiles: son pequeños y se pueden instalar en más lugares en comparación con los calentadores de almacenamiento, incluso fuera de una pared.
  • Mayor vida útil: duran 20 años o más, casi duplicando la vida útil de un calentador de agua tradicional.
  • Suministro de agua caliente a pedido: los calentadores sin tanque proporcionan de dos a tres galones de agua caliente por minuto a pedido. Esto puede alcanzar hasta 5 GPM con calentadores de gas.

Desventajas:

  • Mayor costo inicial: cuesta entre $ 2800 y $ 4500 instalados, según el modelo y el proveedor.
  • La modernización aumenta el costo inicial: reemplazar un calentador de agua tradicional con un sistema sin tanque es más complicado, ya que la capacidad de la entrada de servicio eléctrico o de gas debe aumentarse en la mayoría de los casos.

¿Cuáles son las mejores aplicaciones para cada tipo de calentador?

Los calentadores de agua de tipo almacenamiento tienden a funcionar mejor cuando la demanda de agua caliente es constante y fluctuante, donde los períodos de baja demanda se pueden utilizar para reponer el tanque. Algunos ejemplos de aplicaciones adecuadas son restaurantes, áreas comerciales, apartamentos residenciales y hoteles.

Los calentadores de agua sin tanque son más adecuados para aplicaciones donde la demanda de agua caliente es bien conocida y ocurre ocasionalmente en ráfagas cortas. Algunas aplicaciones adecuadas son baños remotos y jacuzzis. Estos calentadores también son útiles como impulsores para lavavajillas, lavadoras de ropa y otros aparatos similares. También pueden complementar los calentadores de agua solares que no pueden satisfacer la demanda de agua caliente por sí mismos.

Si está considerando un nuevo sistema de agua caliente sanitaria, la mejor recomendación es buscar asistencia profesional. Esto asegura que el sistema de ACS será adecuado para las necesidades de su edificio.