Cómo describen los ingenieros mecánicos los diferentes tipos de sistemas de calefacción

El concepto de sistema de calefacción es muy amplio, y el término se puede utilizar 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 el calor llega a los espacios interiores; mientras que algunos sistemas calientan el aire interior directamente, otros usan un fluido intermedio como agua o vapor.

Los tipos más comunes de equipos de calefacción son calderas, hornos, calefactores y bombas de calor. Como en cualquier decisión de ingeniería, cada opción tiene ventajas y limitaciones.


Obtenga un diseño de sistema de calefacción óptimo para su proyecto de construcción.


Calderas

Cómo describen los ingenieros mecánicos los diferentes tipos de sistemas de calefacción

Las calderas calientan un fluido que circula a través de las tuberías y luego el calor se transfiere del fluido al aire interior con intercambiadores de calor. El fluido normalmente es agua caliente o vapor: el agua caliente entrega calor a través de fancoils y el vapor lo entrega con radiadores.

En las aplicaciones modernas, el agua caliente se considera el fluido de calefacción más rentable para las calderas. La calefacción por vapor es viable cuando un edificio utiliza vapor para otros fines además de la calefacción, como los procesos de fabricación. Cuando una caldera se utilizará solo para calentar 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 cuanto a su costo y emisiones, y los siguientes son algunos ejemplos:

  • Gas natural es un combustible común y rentable para calderas. Dado que se entrega como un servicio público, no hay necesidad de programar las entregas de combustible por camión.

  • Aceite de calefaccion es otra opción común en el noreste de los Estados Unidos. También es un combustible rentable, 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.

  • Biomasa es un combustible viable para calderas cuando el propietario tiene acceso a grandes cantidades de residuos orgánicos que pueden ser transformados en biocombustibles. El calentamiento con biomasa puede ser muy costoso cuando el biogás o el biodiésel deben comprarse a un proveedor externo.

  • Propano También se utiliza como combustible para calderas. Debe ser entregado por camión como el combustible para calefacción, pero opera con una mayor eficiencia y menores emisiones.

También existen calderas de resistencia eléctrica, pero su costo de operación puede ser muy alto, especialmente en lugares con electricidad costosa. 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

Cómo describen los ingenieros mecánicos los diferentes tipos de sistemas de calefacción

Los hornos funcionan con las mismas fuentes de energía que las calderas y, como resultado, los dos tipos de equipos a menudo se confunden. La principal diferencia es que los hornos calientan el aire interior directamente, mientras que las calderas proporcionan calefacción indirecta con agua caliente o vapor.

Los hornos son más simples y menos costosos de instalar que las calderas, pero tenga en cuenta que el calor se entrega solo con flujo de aire forzado. El agua es un medio más eficaz que el aire caliente para 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 requerido.

En general, los hornos son más asequibles que las calderas y se pueden utilizar en edificios con una disposición adecuada para los conductos de aire correspondientes. Cuando el edificio implica distancias verticales y calefacción por zonas, las calderas son la opción recomendada.

Calentadores espaciales

Cómo describen los ingenieros mecánicos los diferentes tipos de sistemas de calefacción

Mientras que las calderas y los hornos se utilizan en los sistemas de calefacción central, los calentadores de espacio son una opción común cuando las áreas del edificio necesitan calefacción independiente. Los calefactores portátiles funcionan como hornos de escala reducida, ya que calientan el aire interior directamente con la combustión de combustible o resistencia eléctrica.

  • Los calentadores de espacio eléctricos son convenientes y móviles porque utilizan la fuente de alimentación del edificio. Los calefactores portátiles tienen un costo inicial bajo, pero un costo operativo alto.

  • Los calentadores de espacio a gas son menos costosos de operar, pero requieren un suministro de gas. Deben ventilarse adecuadamente, ya que la combustión encerrada produce sustancias nocivas para los humanos; el monóxido de carbono en particular puede ser letal.

Bombas de calor

Cómo describen los ingenieros mecánicos los diferentes tipos de sistemas de calefacción

Las bombas de calor son dispositivos modernos que pueden lograr bajos costos de operación como los calentadores de combustión, mientras tienen una operación limpia como los calentadores de resistencia. Una bomba de calor utiliza un ciclo de refrigeración, al igual que un acondicionador de aire, pero la dirección del movimiento del calor se invierte:

  • En una bomba de calor, el refrigerante se expande y evapora para recoger el calor del exterior del edificio y luego se comprime y condensa para liberar el calor del interior.

  • A modo de comparación, un acondicionador de aire reúne el calor interior con la expansión y evaporación del refrigerante, para liberarlo al exterior a través de la compresión y la condensación.

Las bombas de calor se pueden describir como unidades de fuente de aire o de fuente terrestre, dependiendo de la fuente de la que extraen calor. Mientras que las bombas de calor de fuente de aire (ASHP) son las más asequibles, las bombas de calor de fuente terrestre (GSHP) son las más eficientes. Sin embargo, ambos tipos de bomba 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 llegan hasta 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 un funcionamiento reversible, lo que significa que pueden usarse como acondicionadores de aire durante el verano. De esta forma, está consolidando dos sistemas mecánicos en una sola instalación. Sin embargo, es importante asegurarse de que la bomba de calor sea reversible; algunos modelos solo tienen un modo de calefacción y no se pueden usar como acondicionadores de aire.

Algunos modelos de bombas de calor están diseñados para calentar el aire directamente, como los hornos, mientras que otros usan agua caliente, como las calderas. Las bombas de calor también están disponibles en versiones compactas, con una apariencia similar a los acondicionadores de aire mini-split.

Conclusión

Hay muchos tipos de sistemas de calefacción, y los equipos recomendados cambian según el presupuesto disponible y las necesidades del edificio. Los hornos y las calderas son las opciones convencionales, mientras que las bombas de calor se están convirtiendo en una solución de calefacción viable.

En general, la calefacción por combustión logra un costo operativo más bajo que la calefacción 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 económica, pero las calderas se pueden adaptar a más aplicaciones.