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

El concepto de sistema de calefacción es muy amplio y el término puede usarse 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.


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Calderas

Cómo los ingenieros mecánicos describen 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 es normalmente agua caliente o vapor: el agua caliente suministra calor a través de fan coils y el vapor lo suministra con radiadores.

En aplicaciones modernas, el agua caliente se considera el fluido de calefacción más rentable para calderas. La calefacción con 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 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:

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

  • Aceite de calefaccion es otra opción común en el noreste de EE. UU. También es un combustible rentable, pero tiene mayores emisiones que el gas natural. Dado que el combustible para calefacción debe entregarse en 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 transformarse en biocombustibles. La calefacción con biomasa puede resultar muy cara cuando se debe comprar biogás o biodiésel a un proveedor externo.

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

También hay calderas de resistencia eléctrica, pero su costo operativo puede ser muy alto, 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 de fuente de aire puede ahorrar más del 40%.

Hornos

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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 un calentamiento indirecto con agua caliente o vapor.

Los hornos son más simples y menos costosos de instalar que las calderas, pero considere 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 correspondientes conductos de aire. Cuando el edificio implica distancias verticales y calefacción por zonas, las calderas son la opción recomendada.

Calentadores espaciales

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Si bien 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 funcionan como hornos con escala reducida, ya que calientan el aire interior directamente con combustión de combustible o resistencia eléctrica.

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

  • Los calefactores portátiles de gas son menos costosos de operar, pero requieren un suministro de gas. Deben estar debidamente ventilados, ya que la combustión encerrada produce sustancias nocivas para los humanos; el monóxido de carbono en particular puede ser letal.

Bombas de calor

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Las bombas de calor son dispositivos modernos que pueden lograr bajos costos operativos como calentadores de combustión, mientras tienen un funcionamiento limpio como calentadores de resistencia. Una bomba de calor utiliza un ciclo de refrigeración, como 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 calor del exterior del edificio, y luego se comprime y se condensa para liberar el calor en el interior.

  • A modo de comparación, un acondicionador de aire acumula calor interior con 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, según 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 terrestre (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 llegan a temperaturas tan bajas como -20 ° C.

  • Las bombas de calor de fuente terrestre no tienen esta limitación, ya que la temperatura del suelo varía menos que la temperatura del aire durante todo el año. Sin embargo, son más caras.

Muchos modelos de bombas de calor están diseñados para un funcionamiento reversible, lo que significa que se pueden utilizar como acondicionadores de aire durante el verano. De esta manera, 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, al igual que los hornos, mientras que otros usan agua caliente, al igual que 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 el equipo recomendado cambia según el presupuesto disponible y las necesidades del edificio. Los hornos y las 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 son normalmente la opción más asequible, pero las calderas pueden adaptarse a más aplicaciones.