Conversión del sistema de calefacción: vapor a agua caliente

Los sistemas de calefacción a vapor son comunes en la ciudad de Nueva York, especialmente en los apartamentos de antes de la guerra y otros edificios antiguos. Sin embargo, las calderas de vapor y los radiadores tienden a ser ineficientes debido a su antigüedad y diseño, y la conversión a agua caliente puede generar ahorros de energía considerables. Además de ser más eficientes, los sistemas de agua caliente también ofrecen un tiempo de respuesta más rápido que los radiadores de vapor, al tiempo que reducen los costos de mantenimiento y brindan un funcionamiento más seguro.

Al actualizar el sistema de calefacción de un edificio de vapor a agua caliente, existen dos enfoques posibles:

  • Adecuar la instalación existente para utilizar agua caliente. Esta es la opción más rentable cuando el edificio no se someterá a renovaciones importantes a corto plazo. Sin embargo, parte de la eficiencia de una instalación de agua caliente se pierde cuando se utilizan equipos originalmente dimensionados y especificados para vapor.
  • Reemplazo del sistema de calefacción por completo. Esta opción es prohibitivamente cara en los edificios existentes, ya que implica abrir paredes y pisos para reemplazar las tuberías y sus accesorios asociados. Sin embargo, es rentable cuando un edificio se someterá a una renovación importante.

Los sistemas de calefacción a base de vapor se recomiendan en construcciones nuevas donde se requiere vapor para fines adicionales además de la calefacción, como la esterilización; o cuando se dispone de vapor residual procedente de un proceso industrial o una planta de energía. Sin embargo, el agua caliente es generalmente la mejor opción para la mayoría de las otras instalaciones.


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Cómo se diseñó la calefacción a vapor en el siglo XX

Conversión del sistema de calefacción: vapor a agua caliente

La ineficiencia de la calefacción a vapor proviene en gran parte de las prácticas de diseño que eran comunes a principios del siglo XX: las regulaciones de salud requerían que los sistemas de calefacción se dimensionen para edificios con ventanas abiertas, incluso durante los días más fríos del invierno. Por lo tanto, los radiadores de vapor tienden a sobrecalentar los espacios interiores y abrir las ventanas es la única forma de regular la temperatura. Esta práctica representa un importante desperdicio de energía, ya que parte de la producción de calefacción se vierte al aire libre.

La operación derrochadora no es el único inconveniente de los sistemas de vapor convencionales que se encuentran en los edificios de Nueva York. También sufren las siguientes limitaciones:

  • Las tuberías de vapor son generalmente más grandes que las tuberías de agua caliente, lo que significa que el sistema ocupa más espacio. En construcciones nuevas, se incrementa el costo inicial.
  • Los sistemas de calefacción a base de vapor son menos tolerantes cuando se trata de fallas y fugas. Una fuga de agua caliente es relativamente fácil de detectar y reparar, pero las fugas de vapor generalmente involucran chorros de alta temperatura que pueden causar quemaduras graves. Tenga en cuenta que las posibilidades de que se produzca una falla aumentan a medida que el sistema envejece, por lo que los sistemas de calefacción a vapor en los edificios de antes de la guerra requieren la mayor atención.

El vapor se usaba en los sistemas de calefacción más antiguos por la sencilla razón de que se eleva a través de las tuberías sin necesidad de una bomba, y una sola tubería puede suministrar vapor y recuperar el agua condensada de un radiador. Sin embargo, el costo adicional de hacer funcionar una caldera de vapor supera con creces el costo de bombeo asociado con un sistema moderno de agua caliente. La calefacción a vapor también tiene un tiempo de respuesta muy lento, lo que limita el uso de controles automáticos.


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Ventajas de eficiencia del agua caliente sobre el vapor

Conversión del sistema de calefacción: vapor a agua caliente

La principal razón para actualizar un sistema de calefacción a vapor a agua caliente es la eficiencia energética: por ejemplo, un proyecto de conversión de un sistema de calefacción de la Universidad de Columbia Británica logró un aumento de la eficiencia del 60 al 85 por ciento. Los sistemas basados ​​en vapor también tienen mayores gastos de mantenimiento, que pueden ser más de 10 veces superiores a las de un sistema de agua caliente equivalente.

Los sistemas de agua caliente también ofrecen una mayor eficiencia porque tienen tiempos de respuesta más rápidos y son más fáciles de controlar. Variables como la temperatura y el caudal del agua se pueden controlar con una precisión que simplemente no es posible con el vapor, optimizando el consumo de energía y reduciendo los gastos de energía.

Procedimiento de conversión del sistema de calefacción

Como se mencionó anteriormente, los sistemas de calentamiento de vapor a menudo son de gran tamaño porque fueron diseñados para cumplir con estándares de salud obsoletos. El primer paso antes de cambiar de vapor a agua caliente es calcular correctamente la carga de calefacción.

Cálculo de la carga de calefacción y capacidad de la caldera

El uso de «reglas generales» puede ser tentador porque son simples, pero a menudo resultan en un sistema de calefacción de gran tamaño, anulando parcialmente el propósito de la actualización. Además de ser ineficientes, las calderas de gran tamaño funcionan en ciclos más cortos, desgastando sus componentes y reduciendo su vida útil. Esto aumenta los gastos de mantenimiento y acorta el tiempo entre reemplazos de calderas. La caldera casi siempre se reduce de tamaño cuando se lleva a cabo una conversión de vapor a agua caliente, y es muy recomendable ponerse en contacto con una empresa o un ingeniero de diseño calificado para obtener una instalación del tamaño adecuado.

Aunque las calderas de vapor existentes se pueden modificar para suministrar agua caliente, mejorar la unidad es generalmente una mejor idea:

  • Se puede especificar una unidad moderna con una eficiencia superior.
  • Reducir el tamaño de la unidad proporciona ahorros adicionales a los que se obtienen con una mayor eficiencia.

Reutilización de radiadores de vapor

Conversión del sistema de calefacción: vapor a agua caliente

Al cambiar de vapor a agua caliente, es importante determinar si los radiadores se pueden reutilizar. Algunos radiadores están diseñados exclusivamente para vapor y, por lo general, modificarlos es caro y no se recomienda; en estos casos, la mejor opción es utilizar un medio de suministro de calor diferente, como un fan coil.

Aunque los radiadores deben ser revisados ​​por un profesional calificado, hay una forma de determinar de inmediato si son exclusivos para el vapor: si las secciones individuales del radiador no están conectadas con una tubería en la parte superior, no se puede usar agua caliente.

La configuración de las tuberías del radiador también es importante a la hora de decidir si reutilizarlas o no. Como lo indica su nombre, los sistemas de tubería única suministran vapor y recuperan el agua condensada a través de la misma tubería; mientras que los sistemas de dos tubos tienen un tubo separado para cada función. Dos tuberías son obligatorias para los sistemas de agua caliente, por lo que la actualización se vuelve más compleja si la instalación de vapor existente solo usa una por radiador. A veces, incluso los sistemas de dos tuberías requieren que se actualicen las tuberías de retorno; si fueron diseñados para un pequeño flujo de agua condensada, es posible que no puedan manejar el flujo completo de un sistema de agua caliente.

Uso de tuberías de vapor para agua caliente

Tenga en cuenta que las tuberías estarán sujetas a un conjunto muy diferente de condiciones de funcionamiento una vez que la instalación se actualice a agua caliente:

  • El vapor sube por sí mismo, mientras se bombea agua caliente.La tubería debe poder tolerar la presión del agua en la salida de la bomba, así como la presión estática del agua en el sistema.
  • Tanto las líneas de suministro como las de retorno transportarán agua. Aunque la línea de retorno está diseñada para esto, la línea de suministro es más grande porque fue dimensionada para transportar vapor y, por lo general, se requieren válvulas para equilibrar el flujo.

La tubería de vapor tiene una serie de accesorios y accesorios que no son necesarios cuando se usa agua caliente, y solo provocan el desperdicio de energía como una caída de presión. Se debe quitar cualquier componente que ya no sea necesario después de que el sistema se actualice a agua caliente, y se debe prestar especial atención a las trampas de vapor termostáticas, que pueden obstaculizar en gran medida el flujo de agua caliente.

Alternativa a la conversión: reemplazo completo del sistema

Reemplazar un sistema de calefacción a vapor por una nueva instalación de agua caliente es factible, pero el costo puede ser prohibitivo en las instalaciones existentes debido a la necesidad de abrir paredes y reemplazar las tuberías. Sin embargo, si un edificio se somete a una renovación importante, representa un cambio excelente para rehacer completamente el sistema de calefacción.

  • Las tuberías se pueden dimensionar específicamente para agua caliente, lo que elimina la necesidad de usar válvulas en líneas sobredimensionadas que originalmente se calcularon para vapor. Equilibrar el suministro y el retorno de agua es mucho más sencillo si la tubería tiene el tamaño adecuado.
  • Los radiadores se pueden reemplazar con alternativas más eficientes, como los sistemas de calefacción de piso hidrónico o las bombas de calor de fuente de agua.
  • La automatización se puede implementar para todo el sistema de agua caliente, logrando el menor costo operativo posible.

Esto solo es rentable cuando se lleva a cabo una renovación importante. Por ejemplo, demoler pisos y paredes solo para instalar nuevas tuberías rara vez se justifica en términos de costo y beneficio.

¿Cuándo se recomiendan los sistemas de vapor?

En la mayoría de los entornos residenciales y comerciales, el agua caliente es el claro ganador sobre el vapor en términos de costo inicial, conveniencia y eficiencia. Sin embargo, hay aplicaciones específicas en las que un sistema basado en vapor es más adecuado.

Aplicaciones donde se necesita esterilización

Conversión del sistema de calefacción: vapor a agua caliente

El vapor se utiliza a menudo para la esterilización de equipos en aplicaciones como la sanidad o el procesamiento de alimentos, y la opción más rentable es utilizar la misma caldera para esterilización y calefacción. Otra ventaja del vapor es que cualquier bacteria en el agua condensada muere inmediatamente durante la vaporización.

En aplicaciones donde se requiere esterilización, el uso de agua caliente para la calefacción de espacios requeriría el uso de dos calderas separadas, lo que tiene un costo inicial extremadamente alto. Por lo tanto, la calefacción a base de vapor es rentable.

Disponibilidad de vapor residual

Steam suele estar disponible como Producto de desecho de procesos industriales y de generación de energía., y esencialmente proporciona una entrada de energía gratuita para los sistemas de calefacción. Con un enfriador de absorción, también es posible utilizar vapor para aire acondicionado y refrigeración, pero representa una inversión considerable que solo se justifica cuando se dispone de vapor gratuito o de bajo costo.

Conclusiones

El vapor es un medio de calentamiento rentable cuando está disponible como residuo de proceso o cuando se puede utilizar para otras aplicaciones, pero el agua caliente ofrece mayor eficiencia, seguridad y conveniencia en aplicaciones residenciales y comerciales. Si está considerando la conversión de un sistema de calefacción, se recomienda encarecidamente ponerse en contacto con profesionales calificados, para que pueda determinar qué componentes del sistema se pueden reutilizar y qué modificaciones serán necesarias. Alternativamente, si se llevará a cabo una renovación importante en sus instalaciones, considere cambiar el sistema de calefacción por completo para maximizar la eficiencia.