Tipos de sistemas de calefacción domésticos

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Hay varios tipos de sistemas que se utilizan para proporcionar calor en un hogar, y dentro de cada tipo general hay muchas variaciones. Algunos sistemas de calefacción comparten componentes con el equipo de refrigeración de la casa y algunos sistemas proporcionan tanto calefacción como refrigeración. El término HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) se usa para describir el sistema general de control de clima en una casa.

Independientemente del sistema HVAC que se utilice, el propósito de todos los aparatos de calefacción es aprovechar la energía térmica de una fuente de combustible y transferirla a los espacios habitables para mantener una temperatura ambiente agradable. Los sistemas de calefacción pueden utilizar una variedad de fuentes de combustible, que incluyen gas natural, propano, fueloil, biocombustible (como la madera) y electricidad. Algunas casas tienen más de un sistema de calefacción, como cuando un sótano adicional o terminado se calienta con un sistema diferente al del resto de la casa.

Sistemas de enfriamiento / calentamiento de aire forzado

Con mucho, el sistema de HVAC más común en los hogares modernos de América del Norte es el sistema de aire forzado que utiliza un horno con un ventilador que suministra aire caliente a las distintas habitaciones de la casa a través de una red de conductos. Los sistemas de aire forzado ajustan muy rápido la temperatura de una habitación y, dado que los sistemas de aire acondicionado pueden compartir el mismo ventilador y conductos, este es un sistema HVAC general eficiente.

Fuentes de combustible: Los hornos que alimentan los sistemas de aire forzado pueden alimentarse con gas natural, propano líquido (LP), fueloil o electricidad.

Distribución: El aire calentado por el quemador del horno o el aire del elemento calefactor se distribuye a través de una red de conductos a los registros de calefacción de las habitaciones individuales. Otro sistema de conductos devuelve el aire al horno a través de retornos de aire frío.

Ventajas:

• Los sistemas de aire forzado se pueden filtrar para eliminar el polvo y los alérgenos. Sin embargo, también pueden aumentar la cantidad de alérgenos que se transmiten por el aire.
• El equipo humidificador (o deshumidificador) se puede integrar en el sistema de aire forzado.
• Los hornos de aire forzado son relativamente económicos.
• Estos hornos pueden alcanzar las calificaciones más altas de AFUE (eficiencia de utilización anual de combustible) de cualquier sistema de calefacción (pero eso no significa necesariamente que esta sea la forma más eficiente de calentar una casa).
• Los sistemas de aire forzado pueden combinar la capacidad de refrigeración con calefacción.

Desventajas:

• Requiere conductos y ocupa espacio en las paredes.
• Los ventiladores del horno pueden ser ruidosos.
• El aire en movimiento puede distribuir alérgenos.
• El aire en movimiento puede secarse a menos que se humedezca.
• Debido a que los sistemas de aire forzado calientan el aire y no los objetos en una habitación, no se considera la forma más cómoda de calefacción.

Sistemas de hornos de aire por gravedad

Un precursor de los sistemas de aire forzado, los hornos de aire por gravedad también distribuyen el aire a través de un sistema de conductos metálicos, pero en lugar de forzar el aire a través de un soplador, los sistemas de aire por gravedad operan mediante la simple física del aire caliente que sube y el aire frío desciende. Un horno de aire por gravedad en un sótano calienta el aire, que luego sube a las distintas habitaciones a través de conductos. El aire frío regresa al horno a través de un sistema de conductos de retorno de aire frío. Los llamados hornos "pulpo" que se encuentran en muchas casas antiguas son hornos de aire por gravedad.

Los sistemas de aire por gravedad ya no se instalan, pero en muchas casas antiguas siguen funcionando de manera eficaz.

Fuente de combustible: Los hornos de aire forzado pueden alimentarse con gas natural, propano líquido (LP), fueloil o electricidad.

Distribución: El aire acondicionado circula a través de una red de conductos metálicos.

Ventajas:

• Los sistemas de gravedad no tienen partes móviles y pueden durar muchas décadas.
• El equipo del sistema es muy confiable y requiere poco mantenimiento.

Desventajas:

• El aire no se puede filtrar con eficacia.
• La eficiencia energética es menor que con los hornos más nuevos.
• Los ajustes de temperatura son lentos porque los sistemas funcionan mediante corrientes de convección simples.

Sistemas de calefacción radiante en el piso

La calefacción por suelo radiante moderna es un tipo de sistema de calefacción radiante. La calefacción radiante se diferencia del calor del aire forzado en que calienta objetos y materiales, como muebles y pisos, en lugar de solo el aire. La mayoría de los sistemas radiantes para toda la casa distribuyen el calor a través de agua caliente calentada en una caldera o calentador de agua.

La calefacción en el piso implica tuberías de agua de plástico instaladas dentro de pisos de losas de concreto o unidas a la parte superior o inferior de los pisos de madera. Es silencioso y generalmente energéticamente eficiente. Tiende a calentarse más lentamente y tarda más en ajustarse que el calor del aire forzado, pero su calor es más constante.

También hay sistemas en el piso que utilizan cableado eléctrico instalado debajo de los materiales del piso, generalmente baldosas de cerámica o piedra. Estos son menos eficientes energéticamente que los sistemas de agua caliente y generalmente se usan solo en habitaciones pequeñas, como baños.

Fuentes de combustible: Los sistemas de tuberías de agua caliente generalmente se calientan mediante una caldera central, que puede alimentarse con gas natural, propano líquido (LP) o electricidad. El agua caliente también se puede proporcionar mediante sistemas solares de agua caliente, que se utilizan comúnmente para complementar los sistemas basados en combustible.

Distribución: Los sistemas en el piso generalmente se distribuyen mediante agua caliente que fluye a través de tubos de plástico.

Ventajas:

• Los sistemas radiantes proporcionan calor cómodo y uniforme.
• Cuando se calientan con calderas, los sistemas radiantes pueden ser muy eficientes desde el punto de vista energético.

Desventajas:

• Los sistemas radiantes son relativamente lentos para calentarse y adaptarse a los cambios de temperatura.
• La instalación de sistemas en el piso puede resultar costosa.
• Es difícil acceder a tuberías ocultas si surgen problemas de mantenimiento.
• Los sistemas basados en calderas no se pueden combinar con aire acondicionado.

Sistemas tradicionales de calderas y radiadores

Las casas antiguas y los edificios de apartamentos en América del Norte a menudo se calientan con sistemas tradicionales de calderas y radiadores. Estos incluyen una caldera central que hace circular vapor o agua caliente a través de tuberías hacia unidades de radiadores ubicadas estratégicamente alrededor de la casa. El radiador clásico, una unidad vertical de hierro fundido que generalmente se coloca cerca de las ventanas, a menudo se llama radiador de vapor, aunque este término a veces es inexacto.

En realidad, hay dos tipos de sistemas que se utilizan con estos radiadores más antiguos. Las verdaderas calderas de vapor en realidad hacen circular vapor gaseoso a través de tuberías hacia radiadores individuales, que luego se condensa de nuevo en agua y fluye de regreso a la caldera para recalentarse. Los sistemas de radiadores modernos hacen circular agua caliente a los radiadores a través de bombas eléctricas. El agua caliente libera su calor en el radiador y el agua enfriada regresa a la caldera para calentar más. Los sistemas de radiadores de agua caliente son muy comunes en Europa.

Fuentes de combustible: Los sistemas de calderas / radiadores pueden alimentarse con gas natural, propano líquido, fueloil o electricidad. Es posible que las calderas originales incluso hayan sido alimentadas con carbón.

Distribución: El calor se produce mediante vapor o agua caliente que circula a través de tuberías metálicas hacia radiadores con forma para facilitar la transferencia de energía térmica.

Ventajas:

• El calor radiante es bastante cómodo y no seca el aire como lo hace el calor de aire forzado.
• Los radiadores se pueden actualizar a radiadores de panel de pared o de zócalo de perfil bajo.
• Cuando se reemplazan las calderas viejas, las calderas modernas pueden ofrecer una muy buena eficiencia energética.

Desventajas:

• Los radiadores pueden resultar antiestéticos.
• La ubicación de los radiadores puede limitar la colocación de muebles y las cubiertas de las ventanas.
• Los sistemas basados en calderas no se pueden combinar con aire acondicionado.

Radiador de rodapié de agua caliente

Otra forma más moderna de calor radiante es un sistema de rodapié de agua caliente, también conocido como sistema hidrónico. Estos sistemas también utilizan una caldera centralizada para calentar el agua que circula a través de un sistema de tuberías de agua hasta unidades de calefacción de zócalo de bajo perfil que irradian el calor del agua hacia la habitación a través de aletas metálicas delgadas que rodean la tubería de agua. Se trata esencialmente de una versión actualizada y evolucionada de los antiguos sistemas de radiadores verticales.

Fuentes de combustible: Las calderas para sistemas hidrónicos pueden alimentarse con gas natural, propano líquido (LP), fueloil o electricidad. También pueden ser ayudados por sistemas de calefacción solar.

Distribución:

• Agua caliente calentada por una caldera y canalizada a unidades de zócalo de "tubo de aleta" montadas a lo largo de las paredes. Las aletas aumentan el área de superficie de disipación de calor para mayor eficiencia.
• El calor se distribuye por convección natural: el aire caliente se eleva desde la unidad de zócalo, mientras que el aire frío cae hacia la unidad para calentar.

Ventajas:

• Los sistemas hidrónicos pueden ofrecer una excelente eficiencia energética.
• Los sistemas hidrónicos son silenciosos porque no hay ventiladores ni sopladores.
• La temperatura se puede controlar con precisión.
• Los sistemas de radiadores son muy duraderos y necesitan poco mantenimiento.

Desventajas:

• Las unidades de radiación / convección del zócalo deben permanecer sin obstrucciones y pueden presentar desafíos en la colocación de muebles y el diseño de cortinas.
• Los radiadores tardan en calentarse.
• Los sistemas de agua caliente no se pueden combinar con sistemas de aire acondicionado.
• Si el calor se apaga durante un período prolongado, las tuberías de calefacción pueden correr el riesgo de congelarse.

Sistemas de calefacción con bomba de calor

La tecnología más nueva de calefacción (y refrigeración) para el hogar es la bomba de calor. Mediante un sistema similar a un acondicionador de aire, las bombas de calor extraen el calor del aire y lo envían a la casa a través de un controlador de aire interior. Los sistemas domésticos estándar son bombas de calor de fuente de aire que extraen calor del aire exterior. También hay bombas de calor geotérmicas o de fuente terrestre que extraen calor de las profundidades del suelo, así como bombas de calor de fuente de agua que dependen de un estanque o lago para obtener calor.

Un tipo popular de bomba de calor de fuente de aire es el sistema mini-split o sin ductos. Esto tiene una unidad de compresor exterior relativamente pequeña y uno o más controladores de aire interior que son fáciles de agregar a las adiciones a la habitación o áreas remotas de una casa. Muchos sistemas de bombas de calor son reversibles y se pueden cambiar al modo de aire acondicionado en verano. Las bombas de calor pueden ser energéticamente eficientes, pero solo son adecuadas para climas relativamente templados; son menos eficaces en climas muy cálidos y muy fríos.

Fuentes de combustible: Las bombas de calor suelen funcionar con electricidad, aunque también se encuentran disponibles modelos a gas natural.

Distribución: El calor (y el enfriamiento) son proporcionados por unidades montadas en la pared que soplan aire a través de los serpentines del evaporador conectados a una bomba exterior que extrae o absorbe el calor del exterior.

Ventajas:

• Los sistemas ofrecen calefacción y refrigeración.
• Las bombas de calor pueden ser muy eficientes desde el punto de vista energético.
• Las unidades de pared individuales permiten un control preciso de cada habitación.
• Los ventiladores son más silenciosos que los sistemas centrales de aire forzado.
• No se requieren conductos.

Desventajas:

• Las bombas de calor son las más adecuadas para climas relativamente templados.
• La distribución del aire calentado o enfriado puede ser limitada porque proviene de una sola unidad (en cada habitación o área).

Sistemas de calentamiento por resistencia eléctrica

Los calentadores eléctricos de zócalo y otros tipos de calentadores eléctricos no se usan comúnmente para los sistemas de calefacción domésticos primarios, principalmente debido al alto costo de la electricidad. Sin embargo, siguen siendo una opción popular para calefacción suplementaria en sótanos terminados, oficinas en el hogar y habitaciones de temporada (como porches y soláriums de tres estaciones). Los calentadores eléctricos son fáciles y económicos de instalar y no requieren conductos, bombas, manipuladores de aire u otros equipos de distribución. Las unidades son económicas y no tienen partes móviles y prácticamente no requieren mantenimiento.

Además de los calentadores de zócalo convencionales, hay calentadores radiantes eléctricos que calientan con radiación. Por lo general, se instalan cerca del techo y se dirigen hacia los ocupantes de la habitación, lo que proporciona un calor más concentrado que el que se obtiene con las unidades de placa base. Los calentadores radiantes también son más eficientes energéticamente que las unidades de rodapié.

Distribución: Los calentadores de zócalo utilizan convección natural para hacer circular el calor por toda la habitación. Los calentadores montados en la pared y muchos calentadores especiales (como los calentadores de patas) generalmente tienen ventiladores internos que expulsan aire caliente.

Ventajas:

• Las unidades de calefacción son versátiles y se pueden instalar en casi cualquier lugar.
• Los sistemas solo necesitan un circuito eléctrico para la alimentación.
• Las unidades sin ventiladores funcionan en silencio.
• Los calentadores eléctricos radiantes calientan los objetos de la habitación, de manera similar al calor radiante del piso.
• No se necesitan conductos ni instalaciones costosas.

Desventajas:

• Los calentadores eléctricos son muy costosos de operar.
• Consumen mucha electricidad y, por lo tanto, contribuyen de manera desproporcionada al uso excesivo de la red eléctrica y los problemas relacionados.
• La mayor parte de la electricidad es generada por centrales eléctricas de carbón, por lo que los calentadores eléctricos, aunque limpios para operar, contribuyen significativamente a la contaminación del aire y al carbono atmosférico.

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