miniaturadeimagen|300x300px| Bobinas calefactoras de 30 kW de resistencia miniaturadeimagen|300x300px| Este calentador radiante utiliza lámparas halógenas de tungsteno La calefacción eléctrica es un proceso en el que la energía eléctrica se convierte en energía térmica. Un calentador eléctrico es un dispositivo eléctrico que convierte una corriente eléctrica en calor. Las aplicaciones comunes incluyen calefacción de espacios, cocina, calentamiento de agua y procesos industriales. El elemento calefactor dentro de cada calentador eléctrico es una resistencia eléctrica y funciona según el principio de efecto Joule: una corriente eléctrica que pasa a través de una resistencia convertirá esa energía eléctrica en energía térmica. La Mayoría de los dispositivos de calefacción eléctricos modernos utilizan alambre de nicromo como elemento activo; el dispositivo calefactor, que se muestra a la derecha, utiliza alambre de nicromo sostenido por aisladores cerámicos.
Alternativamente, una bomba de calor utiliza un motor eléctrico para impulsar un ciclo de refrigeración, que extrae energía térmica de una fuente como el suelo o el aire exterior y dirige ese calor hacia el espacio a calentar. Algunos sistemas se pueden invertir para que el espacio interior se enfríe y el aire caliente se descargue al exterior o al suelo.
Calefacción de espacios La calefacción de espacios se utiliza para calentar el interior de los edificios. Los calefactores son útiles en lugares donde la manipulación del aire es difícil, como en los laboratorios. Se utilizan varios métodos de calefacción eléctrica de espacios.
Calentadores radiantes infrarrojos miniaturadeimagen|361x361px| Un calefactor radiativo eléctrico La calefacción eléctrica por radiación de infrarrojo, conocida también como lámpara de calor, o estufas halógenas, utiliza elementos calefactores que alcanzan una temperatura elevada. El elemento generalmente consta de un panel formado por un elemento radiante dentro de una envoltura de vidrio que se asemeja a una bombilla y con un reflector para dirigir la radiación. El elemento emite radiación infrarroja de onda larga que viaja como onda electromagnética por el espacio hasta que golpea una superficie absorbente, donde se convierte parcialmente en calor y se refleja parcialmente. Este calor calienta directamente a las personas y los objetos de la habitación, como por ejemplo el techo, las paredes, el suelo, muebles, en lugar de calentar el aire. Una ventaja que presenta es el ahorro energético, ya que la energía eléctrica se transforma en calor directamente en las personas en lugar de calentar el aire de los espacios. Además, no genera emisiones de CO2, contribuyendo así al medio ambiente. Este estilo de calentador es particularmente útil en áreas a través de las cuales fluye aire sin calefacción, abrir una puerta no supone una pérdida de calor en el ambiente.
Los calentadores radiantes funcionan de manera silenciosa, debido a que no utiliza ventiladores o sistemas mecánicos. Una desventaja es que la cantidad de calor que estos puedan generar puede variar considerablemente por el tamaño de la habitación y el aislamiento térmico de la fachada.
Las estufas halógenas no suelen traer termostato. Sin embargo, algunos de estos dispositivos vienen con protectores para regular la temperatura del espacio y apagarse de manera automática, al llegar a la temperatura deseada el cronotermostato apaga el calefactor.
El medio activo del calentador que se muestra en esta sección es una bobina de alambre de resistencia de nicromo dentro de un tubo de sílice fundido, abierto a la atmósfera en los extremos, aunque existen modelos donde la sílice fundida está sellada en los extremos y la aleación de resistencia no es de nicromo.
Calentadores de convección thumb|Un calentador de convección eléctrico. En un calentador de convección, el elemento calefactor calienta el aire en contacto con él por conducción térmica, este elemento calefactor es una resistencia (conocida como serpentín) por la que pasa una corriente eléctrica produciendo calor por efecto Joule. El aire caliente es menos denso que el aire frío, por lo que se eleva debido a la flotabilidad, lo que permite que entre más aire frío para ocupar su lugar. Esto establece una corriente de convección de aire caliente que se eleva desde el calentador, calienta el espacio circundante, enfría y luego repite el ciclo. Una desventaja es que el aire caliente puede escapar de la habitación por ventanas y puertas. Estos calentadores a veces están llenos de aceite o fluido térmico. Son ideales para calentar un espacio cerrado.
Calentadores de ventilador thumb|Calentador de ventilador Un calentador de ventilador, también llamado calentador de convección forzada o termoventilador, es un tipo de calentador de convección que incluye un ventilador eléctrico para acelerar el flujo de aire, el elemento calefactor se calienta y a su vez el aire alrededor, luego el ventilador expulsa el aire caliente, creando un flujo forzado de aire que distribuye el calor, es el mismo principio de un secador de pelo.
Como consiste en una importante pieza giratoria, puede poseer un ruido considerable causado por el ventilador. Su ventaja es que son más compactos que los calentadores que utilizan convección natural y también son rentables para sistemas portátiles y de calefacción rápida de habitaciones pequeñas; la mayor desventaja es un alto consumo eléctrico, dada la energía consumida por la resistencia calentadora y el motor eléctrico del ventilador.
Calefacción de almacenamiento Un sistema de calefacción de almacenamiento, o acumulador de calor, pretende aprovechar los precios más económicos de servicio eléctrico durante períodos de baja demanda, convirtiendo la energía eléctrica en calor durante este tiempo y almacenando dicho calor para utilizarlo cuando sea requerido.
Este dispositivo almacena calor en ladrillos de arcilla que pueden alcanzar temperaturas de entre 600 a 700°C y luego lo libera durante el día cuando es necesario. Dentro del acumulador se encuentra la resistencia que calienta el núcleo del acumulador de forma uniforme, existe un aislante térmico alrededor del acumulador, así como un termostato y un sistema de seguridad.
El agua también se puede utilizar como medio de almacenamiento de calor.
Calefacción eléctrica por suelo radiante Un sistema eléctrico de calefacción por suelo radiante tiene cables calefactores incrustados en el suelo. La corriente fluye a través de un material conductor eléctrico que va junto a un suelo conductor de calor y aislante eléctrico, al conductor (o elemento calefactor) se le suministra directamente el voltaje de línea (120 o 240voltios) o un bajo voltaje desde un transformador, este material puede formar un serpentín o una malla. Los cables calefactores calientan el suelo por conducción directa y se apagarán una vez que alcance la temperatura establecida por el termostato de suelo.
Una superficie de piso más cálida irradia calor a las superficies circundantes más frías (techo, paredes, muebles) que absorben el calor y reflejan todo el calor no absorbido a otras superficies aún más frías. El ciclo de radiación, absorción y reflexión comienza lentamente y se ralentiza lentamente acercándose a las temperaturas del punto de ajuste y deja de tener lugar una vez que se alcanza el equilibrio general.
La distribución del calor es homogénea y de rápida respuesta, contrariamente a la creencia, las personas no se calientan por convección, sino que se calientan con la radiación directa de la fuente y el reflejo de sus alrededores.
Una variación es el uso de tubos llenos de agua caliente circulante como fuente de calor para calentar el piso. El principio de calentamiento sigue siendo el mismo, aunque el agua podría calentarse sin utilizar electricidad.
Sistema de iluminación En las grandes torres de oficinas, el sistema de iluminación está integrado junto con el sistema de calefacción y ventilación. El calor residual de las lámparas fluorescentes se captura en el aire de retorno del sistema de calefacción; en los grandes edificios, una parte sustancial de la energía térmica anual es suministrada por el sistema de iluminación. Sin embargo, este calor residual se convierte en una desventaja cuando se usa aire acondicionado. Estos gastos se pueden evitar integrando un sistema de iluminación de bajo consumo que también crea una fuente de calor eléctrica.
Bombas de calor Existen bombas de calor que usan un compresor accionado eléctricamente para operar un ciclo de refrigeración que extrae energía térmica del aire exterior, el suelo o el agua subterránea, y mueve ese calor al espacio para ser calentado. Consiste en un compresor, un condensador, una válvula reguladora o de expansión, un evaporador y un fluido refrigerante. Un líquido contenido dentro de la sección del evaporador de la bomba de calor hierve a baja presión, absorbiendo energía térmica del aire exterior o del suelo. Luego, el vapor es comprimido por un compresor y conducido a un serpentín condensador ubicado en el espacio a calentar. El aire del edificio absorbe el calor del gas denso caliente del refrigerante, lo que hace que este refrigerante caliente se condense de nuevo en un líquido. Desde allí, el fluido refrigerante de alta presión vuelve a la sección del evaporador donde se expande a través de la válvula, saliendo como una mezcla de líquido y vapor a una temperatura y presión más bajas; el refrigerante se evapora por contacto con este espacio comparativamente más cálido, completando el ciclo. En los meses de verano, el ciclo se puede invertir para sacar el calor del espacio acondicionado y llevarlo al aire exterior.
Las bombas de calor pueden obtener calor de bajo grado del aire exterior en climas templados. En áreas con temperaturas invernales promedio muy por debajo del punto de congelación, las bombas de calor de fuente terrestre son más eficientes que las bombas de calor de fuente de aire porque pueden extraer el calor solar residual almacenado en el suelo a temperaturas más cálidas que el disponible del aire frío. Según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, Las bombas de calor geotérmicas pueden reducir el consumo de energía hasta un 44% en comparación con las bombas de calor de fuente de aire y hasta un 72% en comparación con el calentamiento por resistencia eléctrica. El alto precio de compra de una bomba de calor frente a los calentadores de resistencia puede compensarse cuando también se necesita aire acondicionado.
Calentamiento de líquidos
Calentador de inmersión miniaturadeimagen|300x300px|Calentador de inmersión doméstico pequeño, 500W Un calentador de inmersión tiene un elemento calefactor de resistencia eléctrica encerrado en un tubo y colocado directamente en el agua (u otro fluido) a calentar. Es posible que los calentadores de inmersión portátiles no tengan un termostato de control, ya que están diseñados para usarse solo brevemente y bajo el control de un operador.
Para el suministro doméstico de agua caliente o agua caliente para procesos industriales se pueden utilizar elementos calefactores instalados permanentemente en un tanque de agua caliente aislado, controlados por un termostato para regular la temperatura. Las unidades domésticas pueden tener solamente unos pocos kilovatios. Los calentadores de agua industriales pueden alcanzar los 2000kilovatios. Cuando se dispone de tarifas de energía eléctrica fuera de las horas pico, se puede almacenar agua caliente para usarla cuando sea necesario.
Los calentadores eléctricos de agua para ducha y sin tanque también usan un calentador de inmersión (protegido o desnudo) que se enciende con el flujo de agua. Se puede cambiar un grupo de calentadores separados para ofrecer diferentes niveles de calentamiento. Las duchas eléctricas y los calentadores sin tanque suelen consumir de 3 a 10,5kilovatios.