Calefacción por agua caliente. Se llaman así los sistemas de calefacción que utilizan el agua como caloportador entre el sistema de generación, comúnmente una caldera, y los emisores o elementos terminales ubicados en los locales a calefactar. El agua caliente generada se transporta mediante una red de tuberías.
El sistema de calefacción por agua caliente, es sin duda, el más extendido en las instalaciones de calefacción . El aumento en la aplicación de sistemas de climatización en todo tipo de edificios, hace que sean cada vez más frecuentes los sistemas de calefacción por aire caliente.
Evolución histórica miniatura|izquierda|Calefacción por termosifón 1 Caldera 2 Radiadores3 Vaso de expansión abierto Hacia finales del , James Watt conocido por su máquina de vapor, instalaba calefacción en su fábrica de Mánchester, con el vapor sobrante del proceso industrial. Otras muchas instalaciones similares, con mayor o menor éxito, se instalan por todo el mundo. Son las primeras instalaciones de calefacción con distribución a través de tuberías.Dictionnaire des Arts et Manufactures. 1847. Ver en línea (en francés) En 1880, algunas Compañías distribuían vapor de calefacción en varias ciudades norteamericanas (calefacción de distrito). En Europa, la primera calefacción urbana se construyó en Dresde en 1900.
Pero el vapor resulta peligroso y supone demasiadas complicaciones para aplicarse a la calefacción doméstica, por lo que hacia 1895 aparece la primera caldera formada por elementos sueltos, construida por el ingeniero Strebel.Recknagel & Sprenger & Hönmann.Manual Técnico de Calefacción y aire acondicionado.página 469 Estas "estufas" de doble pared, pueden enviar el agua caliente, aprovechando el efecto termosifón hasta radiadores distribuidos por la casa. Las instalaciones por termosifón exigen una cuidadosa ejecución. Con una tubería de salida gruesa y alta se obtiene una buena presión diferencial motriz, Robert Petitjean.L’equilibrage hidraulique global.página 45 pero después hay que mantener escrupulosamente la pendiente de caída hacia los radiadores y evitar las bolsas de aire en el recorrido.
En 1917, Ida Forbes patentó su invento de un calentador de agua eléctrico, que era más seguro que los modelos anteriores de gas y leña, eliminando los riesgos de incendio y quemaduras Croquis d'Ida R.Forbes - breveté 25 decembre 1917 - chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://patentimages.storage.googleapis.com/b3/ce/b3/f82d69ffa64bc1/US1251210.pdf.
La introducción de la bomba de circulación, a principios del , permitió disminuir considerablemente la sección de las tuberías, facilitó el trazado de la distribución y aumentó el rendimiento de las instalaciones.
A partir de ese momento, el desarrollo de la calefacción ha sido continuo. La aparición de elementos como: el vaso de expansión cerrado, los sistemas de regulación y control, la diversidad de materiales: acero, cobre, aluminio, plástico, etc…, añadido a la oferta de energías; combustibles líquidos y gaseosos, electricidad, energías alternativas (solar, geotérmica, biomasa) junto con la diversidad de máquinas y aparatos para transformar estas energías en calor y para transmitir este calor al ambiente, hacen imposible el empeño de recoger bajo un único epígrafe toda esta tecnología.
En el año 1981 se publica en España el primer Reglamento de Instalaciones de Calefacción, Climatización y ACS, cuyo fin primordial era el ahorro energético, dada la crisis de energía que se anunciaba en aquel momento en todo el mundo. Hasta esa reglamentación, el diseño y ejecución de las instalaciones era totalmente libre, a criterio del ingeniero o instalador de turno.
Sistemas de calefacción por agua Una instalación de calefacción por agua está integrada por tres sistemas: sistema de generación: que transforma una energía primaria (combustible, eléctrica, solar, etc…) en energía térmica. sistema de distribución:a través de cuyos elementos se transporta la energía térmica desde el sistema de generación hasta el consumo. Sistema de emisión: formado por elementos que reciben la energía térmica transportada y la emiten o la transmiten al aire ambiente. thumb|caldera con quemador de gas natural
Cada uno de ellos da lugar a su vez, a diferentes sistemas, que combinados conforman la gran variedad de tipos de instalación que existen en calefacción. Campsa. ‘’Manual de mantenimiento de Instalaciones de calefacción y A.C.S.’’.1987
Sistemas de generación Los sistemas de generación se originan en función de la energía primaria que transforman en calor:
==== Energía química ==== Reacción de oxidación (combustión) que se desarrolla en el interior de una caldera, diferente según el tipo de combustible. Caldera de combustible sólido : leña o carbón Caldera de combustible líquido: Fuel-oil o gasóleo Caldera de gas: Propano, butano o gas natural ejemplos de calderas de gas natural
Energía Eléctrica caldera eléctrica: calentamiento del agua mediante resistencias eléctricas por efecto Joule Bomba de calor aire-agua o agua-agua: máquina de refrigeración que toma calor del medio exterior frío y lo traslada a un circuito interior de agua formado por el condensador de la máquina y elementos emisores.
Energía renovable Energía solar paneles planos De tubos de vacío Geotérmica (bomba de calor tierra-agua):Aprovechamiento de la temperatura constante del subsuelo poco profundo, del que se absorbe energía térmica que se transfiere a un flujo de agua mediante una bomba de calor. Biomasa(calderas de biomasa): Instalación de calefacción con caldera de combustible sólido adaptada y mecanizada para el consumo de biomasa residual, de forma directa (cáscaras, titos, etc…) o transformada (pellets).
Sistemas de distribución El fluido calentado transporta la energía térmica desde el generador hasta los emisores a través de tuberías. El conjunto de las tuberías con los accesorios necesarios para hacer efectivo el transporte, forman el sistema de distribución, que puede ser: Monotubulares: Radiadores o elementos terminales conectados en serie Bitubulares: Radiadores o elementos terminales conectados en paralelo Retorno invertido (En bucle Tichelmann): Los elementos terminales retornan en el mismo orden en que recibieron la tubería de ida. Se pretende de esta forma que todos los elementos tengan la misma longitud de recorrido entre ida y retorno y por tanto la misma pérdida de carga. El sistema es muy ingenioso y efectivo cuando todos los terminales son iguales y de la misma potencia.Robert Petitjean.(1994) L'équilibrage hidraulique global.página 264
En España, hasta hace unas décadas, todas las instalaciones eran bitubulares, pero había varios tipos en función de la fisonomía de la red de distribución, muchos de los cuales aún persisten. Distribución inferior o en candelabro: consiste en una distribución horizontal de ida y retorno por el techo de la planta más baja, generalmente el sótano, y desde la que arrancan montantes verticales para enganchar los elementos homólogos en cada planta Distribución superior o en paraguas: distribución horizontal de ida y retorno por el suelo del bajo cubierta y desde la que arrancan descendentes verticales para enganchar los elementos homólogos en cada planta Distribución mixta superior/inferior: Distribución horizontal por el bajo cubierta con descendentes verticales que cogen la entrada de los elementos en cada planta y descendentes verticales que cogen las salidas de los radiadores y se recogen en el techo de la planta más baja Distribución por columnas: En general, distribución que se hace a base de tuberías verticales. Distribución por anillos: Distribución horizontal que recoge los elementos terminales de una planta, por grupos unidos en anillos monotubulares.
La distribución por columnas está despareciendo en edificios de vivienda, ya que la prohíbe la reglamentación actualEn España todas las instalaciones de calefacción deben disponer de contadores de medida de todas las energías utilizadas. (Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios ). porque imposibilitan la distribución de los gastos energéticos entre los usuarios por el medio más económico y fiable, un contador de calor.
De cualquier forma, los tipos de instalación actuales según la distribución, también se multiplican teniendo en cuenta la diversidad de materiales y sistemas de montaje para tuberías ;tuberías de acero, de cobre, tubería multicapa, de polietileno, polietileno reticulado (PEX), polipropileno, con unión mecánica, soldada por polifusión, etc…, cada uno de ellos con multitud de variantes y todas de gran simplicidad de montaje, lo que hace que en el momento actual, sea más complicado elegir el sistema apropiado que montarlo.
Sistemas de emisión El sistema emisor lo forman los elementos terminales que reciben el calor transportado y lo transmiten o lo intercambian con el aire ambiente.
El 'radiador' es el emisor más común. Puede ser de diferentes materiales y formatos. Suelo radiante.-Este sistema, usa como emisor los paramentos de un local, especialmente el suelo, cuya superficie se calienta por la transmisión de calor desde tubos de plástico embutidos en el mismo y por los que circula el agua caliente procedente de la generación del sistema. 250px|thumb| Distribución de tuberías de un suelo radiante, mostrando la taca de alojamiento de colectores. ventiloconvector o Fan-coil.- Constan de una o dos baterías de agua y un ventilador de baja presión. Se usan más como emisores en climatización para cubrir las dos cargas; de calefacción y refrigeración, pero en algún momento pueden usarse para solo calefacción con una única batería de agua caliente. 'Aerotermos'.- son esencialmente iguales a los fan-coils , pero con un ventilador de media presión y una única batería de agua caliente. Debido a su alto nivel de ruido y gran alcance, se usan principalmente para calefacción de naves industriales.
Se puede considerar otra clasificación de los sistemas de calefacción por agua, no, como la anterior, en cuanto a los elementos o métodos empleados en su funcionamiento, sino al servicio que dan: Instalaciones individuales: Son las que dan servicio a un único usuario o unidad de consumo Instalaciones centralizadas: son aquellas que a partir de un único sistema de generación, distribuyen la calefacción a múltiples usuarios, como pueden ser los inquilinos de un edificio de viviendas, los diferentes departamentos de un edificio institucional o los diferentes usos en otro tipo de edificios. Instalaciones urbanas o instalaciones de distrito: Se trata del mismo concepto que las centralizadas pero atendiendo a varios edificios. En este tipo de instalaciones, una parte de la distribución discurre por el exterior en canales enterrados o atarjeas. Aunque siempre el sistema de generación es único y centralizado, sin embargo pueden existir locales técnicos en cada edificio suministrado, en los que se reacondiciona el nivel térmico de la distribución. Es muy normal que la central produzca agua sobrecalentada (120 - 140 °C) o vapor de agua a alta presión (hasta 180/200 °C), lo cual llega hasta los locales técnicos, donde intercambiadores de calor, transmiten la energía térmica a un flujo de agua con 80 °C de temperatura de salida. En el momento actual, es preceptivo que cada usuario disponga de un sistema de contaje que permita el prorrateo de gastos entre todos los usuarios de una misma central.IT 1.2.4.4 (|Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios ).
Sistemas auxiliares Cada uno de los tres sistemas que conforman toda instalación de calefacción, precisa de aparatos y sistemas auxiliares para garantizar la seguridad, el rendimiento y la consecución del fin principal para el que se realizó la instalación; el confort de los usuarios.
De la generación