Descripción

La tendencia en los últimos años evidencia el uso creciente de la calefacción. La calefacción puede llegar a representar una parte muy importante de la energía consumida en los edificios. Según el tipo de energía utilizado, puede significar más del 50% de los consumos energéticos totales.

El sistema de calefacción más extendido en el sector edificación, se basa en un circuito de agua que se calienta en un generador (caldera) y se distribuye por una red de tuberías hasta los emisores de calor (radiadores).

Para el sector residencial, la calefacción representa el 47% del consumo de energía y este consumo se traduce en: un 41,8% de gas natural, un 34,8% de electricidad, un 20,3% de gasóleo y GLP (butano y propano), un 1,6% de biomasa y un 0,5% de carbón.

Conceptos básicos

El calor se transmite de los cuerpos más calientes a los más fríos por conducción convección o radiación.

  • Conducción: es la transmisión de energía calorífica de partícula a partícula dentro del mismo cuerpo o entre cuerpos en contacto.
  • Convección: es el proceso de transporte de calor por las corrientes de fluidos (líquidos o gases). Al calentarse parte de un fluido aumenta su volumen, o lo que es lo mismo, pierde densidad, trasladándose a la parte alta del recinto que lo contiene.
  • Radiación: es un movimiento vibratorio, semejante al de la luz, por el que los cuerpos transmiten su calor a través de cualquier medio, incluso del vacío.

Los factores que determinan el sistema de calefacción son:

  • El clima. Depende de cuatro parámetros: la temperatura del aire, la radiación de las superficies, la humedad relativa y el movimiento del aire.
  • El confort. Es la sensación agradable y equilibrada entre humedad, temperatura y calidad del aire. La humedad relativa debe estar comprendida entre los valores del 40% al 70%.
  • La temperatura. La ideal es aquella en la que nuestro cuerpo mejor desarrolla sus funciones.
  • La demanda energética es la energía necesaria para mantener en el interior del edificio unas condiciones de confort definidas reglamentariamente en función del uso del edificio y de la zona climática en la que se ubique.

Componentes

Calefacción por combustible

Combustibles

Los combustibles utilizados para calefacción pueden ser sólidos (leña, carbón), líquidos (gasóleo, fuelóleo), y gaseosos (propano, butano, gas natural). En la actualidad los más utilizados son el gasóleo, el gas natural o la biomasa. Los motivos para elegir uno u otro están más relacionados con el suministro que con la rentabilidad.

Calderas

El principio básico de funcionamiento de las calderas de calefacción, consiste en una cámara donde se produce la combustión, con la ayuda del aire comburente y a través de una superficie de intercambio se realiza la transferencia de calor al agua. Las partes principales de las que se compone son: Hogar, quemador, chimenea, fluido caloportador, y el intercambiador.

Existen diversas formas de clasificar las calderas:

  • Materiales: fundición, acero, murales.
  • Toma de aire: abierto con tiro natural, abierto con tiro forzado, estanca.
  • Rendimiento o temperatura de salida de los humos: Tenemos las de baja temperatura y condensación que se caracterizan por un mayor aprovechamiento del calor de los humos y por la posibilidad de bajar la temperatura del agua de caldera hasta incluso provocar la condensación del vapor de agua de los humos.
  • Calderas atmosféricas: calderas en depresión, en sobrepresión.

 

Diseño:

  • Según el modo de combustión en: Hogar a sobre presión (con quemador), hogar en depresión (combustión de sólidos en general) y hogar atmosférico (calderas de gas).
  • De acuerdo a la posición relativa de sus tubos en acuatubulares (el agua recorre los tubos y exteriormente los gases de la combustión) y pirotubulares (los gases recorren tubos rodeados por el agua).

 

Quemadores:

Los quemadores son los equipos en los que se genera la llama, mediante la combustión de la mezcla del combustible con el aire. Pueden ser atmosféricos o de tiro forzado (con ventilador de aire) por su regulación pueden ser de una sola marcha, dos marchas o modulantes.

 

Cuerpos emisores

Radiadores

Los radiadores de agua caliente funcionan con altas temperaturas de impulsión, en torno a los 90ºC, y un salto térmico de 20ºC.

Tubos aleteados

Estos tipos de cuerpos emisores están formados usualmente por tuberías de acero dotadas de aletas del mismo material, generalmente helicoidales utilizado en instalaciones de agua a media o alta temperatura.

Se colocan en los zócalos de los locales a calentar, recubriéndose de una envolvente decorativa que debe estar dotada de entradas y salidas de aire para su calentamiento, funcionan por convección.

Aerotermos

Son aparatos constituidos por una batería aleteada, generalmente de cobre o acero y un ventilador helicoidal que puede estar colocado antes o después de la batería; son aparatos muy compactos, que emiten gran cantidad de calor por unidad de volumen, presentando el grave inconveniente de ser normalmente muy ruidosos debido al tipo de ventilador de que están dotados.

Fan-coil o ventiloconvectores

Son equipos dotados de una batería (radiador) por cuyo interior circula el agua caliente (o fría) y un ventilador que obliga al aire a pasar a través de ésta.

Climatizadoras

En ellas se acondiciona el aire con el agua caliente (o fría), para su distribución por conductos y su emisión por difusores en techo, paredes o suelos. Es un sistema más complejo y empleado para superficies medias o grandes, o donde se precise calentamiento y refrigeración con un mismo sistema (además de renovación de aire, filtrado, etc.).

Calefacción eléctrica directa

Es el sistema de calefacción más sencillo. Se basa en un paso de la corriente eléctrica por unas resistencias, se produce calor por efecto Joule, que es emitido directamente al aire a calentar en el mismo momento en que se produce, sin ninguna acumulación.

Los tipos de emisores o equipos terminales se agrupan en cinco clases: Radiadores convencionales, radiadores por infrarrojos, convectores, ventiloconvectores, y suelo radiante mediante hilos calefactores.

Calefacción eléctrica por acumulación

Debido a las ventajas económicas que presenta el consumir energía eléctrica durante horas valle, el sistema más empleado es la acumulación, que consiste en calentar un material refractario durante la noche por medio de resistencias eléctricas, para poder aportar dicho calor al ambiente durante el día. Existen dos tipos de acumuladores:

  • Los acumuladores estáticos disponen de una entrada de aire por la parte inferior y una rejilla de salida por la parte superior, de forma que el aire de la estancia puede circular a través del núcleo y calentarse a su paso por el mismo.
  • Los acumuladores dinámicos se diferencian de los estáticos en que el aire circula a través del núcleo acumulador forzado por medio de un ventilador.

Regulación y control

Los sistemas de control de la temperatura individualizados, permiten ahorros de energía del 20% al 30%. Estos sistemas de regulación pueden ser básicamente de tres tipos: en función de la temperatura interior, en función de latemperatura exterior o regulación por zonas.

Medidas de eficiencia

Combustibles

La presión de alimentación de combustible debe estar ajustada a las características del combustible empleado, de forma que se obtenga una correcta pulverización para evitar la aparición de humo y hollín que bajan el rendimiento de la combustión y la transferencia de calor; para su control deben existir unos manómetros fiables tanto en la alimentación como en el retorno del combustible.

La relación aire/combustible debe ser la adecuada al combustible empleado. Es importante conseguir trabajar con el mínimo exceso de aire posible, sin que se produzcan inquemados, ya que el aire sobrante, que no participa en la combustión arrastra al ambiente, junto con los gases de la combustión, parte del calor liberado en la misma.

La viscosidad del combustible debe ser la adecuada al sistema de pulverización empleado. Para ello, las resistencias de caldeo y sus termostatos deben estar en perfecto estado.

Calderas

Revisar periódicamente que la temperatura de humos no exceda los parámetros prefijados. Si existe un exceso de temperatura es conveniente revisar la combustión y el modo de operación de la caldera. Una disminución de 20C en la temperatura de los gases de salida supone en calderas un aumento de un 1% en su rendimiento.

Revisar el aislamiento de las paredes de la caldera y los refractarios.

Las calderas deben someterse a revisiones periódicas. Es aconsejable una revisión anual al inicio de la temporada de calefacción. Una caldera sucia tiene dificultades para la combustión y, por tanto, consume más.

Utilización a plena carga, sino realizar un fraccionamiento de potencia o bien sustituirla por varias calderas.

Emisores

Purgar todos los radiadores hasta verificar que no quedan bolsas de aire en su interior.

Para conseguir una óptima emisión del calor, no deben cubrirse con muebles u otros objetos que dificulten su funcionamiento, limpiar todas las superficies de los emisores.

Regulación

Mantenerse dentro de los márgenes que la ITE 02.2.1 establece como condiciones interiores de diseño, por cada grado que se supere se consume un 7% más de energía:

Un buen mantenimiento y un adecuado sistema de regulación permite, en los servicios comunes, ahorros totales de energía superiores al20%.

Otros

Si por las cámaras de aire de los muros de doble hoja se generan corrientes de aire convendrá pedir presupuesto a alguna empresa que inyecte espumas aislantes de poliuretano o de celulosa.

Al diseñar la instalación, zonificar las estancias situadas al Norte de las situadas al Sur, en las primeras, las necesidades de calefacción serán mayores.

La ventilación natural debe realizarse antes de comenzar el horario de calefacción. No es necesario tener abiertas las ventanas más de diez minutos para lograr la renovación total del aire.

En locales de altura libre superior a 4m se evitará la estratificación del airedurante los periodos de demanda de calor.

Hay que procurar que los cajetines de persiana no tengan rendijas y estén convenientemente aislados.

Ejemplo

En una oficina de 400m2 con 15 radiadores de agua con válvulas manuales, se propone la instalación de válvulas termostáticas.

Mejores equipos

Calderas

Las calderas de condensación y las de baja temperatura, a pesar de ser más caras que las convencionales (hasta el doble de precio), pueden procurar ahorros de energía superiores al 25%, por lo que el sobrecoste se puede recuperar en un periodo de 5 a 8años; es decir, en menos de la mitad de la vida útil de un equipo de estas características.

Las calderas de cuerpo presurizado consumen un 20% menos energía que las atmosféricas.

Instalar economizadores para acercar la temperatura del agua de alimentación a la temperatura de generación de vapor.

Colocar recuperadores en el conducto de los gases de combustión a la salida de la caldera (a una temperatura superior a 230ºC) y después del economizador, para precalentar el aire o el agua de combustión, los periodos de amortización se sitúan entre 1 o 2 años.

Sistemas

La ventaja de emplear suelo radiante es que la temperatura necesaria para calentar es inferior a la que se necesitan en sistemas convencionales, inferior a los 45C, por lo que también se puede hacer uso de la energía solar térmica.

Distribución

Aislar adecuadamente los sistemas de distribución, más del 10% de la energía total puede perderse a través de las tuberías de distribución.

Para sistemas de calefacción por radiadores es más eficiente la instalaciónbitubular a la monotubular.

Regulación

Utilizar sistemas de gestión que permitan controlar el funcionamiento de los equipos en función de las demandas en cada momento.

Si la instalación colectiva tiene una distribución por anillos, es conveniente colocar un contador de agua caliente. Está demostrado que el desconocimiento del consumo individual conlleva un aumento del consumo.

Emisores

El mejor sistema para obtener un grado óptimo de confort, cuando la calefacción utiliza como emisores radiadores, consiste en instalar válvulas termostáticas, que se encargan de hacer fluir el agua caliente al interior del radiador hasta alcanzar la temperatura que hayamos prefijado, reduciendo e incluso cortando el flujo cuando se haya alcanzado dicha temperatura. Consiguen ahorros de un 20% en el consumo de combustible.

Otros

El aislamiento de paredes, el ajuste de puertas y ventanas y la utilización de doble acristalamiento son medidas que ayudan a evitar el despilfarro de energía. Instalar burletes adhesivos en puertas y ventanas. Se pueden reducir las pérdidas de calor de un 5% a un 10%.

Un muro de ladrillo sin aislamiento pierde, a lo largo de todo el invierno, el equivalente a 3kg de gasóleo por cada m2 de fachada.