¿Cómo funciona la calefacción de mi casa?

No importa donde vivas en Norteamérica, hay una buena posibilidad de que necesites algún tipo de calefacción para mantener tu casa confortable. Ahora, mientras que algunas personas en el sur de Texas pueden diferir, no es sorprendente que prácticamente todos los hogares de Houston a Dallas tengan una caldera. Por supuesto, no todas las regiones de EE.UU. favorecen el mismo tipo de sistema de calefacción. Por ejemplo, el gas natural o el propano es el sistema preferido en la mayor parte del Medio Oeste, mientras que muchas ciudades del norte todavía conservan calderas y radiadores.

How does my home heating work?

Los dos tipos básicos de sistemas de calor

Porque sabemos que nuestros clientes ahorran más dinero al entender cómo utilizan la energía, hemos reunido esta guía básica de los diferentes tipos de sistemas de calefacción de casas para que los propietarios puedan aprender sobre el tipo de sistema de calefacción que tienen y cómo funciona.

Básicamente, hay dos tipos de sistemas de calefacción, aire forzado y radiante.

Los sistemas de aire forzado utilizan un soplador o ventilador para introducir aire en el sistema donde se calienta y circula por toda la casa. Pueden ser ruidosos con chirridos metálicos de conexiones sueltas y requieren cambios rutinarios de filtros de aire para que funcionen bien. Pero como calientan el aire, tienden a calentar las casas rápidamente. Un sistema de aire forzado está compuesto por conductos de retorno de aire, un soplador, una unidad de calefacción o refrigeración con intercambiadores de calor alojados dentro del gabinete del manejador de aire, un plenum donde el aire sale del manejador de aire, y conductos de suministro. Los conductos de suministro llevan el aire a todas las habitaciones de la casa mientras que los conductos de retorno llevan todo el aire de las habitaciones de vuelta al soplador y a la unidad de tratamiento de aire.

Los sistemas radiantes se basan en el uso del calor para mover el aire por convección. Es decir, el aire calentado se eleva y es reemplazado por aire más frío, que se calienta y se eleva y así sucesivamente. Debido a que estos sistemas funcionan de forma pasiva, tienden a calentar las habitaciones lentamente. Además, no filtran el polvo o los alérgenos del aire, y en algunos casos, no son tan eficientes energéticamente. Sin embargo, la mayoría son baratos de comprar, instalar y mantener.

Sistemas de Aire Forzado

La calefacción por resistencia eléctrica es 100% eficiente en energía porque toda la electricidad se convierte en calor. Y como los elementos calefactores de un horno eléctrico están en contacto directo con el aire, el aire se calienta muy rápidamente. Esto los hace muy eficientes pero costosos de operar durante un tiempo frío prolongado.

Otros tipos de sistemas de aire forzado

  • En los sistemas de gas natural/propano , se quiere que el calor de una serie de llamas calienten el aire pero también se quiere enviar el escape de la combustión fuera de la casa. El gas se quema en varios quemadores de cinta larga (12″ a 18″ de largo). El intercambiador de calor se asemeja a un peine de pelo alto y hueco que rodea cada quemador de cinta en tres lados. Los gases calientes se mueven hacia arriba en el intercambiador de calor y finalmente se agotan en el tubo de ventilación. En los hornos de gas de condensación de alta eficiencia, se extrae tanto calor del escape que no sube lo suficiente como para salir. Por eso el sistema utiliza un ventilador para expulsar los gases de escape al exterior.
  • Las bombas de calor incluyen tanto condensadores de aire que están instalados en el exterior como condensadores geotérmicos que están enterrados bajo tierra o en el agua cercana. Ambos utilizan el refrigerante R-410A que también se usa en el aire acondicionado, pero el proceso funciona a la inversa de modo que en lugar de expulsar el aire caliente al exterior como calor de desecho, se sopla hacia el interior para suministrar calor. Las bombas de calor utilizan sistemas de compresor/condensación similares a los sistemas de aire acondicionado normales, excepto que son reversibles. Los sistemas geotérmicos hacen básicamente lo mismo, pero en lugar de depender de la temperatura del aire ambiente para producir calor, utilizan la temperatura del subsuelo que se mantiene alrededor de 50°F, lo que lo hace muy confiable y eficiente en términos de energía.
  • Los sistemas de bomba de calor sin conductos son sistemas de aire forzado que no usan conductos. A veces llamados “sistemas divididos”, la unidad interior de manejo de aire e intercambio de calor está conectada directamente a través de la pared exterior a la unidad exterior. Debido a su pequeño tamaño y al hecho de que no utilizan conductos, los sistemas split como estos son los más adecuados para calentar y enfriar áreas pequeñas.

Costo de los sistemas de aire forzado

Los costos de instalación de estos sistemas varían considerablemente según las circunstancias. Los sistemas de resistencia eléctrica, gas natural y propano suelen ser la opción más asequible en las construcciones nuevas y en las casas con redes de conductos existentes. Pero si se necesita instalar un sistema de conductos en una casa existente, el costo de la red de conductos puede ser varias veces el costo del calentador en sí.

Los costos de instalación y equipamiento de las bombas de calor de aire suelen ser el doble o más altos que los costos de instalación de los hornos eléctricos, de gas o de propano. Y las bombas de calor geotérmicas suelen ser las más caras de instalar, y los costos de instalación dependen de la complejidad de la instalación de las tuberías subterráneas. Algunos sistemas geotérmicos pueden costar más de 20.000 dólares, incluyendo el equipo y la instalación.

Los sistemas sin conductos pueden ser la opción más barata si sólo se calienta una habitación, pero como se necesita un sistema separado para cada espacio calentado, el coste de instalación y equipamiento aumenta con el número de sistemas.

En cuanto a los costos de operación, las bombas de calor geotérmicas son las más asequibles, seguidas por las bombas de calor de aire y los sistemas sin conductos. Entre los sistemas de resistencia eléctrica, gas natural y propano, el gas natural suele ser el más asequible, pero los costos de funcionamiento están vinculados a los costos fluctuantes de sus fuentes de energía: electricidad, gas natural y propano.

Mantenimiento de los sistemas de aire forzado

El flujo de aire es la sangre vital de cualquier sistema de aire forzado, y el punto de estrangulamiento de ese flujo de aire es el filtro. Todo sistema de aire forzado tiene un filtro que debe ser reemplazado o limpiado en un cierto horario, y no realizar este mantenimiento a tiempo puede resultar en mayores costos de operación y mayor desgaste del sistema.

Cualquier sistema con un condensador exterior instalado a nivel del suelo (esto excluye las bombas de calor geotérmicas y los sistemas sin conductos) requiere algún mantenimiento adicional de bricolaje. El condensador debe mantenerse libre de hierbas y escombros y ocasionalmente debe ser limpiado con una manguera para eliminar la suciedad.

Todo el resto del mantenimiento debe ser realizado por un profesional autorizado de HVAC una vez al año, idealmente antes del comienzo de la temporada de calefacción. Este mantenimiento debe realizarse cada año, sin importar lo bien que funcione el sistema. El mantenimiento anual extiende la vida del sistema, optimiza la eficiencia energética y asegura la seguridad del sistema.

Sistemas Radiantes

En el caso de todos los sistemas de radiación de calor, funcionan silenciosamente y no dan un bufet a los ocupantes de una habitación con ráfagas de aire caliente. Sin embargo, tienden a trabajar más lentamente para calentar una habitación en comparación con los sistemas de aire forzado. Esto se debe en gran parte al hecho de que dependen de la convección para calentar el aire y hacerlo circular por la habitación. Dicho esto, algunos tipos de sistemas radiantes funcionan más rápido que otros.

El calor radiante puede ser más eficiente que los sistemas de aire forzado con problemas de pérdida de conductos, y algunas personas con alergias lo prefieren porque la falta de circulación de aire no agita los alérgenos. Sin embargo, debido a que estos sistemas hacen circular el agua en forma de vapor o líquido, los sistemas de radiadores pueden ser propensos a problemas como bloqueos y fugas.

Tipos de sistemas radiantes

  • La energía solar pasiva es la más ecológica y menos costosa de operar porque el calor del sol se almacena en la masa térmica de la casa. El calor del sol irradia y calienta el espacio. Sin embargo, su casa necesita estar muy bien sellada y aislada, además de tener una adecuada exposición al sur para permitir que entre suficiente luz solar en las ventanas y calentar la casa. Desafortunadamente, cuanto más al norte vayas, más caro puede ser construir una casa solar pasiva y es posible que necesites una calefacción de reserva durante las olas de frío.
  • Los sistemas basados en calderas incluyen el calor de suelo radiante que utiliza agua caliente, radiadores anticuados que utilizan vapor o agua caliente, y también algunos sistemas de zócalos hidrónicos (de base líquida) (véase más abajo). En estos sistemas, una caldera central calienta el agua (u otro líquido) a vapor o agua caliente y la bombea a través de tuberías por toda la casa a radiadores o bobinas de tubos incrustados en las paredes o el suelo.
  • El calor radiante del suelo aprovecha la masa térmica del suelo. Cuando se toma un tubo de agua caliente y se dispone en bucles en el suelo y luego se rodea con hormigón vertido (instalación húmeda) o con un sándwich de baldosas y madera contrachapada (instalación en seco), el suelo se mantendrá caliente durante más tiempo e irradiará el calor durante más tiempo, lo que mantiene la habitación caliente durante más tiempo y de forma más uniforme. Cuanto mayor sea el espacio del suelo, más se puede calentar y más calor almacenará.

Calor de zócalo: Calentadores eléctricos (o “convectivos”) e hidrónicos

Estos sistemas de calefacción funcionan mejor cuando se montan al menos 3/4″ sobre el suelo o la alfombra. Esto permite que el aire más frío del suelo fluya a través de las aletas del calentador y se caliente. Una desventaja es que la piel de las mascotas que se desprenden puede ser arrastrada a este tipo de calentadores y bloquear el flujo de aire.

  • Los calentadores eléctricos de zócalo (que utilizan elementos de calefacción por resistencia eléctrica) son en su mayoría calentadores zonales, por lo que cada uno está controlado por un termostato incorporado. Disponibles en longitudes de 3 a 6 pies, cada pie consume unos 250 vatios. Los calentadores eléctricos de zócalo tienden a ser el sistema de calefacción menos costoso y más fácil de instalar. Sólo necesitan ser cableados (con un cableado de 120 o 240) y fijados a la pared.
  • Los sistemas de zócalos hidrónicos (de base líquida) utilizan agua o aceite en lugar de resistencia eléctrica y tienden a ser un poco más caros. En los sistemas de resistencia eléctrica, una vez que la corriente se corta, el elemento calefactor se enfría en sólo unos minutos. Pero en los sistemas hidrónicos, una vez que el líquido está caliente, se mantiene caliente por más tiempo, lo que hace que su funcionamiento sea un poco más eficiente que el de los zócalos de resistencia eléctrica. Los sistemas hidrónicos pueden instalarse como unidades individuales o como un sistema único para toda la casa que utiliza un solo calentador, muy parecido a un sistema radiante o de radiadores.

Costo de los sistemas radiantes

Los costos de instalación de los sistemas radiantes tienden a ser aún más difíciles de estimar que los de los sistemas de aire forzado. Con la calefacción solar pasiva, por ejemplo, los elementos de calefacción son parte integral de la construcción de la casa y podrían añadir desde unos pocos miles hasta varias decenas de miles de dólares al costo total del diseño y la construcción de nuevas construcciones.

Con los sistemas basados en calderas, el costo de la instalación de calderas oscila entre unos pocos miles de dólares (comparable a los hornos eléctricos, de gas o de propano) para las calderas más pequeñas, hasta sumas de cinco cifras para las más grandes. Si hay que instalar radiadores, zócalos hidrónicos o tuberías de calefacción en el suelo, el costo está vinculado directamente al número de unidades o pies cuadrados de suelo. Por lo tanto, el costo de la caldera y el equipo de distribución de calor aumenta con el tamaño de la casa.

Del mismo modo, el coste de la instalación de calefacción eléctrica radiante en el suelo suele reducirse a un precio por metro cuadrado, por lo que el coste total depende del tamaño de la casa.

En la casa típica, los costos de funcionamiento de estos sistemas radiantes tienden a ser más bajos que los de los hornos eléctricos, de gas y de propano, pero más altos que los de las bombas de calor. Sin embargo, al igual que con la instalación, esto puede variar junto con el tamaño de la casa. Por ejemplo, la calefacción eléctrica por suelo radiante es costosa de operar. En una casa muy pequeña, esto puede ser más barato en general que la instalación de un horno y conductos o una serie de sistemas de mini-split. Pero en una casa enorme, calentar completamente con suelo radiante eléctrico podría ser un error costoso.

Mantenimiento de Sistemas Radiantes

En comparación con los sistemas de aire forzado, los sistemas radiantes son mucho más fáciles y normalmente más baratos de mantener. Una inspección y puesta a punto anual de la caldera es típicamente el único costo de mantenimiento de rutina asociado con los sistemas basados en calderas.

Las casas solares pasivas no necesitan mantenimiento en el interior, pero pueden requerir un mantenimiento ordinario en el exterior, como limpiar las canaletas, podar árboles y lavar las ventanas para asegurar una exposición suficiente a los rayos cálidos del sol. El suelo radiante eléctrico también es esencialmente libre de mantenimiento; a menos que el sistema no funcione como se espera, puede que sólo quiera programar una inspección eléctrica cada varios años, como lo haría con el resto de la infraestructura eléctrica de su casa.

Los calentadores eléctricos de zócalo requieren una limpieza rutinaria de las rejillas de ventilación, especialmente si su casa está polvorienta o tiene mascotas.

¿Qué tipo de sistema de calefacción es mejor?

Realmente depende de cómo se construya su casa, de lo que pueda pagar y de lo que prefiera. Por ejemplo, si está construyendo una ampliación o modernizando el sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado de su casa, puede que no sea posible instalar nuevos conductos en diferentes partes de la casa. En ese caso, tal vez deba considerar algún tipo de sistema de zócalo junto con un mini sistema sin conductos para la refrigeración en verano. Y aunque se ha argumentado que los sistemas de aire forzado agitan los alérgenos, cuando están equipados con filtración de aire HEPA, hacen un trabajo mucho más eficiente de purgar los alérgenos del aire en toda la casa. Si es una cuestión de eficiencia energética pero la energía solar pasiva no es una opción práctica, la más eficiente es una bomba de calor geotérmica seguida de su prima, la bomba de calor de aire. Si bien estos son sistemas de calefacción muy eficaces, durante eventos como las olas de frío, requieren de respaldos de calefacción – por lo general en forma de elementos de calefacción de resistencia eléctrica auxiliar incorporada.

Si está pensando en actualizar el sistema de calefacción de su casa o incluso si sólo necesita un poco de mantenimiento, es mejor contactar con un profesional experto como One Hour Air Conditioning and Heating para un servicio experto.

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