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Calefación Central
Calefación Central
Un sistema de calefacción central proporciona calor a todo el interior de un edificio (o parte de un edificio) de un punto a múltiples habitaciones. Cuando se combina con otros sistemas con el fin de controlar el clima edificio, todo el sistema puede ser un HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) sistema.
Visión de conjunto
Visión de conjunto
Calefacción central difiere de la cámara de calentamiento en que la generación de calor se produce en un solo lugar, como por ejemplo un cuarto de la caldera en una casa o una habitación mecánica en un gran edificio (aunque no necesariamente en el punto geométrico "central"). El calor se distribuye en todo el edificio, típicamente por aire forzado a través de conductos, haciendo circular agua a través de tuberías, o por vapor alimentado a través de tuberías.
El método más común de generación de calor implica la combustión de combustibles fósiles un horno o caldera. Cada vez más, los edificios utilizan fuentes de calor de energía solar, en cuyo caso el sistema de distribución utiliza normalmente la circulación del agua.
En gran parte de la zona de clima templado, la mayoría de nuevas viviendas ha llegado con calefacción central instalada desde la Segunda Guerra Mundial, por lo menos. Estas zonas suelen utilizar calentadores de gas, calefacción urbana, o un sistema de gasoil, a menudo utilizando sistemas de aire forzado. sistemas de vapor de calefacción, disparadas por el carbón, petróleo o gas, también se utilizan, principalmente para los edificios más grandes. sistemas de calefacción eléctricos se producen con menos frecuencia y son prácticos solamente con electricidad a bajo costo o cuando se utilizan bombas de calor geotérmicas. Teniendo en cuenta el sistema combinado de planta de generación de central y de calentamiento por resistencia eléctrica, la eficiencia global será menor que para el uso directo de combustibles fósiles para la calefacción.
Historia
Historia
Antigua Roma y Grecia
Antigua Roma y Grecia
Los antiguos griegos desarrollaron originalmente calefacción central. El templo de Éfeso se calentó por conductos de humo plantados en el suelo y que circulan el calor que se genera por el fuego. Algunos edificios en el Imperio Romano utilizan sistemas de calefacción central, la realización de aire calentado por los hornos a través de espacios vacíos debajo de las plantas y de las tuberías en las paredes, un sistema conocido como un hipocausto.
El hipocausto romano continuó siendo utilizado en una escala más pequeña durante la Antigüedad tardía y por el califato omeya, mientras que los constructores musulmanes posteriores emplean un sistema más sencillo de tuberías bajo el suelo.
Tras el colapso del Imperio Romano, mayoritariamente a través de Europa, calefacción volvió a chimeneas más primitivas de casi mil años.
A principios de los Alpes medieval de tierras altas, un sistema de calefacción central más simple donde el calor viajó a través de los canales bajo el suelo de la sala de la caldera sustituida hipocausto romano en algunos lugares. En Reichenau Abbey una red de canales interconectados por suelo radiante calienta el 300 m² gran sala de montaje de los monjes durante los meses de invierno. El grado de eficacia del sistema se ha calculado en 90%.
En el siglo 13, los monjes cistercienses revivieron calefacción central en la Europa cristiana usando desviaciones de ríos combinados con hornos de leña de interior. El Real Monasterio bien conservada de la Virgen de la rueda (fundada en 1202) en el río Ebro en Aragón, región de España es un excelente ejemplo de tal aplicación.
Calefacción central unidad de leña
Vapor
Aire caliente
Los modernos sistemas de calefacción central
Los modernos sistemas de calefacción central
William Strutt diseñó un nuevo edificio del molino en Derby con un horno de aire caliente central en 1793, aunque la idea había sido ya propuesta por John Evelyn casi cien años antes. El diseño de Strutt consistía en una gran estufa de aire caliente que trajo desde el exterior por un gran pasaje subterráneo. El aire se ventila a través de la construcción de grandes conductos centrales.
En 1807, colaboró con otro eminente ingeniero, Charles Sylvester, en la construcción de un nuevo edificio para albergar de Derby Royal Infirmary. Sylvester jugó un papel decisivo en la aplicación de nuevo sistema de calefacción de Strutt para el nuevo hospital. Él publicó sus ideas en la filosofía de la economía doméstica; como se ejemplifica en el modo de Calentamiento, ventilación, lavado, secado, y Cocina, ... en la enfermería Derbyshire general en 1819. Sylvester documentó las nuevas formas de hospitales de calefacción que se incluyeron en el diseño y las características más saludables como el auto -limpieza y Sanitarios de aire refrescante. [7] novedoso sistema de calefacción de la enfermería permitió a los pacientes a respirar aire fresco mientras se calienta el aire de edad fue canalizado hasta una cúpula de cristal y hierro en el centro.
Sus diseños fueron muy influyentes. Ellos fueron ampliamente copiados en las nuevas fábricas de la región central y se mejoran constantemente, alcanzando la madurez con el trabajo de de Chabannes en la ventilación de la cámara de los comunes en la década de 1810. Este sistema sigue siendo la norma para la calefacción de edificios pequeños para el resto del siglo.
Los tres métodos principales de calefacción central se desarrollaron en el final del siglo 18 a la mitad del siglo 19.
El escritor Inglés Hugh Plat propuso un sistema de calefacción central a base de vapor para un invernadero en 1594, aunque esto fue un hecho aislado y no se continuó hasta el siglo 18. Coronel Coke ideó un sistema de tuberías que llevarían a vapor alrededor de la casa de una caldera central, pero fue James Watt el inventor escocés que fue el primero en construir un sistema de trabajo en su casa.
Una caldera central suministra vapor a alta presión, que luego distribuye el calor dentro del edificio a través de un sistema de tuberías incrustadas en las columnas. Se implementó el sistema en una escala mucho más grande en una fábrica textil en Manchester. Robertson Buchanan escribió la descripción definitiva de estas instalaciones en sus tratados publicados en 1807 y principios de trabajo 1815.Thomas Tredgold del calentamiento y ventilar los edificios públicos, delineaban el método de la aplicación de calentamiento por vapor caliente a edificios pequeños, no industriales. Este método había reemplazado los sistemas de aire caliente por el siglo 19.
El agua caliente unidad de calefacción central, el uso de madera como combustible
Agua caliente
Los primeros sistemas de agua caliente se utilizaron en Rusia para la calefacción central del palacio de verano (1710-1714) de Pedro el Grande en San Petersburgo. Un poco más tarde, en 1716, llegó el primer uso del agua en Suecia para distribuir calefacción en edificios. Mårten Triewald, un ingeniero sueco, utiliza este método para un invernadero en Newcastle upon Tyne. Jean Simon Bonnemain (1743-1830), un arquitecto francés, introdujo la técnica a la industria sobre una cooperativa, en el Château du Pecq, cerca de París.
Sin embargo, estos intentos dispersas fueron aislados y confinados principalmente en su aplicación a los invernaderos. Tredgold rechazó inicialmente su uso como poco práctico, pero cambió de opinión en 1836, cuando la tecnología entró en una fase de rápido desarrollo.
Los primeros sistemas habían utilizado los sistemas de agua a baja presión, lo que requería tubos muy grandes. Uno de los primeros sistemas de calefacción central de agua caliente modernas para remediar esta deficiencia se instalaron por Angier marzo Perkins en Londres en la década de 1830. En ese momento la calefacción central estaba llegando a estar de moda en Gran Bretaña, con los sistemas de aire caliente o de vapor y por lo general se utiliza.
Aparatos de Perkins 1.832 distribuian agua a 200 grados centígrados (392 ° F) a través de tuberías de pequeño diámetro a alta presión. Un invento crucial para que el sistema sea viable era la rosca atornillada conjunta, que permitió la unión entre los tubos de soportar una presión similar a la propia tubería. También separa la caldera de la fuente de calor para reducir el riesgo de explosión. La primera unidad se instaló en la casa del gobernador del Banco de Inglaterra John Horsley Palmer para que pudiera producir las uvas en el clima frío de Inglaterra.
se han instalado sus sistemas en las fábricas e iglesias de todo el país, muchos de ellos queda en condiciones de uso durante más de 150 años. Su sistema también se ha adaptado para su uso por los panaderos en el calentamiento de sus hornos y en la fabricación de papel a partir de pulpa de madera.
Franz San Galli, un hombre de negocios ruso-prusiano nacido viviendo en San Petersburgo, inventó el radiador entre 1855 y 1857, que fue un paso importante en la conformación final de la calefacción central moderno. El radiador de hierro fundido de estilo victoriano se generalizó a finales del siglo 19.
Ruinas del hipocausto bajo el piso de una villa romana en La Olmeda, Provincia de Palencia (Castilla y León, España).
Fuentes de energía
Fuentes de energía
La fuente de energía seleccionada para un sistema de calefacción central varía según la región. La fuente de energía primaria se selecciona sobre la base de costo, conveniencia, eficiencia y fiabilidad. El costo de la energía de calentamiento es uno de los principales costos de operación de un edificio en un clima frío. Algunas plantas de calefacción central pueden cambiar los combustibles por razones de economía y conveniencia; por ejemplo, un dueño de casa puede instalar un horno de leña con la copia de seguridad eléctrica para el funcionamiento sin atención de vez en cuando.
Los combustibles sólidos tales como madera, turba o carbón pueden ser almacenadas en el punto de uso, pero son incómodos de manejar y difícil de controlar de forma automática. El combustible de madera aún se utiliza cuando la oferta es abundante y los ocupantes del edificio no le importa el trabajo involucrado en el transporte de combustible, la eliminación de cenizas, y cuidando el fuego. sistemas de combustible de pellets pueden avivar el fuego de forma automática, pero todavía necesitan la extracción manual de la ceniza. El carbón fue una vez un importante combustible para calefacción residencial, pero hoy en día se encuentra raramente.
Los combustibles líquidos son productos derivados del petróleo como combustible para calefacción y el queroseno. Estos están siendo ampliamente aplicados en otras fuentes de calor no están disponibles. el combustible líquido puede ser despedido de forma automática en un sistema de calefacción central y no requiere la extracción de cenizas y de poco mantenimiento del sistema de combustión. Sin embargo, la variable precio del petróleo en los mercados mundiales conduce a precios más altos y erráticos en comparación con algunas otras fuentes de energía. sistemas institucionales de calefacción (edificios de oficinas o escuelas, por ejemplo) pueden utilizar bajo grado, combustible de caldera de bajo costo para hacer funcionar sus plantas de calefacción, pero el costo de inversión es elevado en comparación con los combustibles líquidos más fáciles de manejar.
El gas natural es un combustible de calentamiento generalizado en América del Norte y Europa del Norte. Los quemadores de gas se controlan automáticamente y no requieren la extracción de cenizas y de poco mantenimiento. Sin embargo, no todas las áreas tienen acceso a un sistema de distribución de gas natural. gas de petróleo licuado o propano se pueden almacenar en el punto de uso y reponen periódicamente por un tanque móvil montada en camión.
Algunas áreas tienen energía eléctrica de bajo coste, por lo que la calefacción eléctrica económicamente práctico. Calefacción eléctrica puede ser puramente de calentamiento de tipo resistencia o hacer uso de un sistema de bomba de calor para aprovechar el calor de bajo grado en el aire o tierra.
Un sistema de calefacción urbana procesos de altos hornos ubicados centralmente o calentadores de agua y circula la energía térmica a los clientes individuales mediante la circulación de agua caliente o vapor. Esto tiene la ventaja de un convertidor de energía altamente eficiente central que puede utilizar los controles de la contaminación mejores disponibles, y que es operado por profesionales. El sistema de calefacción urbana puede utilizar fuentes de calor poco prácticas para desplegar a los hogares individuales, tales como aceite pesado, subproductos de madera, o (hipotéticamente) la fisión nuclear. La red de distribución es más costoso de construir que para el gas o calefacción eléctrica, por lo que sólo se encuentra en áreas densamente pobladas o comunidades compactas.
No todos los sistemas de calefacción central requieren energía comprada. Algunos edificios son atendidos por el calor geotérmico local, utilizando agua caliente o vapor de un pozo local para proporcionar la construcción de calor. Dichas áreas son poco comunes. Un sistema solar pasiva no requiere combustible comprado, pero necesita ser cuidadosamente diseñado para el sitio.
El palacio de verano en San Petersburgo tenía un sistema de principios de la calefacción central hidrológica.
Thomas Tredgold, un ingeniero destacado y autoridad en los sistemas de calefacción central en el siglo 19.
estufa de aire caliente de Sylvester 1819
Agua caliente
Agua caliente
El calentamiento de agua
La circulación de agua caliente se puede utilizar para la calefacción central. A veces, estos sistemas se denominan sistemas de calefacción central.
componentes comunes de un sistema de calefacción central que utilizan el agua de recirculación incluyen:
Un suministro de combustible, energía eléctrica o calefacción urbana líneas de suministro
Una caldera (o un intercambiador de calor para la calefacción de distrito) que calienta el agua en el sistema de
Bomba para hacer circular el agua
Radiadores que son paneles montados en la pared por los que pasa el agua caliente con el fin de liberar calor en las habitaciones.
Los sistemas de agua que circulan utilizan un bucle cerrado; la misma agua se calienta y recalentada. Un sistema de sellado proporciona una forma de calefacción central en el que el agua utilizada para la calefacción circula de forma independiente de suministro normal de agua del edificio.
Un tanque de expansión contiene gas comprimido, separado del agua del sistema de sellado por un diafragma. Esto permite que las variaciones normales de la presión en el sistema. Una válvula de seguridad permite que el agua se escape desde el sistema cuando la presión es demasiado alta, y una válvula puede abrir para reponer el agua del suministro normal de agua si la presión cae demasiado bajo. sistemas sellados ofrecen una alternativa a los sistemas en los que el vapor pueda escapar del sistema de abrir-vent, y es reemplazado de suministro de agua del edificio a través de un sistema de alimentación y almacenamiento central.
sistemas de calefacción en el Reino Unido y en otras partes de Europa se combinan habitualmente las necesidades de calefacción de habitaciones con calefacción de agua caliente sanitaria. Estos sistemas se producen con menor frecuencia en los EE.UU.. En este caso, el agua se calentó en un sistema sellado fluye a través de un intercambiador de calor en un tanque de agua caliente o depósito de agua caliente donde se calienta el agua del suministro de agua potable normal para el uso en grifos de agua caliente o aparatos tales como lavadoras o lavavajillas.
sistemas de calefacción por suelos hidrónicos radiantes utilizan una caldera de calefacción de distrito o para calentar el agua y una bomba para hacer circular el agua caliente en tubos de plástico instalado en una losa de hormigón. Los tubos, empotrados en el suelo, llevan el agua caliente que conduce el calor a la superficie del suelo, ya que transmite la energía térmica a la habitación de arriba. sistemas de calefacción central también se utilizan con soluciones anticongelantes en sistemas de hielo y nieve derretida para pasarelas, estacionamientos y calles. Se utilizan con mayor frecuencia en los proyectos comerciales y de calor enteros casa de suelo radiante, mientras que los sistemas eléctricos de calefacción radiante son más comúnmente utilizados en aplicaciones más pequeñas "punto de calentamiento" .
Detalles del horno y el tubo de expansión de Perkins 1838 Patent.
Aspectos ambientales
Aspectos ambientales
Calefacción eléctrica
Calefacción eléctrica
calefacción de vapor
calefacción de vapor
Desde el punto de vista de la eficiencia energética considerable calor se pierde o se desperdicia si sólo se necesita una habitación individual de calefacción, ya que dispone de calefacción central y de las pérdidas de distribución (en el caso de los sistemas de aire forzado en particular) se puede calentar algunas habitaciones no ocupadas sin necesidad. En este tipo de edificios que requieren calefacción aislado, se puede desear considerar sistemas no centrales, tales como aparatos de calefacción individuales, chimeneas u otros dispositivos. Como alternativa, los arquitectos pueden diseñar nuevos edificios que pueden eliminar virtualmente la necesidad de calefacción, tales como los construidos con el estándar de casa pasiva.
Sin embargo, si un edificio tiene necesidad calefacción, calefacción central de combustión ofrece una solución más ecológica que la calefacción central-aire eléctrica o de otros dispositivos de calefacción eléctricos directos. Esto se deriva del hecho de que la mayor parte de la electricidad se origina de forma remota utilizando combustibles fósiles, con hasta dos tercios de la energía en el combustible perdido (a no ser utilizada para la calefacción urbana) en la central y en las pérdidas de transmisión. En Suecia existen propuestas para eliminar la calefacción eléctrica directa por esta razón (véase el aceite de eliminación en Suecia). fuentes nucleares e hidroeléctricas reducir este factor.
En contraste, los sistemas de calefacción central de agua caliente se puede utilizar agua calentada en o cerca del edificio usando calderas de alto efficiencycondensing, biocombustibles, o la calefacción urbana. calefacción por suelo radiante en húmedo ha demostrado ser ideal. Esto ofrece la opción de conversión relativamente fácil en el futuro el uso de tecnologías en desarrollo, tales como bombas de calor y desdel solares, lo que además constituye prueba de futuro.
eficiencias típicas para calefacción central (medida a la compra del cliente de la energía) son: 65-97% para el gas despedido calefacción; 80-89% para el gasoil, y 45-60% para la calefacción de carbón.
Ver también
Ver también
Calefacción eléctrica o calentamiento por resistencia eléctrica convierte directamente en calor. El calor eléctrico es a menudo más caro que el calor producido por los aparatos de combustión, como el gas natural, propano, y el aceite. el calor de resistencia eléctrica puede ser proporcionada por rejillas de calefacción, estufas, calentadores radiantes, hornos, calentadores de pared, o sistemas de almacenamiento térmico.
Los calentadores eléctricos son generalmente parte de un ventilador que forma parte de un acondicionador de aire central. Circulan calor por soplado de aire a través del elemento de calentamiento que se suministra al horno a través de los conductos de aire de retorno. Sopladores en hornos eléctricos mueven el aire por encima de uno a cinco bobinas de resistencia o elementos que por lo general tienen una potencia de cinco kilovatios. Los elementos de calentamiento se activan uno a la vez para evitar la sobrecarga del sistema eléctrico. El sobrecalentamiento se evita mediante un interruptor de seguridad se llama un controlador de límite o fin de carrera. Este controlador de límite puede apagar el horno apagado si el ventilador falla o si algo está bloqueando el flujo de aire. El aire caliente es enviado de regreso a través de la casa a través de conductos de suministro.
En las aplicaciones comerciales más grandes, calefacción central se proporciona a través de un controlador de aire que incorpora componentes similares como un horno, pero en una escala más grande.
Bombas de calor
Bombas de calor
En climas suaves una bomba de calor con fuente de aire puede utilizarse para aire acondicionado del edificio cuando hace calor, y para calentar el edificio usando calor extraído del aire exterior en climas fríos. Las bombas de calor de fuente de aire son en general poco rentable para las temperaturas exteriores muy inferiores al punto de congelación. En climas más fríos, las bombas de calor geotérmicas se pueden utilizar para extraer calor de la tierra. Para la economía, estos sistemas están diseñados para bajas temperaturas medias de invierno y el uso de la calefacción suplementaria para condiciones extremas de baja temperatura. La ventaja de la bomba de calor es que se reduce la energía adquirida requerido para la construcción de la calefacción; menudo los sistemas de fuente de energía geotérmica también suministran agua caliente sanitaria. Incluso en los lugares donde los combustibles fósiles proporcionan la mayor parte de la electricidad, un sistema geotérmico puede compensar la producción de gas de efecto invernadero ya que la mayor parte del calor se suministra desde el entorno circundante, con sólo el 15-30% en el consumo eléctrico.
Un sistema de calefacción de vapor se aprovecha de la alto calor latente que se da cuando el vapor se condensa a agua líquida. En un sistema de calefacción de vapor, cada habitación está equipada con una denominada "radiador" que está conectado a una fuente de vapor de baja presión (de una caldera). Vapor que entra en el radiador condensa y cede su calor latente, volviendo al agua líquida. El radiador a su vez calienta el aire de la habitación, y proporciona algo de calor radiante directo. El agua de condensado vuelve a la caldera ya sea por gravedad o con la ayuda de una bomba. Algunos sistemas utilizan un único tubo de vapor combinado y retorno de condensado. Desde el aire atrapado impide la circulación adecuada, estos sistemas tienen válvulas de ventilación para que el aire sea purgado. En los edificios domésticos y comerciales pequeños, se genera el vapor de agua a una presión relativamente baja, de menos de 15 psig (200 kPa).
sistemas de calefacción de vapor rara vez se instalan en la nueva construcción de viviendas unifamiliares, debido al coste de la instalación de tuberías. Las tuberías deben estar en pendiente con cuidado para evitar que el bloque de condensado atrapado. En comparación con otros métodos de calentamiento, es más difícil de controlar la salida de un sistema de vapor. Sin embargo, el vapor se puede enviar, por ejemplo, entre los edificios en un campus para permitir el uso de una caldera central de combustible eficiente y de bajo costo. Los edificios altos se aprovechan de la baja densidad del vapor de agua para evitar la excesiva presión requerida para circular el agua caliente de una caldera montada sótano. En los sistemas industriales, vapor de proceso utilizado para la generación de energía o para otros fines también se puede aprovechar para calefacción. Vapor para sistemas de calefacción también se puede obtener de las calderas de recuperación de calor usando el calor de otro modo desperdiciado de procesos industriales.
componentes externos de una bomba de calor con fuente de aire residencial
Tanque de expansión en un sistema sellado
calentador indirecto de agua Activo
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