Esquemas típicos y reglas para la elaboración de un proyecto de sistema de calefacción para una casa privada de una planta

El sistema de calefacción en una casa de una planta puede instalarse según varios esquemas. Al elegir la opción óptima, se tienen en cuenta el presupuesto del proyecto y la disponibilidad de tipos de combustible.

Así como las características de los elementos constructivos de un edificio residencial privado: la superficie del inmueble, los materiales utilizados en la construcción, la disponibilidad de un almacén para la instalación del equipo de caldera.

Analicemos qué reglas se deben seguir al diseñar un sistema de calefacción y qué acciones es mejor evitar para no tener problemas de calefacción en el futuro.

Requisitos para la calefacción individual

El nodo térmico debe planificarse de modo que se ajuste al proyecto arquitectónico del edificio. La ubicación de todos los elementos funcionales debe ser lo más cómoda posible para el funcionamiento y la realización de trabajos de reparación planificados sin comprometer la integridad estructural de la casa.

Requisitos básicos exigidos a los sistemas de calefacción modernos:

• eficiencia energética;
• instalación y mantenimiento sencillos;
• altos índices de transferencia de calor;
• independencia total/parcial de la electricidad.

Antes de comenzar a diseñar el suministro de calefacción, es necesario seleccionar la fuente de energía térmica más adecuada y económica — una estufa o chimenea, calefacción por agua, vapor, aire o eléctrica.

Además, hay que decidir el esquema principal de distribución de tuberías para la calefacción de una casa particular de una planta, calcular correctamente la potencia y evaluar objetivamente la carga del sistema, teniendo en cuenta todas las características.

El sistema de calefacción individual debe crear un microclima confortable dentro de la casa durante la época invernal, ser económico y fiable en su funcionamiento.

Una línea de distribución de calefacción correctamente instalada permite organizar un calentamiento uniforme del aire en todas las habitaciones de la casa particular en el mínimo tiempo.

Clasificación de los sistemas de suministro de calor

En edificios de una sola planta, chalés y casas se instalan sistemas de calefacción autónomos o dependientes de fuentes externas de energía. Los primeros funcionan con gas licuado, diésel y combustible sólido. Los segundos necesitan conexión a la red eléctrica o a la tubería principal de gas.

Otra diferencia entre las opciones de suministro de calefacción radica en la necesidad de intervención humana en el funcionamiento del equipo.

Los sistemas con control automatizado no requieren monitoreo las 24 horas ni ajuste manual. El mantenimiento de una temperatura confortable dentro del edificio lo garantizan los termostatos y los sensores térmicos.

Estos dispositivos monitorean regularmente los cambios en los indicadores de temperatura, lo que permite al sistema de calefacción considerar todos los factores que afectan directamente la temperatura en la estancia: calor solar, radiación de electrodomésticos, calor de las lámparas de iluminación, etc.

El sistema de suministro de calefacción a menudo se instala junto con la automatización de la caldera. Su tarea principal es lograr la máxima eficiencia posible, sin exceder los parámetros permitidos.

El sistema de control permite cambiar el régimen de temperatura en la casa en diferentes momentos del día.

En la clasificación de los sistemas de calefacción se tienen en cuenta características como:

• tipo de portador de calor — aire, agua o vapor, combinados;
• tipo de combustible utilizado — gas, electricidad, turba, leña, pellets, carbón;
• método de transporte del fluido de trabajo — con circulación natural y forzada;
• dirección del movimiento del portador de calor — concurrente y en contracorriente;
• método de conexión del equipo de caldera — disposición monotubo y bitubo;
• esquema de distribución — con disposición vertical u horizontal de la línea de distribución, superior o inferior, combinada.

En edificios de apartamentos predomina el esquema de distribución vertical, mientras que en los de una sola planta se encuentra el horizontal. Los métodos combinados de suministro de calor predominan en los nuevos edificios de gran altura.

Características de la circulación del fluido caloportador

En casas particulares de poca altura, es eficaz instalar sistemas de calefacción con líquido termoportador. Para ello, las tuberías se llenan con anticongelante o agua.

El movimiento del fluido de trabajo a través del circuito de calefacción puede realizarse en modo natural o forzado. El agua calentada por el generador de calor pasa a la tubería de distribución y luego a los radiadores. Esta parte del circuito se denomina recorrido directo.

Después de entrar en los radiadores, el fluido portador de calor se enfría y se dirige rápidamente a la caldera para calentarse. Este tramo se denomina recorrido de retorno. Para acelerar el transporte del portador de calor dentro del sistema, se instala una bomba de circulación.

Movimiento natural del líquido

En el circuito de calefacción, se inclinan las tuberías horizontales, creando así condiciones para el movimiento del fluido de trabajo bajo la acción de la gravedad.

Y también se instala un depósito de expansión abierto, un tanque especial para recibir el exceso de agua, para garantizar el funcionamiento correcto y seguro de todos los componentes de la red de ingeniería.

Los sistemas de agua funcionan completamente con calderas de combustible líquido, combustible sólido, gas y eléctricas.

Los sistemas de calefacción con circulación natural funcionan gracias a la diferente densidad del refrigerante caliente y frío. Según las leyes de la física, el agua caliente se eleva.

En un circuito cerrado, los flujos fríos desplazan inevitablemente a los calientes, obligándolos a moverse en dirección opuesta a la fuente de calor. El fluido en movimiento con potencial de energía cinética pasa por todos los radiadores, cediendo calor. Tras regresar al equipo de caldera, el ciclo se repite.

Hoy en día, el sistema de calefacción monotubo con radiadores de agua goza de una gran popularidad entre los consumidores. El refrigerante es agua, pero también se permite el uso de un fluido de trabajo anticongelante, que evitará la destrucción de las tuberías en invierno.

Para que una estructura por gravedad funcione correctamente, la caldera se instala por debajo del eje central del circuito principal. Generalmente, el generador de calor se monta en un hueco del suelo, pero a veces en sótanos, excepto las unidades de gas.

La tubería de suministro desde la caldera se eleva verticalmente hasta el punto más alto posible. Esto crea espacio adicional en el circuito cerrado para acelerar el fluido de trabajo.

La cantidad de válvulas de cierre necesarias en los sistemas de calefacción por gravedad se reduce al mínimo. Se imponen requisitos estrictos al diámetro de las tuberías instaladas: debe ser de al menos 32 mm. Dado que la velocidad del agua en el circuito es baja, para aumentar la eficiencia de la calefacción se instalan solo tuberías de gran diámetro.

En el punto superior de los sistemas abiertos de suministro de calor se instala un tanque de expansión. En los sistemas cerrados, por lo general, se instala un purgador de aire automático.

Un sistema de calefacción autónomo, cuyo principio de funcionamiento se basa en la circulación natural del fluido refrigerante, es el más simple. Este proyecto de calefacción para el hogar es fácil de implementar en la práctica. Sin embargo, esta opción solo es adecuada para edificios privados pequeños, ya que la longitud del circuito de calefacción está limitada a 30 metros.

La principal ventaja de los sistemas por gravedad es la total independencia de la electricidad. Para más información sobre los sistemas de calefacción con circulación natural del termoportador, lea más adelante.

Circulación forzada en el sistema

Para construcciones particulares con una superficie total mayor de 60 m², se diseña calefacción con transporte forzado del fluido de trabajo. En el circuito cerrado se instala una bomba de circulación para asegurar el movimiento acelerado del termoportador caliente hacia los radiadores y del enfriado hacia el generador de calor.

La instalación de tuberías en el sistema se puede realizar sin inclinación en el plano horizontal. El agua se mueve debido a la diferencia de presión que se produce en el tramo de la tubería entre el flujo directo y el de retorno del fluido.

La presencia de un dispositivo de bomba aumenta significativamente la eficiencia del sistema de calefacción y minimiza el consumo de combustible necesario para mantener una temperatura ambiente confortable en una casa particular.

Un inconveniente importante del sistema forzado es la dependencia energética. Para la circulación continua del agua en el circuito, es necesario el funcionamiento ininterrumpido de la bomba, y su operatividad depende directamente del suministro eléctrico.

En caso de un corte repentino de electricidad, el equipo simplemente no podrá bombear el fluido. Por lo tanto, los especialistas recomiendan instalar adicionalmente generadores de reserva capaces de proporcionar un suministro de calor estable e ininterrumpido incluso en situaciones imprevistas.

Tales esquemas se pueden utilizar al instalar calefacción en edificios de cualquier superficie. Solo es necesario elegir una bomba de circulación con los parámetros de potencia adecuados y garantizar el suministro eléctrico.

Sistema de calefacción monotubo

En la casa se instala solo una línea de tubería principal debajo del suelo o sobre él, con conexión en serie de los radiadores. En tal circuito de calefacción no hay distribución en tubería de ida y de retorno.

Alrededor del perímetro de un edificio de una sola planta se instala solo una tubería de sección circular con un diámetro no inferior a 32 mm, que se divide convencionalmente en dos mitades. La mitad que sale del generador de calor se llama tubería de ida, y la segunda parte de la tubería principal se llama tubería de retorno. Mediante una tubería soldada o sin costura de pequeño diámetro, se montan los radiadores/convectores en el circuito cerrado.

La organización de un sistema de calefacción con circulación natural implica la instalación de una tubería de ida con una pendiente de 4-5 mm cada 2 m.

El esquema monotubo incluye los siguientes elementos funcionales:

• fuente de suministro de calor (caldera);
• radiadores de calefacción;
• tanque de expansión;
• elementos de distribución de tuberías.

El líquido caliente entra alternativamente en los radiadores de calefacción, cediendo cada vez una parte de su calor. Luego, ya enfriado, regresa a la caldera para el siguiente ciclo de calentamiento. En cada batería se pierde calor y el último elemento de la cadena sigue siendo el más frío en comparación con los demás.

Existen varias formas que permiten optimizar el funcionamiento de un sistema monotubo. Se pueden instalar además válvulas termostáticas especiales para los intercambiadores de calor, válvulas de equilibrado con resistencia hidráulica regulable o llaves de paso esféricas compactas. Dicho equipo ayuda a normalizar el suministro de calor a los radiadores.

Las válvulas instaladas permiten regular la cantidad de calor que llega a cada radiador individual

Otra forma es aumentar el número de secciones de cada radiador siguiente en el circuito de calefacción. También se puede instalar una bomba de circulación. El dispositivo de bombeo se conecta al final del retorno, en el lugar donde el fluido de trabajo tiene las temperaturas más bajas.

La variante monotubo de calefacción se caracteriza por una instalación y puesta en marcha sencillas. Las pérdidas de calor se reducen al mínimo, ya que todas las tuberías están ubicadas dentro de las habitaciones de la casa particular.

Dicho esquema se puede organizar como un sistema con distribución horizontal y circulación forzada del fluido caloportador, o como una red vertical de calefacción con movimiento natural, forzado o combinado del fluido de trabajo.

También le recomendamos leer otro de nuestros artículos, en el que analizamos en detalle el sistema de calefacción monotubo para una casa particular.

Método de distribución horizontal

El montaje de la tubería de impulsión en el plano horizontal se realiza con la pendiente necesaria en la dirección del movimiento del agua caliente. Además, todas las baterías en el perímetro de la casa deben instalarse al mismo nivel. Para purgar el aire de los radiadores se utilizan llaves de Mayevski o dispositivos automáticos de purga de aire.

El grifo de Mayevsky es un dispositivo especial para eliminar el aire acumulado de los radiadores. Se gira la válvula de cierre hasta que se escuche claramente un silbido. Cuando la mezcla de gases se haya eliminado, saldrá agua del grifo.

La tubería horizontal puede instalarse dentro de la estructura del suelo o montarse sobre él. Para evitar pérdidas de calor, en el primer caso es necesario aislar las tuberías.

Variante de distribución vertical

En dicho sistema, el transporte del fluido caloportador se garantiza mediante un régimen de circulación natural, por lo que no es necesario instalar una bomba adicional. La independencia energética es la principal ventaja del sistema de calefacción vertical monotubo de la vivienda.

Con este método de distribución, el fluido de trabajo, calentado a la temperatura deseada, asciende por el tubo vertical y luego, a través de los tubos de distribución, llega a los radiadores. La eficiencia del funcionamiento del sistema monotubo vertical se logra instalando la tubería principal con una pendiente y también colocando tuberías de gran diámetro.

Por supuesto, una tubería voluminosa no embellecerá el interior de las salas de estar. Pero esta clara desventaja puede evitarse si se instala un equipo de circulación en el sistema.

Sistema de calefacción bitubo

La principal diferencia del esquema de calefacción bitubo en una vivienda es la existencia de un tubo para el suministro de agua y otro para su retorno. Además, por el primero circula el fluido caliente, mientras que por el segundo el fluido caloportador ya enfriado se dirige hacia la caldera.

Cada radiador recibe servicio tanto de un tubo vertical de suministro como de uno de retorno. Esto permite regular la cantidad de calor recibido por cada radiador individual. Si se ignora el enfriamiento del fluido caloportador en las tuberías, resulta que en todos los elementos calefactores entra fluido a la misma temperatura.

Así es el aspecto de un sistema bitubo estándar de suministro de calor, en el cual el calentamiento del fluido caloportador líquido lo proporciona una caldera de gas de doble circuito.

El esquema de calefacción bitubo incluye:

• generador de calor;
• radiadores;
• vaso de expansión;
• tuberías;
• válvulas de corte y dispositivos especiales para la purga de aire.

Desde la caldera hasta el depósito de expansión va un tubo con agua caliente. Luego, en el circuito de calefacción, se conecta con la línea de distribución. Además, en el depósito se instala un tubo de rebose para la evacuación oportuna del exceso de fluido caloportador al sistema de alcantarillado.

De la parte inferior de los intercambiadores de calor salen tubos que se unen en una sola tubería de retorno. Por ella, el fluido caloportador enfriado regresa a la caldera. La tubería de retorno se instala estrictamente paralela a los tubos superiores. Debe pasar por todas las habitaciones donde está tendida la línea de suministro de agua caliente.

Los sistemas bitubo con circulación forzada se consideran los más eficaces para viviendas de una planta y casas de campo, pero también pueden proporcionar calor a edificios de dos plantas de gran superficie.

Y estos sistemas permiten calentar la habitación de manera uniforme y muy rápida, y mantener diferentes regímenes de temperatura en los espacios. Además, la configuración de doble circuito permite organizar no solo la calefacción de la casa, sino también el suministro de agua caliente.

La presión de circulación en un sistema bitubular depende directamente de la altura de instalación de los elementos de calefacción.

Los sistemas cerrados de suministro de calor con circulación forzada se instalan en dos variantes: con distribución horizontal y vertical.

El primer método se implementa en casas de una planta con tuberías largas. En tales situaciones, la conexión de radiadores de agua al circuito de calefacción con distribución horizontal es la solución óptima.

En la segunda variante de distribución, la columna está ubicada verticalmente, lo que permite utilizar el esquema incluso en edificios de varios pisos. En tales sistemas no se acumula aire, ya que las burbujas formadas ascienden instantáneamente en dirección vertical, directamente al tanque de expansión.

Esquema de distribución inferior y superior

Con la distribución inferior, la línea principal se instala en el sótano o en el subterráneo. También se permite la instalación de tuberías bajo el suelo. El refrigerante ingresa al equipo de calefacción de abajo hacia arriba.

La eliminación de la mezcla de gases se realiza a través de una línea de aire especial conectada a las columnas. En caso de situaciones de emergencia imprevistas, las columnas de retorno y de suministro están equipadas con grifos especiales para su desconexión.

Para implementar el esquema con línea de distribución superior, el tanque de expansión se instala en el punto más alto de la tubería. En el mismo lugar se realiza la ramificación de la red.

No es posible diseñar la distribución superior en casas particulares que no tengan ático.

Tipos de sistema bitubo de disposición horizontal

La variante más común de calefacción para una casa unifamiliar de una planta es el sistema bitubular de suministro de calor con distribución horizontal.

Para organizar dicho circuito de calefacción se utilizan los siguientes esquemas:

• en T o, de otro modo, perimetral;
• colectora, también llamada radial.

Según el esquema en T, las tuberías se conectan mediante tees, las tuberías se instalan a lo largo del perímetro de la habitación, conectándose secuencialmente a los dispositivos. El refrigerante en el sistema perimetral fluye de un radiador a otro, enfriándose un poco en el camino.

Según el movimiento del refrigerante calentado y enfriado, las variantes en T se dividen en paralelas y opuestas. En el esquema sin salida, el agua caliente y enfriada se mueven en direcciones diferentes. En el esquema paralelo, el refrigerante calentado y el usado fluyen en la misma dirección.

En el esquema de colectores, desde el órgano central del sistema, el colector, las tuberías se llevan a cada uno de los radiadores, por lo que el termoportador llega a todos los aparatos simultáneamente.

El principio de funcionamiento recuerda a los rayos solares que emanan del distribuidor de flujo de calor, generalmente ubicado en el centro. En las variedades radiales de distribución, el refrigerante se mueve solo en direcciones diferentes.

Reglas para la elaboración del proyecto del sistema de calefacción

Un proyecto bien elaborado permite poner en marcha un sistema de suministro de calor sumamente eficiente y multifuncional.

Debe funcionar sin interrupciones en las condiciones climáticas típicas de la zona donde se encuentra la casa de una planta, y ser fácil de operar.

Según los resultados de la auditoría energética, el cálculo del ahorro y los gastos anuales de calefacción, se selecciona la opción óptima del sistema de calefacción de la casa.

La elaboración de un proyecto de calidad para la calefacción de una casa de una planta y el cálculo preciso de los parámetros del sistema se realizan según un plan determinado:

1. En la primera etapa, es necesario formular la tarea técnica teniendo en cuenta todos los requisitos y detalles del sistema de calefacción.
2. El segundo paso es la recopilación de información sobre el objeto privado. Los especialistas deben tomar todas las mediciones para elaborar el esquema del circuito de calefacción.
3. La siguiente etapa es el cálculo de la transferencia térmica. Para ello, es necesario realizar cálculos y seleccionar el esquema de calefacción óptimo que cumpla con los estándares básicos de construcción y los requisitos individuales del cliente.
4. Cuando todos los cálculos están terminados, se realizan los planos.
5. La última etapa es la elaboración y entrega del proyecto terminado del sistema de calefacción al cliente.

La tarea principal del diseño es calcular el área correcta del equipo de calefacción, seleccionar los diámetros adecuados de las tuberías. También determinar el rendimiento de las bombas, calcular los puntos de inserción de válvulas y nodos del sistema. Por lo tanto, es aconsejable confiar el proceso a profesionales.

Si desea realizar los cálculos por su cuenta, le recomendamos leer el artículo en el que, a modo de ejemplo, realizamos el cálculo del sistema de calefacción para una casa particular.

¿Qué información necesitan los técnicos?

Antes de que comiencen los trabajos de instalación, se debe discutir con los especialistas todos los detalles, mostrar su visión del sistema de calefacción.

Es necesario proporcionar a los técnicos:

• información completa sobre los materiales de los que están hechos el techo del edificio, los pisos de las paredes, las ventanas;
• plano de la casa de una planta;
• planos donde se marcan las ubicaciones de los nodos de fontanería.

La vida útil del sistema de suministro de calor no solo depende de la calidad del diseño de ingeniería y la instalación hábil, sino también de los materiales seleccionados, el equipo de caldera instalado, así como el uso racional de los elementos calefactores.

Conclusiones y video útil sobre el tema

En el video, esquema 3-D, diseño e instalación del sistema de calefacción de disposición monotubo en una casa particular de una planta:

La representación esquemática de un sistema de calefacción bitubo de polipropileno, la conexión correcta del equipo de caldera y la instalación de radiadores de calefacción se demuestran en el video:

En el video se analiza detalladamente un proyecto típico de calefacción y el cálculo de pérdidas térmicas:

Los sistemas modernos de suministro de calor son atributos esenciales del funcionamiento de casas particulares, chalets y otros objetos de construcción. Un diseño realizado profesionalmente es la clave para un funcionamiento eficiente, confiable y a largo plazo sin fallos de la red de calefacción individual.

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