Distribución óptima de la calefacción en una casa particular: comparación de todos los esquemas típicos

Al resolver la tarea de calentar una vivienda, existen muchas combinaciones para construir el sistema de suministro y retorno del fluido caloportador. Cada distribución de calefacción en una casa particular puede clasificarse según varios criterios.

Le proponemos que comprenda los matices de la instalación y el funcionamiento de las opciones posibles. La comprensión de los principios de diseño, las ventajas y desventajas de cada tipo de distribución, ayudará a planificar la geometría del sistema y su disposición teniendo en cuenta las características individuales de la habitación.

Modelado de la geometría óptima del circuito

Para una casa particular, se pueden diseñar varios circuitos cerrados de agua que calentarán diferentes habitaciones. Pueden diferir significativamente entre sí según el tipo de distribución.

Al diseñar, en primer lugar, se parte de la funcionalidad del sistema, así como de la geometría óptima desde la perspectiva de minimizar costos, facilidad de instalación y la posibilidad de integrar los elementos de calefacción en el diseño de las habitaciones.

Circulación natural y forzada del agua

El calentamiento del fluido caloportador para la calefacción del hogar se produce en uno o varios dispositivos ubicados en el interior. Pueden ser estufas, chimeneas, así como calderas de gas, eléctricas o de combustible sólido.

La presión del agua en el circuito se garantiza mediante el uso de bombas de circulación o mediante la configuración de la geometría del sistema que permite crear condiciones para la circulación natural.

También la fuente de agua caliente puede ser un sistema de calefacción centralizado para varias casas. En caso de presión débil, es posible conectar bombas de circulación para generar presión adicional y aumentar la velocidad del desplazamiento del líquido por las tuberías.

La instalación de una bomba de circulación crea suficiente presión en el sistema, permitiendo el uso de opciones de distribución que no se pueden aplicar con circulación natural.

Al elegir la opción con circulación natural del refrigerante o baja presión en las tuberías en calefacción centralizada, es necesario considerar atentamente la posibilidad de aprovechar al máximo las leyes físicas que permiten iniciar y mantener el movimiento del líquido.

Un elemento obligatorio de la distribución en este caso es el colector de aceleración. Se trata de un tubo vertical por el cual el agua caliente asciende, luego se distribuye a los aparatos de calefacción y, tras perder su temperatura inicial, desciende.

Debido a la diferente densidad, se produce una diferencia de presión hidrostática entre la columna de líquido caliente y fría, que es la fuerza motriz para la circulación del agua.

Distribución vertical y horizontal

La conexión de agua caliente a los radiadores puede realizarse de diferentes maneras. La distribución se divide convencionalmente en vertical y horizontal, según la posición de las tuberías (columnas) que suministran agua directamente a los radiadores de calefacción.

En las casas modernas, se utiliza con más frecuencia la distribución horizontal que la vertical. La razón es que los esquemas de ubicación de los radiadores en diferentes pisos rara vez coinciden.

Los esquemas verticales con suministro superior de agua caliente aprovechan al máximo la diferencia de presión hidrostática entre los segmentos cálido y frío del circuito, por lo que casi siempre se utilizan en circulación natural, así como en sistemas de baja presión.

Además, estos esquemas son funcionales durante una parada de emergencia de la bomba, que puede ocurrir debido a su avería o falta de electricidad.

La distribución con suministro inferior prácticamente no se utiliza en calefacción con circulación natural. En caso de tener buena presión en el sistema, su uso está justificado, ya que este esquema tiene dos ventajas significativas respecto a la alternativa.

Ventajas del esquema:

• menor longitud total de las tuberías utilizadas;
• no es necesario pasar la tubería por el ático o por nichos técnicos bajo el techo del segundo piso.

El esquema horizontal de distribución de calefacción se utiliza para casas particulares de una planta. Si el edificio tiene dos o más plantas, a menudo se usa cuando, desde el punto de vista del diseño, las columnas verticales no son deseables.

Las tuberías horizontales que suministran y evacuan el agua pueden integrarse orgánicamente en el interior de las habitaciones, así como ocultarse bajo el suelo o en nichos a nivel del suelo.

Selección de la opción de uno o dos tubos

El suministro de agua caliente y la evacuación del agua enfriada para el sistema de calefacción de una casa particular se puede realizar mediante uno o dos tubos. Cada variante tiene aspectos positivos y negativos, así como características de uso según el tipo de distribución.

Desde la perspectiva del diseño de interiores, la presencia del segundo tubo no tiene ningún impacto en la apariencia del sistema de calefacción gracias a la variante de conexión inferior del sistema a los radiadores y a la posibilidad de reducir los diámetros de los tubos.

Uso del esquema de conexión de un tubo

El esquema de calefacción por agua de una casa particular que utiliza un solo tubo para suministrar agua caliente y evacuar el agua enfriada se denomina de un solo tubo. La principal ventaja de este sistema radica en minimizar la longitud de los tubos.

Principales ventajas de la variante:

• menores costes en la adquisición de elementos del sistema de calefacción;
• montaje más sencillo y rápido;
• menor riesgo de avería.

La principal desventaja de la calefacción monotubo es la disminución gradual de la temperatura del agua, que pasa secuencialmente a través de todos los radiadores en el circuito.

Por lo tanto, es necesario utilizar una superficie algo mayor en los últimos radiadores (mayor número de elementos), lo que a menudo anula el beneficio económico de minimizar la longitud de los tubos.

Además, debido a este inconveniente, existen limitaciones para un solo circuito en la cantidad de radiadores que se pueden conectar. Si hay demasiados, los últimos en el recorrido del fluido calefactor prácticamente no irradiarán calor.

Además, surge un problema al calcular la transferencia de calor. Aquí es necesario considerar que la desconexión de los primeros radiadores del sistema de calefacción provoca un aumento de la temperatura del agua entrante para los dispositivos posteriores.

No tiene sentido aplicar esquemas monotubo con distribución vertical inferior, ya que la longitud de las tuberías será la misma que en la variante bitubo, lo que nivela todas las ventajas, pero deja las desventajas.

Si el retorno del fluido calefactor ocurre por la misma ruta que la alimentación, entonces la longitud total de las tuberías en ambas variantes es prácticamente la misma.

La conexión del aparato de calefacción, por lo general, se realiza a través de un bypass, para poder apagar cualquiera de ellos sin detener la circulación del agua por el circuito.

Para ahorrar en grifos, se puede omitir el desvío de agua a través de la derivación, pero entonces será necesario detener el funcionamiento de esa parte del sistema y drenar el agua si es necesario reemplazar o reparar el radiador.

La opción más económica es utilizar una sola tubería de acero de 1,5-2 pulgadas de diámetro sin radiadores de calefacción. La ausencia de grifos y accesorios hace que este sistema sea también el más práctico debido a la minimización del riesgo de fugas o roturas de agua.

Para más detalles sobre el cálculo del sistema de calefacción monotubo, lea en este artículo.

Aplicación de la opción de calefacción de dos tubos

Al esquema del circuito de calefacción, donde se usa una tubería para suministrar agua caliente a los dispositivos de calefacción y otra para devolver el agua enfriada, se le denomina bitubo.

Sus principales ventajas:

• la temperatura del agua suministrada a todos los radiadores es la misma;
• la desconexión de uno o varios radiadores no afecta la temperatura del agua suministrada a los demás dispositivos de calefacción;
• las limitaciones en la cantidad de radiadores para un solo circuito de calefacción dependen únicamente del volumen de paso de las tuberías.

La principal desventaja de esta distribución es un cierto aumento en la longitud de las tuberías.

Esto conlleva algunas desventajas adicionales:

• aumentan los costos de adquisición e instalación de los elementos del sistema de calefacción;
• se complica la integración en el interior de una casa particular.

La cantidad de accesorios y válvulas en un sistema de dos tubos es casi la misma que en un sistema de un solo tubo.

Para el esquema de flujo concurrente del refrigerante, la longitud total de las tuberías al usar un sistema de dos tubos aumenta en la distancia entre el primer y el último radiador. A veces es insignificante en comparación con toda la extensión del circuito.

Dependiendo del movimiento relativo del agua caliente y enfriada, los esquemas de distribución de dos tubos se dividen en dos tipos:

• de flujo concurrente;
• sin salida (en fondo de saco).

Esquema de flujo concurrente. Ambos flujos se mueven en la misma dirección y, por lo tanto, la longitud del ciclo de circulación del refrigerante es la misma para cada radiador. En este caso, se produce un calentamiento uniforme en velocidad al arrancar el sistema de calefacción.

Variante sin salida. La dirección del movimiento del agua caliente y fría es opuesta. El calentamiento de los radiadores más cercanos a la caldera ocurre más rápido.

Cuanto menor sea la velocidad del agua, más notable es este efecto, por lo que con circulación natural, el calentamiento de algunas habitaciones ocurrirá mucho más lentamente que el de otras.

Si se utiliza una bomba de circulación o la distancia entre el primer y el último radiador en el circuito es insignificante, entonces el efecto de calentamiento desigual en la distribución de dos tubos sin salida es imperceptible. Entonces, la elección a favor de una u otra variante se debe únicamente a consideraciones de conveniencia para el tendido de la tubería de retorno.

Inclusión del colector de distribución en el sistema

En los últimos tiempos, una forma popular de organizar la calefacción por agua es el llamado “esquema radial” con el empleo de un colector de distribución.

Este método de distribución funciona de forma fiable solo cuando la presión del agua en el sistema es buena, por lo que no se emplea en la circulación natural.

La distribución radial consiste en conectar cada dispositivo de calefacción (o un grupo reducido de ellos) directamente al colector de distribución, el cual reparte el agua caliente y recoge el agua enfriada.

Sistema de conexión radial de radiadores

La división más uniforme y controlable del flujo del refrigerante hacia los aparatos de calefacción se puede lograr mediante un colector de distribución.

El dispositivo incluye dos peines (colectores), en uno de los cuales entra agua caliente desde la caldera y se distribuye a los radiadores, mientras que en el otro el agua enfriada regresa y se dirige de vuelta a la caldera.

La conexión de los radiadores a través del colector de distribución se realiza en paralelo, por lo que con este tipo de distribución se logra una diferencia mínima de temperatura del fluido caloportador suministrado a los dispositivos de calefacción.

Esto facilita considerablemente el cálculo de los parámetros de los radiadores en la etapa de diseño, y también permite ajustar fácilmente la potencia de cada dispositivo durante el período de funcionamiento.

La segunda ventaja importante de este tipo de cableado es la posibilidad de controlar los parámetros de suministro de refrigerante a todos los dispositivos desde un solo lugar. El colector se coloca en un armario especial con acceso a indicadores y elementos de control: válvulas, grifos y bombas.

Esto es conveniente para regular el microclima de la casa y permite integrar más fácilmente los radiadores en el interior de la habitación.

Entre las desventajas de los sistemas con esquema de cableado de calefacción por colector se debe considerar la longitud máxima de las tuberías de ida y retorno hacia los radiadores. Esta opción es la más costosa en cuanto al precio de los elementos del circuito y la más compleja de instalar, además requiere cierta cualificación.

El uso del colector para conectar dispositivos de calefacción de diferentes tipos requiere un buen conocimiento del tema de la calefacción por agua, y a veces la realización de cálculos hidráulicos para el funcionamiento normal de dichos sistemas.

Por lo general, las tuberías en la distribución radial de calefacción se instalan en la solera del piso. Esto significa que diseñar e instalar dicho sistema es necesario durante la construcción o la renovación importante de una casa particular.

Realizar la opción de colector para conectar radiadores o cambiar la geometría de los circuitos en habitaciones con reformas interiores ya realizadas es bastante complicado. Esta es la segunda desventaja significativa de este tipo de cableado.

Reglas para el uso de suelo radiante

Una forma cómoda y muy popular de calentar espacios habitables – la instalación de suelo radiante. Si el área a calentar es pequeña, se puede optar por un solo tubo colocado en la solera del piso.

La conexión del suelo radiante al sistema de calefacción a través de un colector de distribución es la única opción posible para calentar grandes superficies de esta manera.

Para grandes superficies, el uso de una sola tubería es imposible por las siguientes razones:

• la cantidad de calor suministrado no será suficiente para calentar toda la habitación, además, esta calefacción será desigual;
• con una gran longitud, surge una fuerte resistencia hidrodinámica del flujo de fluido, lo que conduce a un consumo excesivo de electricidad para generar presión y aumenta el riesgo de rotura de agua en las uniones.

Por lo tanto, en áreas significativas de suelo radiante, el uso de varios tubos no es un deseo, sino una necesidad.

En este caso, la conexión se realiza a través de un colector de distribución.

A menudo, el colector se equipa con una unidad mezcladora para regular la temperatura del agua suministrada a las tuberías del suelo radiante. Esto se debe a que, por lo general, para los radiadores de calefacción se utiliza un líquido con un rango de temperatura de 70-80°C, mientras que para el suelo radiante se necesitan alrededor de 40°C.

La regulación de la temperatura a través del mezclador es fiable, lo cual es muy importante, ya que un exceso de temperatura puede provocar una deformación significativa del revestimiento del suelo: linóleo, laminado o parqué.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Representación esquemática de la distribución de calefacción en una casa grande de dos pisos. Sistema de dos tubos (paralelo y de retorno directo) y suelo radiante, conectados a través de colectores. Eliminación del conflicto de las bombas de circulación mediante un separador hidráulico:

Esquema radial para la calefacción de un edificio de dos plantas. Como aún no se ha realizado el acabado final, se ve claramente toda la distribución. Detalles de la colocación de tuberías en el suelo bajo la capa de hormigón:

Opinión de un instalador experimentado de sistemas de calefacción sobre los diferentes esquemas utilizados en casas particulares. Resumen de ventajas y desventajas de la circulación natural, sistemas monotubo, bitubo (paralelo y de retorno directo) y distribución por colectores:

Las distribuciones de calefacción presentadas son estándar y pueden modificarse teniendo en cuenta la geometría de las habitaciones, los valores de temperatura requeridos u otros factores. Al modificar los esquemas, es necesario cumplir con las leyes y principios fundamentales de la física, la hidráulica, la ciencia de los materiales y otras disciplinas.

En caso de resolver problemas complejos o atípicos, es mejor consultar a especialistas, ya que la modificación de los sistemas de calefacción puede resultar incluso más costosa que su diseño e instalación.

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