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¿Qué son los puentes térmicos?

Puente térmico

Cuando hablamos de los puentes térmicos los asociamos a las envolventes de un edificio o vivienda. Puede ser una zona puntual o linear, en la que se transmite más fácilmente el calor que en las zonas de alrededor. Esta transmisión del calor se debe a una variación de la resistencia térmica, provocada por un cambio en el tipo de materia utilizado. Se trata de un lugar en el que al haber otro tipo de material, se rompe la superficie aislante. Un puente térmico puede aparecer por dos motivos principales, ya sea debido a un cambio en la geometría de la envolvente, o por un cambio de materiales o de resistencia térmica.

¿Qué pasa en las edificaciones modernas?

En lo que respecta a las edificaciones modernas, antes de hacerse común el aislamiento térmico de los edificios, los puentes térmicos representaban entre el 10 y el 20% de las pérdidas totales de calor. Avanzando en el tiempo, cuando empezamos a preocuparnos más por el aislamiento de nuestras viviendas, el porcentaje de pérdidas por los elementos planos bajó mucho, mientras que el de los puentes térmicos aumentó notablemente. En la actualidad, las normativas obligan a reducir la demanda y el consumo energético de los edificios. Por este motivo se buscan soluciones técnicas y arquitectónicas que mejoren este aspecto, o técnicamente hablando se busca la “rotura del puente térmico”. El Código Técnico de la Edificación (CTE), en su apartado ¡Ahorro de Energía!, obliga a soluciones constructivas para reducir al mínimo las pérdidas por los puentes térmicos.

 

Cálculo de un puente térmico

Para hacer el cálculo de un puente térmico debemos tener ciertos conocimientos de termodinámica. Por eso, el primer paso es diferenciar entre calcular y estimar. En muchas ocasiones, se estiman las pérdidas energéticas de los puentes térmicos utilizando tablas. Y algunas de esas tablas las podemos encontrar en el documento de apoyo del DB-HE del CTE. Y exponemos algunos ejemplos extraídos del mencionado documento.

En estos ejemplos, las tablas indican la Transmitancia Térmica del puente térmico. La transmitancia térmica es: “la medida del calor que fluye por unidad de tiempo y superficie, transferido a través de un sistema constructivo. Formado por una o más capas de material, de caras planas paralelas”.

1.Puentes térmicos en pilares de fachada con continuidad de aislamiento por exterior:

Puentes térmicos en pilares de fachada con continuidad de aislamiento por exterior

 

2. Puentes térmicos en pilares de fachada con continuidad de aislamiento por interior:

Puentes térmicos en pilares de fachada con continuidad de aislamiento por interior

 

En los dos primeros casos el aislamiento es continuo, por lo que no afecta que el pilar este fuera o dentro de este aislamiento. Y por ello se utiliza la misma tabla.

Tabla Puentes térmicos en pilares de fachada sin continuidad de aislamiento

 

3.Puentes térmicos en pilares de fachada sin continuidad de aislamiento:

Puentes térmicos en pilares de fachada sin continuidad de aislamiento

 

4. Puentes térmicos en la unión de ventanas y paredes:

Puentes térmicos en la unión de ventanas y paredes

Fuente de las imágenes: Documento Básico para el Ahorro de Energía – ©CTE

 

Importancia de su control: eficiencia energética y efectos negativos

Como ya hemos explicado, un puente térmico es un punto o zona donde se pierde el aislamiento o este es menor. Por ello la energía que nosotros empleamos en calentar o enfriar el interior de nuestra vivienda, se escapa más fácilmente por estos puntos. Una situación que nos debe preocupar por varios motivos.

1. Económicamente: el primero es el económico, ya que por estos puntos se esta escapando la temperatura que estamos consiguiendo con nuestro sistema de calefacción o el aire acondicionado.

2.Control de la humedad: es un punto donde condensara el vapor de agua del aire interior de la vivienda, produciendo humedad. Esta humedad es la responsable de un deterioro más rápido de esa zona. Así que, necesitaremos con más frecuencia de un mantenimiento (eliminación de la capa de material, reposición, pintura, etc.).

3. Medio Ambiente: no podemos olvidarnos del efecto negativo sobre el Medio Ambiente. Ya que si perdemos el calor o el frío que hemos conseguido con gas, gasóleo, o electricidad, se tendrá que generar más, consumiendo más energía. De un modo u otro va a afectar a la naturaleza.

 

¿Afectan los puentes térmicos a la demanda de calefacción y aire acondicionado en casa?

Los puentes térmicos son un punto en que el calor se transmite con mayor facilidad. Por ello, son puntos donde perderemos más fácilmente el calor o el frio que nuestro sistema de climatización ha tenido que generar. Por este motivo, en todos los ámbitos de la construcción y mejora de las viviendas, se estudia la forma de minimizarlo. Una forma de paliar este efecto y por consiguiente conseguir la rotura del puente térmico es introduciendo un material aislante en medio de las ventanas. ¿Cómo? En los cristales se han desarrollado conjuntos de 2 o 3 vidrios con una cámara intermedia, en la cual se ha hecho el vacío. Con esto se consigue que se transmita mucho menos calor de un lado de los cristales al otro.

Otra innovación que se ha hecho es en el material del perfil de la ventana. Antiguamente se utilizaba madera. La madera es de por sí un material aislante y por ello el efecto que causaba era mínimo, comparándolo con el vidrio simple que tenían las ventanas. Con la introducción de las ventanas metálicas, bien de hierro inicialmente, bien de aluminio, el efecto de la transmisión del calor se acentuó. Recordemos que todos los metales son muy buenos transmisores del calor. Para solucionar este problema los fabricantes implementaron un aislante de forma que se interrumpe el metal.

Fuente de la imagen: ®archiproducts.com

 

Además, dentro de las últimas innovaciones, encontramos la aparición del PVC con baja emisión de humos con halógenos. Al ser un material plástico tiene una baja transmisión del calor. Pero no sólo eso, sino que es un material clasificado como M1 que corresponde a un material no inflamable o difícilmente inflamable.

 

Passivhaus: ¿clave para la eliminación de los puentes térmicos?

La técnica de Passivhaus es mucho más exigente que el propio CTE. Ambos están orientados hacia edificios energéticamente eficientes. Pero el Passivhaus va más allá y busca que el edificio construido tenga un consumo mínimo de energía. Llegando a rangos inferiores a los 15 kW/m2•año en el consumo de la calefacción o aire acondicionado. Y los 120 kW/m2•año de energía primaria.

¿Sabías que los puentes térmicos son uno de los puntos más importantes que tiene en cuenta la técnica del Passivhaus?

Lo que intenta es minimizar al máximo los efectos perjudiciales de los estos. El objetivo ideal es intentar construir un edificio libre de puentes térmicos. ¿Cómo? El técnico debe estudiar muy detenidamente el contorno del edificio, puesto que la base de un buen diseño es el análisis de todos los cerramientos del edificio. En este sentido, resulta especialmente importante la continuidad de los mismos tanto en el interior de cada fachada como en todas las uniones con pilares, forjados, huecos, aleros, balcones, cubierta, etc.. De esta manera se asegura que el aislante mantiene la continuidad en toda la envolvente del edificio. Con esto conseguimos que no se deje nada a la improvisación en ningún punto conflictivo, asegurando la calidad de la ‘piel’ de la vivienda.

Energía solar termodinámica: alternativa energética

En estos días, donde las energías alternativas están cobrando un papel protagonista en el sector energético, el desarrollo de tecnologías de última generación, como ventanas o celdas o paneles solares termodinámicos, están aportando un valor añadido al mundo de las energías renovables tal y como lo conocemos. Y es que no debemos olvidar que 2020 va a suponer para España y toda Europa un cambio en relación a la eficiencia energética. Es el comienzo para alcanzar consumo energético casi nulo. Una nueva situación que afecta, en mayor medida, a los edificios con la nueva directiva de eficiencia energética establecida por la Unión Europa (EPBD). Una normativa con la que se espera un ahorro de energía de entre el 60% y el 80% en los nuevos edificios. Por ello el compromiso con el desarrollo de nuevas tecnologías, permite maximizar la calidad del sector. Así como el bienestar y habitabilidad del planeta. Un compromiso que podemos encontrar en la energía solar termodinámica.

¿Qué es la energía solar termodinámica?

La energía solar termodinámica es una evolución de la energía solar tradicional. Es un novedoso sistema que aprovecha la diferencia entre la temperatura del líquido que hay en los paneles termodinámicos y la temperatura ambiente. ¿Y cómo se produce esto? Los paneles solares termodinámicos llevan un líquido refrigerante a una temperatura muy baja que produce un intercambio de calor con la temperatura ambiente. Siempre y cuando no sea más baja que la del líquido refrigerante. Esto permite producir energía en cualquier momento del día. Es decir, tanto de noche como en condiciones climatológicas adversas, lluvia, viento, etc. Y es aportando agua caliente sanitaria, calefacción y soporte para piscinas. Así que al poder funcionar con diversas condiciones climatológicas, la instalación de un panel solar termodinámico no está limitada únicamente a regiones con muchas horas de sol. Todo un beneficio.

¿Sabías que las placas solares termodinámicas tienen un ahorro estimado de un 75% en el consumo eléctrico?

Además, su vida útil suele rondar los 25 años. Están fabricados generalmente en aluminio, por lo que su peso es bastante ligero. Alrededor de 8 kg. Es un material muy resistente a las variaciones de las temperaturas, así como a la abrasión y al desgaste. El precio de una instalación de un panel solar termodinámico suele estar entre los 1.500€ – 3.000€. Pero este puede variar según el número de paneles y la dificultad de la propia instalación.

Aplicaciones de la energía solar termodinámica

Para mantener una buena relación, la producción de energía solar térmica debe ser de 4 KW con un consumo de 1KW. Cuando la energía solar térmica se mantiene a un nivel similar al del consumo, no estamos logrando ahorro. Por este motivo, antes de llevar a cabo la instalación de un panel solar termodinámico, debemos tener en cuenta este aspecto y valorar si podremos generar la suficiente energía solar térmica para que sea rentable. No solo habrá que tener en cuenta la propia instalación, sino también, valorar la situación meteorológica en la zona en la que queramos aprovechar la energía solar termodinámica.

Cómo funciona la energía solar termodinámica

A primera vista, una instalación de este tipo parece similar a una instalación de paneles solares convencionales, si bien su modo de funcionamiento es completamente diferente y resultaría similar a un sistema de climatización por bomba de calor. En una instalación convencional de paneles solares circula un fluido que se calienta a su paso por los paneles debido a la incidencia directa de los rayos solares. Este tipo de energía solar aprovecha el calor para calentar agua. El agua es transformada después en vapor, que a su vez mueve unas turbinas. La acción de esas turbinas es lo que permite producir electricidad. No se produce electricidad directamente. Esta es una manera muy similar a cómo se obtiene energía eléctrica partiendo de la quema de combustibles fósiles. En este caso, no hace falta quemar nada para que se puedan mover las turbinas, el calor del sol lo hace y, además, al ser vapor de agua, no hay residuos nocivos de ninguna clase.

Importante en lo que se refiere a su funcionamiento

No hay que olvidar, que es necesaria una gran cantidad de calor para conseguir ese efecto y eso se consigue concentrando el calor del sol en unos puntos muy determinados. Por eso, no se usan paneles solares fotovoltaicos, que emplean un principio muy diferente, sino que se utilizan colectores de energía. Cuando éramos pequeños aprendimos en la escuela que, con una lupa y un día soleado, podíamos concentrar la energía del sol en un punto. En ese caso, conseguimos tal concentración de calor que se pueden incluso prender cosas que ardan. El funcionamiento de la energía solar termodinámica es, a grandes rasgos, lo mismo. El calor en este caso no se concentra sobre un punto para que arda, sino sobre lo que se llama un fluido termovector. Este fluido tiene unas excelentes capacidades de transmisión del calor y suele estar compuesto de agua y anticongelante. Después, entra en contacto con agua y produce el vapor que mueve las turbinas.

¿Qué beneficios tiene la energía solar termodinámica?

  • Mantenimiento: estas instalaciones necesitan un mantenimiento mínimo.
  • Gas refrigerante: no es necesario recargar periódicamente el gas refrigerante. Además, no es tóxico y las fugas son fácilmente detectables.
  • Menos control de funcionamiento: Los paneles no tienen que purgarse, ni ser cubiertos en verano para proteger la instalación contra sobrepresiones.
  • Efectivos 365 días: en invierno no se corre el riesgo de que los paneles se congelen.
  • Sin sistemas de apoyo: las instalaciones termodinámicas garantizan por sí mismas el 100% del suministro sin necesidad de calderas de apoyo.
  • Alta calidad de material: panel muy ligero (7,6 kg) y ultra plano (grosor 2 cms).
  • Fácil instalación: no necesita ningún tipo de obra ni refuerzo del tejado y se pueden utilizar por las dos caras. Además, la instalación se puede realizar en menos de 4 horas.
  • Duraderos: los materiales con los que están fabricados son anticorrosivos y pueden durar varias décadas, no tienen problemas de congelación ni de dilatación.
  • Eficiente: este sistema es un 20% más eficiente que los sistemas térmicos en el mercado. Capaz de trabajar durante todo el año con o sin radiación solar. ACS durante los 365 días del año día y noche.

Energía solar térmica y termodinámica: ¿es lo mismo?

No. Es muy frecuente confundir la energía solar termodinámica con la térmica , ya que ambas hacen uso de los rayos solares para funcionar. Sin embargo, la principal diferencia entre ambas es que en la térmica, solo es posible generar energía a partir de la radiación solar. Mientras que la energía solar termodinámica puede servirse del viento, de la lluvia o del propio aire. Esto se debe a que los paneles solares termodinámicos funcionan por la diferencia de temperatura. Es decir, siempre que la temperatura del panel sea superior a los -7º, el sistema podrá proporcionar agua caliente sanitaria a unos 60º.

En lo que respecta al propio funcionamiento, también hay diferencias en la instalación de un panel solar termodinámico. En esta se utiliza una bomba de calor que tiene ganancia solar. Sin embargo, en la solar térmica se utiliza un acumulador de calor. Por último, la energía térmica debe estar siempre orientada al sur. De este modo, puede obtener la mayor cantidad de luz solar a lo largo del día. Por el contrario, en la energía solar termodinámica puede existir cierta variación en su posición. El motivo estás en que, como hemos dicho, es posible utilizar otras condiciones meteorológicas para funcionar.

Evolución del aire acondicionado: desde la antigüedad hasta nuestros días

Para llegar al aire acondicionado como lo conocemos en la era Moderna tenemos que retroceder algunos siglos. Desde tiempos remotos el ser humano siempre ha buscado a través de diferentes técnicas la forma de climatización y/o refrigeración.

Fuente de la imagen: National Geographic

Por ejemplo, ¿sabías que en el antiguo Egipto ya se utilizaban sistemas y métodos para poder reducir el calor? La técnica que utilizaban era principalmente para mejorar la sensación de calor dentro del palacio del Faraón, que contaba con unas paredes formadas de enormes bloques de piedras con un peso superior al de las 1.000 toneladas. El sistema no era otro que utilizar a 3.000 esclavos durante la noche para desmantelar las paredes y cargar las piedras al desierto. ¿Por qué? El clima por la noche en el desierto disminuye a niveles muy bajos y eso hacía que las piedras se enfriasen de manera notable. Tras pasar la noche en el desierto, poco antes de que amaneciera se volvían a colocar las piedras en el palacio. Una acción que hacían cada noche y que permitía al Faraón contar con una temperatura media en palacio de unos 26°C.

Por otro lado, ¿sabías que en la antigua India se colgaban esteras de hierba húmeda en las puertas y ventanas para así al entrar aire disminuyera la temperatura. ¿O que en algunos palacios del Imperio Musulmán las paredes estaban llenas de vegetación que se rociaban de agua continuamente para que la evaporación hiciera que se enfriara el ambiente?

Técnicas modernas

Y es que el ser humano siempre ha estado a la búsqueda de nuevas técnicas. Si nos vamos al año 1555, se tiene constancia de que se llevó a cabo el primer procedimiento técnico para acondicionar el aire, basado en un ventilador artificial utilizado, sobre todo, para las cuevas de minas. No sería hasta 1711 cuando Johann Justus Bartels ideó el primer ventilador que funcionaba para ambientes cerrados, como túneles.

En 1715 el francés Gaugger sería quien publicase, tras un estudio sobre la ventilación, su importancia para poder combatir enfermedades de tipo infecciosa. Una idea que llevaron a cabo en 1741 Stephen Hales y Martin Friewald cuando inventaron el acondicionados de aire para las habitaciones de hospital y los camarotes de los barcos. Un invento que estaba construido a través de dos palas grandes de molino. Su función era bombear el aire y dirigirlo a través de tubos para generar corrientes de aire.

100 años más tarde, sería el médico norteamericano John Gorrie quién creó la primera máquina frigorífica que utilizaba el conocido principio de expansión de aire para aliviar el calor a sus enfermos. Ya en 1842 el físico y matemático Lord William Thomson Kelvin inventó el principio del aire acondicionado. Con el objetivo de conseguir un ambiente agradable y sano, el científico creó un circuito frigorífico hermético basado en la termodinámica: absorción de calor a través de un gas refrigerante.

1902: llegada del aire acondicionado moderno

Sería en el año 1902 cuando el estadounidense Willis Haviland Carrier sentara las primeras bases de la refrigeración tal y como la conocemos. Carrier, con seis colegas, invirtió 32.600 dólares en su propia compañía, Carrier Engineering Corporation. Empresa dedicada exclusivamente al aire acondicionado y muy centrada en la investigación e innovación tecnológica de este producto, sobre todo aplicado al sector industrial. Algunos de sus primeros clientes fueron el Madison Square Garden y los departamentos del senado de los Estados Unidos y la cámara de representantes.

Fuente de la imagen: Carrier

Ya más adelante, en 1921, el propio Carrier patentó una máquina de refrigeración centrífuga, que fue el primer invento que permitía enfriar grandes espacios. Esto llevó a la compañía a ser pionera en diseño y fabricación de máquinas de refrigeración de espacios grandes. Aumentando la producción industrial durante el verano. El aire acondicionado revolucionó, sin duda, la vida norteamericana.

Aire acondicionado para viviendas

Pero no fue hasta 1928 cuando Carrier desarrolló el primer equipo dedicado a enfriar y calentar los hogares. Invento que lamentablemente, en un primer momento, acabó chocando con la gran depresión económica de los Estados Unidos, que hizo que sus ventas no cumplieran las expectativas creadas. Pero a partir de la II Guerra Mundial la situación cambió y comenzó a extenderse la compra de los sistemas de refrigeración en todo el país y a nivel mundial.

La importancia de un hogar bien climatizado

No encontrar este confort en el hogar puede tener consecuencias directas en nuestra salud. En primer lugar, en una casa mal ventilada la humedad se acumula en techos, alfombras y paredes. Además, los altos índices de agua en el ambiente ocasionan microclimas idóneos para la proliferación de ácaros y moho. Por otro lado, la temperatura adecuada de una vivienda debe estar en torno a los 20ºC. No podemos olvidar que tanto el calor como el frío se escapan a través de puertas y ventanas. Por lo que una buena solución para combatir estos problemas es la instalación de un equipo de climatización.

Otras alternativas de refrigeración

Fuente de la imagen: Fotolia

  • Refrigeración evaporativa

Es un proceso que se ha utilizado desde hace siglos como enfriador de aire. Sus principales ventajas son su elevada eficiencia energética, su seguridad y el respeto por el medio ambiente. Es un proceso natural que se basa en la utilización del agua como un refrigerante. Gracias a ello, es posible la transmisión a la atmósfera de todo el calor que resulta excedente en las máquinas de tipo térmico. Los equipos más comunes que emplean el enfriamiento evaporativo son los condensadores y las torres de enfriamiento.

  • Sistema aerotérmico de ventilación

Uno de los métodos que mejor funcionan para obtener una buena ventilación y a la vez conseguir eficiencia energética, que nos permite tener una temperatura confortable en nuestra vivienda, es el sistema por aerotermia. Este tipo de sistema es muy eficiente no sólo para la refrigeración de las casas en verano, sino incluso, para calentar las estancias en invierno.

  • Ventilación mecánica o inteligente

Dentro del sistema de ventilación mecánica encontramos por un lado la ventilación mecánica controlada que funciona con una central de ventilación que fuerza la extracción del aire para renovarlo y garantizar así la calidad del aire interior. Este tipo de ventilación permite gestionar eficientemente el consumo energético a la hora de renovar el aire interior de un espacio.

  • Aire acondicionado solar

Este tipo de sistemas cuentan con el mismo funcionamiento que un aire acondicionado tradicional, pero obtienen la energía del sol. Para ello, cuenta con paneles fotovoltaicos integrados para poder absorber la energía solar y así alimentar el sistema de aire acondicionado. Cuando hablamos de aire acondicionado solar podemos diferenciar dos tipos: el solar híbrido y el por absorción.

Historia del calentador de agua

Hoy en día, vemos de lo más natural tener algún electrodoméstico en casa que nos caliente el agua para ducharnos, lavar la vajilla, lavar la ropa, limpiar los suelos, etc. Pero eso no ha sido siempre así, y casi podemos decir que es algo muy joven. Porque apenas hace 150 años no existía ningún equipo o electrodoméstico en las casas que proporcionase esa comodidad, y solo los más afortunados podían calentar agua en el hogar de leña o carbón, utilizando un recipiente que servía igual para cocinar.

Orígenes y evolución: ¿quién lo inventó y por qué?

Retrocediendo en el tiempo, Heródoto explicaba que si hacía falta tomar un baño caliente, el mejor método era verter agua sobre piedras calientes. También recordamos los baños romanos, hace ya 2000 años. Todo un lujo solo para los más privilegiados de la época. Un gran adelanto en tema de higiene personal, pero aún como una instalación comunitaria

Fuente de la imagen: English Heritage. Reconstrucción de la casa de baños del siglo IV en el fuerte romano de Housesteads, en el Muro de Adriano.

 

El mundo Islámico también tuvo su aportación con el hammam, que es un baño de vapor húmedo con orígenes en las termas romanas, llamado en Francia «bain maure» («baño moro», refiriéndose a los de la España musulmana de Al-Andalus) o «baño turco» por los demás occidentales. Unos siglos más tarde se produce otro hecho importante. Horace de Saussure inventó en 1767 lo que él mismo llamó «la caja caliente». Esta consistía en una caja acristalada por la parte por la que entran los rayos del sol, mientras que el interior iba pintado de negro. Salvo la cara de cristal, todas contaban con material aislante que permitía retener el calor en el interior. De esta manera, las temperaturas que se alcanzaban podían llegar a los 109º. Este pequeño invento era, nada más y nada menos, que el primer colector solar de la historia de la energía solar térmica.

Fuente de la imagen: Solar Cookeng International. “Caja caliente” de Horace de Sausurre, 1767.

Pero el padre de los calentadores podemos decir que se invento hace unos 150 años, en Londres. En el año 1868, un pintor de casas llamado Benjamin Waddy Maughan patentó el primer calentador de agua instantáneo para uso doméstico que no usaba combustible sólido. Antes de la invención de Maughan, los hogares calentaban el agua en tandas sobre una estufa de gas, un procedimiento incómodo. El invento de Maughan, quien lo bautizó Geyser por los chorros de agua caliente que salen de la tierra, permitía que el agua fría en la parte superior del tanque fluyera sin problemas a través de las tuberías calentadas por los gases de la combustión de un quemador en la parte inferior. Pero este proceso era bastante peligroso porque no había chimenea para eliminar los gases, que permanecían en la habitación donde el equipo estaba instalado.

Fuente de la imagen: Bateman Water Heating Engineering Inc. El Geyser de Maughan.

Primer calentador de agua en el mercado

Si hablamos del primer calentador como lo conocemos hoy en día, tenemos que referirnos al ingeniero noruego Edwin Ruud. Quién fue inspirado por el invento de Maughan pocos años después. Ruud estudió en “The Horten Technical School” en Noruega, pero emigró a Pittsburgh en EE.UU. En 1880, Ruud patentó el primer calentador de agua a gas con tanque de almacenamiento automático. Ese éxito inicial marcó el comienzo de una tradición de innovación y valor que llevó a la introducción de equipos de calefacción y aire acondicionado RUUD en la década de 1950. Desde entonces, RUUD se ha convertido en uno de los mayores fabricantes de productos de calefacción, refrigeración y agua de calidad para uso residencial y comercial de América del Norte.

Fuente de la imagen: Rheem Manufacturing Company. Edwin Ruud con uno de sus primeros modelos de calentador.

Impacto social: ¿dónde se instalaron los primeros calentadores de agua?

Al igual que ha sucedido con otros muchos inventos que se han podido fabrican en grandes cantidades y a precios relativamente asequibles, el impacto social que tuvo la puesta en el mercado de los primeros calentadores de agua fue muy grande. Hasta el punto de que hoy en día es impensable que una vivienda no disponga de algún tipo de calentador de agua. Pero hablando concretamente de los primeros tiempos de este invento, podemos señalar que, en 1915, había aproximadamente cien mil unidades del Tipo F fabricado por Ruud instaladas en todo Estados Unidos y Canadá. Lo que representa una cantidad importante teniendo en cuenta que el señor Edwin Ruud no empezó su aventura empresarial hasta en 1898, el poder adquisitivo de los contemporáneos no era muy elevado y las redes de distribución no eran tan eficientes como las actuales.

Tipos de calentadores con los que contamos en la actualidad

Para suministrar agua caliente para uso humano, tanto en nuestras viviendas como en locales de ocio, oficinas o en la industria, disponemos hoy en día de diferentes tipos de “electrodomésticos”. Que se diferencian en función del tipo de combustible que utilizan, o si acumulan agua para un uso posterior. Aunque el fin ultimo de todos ellos sea el mismo, dependiendo de nuestras necesidades (consumo), condiciones energéticas de nuestro hogar, o incluso del espacio disponible para su instalación, nos convendrá uno u otro tipo:

Calentadores instantáneos de gas

Estos calentadores funcionan con de un sensor de flujo, para que sólo se activen (y consuman gas) cuando detectan la circulación del agua. Una vez que el grifo está cerrado, el sensor apaga automáticamente el calentador y cierra la válvula del gas.

Características:

  • Pueden suministrar agua caliente durante grandes periodos de tiempo si interrupción.
  • Pueden usar gas natural, gas propano o gas butano.
  • Se ven afectados por variaciones del caudal en la vivienda donde suministran el agua caliente.

Calentadores acumuladores eléctricos o termos

Este tipo de calentador es junto con los calentadores instantáneos de gas los modelos más populares. En este caso, su funcionamiento se basa en un tanque interno donde se calienta el agua con una resistencia eléctrica y se almacena para un uso posterior.

Características:

  • Caudal de agua a una temperatura con un flujo estable.
  • Tienen la capacidad de llegar hasta 70 °C.
  • Capacidades de 15 litros y hasta 300 litros.

Calentadores acumuladores de gas

Este tipo de calentador no es muy común, a pesar de tener tamaños pequeños de 100 litros en muchos fabricantes. Son la solución diseñada para abastecer varios puntos de abastecimiento. Es por ello que si sin comunes en instalaciones deportivas, pequeños hoteles, campings, etc. Su funcionamiento se basa en un tanque interno donde se calienta el agua con una resistencia eléctrica y se almacena para un uso posterior.

Características:

  • Pueden usar gas natural, gas propano o gas butano.
  • Están preparados para la recirculación y la desinfección.
  • Capacidades de hasta 300 litros.

Calentadores instantáneos eléctricos

Al igual que los de gas, estos calentadores funcionan con de un sensor de flujo, para que sólo se active la resistencia eléctrica cuando detectan la circulación del agua. Una vez que el grifo está cerrado, el sensor apaga automáticamente la resistencia. Su consumo eléctrico es elevado, es por ello que no son muy comunes, y por lo general se instalan cuando las otras opciones son inviables, por diferentes motivos (no hay posibilidad de ventilación, o de instalar una chimenea para los humos, no se dispone de espacio, o para cuando su uso es muy excepcional y es un servicio muy alejado del equipo de agua caliente principal)

Características:

  • Son un 40% más pequeños que un calentador de gas convencional.
  • Pueden ser instalados dentro de gabinetes o cajones ya no requieren ventilación.
  • Consumo eléctrico elevado.

Calentadores solares o Termosifón

Son equipos que aprovechan la radiación solar para calentar agua contenida en un deposito, gracias y un captador solar térmico.

Características:

  • No necesitan de otras fuentes de energía, ya sea electricidad o gas.
  • Se necesita tener un tejado o terraza donde de el sol.
  • Por lo general funcionan como apoyo a uno de los sistemas anteriores.

Bomba de calor para ACS – Aerotermia

Están formados por un acumulador de agua vertical que en su parte superior tiene una bomba de calor aire-agua. Ésta, calienta el agua fría mediante un serpentín condensador en el interior del acumulador. El evaporador toma aire del local donde se instala o de un local anexo mediante dos conductos, uno de entrada y otro de salida de aire. También se puede instalar el equipo sin conductos tomando directamente el aire del local donde se instala.

Características:

  • Hay modelos compactos que se pueden instalar dentro de casa.
  • Tienen un nivel sonoro mínimo.
  • Diversos tamaños de acumulación.
  • Suelen ser compatibles con sistemas solares.
  • Clasificación energética A+.

Apostando por el futuro: calentadores solares como alternativa de ACS

Teniendo en cuenta la tendencia de muchos países y organizaciones intergubernamentales, y por supuesto, de todas las organizaciones no gubernamentales que fomentan un mundo más ecológico y sostenible, de encaminarse hacia un futuro más limpio. Y conociendo la intención de la Unión Europea de intentar conseguir el ya famoso objetivo 20/20/20, es muy importante hacer una referencia especial a los sistemas para agua caliente que mejor se adaptan a ese objetivo.

Este objetivo de la UE  contempla un paquete de medidas que contiene legislación vinculante para garantizar el cumplimiento de los objetivos climáticos y de energía asumidos por la UE para 2020. Esas metas, establecidas por los dirigentes de la UE en 2007 e incorporadas a la legislación en 2009, también figuran entre los objetivos principales de la estrategia Europa 2020 para un crecimiento inteligente, sostenible e integrador. Los objetivos fundamentales del paquete de medidas son tres:

  • 20%de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (en relación con los niveles de 1990).
  • 20% de energías renovables en la UE.
  • 20% de mejora de la eficiencia energética.

Fuente de la imagen: @Fotolia

Para ayudar en la consecución de este objetivo, que todo hay que decirlo es bastante ambicioso, podemos cada uno de nosotros aportar nuestro granito de arena y apostar por las tecnologías que menos contaminan. Y cuando necesitemos renovar o hacer una instalación en nuestros hogares usar predominantemente placas solares o bombas de calor, de entre los diferentes tipos de sistemas que se han explicado anteriormente. ¿Por qué?, muy sencillo.  Para contribuir a la no emisión de CO2 ni otros gases de efecto invernadero, o que puedan producir lluvia ácida, debemos descartar los combustibles fósiles, y aunque de entre todos ellos el gas natural, y los GLP (gases licuados del Petróleo) son los menos contaminantes, también contienen nitratos y sulfuros que una vez en la atmósfera son también perjudiciales.

Así mismo, los termos eléctricos o calentadores instantáneos eléctricos, aunque no produzcan humos en el momento de producir agua, mientras en nuestro país no cambie el mix de generación eléctrica, si lo hacen para producir esa electricidad, que además se genera a muchos kilómetros de distancia y que pierde hasta un 40% en su viaje hasta nuestro termo eléctrico. Por ello, solo nos quedan como alternativas de futuro la energía solar, y en el caso que nos ocupa en su versión de placas solares térmicas, para usarlas en sistemas solares termosifón o forzados, para la generación de agua caliente sanitaria y de calefacción, o las bombas de calor o aerotermia. Esta última, sigue necesitando de energía eléctrica, que es aún generada con sistemas contaminantes, pero al tener una eficiencia energética mucho mayor que un termo eléctrico, su impacto es mucho menor.

Enfriamiento evaporativo: orígenes, desarrollo y beneficios

Para poder entender los enfriadores evaporativos de nuestros días tenemos que retroceder a los años 30. Fue en Estados Unidos con el ingenio de las personas donde aparecieron los primeros sistemas de refrigeración evaporativa artesanales. Lo que se hacia era colgar en las ventanas de sus viviendas paños mojados para que los ventiladores eléctricos empujaran aire mojado al interior. Más adelante, se comenzó a reemplazar el paño por paja o fibras de madera y encerraban el ventilador en una caja de madera con la paja envuelta en malla de gallinero.

Fuente de la imagen: Wikipedia. Carl Georg Munters

 

No fue hasta 1955 cuando se realizó el descubrimiento más importante en relación al enfriamiento evaporativo de la mano de la marca Munters. Una empresa innovadora en soluciones para el control climático, fundada por el inventor y empresario Carl Munters. Sobre la empresa Munster tenemos que destacar que fue construida en base a sus ideas sobre las leyes de la termodinámica, en combinación con una capacidad de traducir ese entendimiento en una tecnología pionera. Convirtiéndose en todo visionario e innovador de su época. Cómo dato anecdótico podemos decir que el señor Munsters solicitó alrededor de 1.000 patentes diferentes enfocadas sobre todo en áreas de deshumidificación y enfriamiento evaporativo. Y que una de ellas, el panel patentado Celdek para un enfriador sigue siendo, en la actualidad, uno de los componentes con mayor efectividad del mercado.

 

¿Qué es y cómo funciona un equipo de refrigeración evaporativa?

 El funcionamiento de los equipos de enfriamiento de aire por evaporación parte de la absorción de aire seco y caliente del exterior, para luego mediante un ventilador expulsar el aire, haciéndolo pasar por un filtro húmedo previamente. Al entrar en contacto el aire caliente y el agua parte de esta se evapora, llevándose consigo parte del calor obteniendo un aire fresco y húmedo.

 

Tecnología:

El proceso de enfriamiento se realiza mediante un contacto aire/agua estrecho y la transferencia del calor al aire por evaporación de agua a pequeña escala. A continuación, el calor se disipa a través del aire impulsado, saturado y caliente. ¿Pero con qué componentes cuenta?:

  • Entrada de agua caliente
  • Sistema de distribución de agua pulverizada
  • Medio de transferencia de calor
  • Sistema de ventilación
  • Entrada de aire ambiental
  • Balsa de acumulación de agua
  • Salida de agua fría
  • Salida de aire saturado caliente
  • Eliminadores de gotas

 

¿Dónde se puede usar la refrigeración evaporativa?

Este tipo de refrigeración es ideal en lugares donde el aire es caliente y la humedad es baja. Se puede usar en viviendas, negocios, edificios públicos. Siendo una de las soluciones más innovadoras y eficaces en el sector de la climatización.

 

España

Aunque en nuestro país es todavía una opción poco conocida, en otros lugares del mundo como Estados Unidos o Australia es normal encontrar los climatizadores evaporativos. La principal diferencia de la refrigeración evaporativa, del aire acondicionado tradicional es que no es necesario cerrar puertas y ventanas para optimizar su rendimiento. Un climatizador evaporativo trabaja utilizando el aire que circula. Se recomienda así mantenerlas abiertas. Gracias a esta particularidad pueden emplearse también en el exterior.

El climatizador evaporativo haría pasar el aire caliente que se encuentra en la vivienda por el ventilador. Con el filtro que lleva una cortina con micropartículas de agua se refresca el aire que llega. También se eliminan así del aire los restos de polvo u otras sustancias que pueden causar alergias y ensuciar el ambiente. Un climatizador evaporativo nos permite reducir la temperatura del ambiente hasta en 12ºC. Por lo tanto, cubre perfectamente las necesidades de frío que podamos tener durante las estaciones de calor. Funciona como la brisa que nos llega del mar, ya que esta se enfría rápidamente gracias a las partículas del agua que se mezclan con el aire.

Cuando queremos enfriar una vivienda completa y no solo una habitación, el climatizador evaporativo se coloca en el tejado o en las zonas comunitarias si se trata de un edificio. Con la instalación de los ventiladores, se ejerce una sobrepresión sobre el aire que le obligará a desplazarse.

 

Beneficios de la climatización por evaporación:

  1. Funcionan bien en espacios abiertos:Se pueden usar en lugares o estancias abiertas, al contrario que otros sistemas de refrigeración hacen circular el aire y funcionan mejor en espacios cerrados.
  2. Funciona con ventanas abiertas: a diferencia del aire acondicionado, necesita que la estancia este abierta, empujamos el calor y provocamos una agradable circulación de aire fresco.
  3. 100% ecológicos:al utilizar solo agua en vez de refrigerante.
  4. Alta capacidad para regular temperatura:son capaces de reducir la temperatura interior en hasta 14º en climas secos (20%-30% de humedad relativa media), y en 5º en climas muy húmedos (70% – 80% de humedad relativa media) respecto a la temperatura del exterior.
  5. No afecta la legionela: al enfriar el aire por contacto y no mediante la generación de aerosoles, no les afecta la legionela. Además, no tienen que ser sometidos a controles de sanidad como otro tipo de aparatos.
  6. Ahorro energético:suponen un ahorro energético de hasta un 80% en consumo eléctrico.
  7. Añaden humedad en climas secos:mejorando considerablemente la sensación de confort.
  8. Pueden ser portátiles:con un mismo aparato, se pueden refrigerar distintas estancias de la casa.
  9. Fácil mantenimiento: mantenimiento prácticamente nulo.
  10. Renueva el aire interior:no funcionan haciendo circular el aire como otros aires acondicionados sino que, renuevan totalmente el aire de la estancia por aire limpio, fresco y filtrado, eliminado posibles humos y olores.

 

¿Cómo elegir un climatizador evaporativo?

Para que la refrigeración por evaporación pueda funcionar bien, debe ser posible abrir las puertas y las ventanas. Si no, la eficiencia se verá reducida y no lograrán eliminar toda la humedad. También, debemos tener en cuenta que es necesario llenar el depósito de agua. Si no lo hacemos no podrá realizarse el proceso de evaporación. Por último, cuanto más calor haga y menor sea la humedad, mejores serán las condiciones para que el climatizador evaporativo trabaje. Debido a ello, son recomendables en las viviendas cuyo clima es seco y con mucho calor. Y, por consiguiente, en aquellas zonas de mucha humedad están desaconsejados.

 

Para su elección valoraremos entonces la temperatura, si se usará en interior o en exterior y el tamaño de la estancia. Para aquellas habitaciones entre los 10 y los 15 m2, necesitaremos una potencia de unos 100w. Y cuando el tamaño sea mayor, subiremos a una potencia de 150 W.

 

 

Sistemas híbridos: tecnología y opciones

¿Qué es un sistema híbrido?

 Los sistemas híbridos son aquellos que nos permiten combinar dispositivos de calefacción tradicionales, que usan combustibles fósiles, con dispositivos de energía renovable. ¿Qué significa esto? Pues que es posible aprovechar una instalación de un sistema tradicional como una caldera y añadirle un sistema de energía renovable. Toda una ventaja que nos permite ahorrar en energía y reducir el gasto medio de calefacción y agua caliente sanitaria. Además, es un tipo de sistema que no sólo aporta beneficios en el ahorro económico y energético, sino también que ofrecen un alto rendimiento.

    Calefacción con caldera mixta para radiadores (fuente:@fotolia)

 

Beneficios de un sistema de calefacción híbrido

1.     Ahorro considerable de energía, ya que sólo consume 1 kW por 4 kW de energía calorífica producida.
2.     Regulación inteligente integrada que permite un mejor control de diferentes aspectos: precio, electricidad, consume.
3.     Mayor confort en comparación a otros sistemas de calefacción tradicional.
4.     Instalación rápida y reducido impacto en la vivienda.
5.     Rápida amortización de la inversión inicial (50% en un año) y ahorro de hasta un 65% en la factura anual.
6.     Disminuye la emisión de gases contaminantes y emisiones de CO2.
7.     Permite cubrir alrededor del 90% de las necesidades de calefacción y ACS en casa.

 

¿Cómo es el funcionamiento de un sistema híbrido de calefacción?

Es mucho más sencillo de lo que parece, ya que ambos sistemas están preparados para que puedan impulsar el calor hacía el emisor térmico del cual están compuesto cada uno. Está función la llevan a cabo de manera alternativa y siempre dependiendo d e la temperatura exterior que hayamos seleccionado anteriormente. El punto de unión de ambos sistemas de calefacción se da en el llamado punto de temperatura bivalente. Un punto que según la tecnología del propio dispositivo puede quedar también preestablecida. Liberándonos de tener que realizar un control más exhaustivo de su funcionamiento.

 

Energía solar como sistema híbrido: ¿lo conoces?

 Dentro de los sistemas híbridos podemos encontrar en el sector de la energía solar la tecnología híbrida con los paneles solares híbridos. La idea de unir ambas tecnologías y de dar forma a un único sistema que permita aprovechar la energía fotovoltaica y la térmica y con el objetivo de intentar solucionar el problema que presentaban las placas solares fotovoltaicas con el aumento de la temperatura. ¿Qué quiere decir esto? El rendimiento de las células fotovoltaicas que se comercializan en la actualidad está comprendido entre un 15% y un 25%, es decir, que sólo una pequeña parte de la energía lumínica se aprovecha realmente en forma de energía eléctrica. Este rendimiento es menor cuanto más alta es la temperatura.  El aumento de temperatura en las células supone un incremento en la corriente, pero al mismo tiempo una disminución mucho mayor, en proporción, de la tensión

Con el diseño, de las placas solares híbridas se pretendía conseguir un incremento notable en la eficiencia de los paneles solares. Previniendo que sería superior al 15% sobre la potencia de pico suministrada por el panel FV (fotovoltaico) normal. Este incremento de potencia es muy significativo, ya que la eficiencia conseguida en los paneles, como ya indicamos anteriormente, está situada entre el 15% y el 25%.

Por otra parte, actualmente para instalar energía solar fotovoltaica y térmica antes de la producción y comercialización de los paneles solares híbridos, requería de dos instalaciones completamente independientes en el lugar de captación que habitualmente es la cubierta de los edificios. Esto implica tener que disponer de una mayor superficie para realizar ambas instalaciones. El Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía (IDEA) calcula que para una vivienda de cuatro personas, 100 m2, hacen falta uno o dos metros cuadrados de paneles, dependiendo de la zona en la que este ubicada la vivienda.

¿Y cómo es su funcionamiento?

Existen dos tipos de tecnologías:

Función fotovoltaica-agua caliente

El funcionamiento por separado de los dos tipos es ya conocido. En los paneles térmicos, el sol incide en la superficie del panel, y el agua que circula por el interior es calentada por transferencia de calor. En los paneles fotovoltaicos, el sol incide sobre unas células que transforman la energía solar en electricidad, estas células son normalmente de silicio y hay de dos tipos: Monocristalinas y policristalinas. Los paneles fotovoltaicos convencionales, tan sólo aprovechan el 15% de toda la irradiación solar que reciben, un 5% es reflejado y el 80% restante se pierde en la cara frontal y posterior del panel. La peculiaridad de un panel híbrido es que aprovecha parte de la pérdida de calor de la cara posterior, alrededor de un 40%.

     Fuente de la imagen: ©EndeF.com

Estas placas están compuestas desde la parte superior a la posterior por:

  • Un vidrio solar que hace la función de protección. Un conjunto de celdas fotovoltaicas de silicio, que son las encargadas de transformar la luz del sol en electricidad.
  • Una pasta térmica, que hace las veces de unión entre la parte fotovoltaica y la térmica.
  • Una pletina de cobre como base recolectora del calor, y detrás de esta un serpentín de cobre, por el que circulara el fluido caloportador (glicol), como soporte para el serpentín suele ir otra pletina de cobre, y debajo un aislante, que ayudará a mantener el calor dentro de la estructura y de esta forma que se aproveche al máximo para calentar el fluido.
  • Todo ello está contenido en una carcasa que generalmente es de aluminio, a que hace la función de protección de todo el conjunto y de consolidación para que cada componente este fijo y se eviten roturas.

 

Función aero-fotovoltaica

Este tipo de placas solares híbridas buscan otro objetivo, aunque similar en su meta, es decir por una parte generar electricidad, igual que los anteriores, pero en su segunda función busca el objetivo de climatizar la vivienda a través de una corriente de aire. Es decir, ayuda a refrescar el panel en su parte interior y al mismo tiempo esta corriente de aire captura el calor que hay en el interior de la placa y es impulsado al interior de la vivienda, pasando a través de unos filtros de partículas. Todo ello, para así, asegurar que el aire entra en la vivienda limpio, sin polvo ni polen, y además calentado. Para regular la temperatura de este aire, y que el confort sea máximo, un dispositivo en el interior de la vivienda, combina parte de este aire, calentado dentro de las placas solares, con parte de aire interior de la vivienda o incluso del exterior directamente. La idea es conseguir que el aire que se distribuye en las diferentes estancias este a la temperatura deseada.

 

                  Función aero-fotovoltaica Rvolt de SISTOVI 

¿Qué otras opciones existen como sistemas híbridos?

1. Bomba de calor – suelo radiante

Se presenta como una combinación que es muy respetuosa con el medio ambiente y con la que es posible alcanzar una eficiencia energética realmente grande. Los expertos en calefacción aseguran que, al tener instalada una bomba de calor con un suelo radiante, se logra una distribución muy uniforme del calor o climatización en las habitaciones o estancias por las cuales esta compuesta la vivienda o establecimiento.

Es posible la reducción de zonas frías o calientes, ya que no sólo elimina las corrientes de aire que originan otros sistemas, sino que, además no remueve polvo. Una ventaja que beneficia a personas que sufran problemas de salud, como asma o alergias. Además, este tipo de sistema híbrido evita cualquier problema de espacio y favorece la decoración en casa. En lo referente a la eficiencia, es un sistema que nos abastece de temperaturas inferiores en calefacción y superiores en refrescamiento. Reduciendo de manera considerable el coste energético y proporcionando altos niveles de confort en la vivienda.

2. Caldera híbrida

Una combinación bastante particular ya que funciona con combustible y energía solar. La caldera híbrida logra calentar el agua sanitaria (ACS) con la fuerza de la energía solar. Si se diera el caso de que no hubiera más energía solar disponible o se necesitase, a su vez, abastecer a la vivienda de calefacción, la demanda se lleva a acabo a través del combustible de la caldera. Una buena solución que no sólo nos permite ahorrar espacio en la vivienda, sino que nos evita contar con dos aparatos (solar y caldera) con sus respectivas instalaciones y conexiones.

Calentador de agua solar con caldera y radiador (fuente:@fotolia)

Caldera de condensación y radiadores

Decidirse por una combinación de caldera de condensación con radiadores es una opción muy positiva. La caldera de condensación al ser un generador de calor muy versátil y eficaz, en comparación con el resto de calderas consigue generar calor de manera rápida y eficiente. Es un tipo de dispositivo que además se puede combinar muy bien con un sistema híbrido. Una combinación que junto con los emisores térmicos ofrece a la vivienda un gran rendimiento energético y ahorro. Por regla general, la caldera de condensación se puede también combinar con suelo o techo radiante. Un mix que nos aporta en la vivienda de un elevado confort.

Cómo podemos ver los beneficios de contar con un sistema híbrido en casa son bastantes. Un mercado que todavía se encuentra en España en el punto de partida pero en el que se puede augurar un buen futuro. El clima altamente favorable en nuestro país para el abastecimiento de energía a través de las renovables y los objetivos europeos de eficiencia energética, así lo acreditan.