Calentar la casa con aire acondicionado: bombas de calor

El contenido del artículo

• Clase de equipo adecuada
• Ámbito de aplicación
• Problemas con la bomba de calor
• Variedad de configuraciones: sistemas split, monoblocks, rooftops
• Comunicación de ingeniería
• Acondicionadores de aire de conducto
• Resumen

Las limitaciones en la elección de los recursos energéticos no son infrecuentes en la actualidad, especialmente en áreas de desarrollo “joven”. Si no hay otras fuentes de energía en la instalación además de la electricidad, los acondicionadores de aire no solo serán una excelente manera de enfriar la vivienda en el verano, sino que también proporcionarán calefacción de alta calidad y económica en climas fríos..

Clase de equipo adecuada

No todos los acondicionadores de aire son adecuados para su uso como aparatos de calefacción. Existe un grupo separado de tecnología climática llamado bombas de calor. En resumen, la diferencia clave entre dichos equipos es la capacidad de invertir la dirección del refrigerante en los circuitos del evaporador y del compresor. Así, en modo verano, la instalación quita el exceso de calor del ambiente de la habitación y lo vierte al exterior, mientras que en invierno todo sucede según el esquema inverso..

El principio de funcionamiento de la bomba de calor aire-aire en los modos de invierno y verano.

El aire es calentado por una bomba de calor no debido a la conversión de energía eléctrica en energía térmica (como en los acondicionadores de aire más simples con función de calefacción), sino debido a la transferencia de calor de un medio a otro. De aquí proviene el nombre del equipo: incluso en climas helados, el aire contiene una cierta cantidad de calor, que se puede eliminar y dirigir al interior del edificio para mantener un clima agradable. Pero este principio funciona solo bajo ciertas condiciones, la principal limitación es la diferencia de temperatura entre la calle y la habitación, así como los límites de temperatura a los que el refrigerante de trabajo, el refrigerante, puede evaporarse y condensarse..

Dispositivo de bomba de calor de aire

Por diseño, las bombas de calor son dispositivos bastante complejos. Por un lado, el paquete incluye una serie de dispositivos que proporcionan circulación inversa del circuito de calefacción bajo el control de la automatización. Se trata de una válvula de cuatro vías, una válvula de expansión especialmente diseñada y un sistema más complejo de canales a través de los cuales circula el refrigerante. Por otro lado, una bomba de calor real está necesariamente equipada con dispositivos que ayudan a las unidades principales de la bomba a funcionar en condiciones extremas. Todo el equipo auxiliar en el lenguaje de marketing se llama «kit de invierno», incluye:

• calentador de aceite del compresor;
• radiadores de diseño especial, resistentes a la condensación y al congelamiento;
• dispositivos de recuperación que suministran flujo de ventilación de escape al intercambiador de calor externo;
• sistema de inyección de refrigerante calentado;
• marca especial de refrigerante.

Ámbito de aplicación

El principal criterio de evaluación de las bombas de calor es el coeficiente de eficiencia térmica, también llamado COP. En realidad, este valor es bastante difícil de determinar, depende tanto del grado de perfección termodinámica, la eficiencia real de la máquina, teniendo en cuenta todas las cadenas de transformación, como de la potencia de la fuente de energía de bajo potencial. Estos dos factores tienden a cambiar, principalmente en función de la diferencia de temperatura actual, es decir, la dinámica del cambio de COP en diversas condiciones de operación es de interés real. En otras palabras, el rendimiento de un modelo de bomba de calor individual se considera de acuerdo con el régimen térmico dominante y no de acuerdo con el período de cinco días más frío. Los ahorros obtenidos de la instalación durante el período de diferencias de temperatura moderadas deberían cubrir los costos de funcionamiento de las fuentes de convección y radiantes en condiciones de heladas severas cuando la bomba de calor no puede funcionar..

Las bombas de calor no solo están diseñadas para uso doméstico. Hacen un excelente trabajo de enfriamiento fuerte en espacios reducidos: congeladores o compartimentos para computadoras. En los países occidentales, se está desarrollando activamente la práctica de desviar una sala separada del sótano debajo de una sala de refrigerador, con la posterior transferencia de calor al exterior en verano o al flujo de ventilación en invierno. Se trata de los denominados sistemas de suministro de calor bivalente, otro caso particular es el suministro de aire a un intercambiador de calor externo, a través de un intercambiador de calor de suelo o un colector solar seco..

Problemas con la bomba de calor

Los sistemas de calefacción basados ​​en bombas de calor de aire se caracterizan por una alta complejidad de diseño: es necesario determinar no solo el volumen suficiente de entrada de energía para reponer las pérdidas de calor, sino también el modo de funcionamiento efectivo, el número y la ubicación de los nodos del sistema de calefacción. Al mismo tiempo, la cantidad de unidades y el costo del equipo involucrado deberían, por supuesto, ser mínimos..

Por lo general, el resultado de errores en el cálculo e instalación de sistemas de calentamiento de aire es la aparición de zonas frías en la habitación, así como la condensación de humedad en el acristalamiento que no tiene cortina térmica. Las ubicaciones de las unidades interiores deben determinarse de acuerdo con los diagramas de distribución de temperatura y caudal proporcionados por el fabricante para los modos de calefacción estándar. Esta tarea es especialmente difícil de lograr, dado que la introducción de cada nueva fuente de calor requiere en diferentes variaciones:

• instalación de una unidad externa adicional;
• colocando la línea de freón al bloque externo;
• juntas de canal de aire.

Debido a esto, la configuración final del sistema de calefacción debe elegirse una vez, a menudo mucho antes del inicio del trabajo de decoración del hogar. Todo debido a la idoneidad extremadamente baja de las bombas de calor para la modernización y la falta de una reserva de marcha significativa. Es extremadamente importante poder determinar en qué casos es más conveniente y más rentable usar dispositivos de calefacción tradicionales que un aire acondicionado inverter. Por último, pero no menos importante, debe pensar en el recurso operativo de la bomba de calor: su funcionamiento más eficiente será a valores de COP superiores a 2–2,3..

Variedad de configuraciones: sistemas split, monoblocks, rooftops

A pesar de su incomodidad, las bombas de calor tienen suficientes configuraciones para elegir la ubicación del equipo más conveniente. Los sistemas multisplit deben su apariencia al deseo de preservar la apariencia de los edificios, así como a proporcionar un mayor nivel de organización tecnológica. La diferencia fundamental entre tales sistemas es la presencia de un divisor y un dispositivo de control de potencia automático en un rango suficientemente alto.

El siguiente paso en esta dirección se dio cuando los sistemas VRF multizona entraron al mercado y, como caso particular, los sistemas VRV. En el uso civil, estos sistemas están destinados al uso colectivo, permiten la conexión simultánea de varias docenas de unidades interiores a una instalación en la calle, mientras que la longitud de la línea de freón puede alcanzar cientos de metros y la diferencia de altura entre los elementos del sistema puede ser de hasta 12 pisos..

Bomba de calor VRV

La única limitación estricta para las bombas de calor es la necesidad de encontrar un evaporador externo al aire libre, todos los demás cambios de configuración quedan a discreción del técnico. Esto permitió actuar en sentido contrario, evitando el uso de líneas de freón o minimizando su longitud. Las bombas de calor compactas para calefacción local son bastante económicas y no requieren tuberías de conexión o conductos de aire. Los inversores monobloque integrados en una pared o ventana, así como los tejados, cuyos bloques se encuentran en lados opuestos del techo se superponen a una distancia mínima, le permiten distribuir eficazmente el calor en toda el área utilizable de la manera más uniforme posible..

Comunicación de ingeniería

Evidentemente, los lugares más adecuados para instalar fuentes de calor en el caso de las bombas de calor son las paredes exteriores y los pisos superiores bajo una cubierta plana o un ático frío. Sin embargo, con un tamaño significativo del edificio, sus instalaciones centrales permanecen sin calefacción activa, lo que no siempre es conveniente. Este problema se puede solucionar gracias al enrutamiento correcto de las líneas de freón o la organización del calentamiento del aire, cuya fuente de calor es una bomba de calor atmosférica..

En este último caso, es mejor colocar la unidad exterior en un pequeño anexo técnico, generalmente ubicado a nivel del suelo, lo que facilita la conexión a un intercambiador de calor de tierra, o en el techo para conectarlo al campo del sistema solar. La unidad interior está ubicada dentro del edificio, conectada al exterior a través de un pasaje en la pared de cerramiento. El aire calentado se transporta a los consumidores a través de un sistema cerrado de canales de aire:

• se mantiene una presión de aire constante en el circuito de suministro, cuyo volumen de flujo para cada rama está regulado por amortiguadores de canal;
• las entradas de los conductos de escape están ubicadas en puntos diametralmente opuestos a los lugares donde se instala el suministro de agua caliente, a través de los cuales se recolecta el aire ambiental parcialmente enfriado y se suministra a la unidad exterior, proporcionando así un ciclo de recuperación.

La mera posibilidad de un control completo de la ventilación implica importantes ahorros. Al mismo tiempo, la alta complejidad y el costo de los conductos de aire se compensa con el costo relativamente bajo de la instalación: una unidad siempre es más barata que varias más pequeñas con la misma potencia total..

Cuando un sistema de bomba de calor también incluye unidades interiores con un sistema de tuberías de cobre, el costo de las comunicaciones aumenta, pero al mismo tiempo, aumenta la comodidad de usar el sistema. Por un lado, es posible colocar un cableado complejo de líneas de freón incluso con un pequeño grosor de particiones y pisos. Por otro lado, a veces una solución más eficaz es la organización de circuitos cerrados en los que circula el refrigerante, para una mayor conexión en paralelo de las unidades interiores a ellos; para esto están diseñados los sistemas multizona..

Acondicionadores de aire de conducto

Una categoría separada de bombas de calor, que incluye las ventajas del calentamiento por recuperación de aire y la eficiencia del circuito inversor, son los acondicionadores de aire por conductos. El concepto de ubicación oculta de las unidades interiores no es nuevo en sí mismo, pero las bombas de calor de este tipo están disponibles para una amplia gama de compradores hace relativamente poco tiempo..

La principal diferencia entre esta configuración es la ausencia de ruido casi total en presencia de unidades interiores que le permiten configurar el modo de funcionamiento de calefacción con alta flexibilidad y precisión. La única limitación para la instalación de bombas de calor de canal está representada por las estructuras del edificio, que deben contener tanto cavidades suficientemente anchas para colocar canales como un nicho impresionante para instalar el cuerpo de la unidad principal. Pero al mismo tiempo, las líneas de freón se pueden colocar en paralelo con los conductos de aire..

El bloque interno de una bomba de calor de conducto realiza la función no solo de calentar el flujo de aire, sino también de su distribución a los consumidores individuales, filtración y preparación. También puede estar presente un circuito de recuperación, pero normalmente este dispositivo se fabrica en forma de front-end. Además de las amplias posibilidades de control y configuración, la ubicación oculta de la unidad interior puede ser simplemente conveniente y no afectará el interior de la habitación de ninguna manera..

Resumen

Las bombas de calor de aire no deben considerarse todavía la principal y única fuente de calefacción, especialmente si durante el período de calefacción es posible que la temperatura descienda por debajo de -5 …- 10 ° C. Existen instalaciones capaces de operar en condiciones de temperatura más extremas, pero caen en una categoría de precio mucho más alta con un período de recuperación más largo..

Y, sin embargo, en el rango de temperatura media, estos dispositivos demuestran una eficiencia realmente alta: para reponer las pérdidas de calor, solo necesitan una cuarta parte de su energía equivalente. Con una vida útil de dicho equipo de más de 20 a 30 años, se las arregla para amortizarse varias veces, de modo que una transición oportuna a los sistemas de calefacción modernos de bajo consumo ayudará a ahorrar en el futuro, cuando el precio de la energía será mucho más alto que hoy..