Tipos de bombas de calor:¿qué son, cómo funcionan y cuál es la mejor para usted?

Un ambiente confortable juega un papel integral en la forma en que pasamos nuestros días, y una forma de lograrlo es a través de acondicionadores de aire y bombas de calor. Todos estamos muy familiarizados con los acondicionadores de aire, pero la mayoría de las personas no saben que un acondicionador de aire también es un tipo específico de bomba de calor y que hay muchos más sistemas que se pueden usar para el mismo propósito de calentar o enfriar su casa.

En los tiempos actuales, simplemente no podemos prescindir de una calefacción y refrigeración adecuadas. Es un requisito fundamental pensar en el control de la temperatura al diseñar edificios residenciales o comerciales. Desafortunadamente, esto tiene un inconveniente, ya que estos requisitos pueden generar una enorme huella energética. Si bien algunos acondicionadores de aire pueden consumir energía, existen varias formas de calefacción y refrigeración que pueden ser beneficiosas para crear un hogar energéticamente eficiente.

Veamos cuáles son esos otros tipos de bombas de calor, cómo funcionan y cómo puede elegir una adecuada para sus necesidades.

¿Qué son las bombas de calor?

En pocas palabras, una bomba de calor es un dispositivo que se utiliza para transferir calor de un lugar a otro. Se puede utilizar tanto para calefacción como para refrigeración. Puede tomar calor del interior y expulsarlo al exterior (refrigeración), o puede tomar calor del exterior e inyectarlo al interior (calefacción).

Ahora bien, existen múltiples formas a través de las cuales se puede lograr esta función; analicemos eso en detalle:

La eficiencia de las bombas de calor es mucho mayor que la de los calentadores de resistencia eléctrica. Pero hay una trampa. Esta eficiencia disminuye a medida que aumenta el gradiente de temperatura o la diferencia entre las temperaturas exterior e interior.

El uso del término "bomba de calor" puede confundir a la mayoría de las personas y hacerles pensar que estos dispositivos solo pueden calentar un espacio interior y no enfriarlo. Pero como hemos definido anteriormente, pueden hacer ambos trabajos, a menudo a través de un solo dispositivo. Esto se logra mediante el uso de una "válvula de inversión" en el caso de los acondicionadores de aire. A través de este mecanismo, los serpentines del condensador y del evaporador pueden intercambiarse, es decir, el condensador puede convertirse en evaporador y el evaporador puede convertirse en condensador, según se requiera.

¿Cómo funcionan las bombas de calor?

La forma en que funciona una bomba de calor es moviendo un fluido conocido como refrigerante a través de diferentes componentes conocidos como evaporador, condensador, compresor y válvula de expansión. El refrigerante es el medio principal a través del cual se elimina o agrega calor en la habitación. Puede absorber calor de su entorno y enfriarlo cuando se combina con otros componentes como evaporadores o condensadores. En el siguiente ciclo, veremos cómo se puede usar una bomba de calor para enfriar un espacio. El mismo proceso se puede invertir para obtener un arreglo de calefacción.

El refrigerante pasa a través de una válvula de expansión, que convierte el refrigerante previamente líquido en gas. Durante esta expansión, el refrigerante se enfría. Luego pasa por una serie de bobinas en el evaporador, que se soplan con un ventilador. De este modo, se inyecta aire frío en la habitación y el refrigerante absorbe el calor, que se convierte en gas caliente.

Luego pasa por el compresor, donde se comprime y se convierte en un gas de alta temperatura y alta presión. El refrigerante se introduce a través de una red de bobinas en el condensador y los ventiladores lo soplan para eliminar el calor almacenado y expulsarlo a la atmósfera exterior. El refrigerante, que ahora es líquido en este punto, vuelve a pasar por el mismo proceso para seguir recibiendo aire frío.

¿Cómo funciona la bomba de calor en el modo de refrigeración?

El refrigerante líquido se bombea a través del serpentín interior (evaporador) y el aire del interior de su habitación se sopla sobre él. El refrigerante absorbe la energía térmica y el aire frío resultante regresa a la casa. Luego, el refrigerante se evapora en forma de gas.

Luego, el refrigerante gaseoso se envía al compresor, que lo presuriza. Presurizar el refrigerante gaseoso lo calienta. Luego, el refrigerante gaseoso caliente se envía al serpentín exterior (condensador). El ventilador de la unidad exterior sopla aire exterior sobre el serpentín. El refrigerante transfiere su calor al aire exterior porque el aire exterior es más frío que el refrigerante. A medida que el refrigerante se enfría, se vuelve a condensar en líquido.

El refrigerante líquido se envía a la válvula de expansión de la unidad interior, que reduce su presión para enfriarlo aún más. El refrigerante líquido frío ahora está listo para ser bombeado de vuelta al serpentín del evaporador y el ciclo puede comenzar de nuevo.

¿Cómo funciona una bomba de calor en modo calefacción?

En el modo de refrigeración, no existe una diferencia significativa entre un acondicionador de aire y una bomba de calor. Sin embargo, en el modo de calefacción, entra en juego la característica más distintiva de la bomba de calor:la válvula de inversión. La válvula inversora invierte el flujo del refrigerante de modo que la bomba de calor libera energía en el hogar. Por lo tanto, el serpentín de la unidad exterior desempeña el papel de evaporador y el serpentín de la unidad interior desempeña el papel de condensador.

El proceso general sigue siendo el mismo. Primero, se bombea refrigerante líquido a través del serpentín exterior (evaporador) y se sopla aire exterior sobre él. Luego, después de que el refrigerante absorba la energía térmica, el aire frío resultante se expulsa al exterior. El refrigerante líquido luego se evapora en un gas.

El refrigerante gaseoso pasa a través del compresor, que lo presuriza para calentarlo. Luego, el refrigerante gaseoso se envía al serpentín interior (condensador). El ventilador interior sopla aire frío del interior sobre el refrigerante gaseoso. Dado que el aire interior es más frío que el refrigerante gaseoso, el refrigerante cede calor al aire interior. El aire caliente resultante se inyecta en la casa.

Mientras tanto, el refrigerante se condensa en un líquido y luego se bombea a la válvula de expansión, despresurizándolo para enfriarlo aún más. Finalmente, el refrigerante líquido frío se bombea al serpentín exterior (evaporador), para que el ciclo pueda comenzar de nuevo.

1. Tipo de bomba de calor:Bombas de calor aire-aire

Como es evidente, las bombas de calor aire-aire funcionan utilizando el aire como disipador y fuente de calor. Ejemplos comunes de tales sistemas son los acondicionadores de aire residenciales y comerciales. Estos sistemas también son reversibles, lo que significa que pueden usarse para calefacción o refrigeración.

Las bombas de calor aire-aire son sistemas de aire acondicionado energéticamente eficientes, con una instalación más económica y costos iniciales que otros sistemas de bomba de calor. Pueden proporcionar suficiente calefacción y refrigeración en zonas climáticas y, por lo tanto, son adecuados para su uso en gran parte del país.

Sin embargo, hay una desventaja en estas bombas de calor. Su eficiencia disminuye a medida que aumenta la diferencia de temperatura entre la temperatura interior y exterior. En condiciones de frío extremo o calor extremo, las bombas de calor aire-aire pueden enfrentar algunas dificultades para operar como se desea. En climas helados, esto puede ser especialmente un problema y dificultar las operaciones de aire acondicionado. Sin embargo, la característica de protección contra congelamiento en algunas bombas de calor puede ayudar significativamente a evitar que sus tuberías se congelen en condiciones de frío extremo a un bajo costo.

Hay algunos tipos diferentes de bombas de calor aire-aire. Veamos cada uno de ellos a continuación:

a) Bomba de calor mini-split (bomba de calor sin conductos)

Las bombas de calor mini-split están aumentando rápidamente en popularidad entre los consumidores residenciales y, de hecho, comerciales, debido a su facilidad de instalación, flexibilidad y eficiencia energética. De hecho, se pueden hacer aún más eficientes energéticamente cuando se combinan con un controlador de CA inteligente. Estos tipos de bombas de calor no requieren una extensa red de conductos o ventilaciones y son adecuadas para modernizaciones donde las estructuras más antiguas deben equiparse con un sistema de aire acondicionado moderno.

Estos sistemas constan de dos partes, una unidad interior y una unidad exterior. La unidad exterior alberga el condensador, que expulsa el calor no deseado al exterior, mientras que la unidad interior arroja aire frío o caliente a la habitación.

Una unidad exterior mini-split también se puede utilizar para alimentar varias unidades interiores, dando lugar a lo que se conoce como mini-splits multizona. A través de este método, las unidades individuales se pueden controlar de forma independiente en lo que se conoce como "zonificación".

Modo Freeze Protection (FP) en Cielo Breez Smart AC control

El modo Freeze Protection es una característica única e innovadora para quienes tienen hogares en climas extremadamente fríos. Con Freeze Protection, puede mantener una temperatura agradable en el espacio interior incluso cuando no está en uso.

El acondicionador de aire puede funcionar en un modo de calor de baja potencia, lo que garantiza que la habitación no se enfríe de manera insoportable y helada. Este modo es ideal para cuando no estás ocupando el espacio, pero tampoco quieres que se congele o se enfríe mucho

b) Bomba de calor de aire de escape

Una variante menos conocida de las bombas de calor aire-aire son las bombas de calor de aire de escape, que utilizan el aire de escape de un proceso separado y extraen calor de él. Los requisitos para este tipo de bomba de calor son que debe ubicarse cerca de un sistema de escape con flujo constante y también temperaturas constantes.

2. Tipo de bomba de calor:bombas de calor subacuáticas/subterráneas

Como se discutió anteriormente, una desventaja de las bombas de calor aire-aire es la variación de temperatura que se observa en el ambiente. Entre los diferentes tipos de bombas de calor, las bombas de calor subterráneas o submarinas eliminan este problema porque el suelo tiene una temperatura casi constante durante todo el año. Por lo tanto, las bombas de calor subterráneas o subacuáticas proporcionan aire frío o caliente eficientemente durante todo el año. Además, la eficiencia de la bomba de calor de este tipo es muy superior a la de los otros tipos, debido a su bajo consumo energético.

a) Bombas de calor de fuente de agua

Las bombas de calor subacuáticas utilizan una fuente de agua como medio de intercambio de calor. Pero un requisito previo es, por supuesto, que haya una fuente de agua cerca. Estas bombas de calor también pueden funcionar como bombas de calor reversibles, absorbiendo el calor del agua para calentar el ambiente interior y también liberando el calor absorbido desde el interior a la masa de agua.

Esto se logra a través de una serie de bobinas o bucles colocados debajo del cuerpo de agua. El refrigerante, en algunos casos, el agua misma, se bombea a través de esos serpentines y luego se enruta dentro de la casa para proporcionar calefacción o refrigeración.

Como se mencionó anteriormente, las temperaturas bajo el agua se mantienen estables durante todo el año, y las bombas de calor de fuente de agua también se pueden utilizar bien en climas extremos sin que disminuya el rendimiento.

A pesar de que los sistemas submarinos no requieren una preparación extensa excavando el suelo (como es el caso de los sistemas geotérmicos), aún son costosos inicialmente en comparación con los sistemas aire-aire.

Se puede hacer una distinción adicional en los sistemas submarinos, a saber, sistemas de bucle abierto y de bucle cerrado. Un sistema de circuito cerrado tiene un refrigerante en su interior, que se recicla constantemente a través de la red de tuberías. No es necesario reponer el refrigerante una y otra vez. Los sistemas de circuito abierto, por otro lado, toman agua de la fuente de agua y la bombean dentro de la casa. Esta agua luego se expulsa de nuevo a la fuente de agua. No se bombea continuamente la misma cantidad de agua a través de la red. Las bombas de calor de fuente de agua son, por lo tanto, la elección correcta para hogares rurales cerca de cuerpos de agua.

b) Bombas de calor geotérmicas

También conocidos como bombas de calor geotérmicas, estos sistemas utilizan el calor del suelo en lugar del agua para calentar o enfriar un espacio interior. El suelo también es una fuente de calor de temperatura casi constante durante todo el año y puede depender de él para las necesidades de calefacción y refrigeración. Al igual que las bombas de calor subacuáticas, el refrigerante pasa a través de bobinas y circuitos que se colocan bajo tierra. Luego, este refrigerante se bombea dentro de la casa, donde se intercambia calor.

En los veranos, esto significa que el refrigerante transporta refrigerante frío dentro de la casa, donde absorbe el calor del espacio interior y se calienta, mientras la casa se enfría. Lo contrario es cierto durante los inviernos cuando el refrigerante expulsa calor a la habitación mientras se enfría.

Las tuberías subterráneas se pueden colocar en varias configuraciones. Se pueden colocar en bucles horizontales bajo tierra o se pueden perforar verticalmente a mayores profundidades en las tuberías. Estas tuberías en forma de U están conectadas en la parte inferior, formando una red interconectada.

3. Tipo de bomba de calor:Bombas de calor híbridas

En climas muy fríos, una bomba de calor puede tener problemas debido a la enorme diferencia de temperatura entre la temperatura exterior y la temperatura interior deseada. Esto es especialmente cierto para los sistemas aire-aire, que pueden dejar de funcionar a temperaturas cercanas al punto de congelación, lo que requiere el uso de hornos, que son un gasto adicional.

Además, aunque las bombas de calor geotérmicas y submarinas pueden funcionar en un rango de temperatura más amplio, son mejores para enfriar que para calentar.

Para combatir este problema, puede utilizar bombas de calor híbridas. Estos sistemas son una combinación de dos tipos diferentes de bombas de calor, cada uno adecuado para diferentes condiciones y requisitos climáticos. Un ejemplo de una disposición de este tipo es el de las bombas de calor alimentadas por energía solar. Utilizan la energía solar como fuente de energía para alimentar sistemas de calefacción adicionales o pueden usarse directamente para proporcionar calefacción aprovechando la energía del sol.

En pocas palabras:¿Qué tipo de bomba de calor es mejor para usted?

Independientemente del sistema que elija entre los diferentes tipos de bombas de calor, asegúrese de tener una imagen completa de la zona climática en la que se encuentra, su presupuesto, requisitos y, por supuesto, la ubicación de su bomba de calor. Si está renovando un edificio antiguo existente, sería mejor optar por una bomba de calor mini-split. Pero si vive cerca de una gran masa de agua en un área rural, podría valer la pena echarle un vistazo a una bomba de calor geotérmica o submarina.

Además de las preferencias personales y las limitaciones geográficas, es importante estar atento a los costos de instalación y operación. Como se discutió anteriormente, la instalación de un sistema geotérmico será costosa, pero los costos operativos pueden ser extremadamente bajos, en comparación con una bomba de calor sin ductos. Pero, por otro lado, un sistema sin ductos será mucho más barato de comprar e instalar, con tiempos de instalación mínimos también.

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