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Cómo funcionan las bombas de calor

Cómo funcionan las bombas de calor
Satisfacer
  1. Bombas de calor de transferencia de aire y calor
  2. Bombas de calor de aire, geotermia y absorción
  3. Otros tipos de bombas de calor
  4. Ventajas y desventajas de las bombas de calor.
  5. Que buscar en una bomba de calor
  6. ¿Las bombas de calor ahorran dinero?
  7. Mantenimiento de la bomba de calor

Bombas de calor de transferencia de aire y calor

Hay muchos tipos de bombas de calor, pero todas funcionan según el mismo principio básico: transferencia de calor. Esto significa que, en lugar de quemar combustible para generar calor, el dispositivo mueve el calor de un lugar a otro. Hay una clave para todo esto: el calor fluye naturalmente hacia abajo. Esto significa que tiende a moverse de un lugar con una temperatura alta a un lugar con una temperatura más baja. Suficientemente simple. Una bomba de calor usa una pequeña cantidad de energía para revertir este proceso, extrayendo calor de un área de temperatura relativamente baja y bombeándolo a un área de temperatura más alta. Por lo tanto, el calor se transfiere de una “fuente de calor”, como el suelo o el aire, a un “disipador de calor”, como su casa.

Uno de los tipos más comunes de bombas de calor es el bomba de calor de aire. Esta maravilla tecnológica moderna toma el calor del aire fuera de su hogar y lo bombea a través de serpentines llenos de refresco, no muy diferente a lo que hay en la parte posterior de su refrigerador. La variedad de fuentes de aire es bastante simple y encontrará dos ventiladores, serpentines más fríos, una válvula de inversión y un compresor interno para mantenerlo funcionando.

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Y como preguntaste, así funciona este tipo de bomba de calor:

Este contenido no es compatible con este dispositivo.

Este sistema se llama más comúnmente bomba de calor aire-aire, porque toma calor del aire exterior y lo transfiere a los conductos de aire internos. Con el tipo correcto de modificaciones, los sistemas de aire también pueden funcionar con otros tipos de sistemas de calefacción internos.

La clave para permitir que la bomba de calor aire-aire se enfríe es la válvula de inversión. Esta versátil pieza invierte el flujo de refrigerante, de modo que el sistema comienza a trabajar en sentido contrario. Entonces, en lugar de bombear calor a su hogar, la bomba de calor lo libera, al igual que el aire acondicionado. Cuando el refrigerante se invierte, absorbe el calor del interior de la unidad y sale. Aquí es donde se libera el calor, lo que permite que la soda se enfríe nuevamente y regrese al interior para capturar más calor. Este proceso se repite hasta que esté amable y frío.

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Bombas de calor de aire, geotermia y absorción

Un controlador para una bomba de calor de fuente terrestre estándar.

© iStockPhoto.com / Anthony Buckingham

Hasta ahora has aprendido que bombas de calor de aire utilice un ventilador externo para extraer aire a través de bobinas llenas de refrigerante. Dos juegos de estas bobinas transfieren este calor a la casa, donde un segundo ventilador lo expulsa de las bobinas y lo distribuye por toda la casa como un producto fresco. Algunos sistemas de bomba de calor de fuente de aire consisten en una sola unidad empaquetada que contiene los dos juegos de baterías en una sola caja. Luego, esta caja se instala en el techo de un edificio con los conductos que se extienden a través de la pared. Verá muchos sistemas más grandes para edificios comerciales instalados de esta manera. Las bombas de calor residenciales son generalmente sistemas separados con un componente externo y un componente interno instalados a través de la pared. Dependiendo del tipo de sistema, puede haber uno o más componentes internos para distribuir el calor.

Bombas de calor geotermales son un poco diferentes. Absorben el calor del suelo o de un cuerpo de agua subterráneo y lo transfieren al hogar o viceversa. El tipo más común de bomba de calor geotérmica transfiere el calor directamente del suelo, absorbiéndolo a través de tubos subterráneos llenos de agua o refrigerante. Estas mangueras de bombeo de líquido pueden circuito cerrado o circuito abierto sistemas y funcionan más o menos exactamente como parecen. En un sistema de circuito cerrado, el mismo refrigerante o agua circula repetidamente a través de los tubos. En un sistema de circuito abierto, el agua se bombea fuera de la fuente de agua subterránea, como un pozo o un lago artificial. A partir de entonces, el calor se extrae del agua y el agua vuelve a la superficie del pozo o lago. Luego se bombea más agua del pozo para extraer más calor en un circuito abierto continuo.

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Si eso no es suficiente para sorprenderte, considera el archivoabsorciónbomba de calor – Bombas de aire alimentadas con gas natural, energía solar, propano o agua geotérmica, en lugar de electricidad. Las bombas de absorción se pueden utilizar para aplicaciones a gran escala, pero ahora están disponibles para hogares más grandes. La principal diferencia entre una bomba de calor neumática estándar y una bomba de absorción es que, en lugar de comprimir un refrigerante, una bomba de absorción absorbe el amoníaco del agua y luego una bomba de baja potencia lo presuriza. Luego, la fuente de calor hierve el amoníaco del agua y se reinicia el proceso.

Al comprobar una bomba de calor de absorción, es útil saber cómo se evalúa. Los fabricantes los clasifican utilizando una medida llamada coeficiente de rendimiento (COP), que parece bastante complicado. Todo lo que necesita saber es buscar un COP superior a 1,2 para calefacción y superior a 0,7 para refrigeración. Y no se preocupe, discutiremos las calificaciones estándar de la bomba de calor más adelante.

Las bombas de calor de aire, terrestres y de absorción son los tipos más comunes de bombas de calor, pero no funcionan en todas las situaciones. Siga leyendo para obtener más información sobre los tipos especiales de bombas de calor.

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Otros tipos de bombas de calor

Si tu casa no tiene conductos de aire para distribuir el calor, no te preocupes. Podría utilizar un tipo especial de bomba de calor llamada mini bomba de calor split. La más linda de todas las bombas de calor, conecta una unidad de fuente de aire externa a varias unidades interiores. Estas unidades interiores están conectadas a un calentador de agua o radiadores. Estos sistemas mini-split sin tuberías son útiles para renovar una casa con un sistema de bomba de calor, ya que su ubicación dentro y fuera de la casa es flexible. Otra ventaja es que la instalación requiere solo un conducto de 3 pulgadas (7,6 cm) para atravesar la pared, lo cual es bastante imperceptible. También son versátiles. Los sistemas de tratamiento de aire interior se pueden instalar en paredes, techos o en el suelo y son pequeños.

¿Y quién puede olvidar el archivo? enfriador de ciclo inverso (RCC) bomba de calor? En lugar de calentar y enfriar el aire, este chico malo calienta y enfría el agua y puede funcionar de manera eficiente a temperaturas bajo cero. En un sistema RCC, la bomba de calor se conecta a un tanque de agua aislado que calienta o enfría. Luego, un sistema de ventilación y serpentín bombea el aire calentado o enfriado fuera del tanque y a través de los conductos hacia una o más zonas de calentamiento. Un sistema RCC también puede bombear agua caliente a través de un sistema de calefacción por suelo radiante, por lo que cuando sus pies descalzos se sientan cómodos sobre un azulejo tostado este invierno, puede agradecerle a su RCC.

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En una bomba de calor de fuente de aire típica, es necesario tener un quemador de respaldo para proporcionar calor temporal cuando el sistema se invierte para descongelar los serpentines. Este quemador de respaldo evita que el sistema sople aire frío a través de los amortiguadores mientras se descongelan las bobinas, lo cual es esencial si su objetivo es mantenerse caliente. Algunos pueden decir que el sistema RCC es superior, ya que utiliza agua caliente del tanque para descongelar las bobinas, por lo que no se requiere un quemador de respaldo. También significa que el sistema nunca emite aire frío cuando no debería, y el resultado es que usted se mantiene caliente.

Un nuevo y prometedor tipo de bomba de calor para climas extremos es la bomba de calor para climas fríos, que funciona de manera eficiente en temperaturas extremadamente bajas, incluso por debajo de 0 grados Fahrenheit (-18 grados Celsius). La bomba de calor para clima frío detecta la cantidad mínima de energía necesaria para proporcionar el nivel deseado de calefacción o refrigeración y ajusta su potencia hacia arriba o hacia abajo, para que nunca se desperdicie energía. Es una alternativa extremadamente ecológica, pero aún se encuentra en las primeras etapas de implementación debido a retrasos en la financiación, que han retrasado la investigación. En 2011, Canadá invirtió US $ 4 millones en el desarrollo de sistemas de calefacción de clima frío.

La Todos los climas La bomba de calor es otro nuevo tipo de bomba, que puede funcionar a temperaturas tan bajas como -30 grados Fahrenheit (-34 grados Celsius) y puede aumentar la eficiencia hasta en un 60% en comparación con una bomba de calor estándar. [source: EERE]. Sin embargo, la bomba de calor para todo clima está diseñada principalmente para calefacción y no funcionará de manera eficiente en climas donde la bomba de calor estaría en modo de enfriamiento la mayor parte del tiempo.

Las bombas de calor especiales también tienen limitaciones. Siga leyendo para obtener más información sobre los pros y los contras de las bombas de calor y lo que necesita saber antes de comprar una.

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Ventajas y desventajas de las bombas de calor.

El famoso Unity Temple, del arquitecto Frank Lloyd Wright, cerca de Chicago, fue renovado en 2005 para incluir sistemas geotérmicos de calefacción y refrigeración que no dañan el medio ambiente.

El famoso Unity Temple, del arquitecto Frank Lloyd Wright, cerca de Chicago, fue renovado en 2005 para incluir sistemas geotérmicos de calefacción y refrigeración que no dañan el medio ambiente.

Charles Rex Arbogast / AP Images

Las bombas de calor pueden ayudar a los consumidores a ahorrar en servicios públicos, pero tienen limitaciones. En primer lugar, tienden a ser algo ineficaces en todos los climas donde la temperatura del aire exterior desciende regularmente a cerca o por debajo de cero, aunque los innovadores están trabajando para mejorarla. Esto se debe a que mover calor de un área muy fría a un área más caliente requiere más energía que mover calor entre dos áreas con una diferencia de temperatura más moderada. También hay más calor disponible al aire libre en un clima templado que en un clima frío. Es importante tener en cuenta que incluso en un clima frío todavía hay calor en el aire exterior para bombear, pero la unidad tiene que trabajar más para extraer el calor disponible. La bomba de calor puede necesitar energía adicional para producir suficiente calor para calentar cómodamente su hogar cuando la temperatura desciende por debajo del punto de congelación, lo cual no es bueno.

El calor producido por las bombas de calor no es tan intenso como el calor producido por un horno de gas o de aceite. Las personas acostumbradas a los hornos tradicionales pueden sentirse incómodas con el calor más suave producido por estos sistemas. Otros prefieren el calor producido por las bombas de calor porque distribuyen el calor uniformemente por toda la casa, lo que significa que no hay puntos fríos. Una bomba de calor se enciende y apaga con menos frecuencia que un horno de gas, y la mayoría de los sistemas han eliminado el flujo de aire frío a través de las aberturas que ocurría anteriormente cuando el sistema se movía temporalmente para volver al descongelamiento.

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Antes de instalar una bomba de calor, debe considerar qué tipo de calefacción de respaldo o de respaldo puede necesitar usar cuando la bomba de calor no puede funcionar de manera eficiente. Muchas bombas de calor utilizan calefacción eléctrica adicional, pero también es posible utilizar algún tipo de quemador de aceite o un horno de gas adecuado. Cualquiera que sea el tipo de sistema de calefacción que sea común en su área, probablemente sea el método de respaldo más eficiente y económico. Siempre puede llamar a su compañía eléctrica local para obtener más información.

Las bombas de calor de fuente subterránea son mejores deshumidificadores que los acondicionadores de aire normales porque estos sistemas suelen tener serpentines de retorno planos y más grandes que acondicionan y deshumidifican más aire que el serpentín correspondiente en un sistema de aire acondicionado. Las bombas de calor de aire tienen aproximadamente las mismas capacidades de deshumidificación que los sistemas de aire acondicionado. Si tiene necesidades de humidificación o deshumidificación, tenga esto en cuenta.

Ahora que conoce los pros y los contras de las bombas de calor, siga leyendo para saber qué buscar al comprar una bomba de calor.

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Que buscar en una bomba de calor

Cuando comienza a comprar una bomba de calor, hay algunas cosas que debe buscar. Primero, los fabricantes evalúan la eficiencia de la mayoría de las bombas de calor de dos maneras: clasificaciones SEER y HSFP. Los puntajes más altos para SEER y HSFP indican una unidad más eficiente.

  • SEER significa Clasificación de eficiencia energética estacional y es una proporción de la cantidad de energía (medida en BTU) bombeada en modo de enfriamiento dividida por la electricidad utilizada (en vatios) para enfriar. Busque una calificación SEER entre 14-18.
  • HSFP significa factor de rendimiento de calefacción estacional. Calcula la relación entre la energía bombeada internamente para calefacción y la energía utilizada para calefacción, pero esta es una ecuación más complicada que la clasificación SEER porque también tiene en cuenta la necesidad de calor adicional y la energía utilizada para descongelar la unidad. Busque una puntuación HSFP entre 8 y 10.

Las bombas de calor suelen tener opciones que las hacen más eficientes. Éstos incluyen:

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  • Un serpentín atemperador que calienta el agua reciclando el calor residual (o en un sistema RCC, un sistema de recuperación de calor de enfriamiento que también usa la capacidad adicional de la bomba para calentar agua en un clima invernal templado).
  • Compresores y motores de modo dual que ahorran energía ajustando hacia arriba o hacia abajo, según el nivel de calefacción o refrigeración requerido.
  • Compresores scroll que son más silenciosos, más eficientes y más duraderos que los compresores tradicionales.

Si bien muchas de estas características se encuentran solo en bombas de calor más caras, compensan el gasto inicial al ayudar a que las bombas de calor funcionen de manera más eficiente y ahorren más energía durante la vida útil de la bomba.

Ahora sabe cómo comprar una bomba de calor, pero ¿realmente le ahorrará dinero?

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¿Las bombas de calor ahorran dinero?

El costo de instalar y operar diferentes tipos de bombas de calor varía levemente. Las bombas de calor subterráneas cuestan más de instalar que las bombas de calor de aire, hasta tres veces más, porque las bombas de calor subterráneas requieren que excave hasta una fuente de calor e involucre sistemas de transferencia de calor más complejos. Puede resultar un poco caro dependiendo del lote de su propiedad. Espere pagar entre $ 5,000 y $ 7,500 por un sistema de bomba de calor en tierra. Las bombas de calor aire-aire se pueden encontrar por mucho menos, con un promedio de alrededor de $ 1,500 a $ 4,000, ya que las unidades tienden a ser más simples y la instalación es más fácil.

El costo requerido para la operación y reparación de una bomba de calor varía según el tipo de sistema. Es más barato operar una bomba de calor de fuente subterránea porque el suelo y el agua tienen una temperatura relativamente constante que permite que la bomba de calor funcione de manera eficiente. Los sistemas geotérmicos también tienen la ventaja de no estar expuestos a la intemperie, lo que evita un desgaste severo. Sin embargo, su reparación puede resultar costosa si necesita acceder a una parte subterránea del sistema. Los sistemas de fuentes de aire son de fácil acceso y mantenimiento, pero pueden requerir un mantenimiento más regular ya que están expuestos a los elementos. Además, las bombas de calor de fuente de aire pueden usar más energía adicional para funcionar, especialmente en climas más fríos, lo que costará más en su factura.

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Las bombas de calor pueden ahorrar un 30-40% o más en su factura de electricidad, pero el descuido reducirá la eficiencia de una bomba de calor. calor con el tiempo. [source: EERE]. Es importante considerar el clima en el que utilizará la bomba de calor para asegurarse de seleccionar un sistema que funcione de manera eficiente en su área. En última instancia, las bombas de calor pueden ahorrar mucho dinero en servicios públicos si usted es un buen candidato e instala el tipo correcto de bomba. para su área.

Siga leyendo para descubrir los costos de funcionamiento y reparación de su nueva bomba de calor.

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Mantenimiento de la bomba de calor

Si usa su bomba de calor con regularidad, debe cambiar el filtro aproximadamente una vez al mes. Probablemente solo podrá cambiar el filtro una vez cada tres meses si solo opera la unidad periódicamente. Mantenga los ventiladores y serpentines limpios y libres de escombros y haga que la bomba de calor sea inspeccionada por un profesional una o dos veces al año.

Los problemas comunes con las bombas de calor incluyen flujo de aire bajo, conductos con fugas o ruidosos, problemas de temperatura, uso de carga de refrigerante incorrecta, clics, chirridos y chirridos. Si puede, intente aislar la ubicación del problema. ¿El flujo de aire es bajo solo en la salida de un amortiguador o todos los amortiguadores tienen un flujo de aire bajo? ¿El ruido irritante proviene de los conductos de aire o de la propia bomba de calor?

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Hay varias cosas que puede hacer para identificar y posiblemente solucionar un problema con la bomba de calor antes de llamar a un profesional. Primero, si la unidad falla, intente reiniciar el motor. Verifique que no haya problemas en el sistema de encendido de la bomba y asegúrese de que no haya un disyuntor disparado o un fusible quemado. Verifique el termostato para asegurarse de que esté funcionando correctamente. Reemplace el filtro si está sucio y asegúrese de que no haya obstrucciones en el flujo de aire. Si los conductos de aire hacen ruido al expandirse y contraerse, puede intentar colocar una protuberancia en el costado del conducto para hacer que la superficie sea más rígida. Los traqueteos se pueden reparar arreglando las partes sueltas y, si se escucha ruido dentro de la unidad, es posible que sea necesario reemplazar o ajustar la correa del ventilador que conecta el motor y el ventilador. El ruido de fricción puede indicar que los cojinetes del motor están desgastados, lo que requerirá ayuda profesional para repararlos.

Recuerde que si no tiene inclinación mecánica, probablemente no debería intentar hacer este tipo de trabajos de reparación. Y dado que las bombas de calor pueden contener materiales peligrosos, esta es otra buena razón para buscar ayuda profesional. Una fuga de productos químicos es una mala noticia y puede lesionarse fácilmente al manipular un dispositivo roto.

Una bomba de calor debe durar entre 10 y 30 años, con las unidades geotérmicas a la vanguardia de la longevidad. De hecho, algunos componentes de las bombas de calor de fuentes subterráneas pueden durar incluso más. Recuerde que la tecnología puede cambiar antes de que se agote su bomba de calor, por lo que es posible que su bomba de calor dure más que la capacidad de un técnico para repararla. Las nuevas tecnologías pueden hacer que las bombas de calor sean más seguras o más eficientes. Esté atento a los nuevos tipos de bombas de calor.

Para obtener más información sobre las bombas de calor, consulte los enlaces en la página siguiente para obtener más información.

Publicado originalmente: 13 de mayo de 2009

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Preguntas frecuentes sobre bombas de calor

¿Cómo funciona una bomba de calor en invierno?
Una bomba de calor absorbe el calor del aire exterior y lo sopla para calentar su hogar. Son mucho más baratos de operar que un horno de gas porque consumen una cantidad muy pequeña de electricidad.
¿Una bomba de calor enfría como un aire acondicionado?
Las bombas de calor pueden calentar y enfriar el aire, a diferencia de las unidades de aire acondicionado. Incluso cuando se trata de enfriar la casa, las bombas de calor son más eficientes que los acondicionadores de aire.
¿A qué temperatura no es eficiente una bomba de calor?
Aunque las bombas de calor suelen ser más eficientes que el aire acondicionado, no pueden mantener su eficiencia entre 25 y 40 grados Fahrenheit. Las bombas de calor son mucho mejores para temperaturas superiores a los 40 grados. Cualquier cosa debajo y comienzan a usar más energía, lo que hace que los hornos sean más eficientes en este punto.
¿Cómo reiniciar su bomba de calor?
Para reiniciar la bomba de calor, primero apague el termostato y la bomba. Apague todos los disyuntores asociados y deje que el refrigerante se estabilice durante al menos 3-5 minutos. Puede limpiar los filtros o conductos mientras espera. Luego, encienda el sistema en orden inverso.
¿Cuál es la vida media de una bomba de calor?
En promedio, las bombas de calor duran de 10 a 15 años, dependiendo del uso y mantenimiento. Algunos también han informado que sus sistemas han permanecido operativos hasta por 50 años, pero esto es raro.

Si sabe cómo funcionan los acondicionadores de aire, ya sabe un poco más sobre cómo funcionan las bombas de calor.

Si sabe cómo funcionan los acondicionadores de aire, ya sabe un poco más sobre cómo funcionan las bombas de calor.

© iStockphoto.com / gmnicholas

Cuando piensa en enfriar un edificio caliente, probablemente no piense en bombas de calor. De hecho, las palabras “aire acondicionado” son probablemente las primeras cosas que le vienen a la mente, a menos que necesite dinero. Entonces puede elegir “ventiladores de ventana”. Resulta que una bomba de calor puede calentar y enfriar y, en algunas aplicaciones, es mejor separar los sistemas de calefacción y refrigeración.

En resumen, un bomba de calor es un dispositivo que usa una pequeña cantidad de energía para mover el calor de un lugar a otro. No es muy difícil, ¿verdad? Las bombas de calor se utilizan normalmente para extraer calor del aire o del suelo para calentar una casa o un edificio de oficinas, pero se pueden invertir para enfriar un edificio. En cierto modo, si sabe cómo funciona un acondicionador de aire, ya sabe mucho sobre cómo funciona una bomba de calor. Esto se debe a que las bombas de calor y los acondicionadores de aire funcionan de manera muy similar.

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Una de las mayores ventajas de una bomba de calor sobre una unidad estándar de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) es que no es necesario instalar sistemas separados para calentar y enfriar la casa. Las bombas de calor también funcionan de manera extremadamente eficiente, ya que simplemente transfieren calor en lugar de quemar combustible. Esto los hace un poco más ecológicos que un horno de gas. Y no solo calientan y enfrían edificios. Si alguna vez le gustó un jacuzzi o una piscina climatizada, probablemente tenga que agradecerle a una bomba de calor. Funcionan mejor en climas moderados, por lo que si no siente calor y frío extremos alrededor del cuello, usar una bomba de calor en lugar de un horno y un aire acondicionado puede ayudarlo a ahorrar dinero, poco dinero todos los meses.

Siga leyendo para obtener una descripción general del interior de una bomba de calor.

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