Calefacció i refrigeració amb una bomba de calor - Part 2

Durant el cicle de calefacció, la calor es pren de l'aire exterior i es "bomba" a l'interior.

• Primer, el refrigerant líquid passa a través del dispositiu d'expansió, canviant a una barreja líquid/vapor de baixa pressió. Després va a la bobina exterior, que actua com a bobina de l'evaporador. El refrigerant líquid absorbeix la calor de l'aire exterior i bull, convertint-se en un vapor de baixa temperatura.
• Aquest vapor passa per la vàlvula inversora fins a l'acumulador, que recull qualsevol líquid restant abans que el vapor entri al compressor. Després es comprimeix el vapor, reduint-ne el volum i fent-lo escalfar.
• Finalment, la vàlvula inversora envia el gas, que ara està calent, a la bobina interior, que és el condensador. La calor del gas calent es transfereix a l'aire interior, fent que el refrigerant es condense en un líquid. Aquest líquid torna al dispositiu d'expansió i el cicle es repeteix. La bobina interior es troba a la xarxa de conductes, a prop del forn.

La capacitat de la bomba de calor per transferir calor de l'aire exterior a la casa depèn de la temperatura exterior. A mesura que aquesta temperatura baixa, la capacitat de la bomba de calor per absorbir calor també disminueix. Per a moltes instal·lacions de bombes de calor amb font d'aire, això significa que hi ha una temperatura (anomenada punt d'equilibri tèrmic) quan la capacitat de calefacció de la bomba de calor és igual a la pèrdua de calor de la casa. Per sota d'aquesta temperatura ambient exterior, la bomba de calor només pot subministrar una part de la calor necessària per mantenir l'espai habitable còmode, i es requereix calor addicional.

És important tenir en compte que la gran majoria de bombes de calor d'aire tenen una temperatura de funcionament mínima, per sota de la qual no poden funcionar. Per als models més nous, això pot variar entre -15 °C i -25 °C. Per sota d'aquesta temperatura, s'ha d'utilitzar un sistema suplementari per proporcionar calefacció a l'edifici.

El cicle de refrigeració

El cicle descrit anteriorment s'inverteix per refrescar la casa durant l'estiu. La unitat treu la calor de l'aire interior i la rebutja a l'exterior.

• Com en el cicle de calefacció, el refrigerant líquid passa pel dispositiu d'expansió, canviant a una barreja líquid/vapor de baixa pressió. Després va a la bobina interior, que actua com a evaporador. El refrigerant líquid absorbeix la calor de l'aire interior i bull, convertint-se en un vapor de baixa temperatura.
• Aquest vapor passa per la vàlvula inversora fins a l'acumulador, que recull el líquid restant, i després cap al compressor. Després es comprimeix el vapor, reduint-ne el volum i fent-lo escalfar.
• Finalment, el gas, que ara està calent, passa per la vàlvula inversora fins a la bobina exterior, que actua com a condensador. La calor del gas calent es transfereix a l'aire exterior, fent que el refrigerant es condense en un líquid. Aquest líquid torna al dispositiu d'expansió i el cicle es repeteix.

Durant el cicle de refrigeració, la bomba de calor també deshumidifica l'aire interior. La humitat de l'aire que passa per la bobina interior es condensa a la superfície de la bobina i es recull en una paella a la part inferior de la bobina. Un desguàs de condensats connecta aquesta paella amb el desguàs de la casa.

El cicle de descongelació

Si la temperatura exterior cau a prop o per sota de la congelació quan la bomba de calor funciona en mode de calefacció, la humitat de l'aire que passa per la bobina exterior es condensarà i es congelarà. La quantitat d'acumulació de gelades depèn de la temperatura exterior i de la quantitat d'humitat de l'aire.

Aquesta acumulació de gelades disminueix l'eficiència de la bobina reduint la seva capacitat de transferir calor al refrigerant. En algun moment s'ha d'eliminar la gelada. Per fer-ho, la bomba de calor passa al mode de descongelació. L'enfocament més comú és:

• En primer lloc, la vàlvula inversora canvia el dispositiu al mode de refrigeració. Això envia gas calent a la bobina exterior per fondre la gelada. Al mateix temps, el ventilador exterior, que normalment bufa aire fred sobre la bobina, s'apaga per tal de reduir la quantitat de calor necessària per fondre la gelada.
• Mentre això succeeix, la bomba de calor està refredant l'aire dels conductes. El sistema de calefacció normalment escalfaria aquest aire ja que es distribueix per tota la casa.

S'utilitza un dels dos mètodes per determinar quan la unitat entra en mode de descongelació:

• Els controls de demanda de gelades controlen el flux d'aire, la pressió del refrigerant, la temperatura de l'aire o de la bobina i el diferencial de pressió a través de la bobina exterior per detectar l'acumulació de gelades.
• El descongelament de temps i temperatura s'inicia i acaba mitjançant un temporitzador d'interval preestablert o un sensor de temperatura situat a la bobina exterior. El cicle es pot iniciar cada 30, 60 o 90 minuts, segons el clima i el disseny del sistema.

Els cicles de descongelació innecessaris redueixen el rendiment estacional de la bomba de calor. Com a resultat, el mètode de congelació a demanda és generalment més eficient, ja que inicia el cicle de descongelació només quan és necessari.

Fonts de calor complementàries

Atès que les bombes de calor d'aire tenen una temperatura exterior mínima de funcionament (entre -15 °C i -25 °C) i una capacitat de calefacció reduïda a temperatures molt fredes, és important considerar una font de calefacció suplementària per a les operacions de la bomba de calor d'aire. També es pot requerir calefacció addicional quan la bomba de calor es descongela. Hi ha diferents opcions disponibles:

• Tot elèctric: en aquesta configuració, el funcionament de la bomba de calor es complementa amb elements de resistència elèctrica situats a la canalització o amb sòcols elèctrics. Aquests elements de resistència són menys eficients que la bomba de calor, però la seva capacitat de proporcionar calefacció és independent de la temperatura exterior.
• Sistema híbrid: en un sistema híbrid, la bomba de calor de font d'aire utilitza un sistema suplementari, com ara un forn o una caldera. Aquesta opció es pot utilitzar en instal·lacions noves, i també és una bona opció quan s'afegeix una bomba de calor a un sistema existent, per exemple, quan s'instal·la una bomba de calor com a substitució d'un aire condicionat central.

Consulteu la secció final d'aquest fullet, Equips relacionats, per obtenir més informació sobre els sistemes que utilitzen fonts de calefacció suplementàries. Allà, podeu trobar una discussió sobre les opcions sobre com programar el vostre sistema per fer la transició entre l'ús de la bomba de calor i l'ús de la font de calor suplementària.

Consideracions d'eficiència energètica

Per facilitar la comprensió d'aquesta secció, consulteu la secció anterior anomenada Introducció a l'eficiència de la bomba de calor per obtenir una explicació del que representen els HSPF i els SEER.

Al Canadà, les normatives d'eficiència energètica prescriuen una eficiència estacional mínima en calefacció i refrigeració que s'ha d'aconseguir perquè el producte es pugui vendre al mercat canadenc. A més d'aquestes regulacions, la vostra província o territori pot tenir requisits més estrictes.

A continuació es resumeixen el rendiment mínim per al Canadà en conjunt i els rangs típics dels productes disponibles al mercat per a la calefacció i la refrigeració. També és important comprovar si hi ha regulacions addicionals a la vostra regió abans de seleccionar el vostre sistema.

Rendiment estacional de refrigeració, SEER:

• SEER mínim (Canadà): 14
• Gamma, SEER al mercat Productes disponibles: 14 a 42

Rendiment estacional de calefacció, HSPF

• HSPF mínim (Canadà): 7,1 (per a la regió V)
• Gamma, HSPF als productes disponibles al mercat: 7,1 a 13,2 (per a la regió V)

Nota: els factors HSPF es proporcionen per a la zona climàtica V de l'AHRI, que té un clima similar a Ottawa. L'eficiència estacional real pot variar segons la vostra regió. Actualment s'està desenvolupant un nou estàndard de rendiment que té com a objectiu representar millor el rendiment d'aquests sistemes a les regions canadenques.

Els valors reals de SEER o HSPF depenen d'una varietat de factors relacionats principalment amb el disseny de la bomba de calor. El rendiment actual ha evolucionat significativament durant els darrers 15 anys, impulsat pels nous desenvolupaments en la tecnologia del compressor, el disseny de l'intercanviador de calor i la millora del flux i el control del refrigerant.

Bombes de calor de velocitat única i velocitat variable

De particular importància quan es considera l'eficiència és el paper dels nous dissenys de compressors en la millora del rendiment estacional. Normalment, les unitats que funcionen a la SEER i HSPF mínima prescrita es caracteritzen per bombes de calor d'una sola velocitat. Ara estan disponibles bombes de calor de font d'aire de velocitat variable que estan dissenyades per variar la capacitat del sistema per adaptar-se més a la demanda de calefacció/refrigeració de la casa en un moment determinat. Això ajuda a mantenir la màxima eficiència en tot moment, fins i tot en condicions més suaus quan hi ha una demanda més baixa al sistema.

Més recentment, s'han introduït al mercat bombes de calor d'aire que s'adapten millor al clima fred canadenc. Aquests sistemes, sovint anomenats bombes de calor de clima fred, combinen compressors de capacitat variable amb dissenys i controls d'intercanviador de calor millorats per maximitzar la capacitat de calefacció a temperatures d'aire més fredes, alhora que mantenen altes eficiències en condicions més suaus. Aquest tipus de sistemes solen tenir valors SEER i HSPF més alts, amb alguns sistemes que arriben a SEER fins a 42 i els HSPF s'acosten a 13.

Certificació, estàndards i escales de qualificació

La Canadian Standards Association (CSA) verifica actualment totes les bombes de calor per a la seguretat elèctrica. Una norma de rendiment especifica les proves i les condicions de prova en què es determinen les capacitats i l'eficiència de calefacció i refrigeració de la bomba de calor. Els estàndards de prova de rendiment per a les bombes de calor d'aire són CSA C656, que (a partir de 2014) s'ha harmonitzat amb ANSI/AHRI 210/240-2008, Classificació de rendiment dels equips unitaris de bomba de calor d'aire condicionat i font d'aire. També substitueix CAN/CSA-C273.3-M91, estàndard de rendiment per a aparells d'aire condicionat centrals de sistema dividit i bombes de calor.

Consideracions de mida

Per dimensionar adequadament el vostre sistema de bomba de calor, és important entendre les necessitats de calefacció i refrigeració de la vostra llar. Es recomana contractar un professional de calefacció i refrigeració per fer els càlculs requerits. Les càrregues de calefacció i refrigeració s'han de determinar mitjançant un mètode de dimensionament reconegut com ara CSA F280-12, "Determinació de la capacitat necessària dels aparells de calefacció i refrigeració d'espais residencials".

El dimensionament del vostre sistema de bomba de calor s'ha de fer segons el vostre clima, les càrregues de calefacció i refrigeració de l'edifici i els objectius de la vostra instal·lació (p. ex., maximitzar l'estalvi d'energia de calefacció en comparació amb el desplaçament d'un sistema existent durant determinats períodes de l'any). Per ajudar amb aquest procés, NRCan ha desenvolupat una guia de mida i selecció de la bomba de calor de font d'aire. Aquesta guia, juntament amb una eina de programari complementària, està pensada per a assessors energètics i dissenyadors mecànics, i està disponible gratuïtament per proporcionar orientació sobre la mida adequada.

Si una bomba de calor és de mida inferior, notareu que el sistema de calefacció addicional s'utilitzarà amb més freqüència. Tot i que un sistema de mida inferior continuarà funcionant de manera eficient, és possible que no obtingueu l'estalvi d'energia previst a causa de l'ús elevat d'un sistema de calefacció suplementari.

De la mateixa manera, si una bomba de calor està sobredimensionada, l'estalvi energètic desitjat pot no ser realitzat a causa d'un funcionament ineficient en condicions més suaus. Tot i que el sistema de calefacció suplementari funciona amb menys freqüència, en condicions ambientals més càlides, la bomba de calor produeix massa calor i la unitat s'encén i s'apaga provocant molèsties, desgast de la bomba de calor i consum d'energia elèctrica en espera. Per tant, és important tenir una bona comprensió de la seva càrrega de calefacció i quines són les característiques de funcionament de la bomba de calor per aconseguir un estalvi energètic òptim.

Altres criteris de selecció

A part de la mida, s'han de tenir en compte diversos factors de rendiment addicionals:

• HSPF: seleccioneu una unitat amb un HSPF tan alt com sigui possible. Per a unitats amb classificacions HSPF comparables, comproveu les seves classificacions en estat estacionari a -8,3 °C, la classificació de baixa temperatura. La unitat amb el valor més alt serà la més eficient a la majoria de regions del Canadà.
• Descongelació: seleccioneu una unitat amb control de descongelació a demanda. Això minimitza els cicles de descongelació, la qual cosa redueix l'ús d'energia suplementària i de la bomba de calor.
• Valoració del so: el so es mesura en unitats anomenades decibels (dB). Com més baix sigui el valor, menor serà la potència sonora emesa per la unitat exterior. Com més alt sigui el nivell de decibels, més fort serà el soroll. La majoria de les bombes de calor tenen una classificació sonora de 76 dB o inferior.

Consideracions d'instal·lació

Les bombes de calor d'aire ha de ser instal·lada per un contractista qualificat. Consulteu un professional local de calefacció i refrigeració per dimensionar, instal·lar i mantenir el vostre equip per garantir un funcionament eficient i fiable. Si voleu implementar una bomba de calor per substituir o complementar el vostre forn central, heu de tenir en compte que les bombes de calor funcionen generalment a cabals d'aire més alts que els sistemes de forn. Depenent de la mida de la vostra nova bomba de calor, és possible que calguin algunes modificacions a les vostres conductes per evitar sorolls addicionals i l'ús d'energia del ventilador. El vostre contractista us podrà orientar sobre el vostre cas concret.

El cost d'instal·lar una bomba de calor d'aire depèn del tipus de sistema, dels objectius de disseny i de qualsevol equip de calefacció i conductes existents a la vostra llar. En alguns casos, es poden requerir modificacions addicionals a les conductes o als serveis elèctrics per donar suport a la vostra nova instal·lació de bomba de calor.

Consideracions de funcionament

Heu de tenir en compte diverses coses importants quan feu servir la vostra bomba de calor:

• Optimitzar els punts de consigna de la bomba de calor i del sistema suplementari. Si teniu un sistema elèctric suplementari (per exemple, sòcols o elements de resistència al conducte), assegureu-vos d'utilitzar un punt de consigna de temperatura més baix per al vostre sistema suplementari. Això ajudarà a maximitzar la quantitat de calefacció que proporciona la bomba de calor a la vostra llar, reduint el vostre consum d'energia i les factures de serveis públics. Es recomana un punt de consigna de 2 °C a 3 °C per sota del punt de consigna de temperatura de calefacció de la bomba de calor. Consulteu el vostre contractista d'instal·lació sobre el punt de consigna òptim per al vostre sistema.
• Configuració per a un descongelat eficient. Podeu reduir l'ús d'energia si el vostre sistema està configurat per apagar el ventilador interior durant els cicles de descongelació. Això ho pot fer el vostre instal·lador. Tanmateix, és important tenir en compte que la descongelació pot trigar una mica més amb aquesta configuració.
• Minimitzar els retrocessos de temperatura. Les bombes de calor tenen una resposta més lenta que els sistemes de forn, de manera que tenen més dificultats per respondre a les baixes de temperatura profundes. S'han d'utilitzar retrocessos moderats de no més de 2 °C o s'ha d'utilitzar un termòstat "intel·ligent" que engegui el sistema aviat, en previsió d'una recuperació del contratemps. De nou, consulteu el vostre contractista d'instal·lació sobre la temperatura de reducció òptima per al vostre sistema.
• Optimitzeu la direcció del vostre flux d'aire. Si teniu una unitat interior muntada a la paret, considereu ajustar la direcció del flux d'aire per maximitzar la vostra comoditat. La majoria dels fabricants recomanen dirigir el flux d'aire cap avall quan s'escalfen i cap als ocupants quan es refreden.
• Optimitzar la configuració del ventilador. A més, assegureu-vos d'ajustar la configuració del ventilador per maximitzar la comoditat. Per maximitzar la calor subministrada per la bomba de calor, es recomana ajustar la velocitat del ventilador a alta o "Automàtic". En refrigeració, per millorar també la deshumidificació, es recomana la velocitat del ventilador "baixa".

Consideracions de manteniment

El manteniment adequat és fonamental per garantir que la vostra bomba de calor funcioni de manera eficient, fiable i tingui una llarga vida útil. Hauríeu de tenir un contractista qualificat que faci el manteniment anual de la vostra unitat per assegurar-vos que tot estigui en bon estat de funcionament.

A part del manteniment anual, hi ha algunes coses senzilles que podeu fer per garantir un funcionament fiable i eficient. Assegureu-vos de canviar o netejar el vostre filtre d'aire cada 3 mesos, ja que els filtres obstruïts reduiran el flux d'aire i reduiran l'eficiència del vostre sistema. A més, assegureu-vos que les ventilacions i registres d'aire de la vostra llar no estiguin bloquejats per mobles o catifes, ja que un flux d'aire inadequat cap a o des de la vostra unitat pot escurçar la vida útil dels equips i reduir l'eficiència del sistema.

Costos operatius

L'estalvi energètic de la instal·lació d'una bomba de calor pot ajudar a reduir les vostres factures mensuals d'energia. Aconseguir una reducció de la factura energètica depèn en gran mesura del preu de l'electricitat en relació amb altres combustibles com el gas natural o el gasoil i, en aplicacions de retrofit, quin tipus de sistema s'està substituint.

Les bombes de calor en general tenen un cost més elevat en comparació amb altres sistemes com els forns o els sòcols elèctrics a causa del nombre de components del sistema. En algunes regions i casos, aquest cost afegit es pot recuperar en un període de temps relativament curt mitjançant l'estalvi de costos de serveis públics. No obstant això, en altres regions, les tarifes variables dels serveis públics poden allargar aquest període. És important treballar amb el vostre contractista o assessor energètic per obtenir una estimació de l'economia de les bombes de calor a la vostra zona i els possibles estalvis que podeu aconseguir.

Esperança de vida i garanties

Les bombes de calor d'aire tenen una vida útil d'entre 15 i 20 anys. El compressor és el component crític del sistema.

La majoria de les bombes de calor estan cobertes per una garantia d'un any sobre peces i mà d'obra, i una garantia addicional de cinc a deu anys sobre el compressor (només per a peces). Tanmateix, les garanties varien entre els fabricants, així que comproveu la lletra petita.

Observació:

Alguns dels articles estan extrets d'Internet. Si hi ha alguna infracció, poseu-vos en contacte amb nosaltres per eliminar-la. Si esteu interessats en productes de bomba de calor, no dubteu a contactar amb l'empresa de bombes de calor OSB, som la vostra millor opció.