¿Cómo funciona una bomba de calor en invierno? Información completa, preguntas frecuentes fundamentales

¿Cómo funciona un bomba de calor trabajar en invierno? Siempre es una pregunta curiosa para todos. Sabemos que en invierno el objetivo de la bomba de calor es calentar la habitación. Analicemos el funcionamiento de la bomba de calor en invierno.

Durante el invierno, el refrigerante líquido absorbe el calor del aire exterior y se convierte en vapor; el refrigerante de vapor se comprime a alta temperatura y presión. Entonces el refrigerante se le permite pasar por la habitación. Durante ese período, el refrigerante libera el calor a la habitación, por lo que aumenta la temperatura de la habitación. 

Este sistema es una buena opción para lugares donde ocurre un invierno suave y puede ahorrar energía en comparación con la calefacción convencional. Sin embargo, para el invierno severo, la bomba de calor por sí sola no es una buena alternativa. El sistema híbrido se utiliza en ese escenario.

Hay diferentes tipos de bombas de calor disponibles. La clasificación se basa en el lugar de donde se toma el calor, es decir, la ubicación del evaporador. Algunos de los tipos son: bomba de calor de fuente de aire, bomba de calor de fuente terrestre, bomba de calor de fuente de agua, etc.

En la siguiente figura se muestra un diagrama esquemático de la bomba de calor con los componentes principales;

¿Cómo funciona una bomba de calor en invierno?
Los principales componentes de una bomba de calor.
La unidad exterior de una pequeña bomba de calor de fuente de aire. Crédito: https://pixabay.com/de/photos/kleine-luft-w%c3%a4rmepumpe-4963069/

¿Cómo funciona una bomba de calor geotérmica en invierno?

La temperatura por debajo de unos pocos pies del suelo es una temperatura estable de 55oF independientemente de la temporada. Veamos cómo se utiliza este hecho para hacer funcionar una bomba de calor.

In bombas de calor de fuente de tierra, una serie de tubos fuertes se instalan debajo del suelo; este es el intercambiador de calor de fuente terrestre. El agua fría de la bomba de calor circula a través de estas tuberías y el agua absorbe el calor del suelo. Luego, el agua transfiere este calor al refrigerante en la bomba de calor. 

A continuación se muestra un diagrama esquemático.

Bomba de calor
Bomba de calor geotérmica Crédito: https: //www.flickr.com/photos/sagabardon/5086132916

La bomba de calor de fuente terrestre elimina la quema de combustibles fósiles; por lo tanto, esto es amigable con el medio ambiente. Alemania, EE.UU., Suecia, Canadá, Suiza son los principales países que utilizan esta bomba de calor.

¿Qué temperatura no es eficaz una bomba de calor?

La bomba de calor no se recomienda en todas las temperaturas. La temperatura ambiente influye en la eficacia de la bomba de calor.

A medida que la temperatura ambiente disminuye, la efectividad de la bomba de calor disminuye, a partir de la investigación, la temperatura ambiente límite se calcula como 40oF. Por lo tanto, se recomienda utilizar una bomba de calor cuando la temperatura ambiente sea superior a 40ºC.oF. La bomba de calor se vuelve menos efectiva que otras opciones de calefacción cuando la temperatura se reduce de 25 a 30ºC.oF.

Por lo tanto, usamos un sistema alternativo en aquellas regiones donde la temperatura cae por debajo de los 40 ° F. Se quema combustible fósil o cualquier combustible barato para extraer calor en estas regiones durante el pico del invierno.  

La bomba de calor funciona entre dos límites de temperatura, temperatura ambiente y temperatura ambiente. Por lo tanto, el rendimiento de la bomba de calor depende de ambas temperaturas. Se puede suponer que si la temperatura ambiente es baja, la bomba de calor consume más trabajo para extraer el calor; por tanto, la eficiencia disminuye.

Analicemos matemáticamente la efectividad de las bombas de calor. La eficacia de una bomba de calor se mide como coeficiente de rendimiento (COP). COP se define como

COP = \ frac {(Efecto de calentamiento)} {(Trabajo realizado en el sistema)}

Analicemos el COP de un ciclo de Carnot. El ciclo de Carnot es un ciclo ideal que tiene el COP máximo.

El COP del ciclo de Carnot se define como;

COP = \ frac {T_ {caliente}} {T_ {caliente} -T_ {frío}}

Tfrío es la temperatura ambiente y Tpicante es la temperatura ambiente. Supongamos que establecemos 68oF en bomba de calor, por lo tanto, la temperatura ambiente es 68oF. Ahora supongamos dos condiciones cuando la temperatura ambiente es 40oF y 20oF.

Cuando se aplican estas condiciones de temperatura, obtenemos COP de 11.5 y 6.7 para la temperatura ambiente de 40oF y 20oF, respectivamente.

(Nota: se debe tener cuidado al calcular el COP, las temperaturas deben estar en la escala Kelvin o en la escala Rankine).

Aquí, el COP se reduce cuando se reduce la temperatura ambiente. El COP calculado es para el ciclo máximo posible. Este COP no se puede lograr en un ciclo real. Por lo tanto, podemos concluir que a medida que la temperatura ambiente disminuye, el COP de la bomba de calor disminuye.

¿Qué temperatura debo configurar mi bomba de calor en invierno?

Esto es siempre una preocupación para muchos de nosotros cuando operamos una bomba de calor.

El confort humano es el objetivo principal de una bomba de calor en el hogar. De las investigaciones científicas se concluye que 680F es mejor para la comodidad humana durante el invierno. Se aconseja reducir aún más la temperatura de funcionamiento cuando utilizamos la bomba de calor de forma continua. 

¿Puede funcionar la bomba de calor por debajo del punto de congelación?

La pregunta aquí es qué sucede cuando la temperatura ambiente está por debajo del punto de congelación. ¿Es seguro operar?

Sí, podemos usar la bomba de calor en condiciones de congelación. El punto de congelación del refrigerante utilizado en una bomba de calor está muy por debajo del punto de congelación del agua; por lo tanto, el refrigerante de la bomba de calor no se congelará aunque la temperatura ambiente esté por debajo del punto de congelación del agua.

Si la pregunta es "¿se recomienda utilizar la bomba de calor en condiciones de frío extremo?" entonces la respuesta es "no, no se aconseja"

Sin embargo, en condiciones de frío extremo no se recomienda utilizar bomba de calor. Discutimos la efectividad de las bombas de calor en secciones anteriores. Cuando la temperatura es menor a 40 ° F, la efectividad de la bomba de calor se reduce; por lo tanto, la bomba de calor consume más energía que simplemente quemar combustible.

¿Cómo puedo hacer que mi bomba de calor sea más eficiente en invierno?

A continuación se ofrecen algunos consejos para mejorar la eficiencia.

  • Limpiar el filtro con frecuencia.
  • Para un calentamiento rápido de la habitación, no ajuste la temperatura de la bomba de calor a un nivel muy alto.
  • No caliente los espacios que no está utilizando.
  • Cerrar perfectamente todas las ventilaciones de la habitación.
  • Deje siempre suficiente espacio en la unidad interior y exterior de la bomba de calor para que el aire fluya libremente.
  • Ponga el modo de calefacción de emergencia solo cuando sea una emergencia.
  • Asegúrese de que la unidad exterior sea de fácil acceso para su limpieza.

¿Por qué mi bomba de calor sopla aire frío cuando la calefacción está encendida?

Hay principalmente tres razones por las que puede sentir que su bomba de calor está soplando aire frío.

  • La bomba de calor funciona correctamente, pero la siente fría.
  •  La bomba de calor empezó a funcionar en modo descongelación.
  • La bomba de calor no funciona correctamente.

Analicemos cada punto por separado.

  • La bomba de calor funciona correctamente, pero la siente fría.

La bomba de calor funciona correctamente; sin embargo, cuando la temperatura ambiente es muy baja, la eficacia de la bomba de calor y la capacidad de aumentar la temperatura se reducen. En estas situaciones, la bomba de calor calienta el aire, pero usted no lo siente porque la temperatura del aire caliente está muy por debajo de la temperatura de su cuerpo.

Generalmente, la calefacción eléctrica se inicia automáticamente en estas situaciones.  

  • La bomba de calor empezó a funcionar en modo descongelación.

Cuando una bomba de calor funciona a una temperatura ambiente muy baja, el agua puede congelarse alrededor de las bobinas de la unidad exterior. Debe evitarse la cobertura completa de la bobina con hielo. La bomba de calor funciona en modo inverso para eliminar esta escarcha, es decir, comienza a enfriar el interior y a calentar el serpentín exterior.

Después de 1-2 minutos de funcionamiento, la bomba de calor comienza a funcionar correctamente cuando la escarcha se elimina por completo.

  • La bomba de calor no funciona correctamente.

Este es un problema grave y debe comunicarse con un técnico. Hay muchas posibilidades como fugas de refrigerante, daños en las válvulas o reducción de la eficiencia de la bomba de calor, etc.

 ¿Debo hacer funcionar mi bomba de calor en automático o calefacción?

 Hay tres modos en una bomba de calor: "Calor", "Frío" y "Automático". 

Se recomienda configurar el modo "Calor" en lugar del modo "Automático" en la temporada de invierno. Esto se debe a que el modo “Auto” puede enfriar la habitación en un día soleado de invierno, lo cual es innecesario, es decir, la bomba de calor automáticamente invierte su funcionamiento, lo que debe evitarse.

¿Debo apagar mi bomba de calor en condiciones de frío extremo?

La situación de frío extremo puede ocurrir en invierno en muchos países.

Se recomienda dejar de usar la bomba de calor en una situación de frío extremo ya que la efectividad de la bomba de calor disminuye, lo que conduce a un mayor consumo de energía, como se discutió anteriormente.

Por lo general, la bomba de calor viene con una instalación de calefacción eléctrica. Por lo tanto, en una situación de frío extremo, la bomba de calor se apaga y la calefacción eléctrica se inicia automáticamente.

¿Cuánto tiempo debe funcionar una bomba de calor al día?

Sabemos que la antigua técnica de calentamiento del horno no funcionará de forma continua durante mucho tiempo. ¿Y la bomba de calor?

La bomba de calor puede funcionar de forma continua durante todo el día si es necesario. Las bombas de calor avanzadas vienen con sensores automáticos, que permiten que la bomba de calor deje de funcionar cuando se alcanza la temperatura requerida; se inicia automáticamente cuando baja la temperatura. Por lo tanto, no debe preocuparse mucho por el consumo de energía.

Sin embargo, puede reducir el consumo de energía configurando manualmente el tiempo de apagado en una bomba de calor.

¿Cómo sé si mi bomba de calor se está descongelando?

La descongelación es muy común en una situación de frío. Puede ser necesario un ciclo de descongelación para el funcionamiento eficiente de la bomba de calor.

Puede saber que la bomba de calor está funcionando en el ciclo de descongelación si se observa lo siguiente.

  • El ventilador interior de la bomba de calor se apaga.
  • La bomba de calor deja de calentar la habitación.
  • La luz indicadora de descongelación parpadea
Glaseado en la unidad exterior de la bomba de calor Crédito: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heat_pump_model.jpg

¿Cómo evito que mi bomba de calor se congele?

Las bobinas exteriores de la bomba de calor pueden congelarse durante el funcionamiento.

El ciclo de descongelación es para evitar la congelación de la bomba de calor. El funcionamiento de la bomba de calor se invierte en el ciclo de descongelación y, durante ese período, la bomba de calor enfría el interior y calienta el exterior para que el hielo se derrita. Este ciclo opera automáticamente. En 2-3 minutos, la bomba de calor comienza a funcionar normalmente. 

¿Cómo se descongela una bomba de calor en invierno?

Puede descongelar la bomba de calor de las siguientes formas,

  • Ciclo de descongelación. En bombas de calor, el ciclo de descongelación funciona automáticamente. 
  • Quite la escarcha manualmente; puedes bombear agua a la escarcha hasta que se derrita. O puedes picar la escarcha con una herramienta

¿Cuánta escarcha es normal en una bomba de calor?

No podemos decir la helada normal cuantitativamente.

Hay dos condiciones en las que se puede decir que la escarcha es demasiado en una bomba de calor.

  • Cuando las heladas prohíben el flujo de aire a la bomba de calor.
  • Cuando la escarcha permanezca en las bobinas durante más de 2 horas.

Si se observan estas condiciones, se recomienda que se comunique con un operador ya que el ciclo de descongelamiento no está funcionando en su bomba de calor.

¿Cómo funciona una bomba de calor para piscina en invierno?

El funcionamiento de una bomba de calor de piscina es similar al de la bomba de calor de aire.

La bomba de calor de la piscina se utiliza para calentar el agua de la piscina. En esto, el condensador transfiere calor al agua fría. Los otros procesos son similares a los de la bomba de calor ambiental. Por lo tanto, el condensador se sumerge dentro de la piscina y la unidad restante está fuera de la piscina.

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