Los 5 tipos de bombas de calor para calefacción y refrigeración del hogar

Si está considerando una sistema de bomba de calor en lugar de un horno (o caldera) tradicional y un acondicionador de aire para calentar y enfriar su hogar, tendrá varios tipos de bombas de calor para elegir. Las bombas de calor se diferencian de los sistemas tradicionales de calefacción / refrigeración porque están diseñadas para mover el calor del exterior al interior (o viceversa) en lugar de generar calor. Por esta razón, son considerablemente más eficientes desde el punto de vista energético que los sistemas de combustión, pero tienen limitaciones, ya que es posible que no funcionen muy bien en climas extremadamente cálidos o fríos.

Dentro de este principio general de movimiento de calor, los diferentes tipos de bombas de calor varían en diseño, con algunos utilizando el aire exterior como fuente de calor y otros utilizando la tierra misma o una masa de agua como calor fuente.

1. Bombas de calor de fuente de aire

El principio de funcionamiento de una bomba de calor de fuente de aire es bastante similar al funcionamiento de un acondicionador de aire central, un acondicionador de aire de ventana o incluso un refrigerador. Todos estos dispositivos transfieren calor por el principio por el cual un líquido que se expande en un gas se enfría (de la misma manera que el sudor que se evapora de la piel proporciona enfriamiento), mientras que el mismo gas se calienta cuando se comprime de nuevo en una líquido. Los bucles de tubería llenos de un refrigerante químico y accionados por compresores mecánicos y expansores controlan cómo y dónde el líquido se expande en gas y se comprime nuevamente en líquido.

La diferencia entre un aire acondicionado o refrigerador estándar y un bomba de calor de fuente de aire es que la bomba de calor es reversible, de modo que el mecanismo puede transferir el calor del interior al exterior (el ciclo de enfriamiento) o transferir el calor del exterior al interior (cuando funciona como calentador). Un acondicionador de aire convencional, por otro lado, es una simple bomba de calor unidireccional diseñada para absorber solo el calor interior y expulsarlo al aire libre.

Las bombas de calor de fuente de aire son la forma más común de bomba de calor para sistemas de calefacción / refrigeración residenciales. Originalmente, algunas bombas de calor de fuente de aire, especialmente los sistemas minisplit, eran principalmente sistemas de enfriamiento. y no fueron tan efectivos para proporcionar calor en regiones con temperaturas bajo cero prolongadas temperaturas. Sin embargo, los sistemas actuales de bombas de calor con fuente de aire ofrecen una alternativa viable a los hornos eléctricos o sistemas de calefacción de zócalo a temperaturas de hasta cero grados Fahrenheit. En el modo de calefacción, las bombas de calor de fuente de aire pueden ser aproximadamente un 50 por ciento más baratas que calentar una casa con calefacción eléctrica de placa base o con un horno eléctrico de aire forzado. Las bombas de calor de fuente de aire también son algo más eficientes que sistemas de aire acondicionado tradicionales para eliminar la humedad de una casa.

Las bombas de calor de fuente de aire con un sistema de soplador de aire forzado generalmente cuestan entre $ 4,000 y $ 8,000 para instalar. Esto es considerablemente más que el costo promedio de reemplazar un horno de aire forzado, pero el ahorro de energía recuperará rápidamente la inversión adicional. En comparación con un horno eléctrico de aire forzado, las bombas de calor ahorran entre un 30 y un 70 por ciento en los costos operativos y se amortizan en un plazo de cinco a 12 años.

Bombas de calor Minisplit sin ductos

Una forma muy popular de bomba de calor de fuente de aire para uso residencial se describe generalmente como sin ductos o sistema minisplit. Estos sistemas funcionan mediante dos unidades mecánicas: una unidad exterior de compresor / condensador y una o más unidades de tratamiento de aire interior que contienen un evaporador. Los manipuladores de aire suelen ser cajas rectangulares que se colocan en una pared o en el techo. Las tuberías de plástico llevan el refrigerante desde el compresor hasta el controlador de aire, que puede ubicarse a una distancia de hasta 50 pies. Bombas de calor minisplit también incorporan una línea de drenaje para permitir que la humedad condensada se drene al aire libre, y requieren una conexión de cable eléctrico para alimentar el (los) controlador (es) de aire interior y el compresor exterior.

En el modo de enfriamiento, el calor se absorbe dentro de la casa a medida que el refrigerante se expande dentro de las bobinas dentro de la unidad de tratamiento de aire. Luego, ese calor se libera a medida que el refrigerante fluye hacia la unidad exterior y se comprime. Esto es bastante similar a la forma en que un estándar aire acondicionado de ventana funciona, excepto que los componentes del compresor y el evaporador pueden ubicarse a una distancia bastante grande. Los minisplits también son mucho más silenciosos que los aires acondicionados de ventana. Una bomba de calor minisplit es reversible para que durante los días fríos, las unidades puedan absorber el calor del aire exterior y liberarlo en el interior.

Los sistemas Minisplit son excelentes para instalar en una casa sin conductos existentes, como una casa con un caldera de vapor o agua caliente y radiadores. Esto le permite agregar aire acondicionado a una casa donde no es práctico agregar conductos para un sistema de aire forzado, y tiene el beneficio adicional de proporcionar una fuente de calor para aliviar la carga en la caldera o el horno.

Estos sistemas ofrecen una gran flexibilidad, ya que un solo compresor / condensador exterior puede servir para tantos como Cuatro unidades de tratamiento de aire interior, cada una operando como una zona separada con su propio termostato y controlador. La tubería que mueve el refrigerante entre los componentes exteriores e interiores requiere solo un orificio de 3 pulgadas en la pared, y dado que no hay conductos para irradiar energía térmica, estos son sistemas muy eficientes que son hasta un 30 por ciento más eficientes que los acondicionadores de aire centrales de aire forzado, que pierden una cantidad considerable de energía en los conductos que atraviesan paredes o áticos.

En el lado negativo, los minisplits pueden ser más costosos de instalar que un compresor de aire acondicionado central que utiliza aire forzado. conductos, y requieren un instalador que tenga la habilidad de elegir el tamaño correcto y colocar los controladores de aire interior correctamente. Un sistema que es demasiado grande o uno en el que los controladores de aire están mal ubicados será costoso de operar.

Según las estadísticas nacionales, un sistema minisplit es aproximadamente un 30 por ciento más caro de instalar que un sistema de conductos tradicional. para nuevas construcciones, aunque puede ser más asequible para instalaciones de modernización, donde la instalación de nuevos conductos puede ser muy Complicado. El promedio nacional es de alrededor de $ 3,000 a $ 4,000 para una unidad básica minisplit de 12,000 BTU con un solo controlador de aire interior. Planee gastar alrededor de $ 1,000 más por cada controlador de aire interior adicional. Uno encuesta Nacional muestra un promedio de $ 5,600 para la instalación profesional de un sistema minisplit.

Si bien esto puede parecer costoso, durante la vida útil del sistema, es posible que recupere el costo más alto mediante el ahorro de energía.

Bombas de calor de ventana

Una entrada relativamente nueva en el mundo de las bombas de calor es la bomba de calor de la unidad de ventana, que se ve y funciona como un aire acondicionado de ventana, con una diferencia importante: es reversible, por lo que puede enfriar o calentar una habitación. Las unidades más pequeñas cuestan entre $ 500 y $ 700, mientras que las unidades más grandes con valores de BTU de hasta 25.000 pueden costar cerca de $ 2.000. Estas unidades pueden ser una buena opción para los habitantes de apartamentos que buscan una unidad para enfriar y calentar una habitación o para propietarios de viviendas que buscan una forma de proporcionar refrigeración y calefacción auxiliares para una nueva habitación añadida o terminada ático. Muchos fabricantes líderes ahora fabrican estas unidades de ventana de calefacción / refrigeración, incluidos Amana, LG, Comfort Aire y General Electric. A menudo se comercializan como "acondicionadores de aire de calor / frío", pero el diseño es el de una bomba de calor de fuente de aire clásica.

2. Bombas de calor de fuente terrestre

Las bombas de calor de fuente terrestre generalmente funcionan haciendo circular una solución anticongelante / refrigerante que corre a través de un extenso circuito de tubería enterrado en el suelo debajo de la línea de congelación. Hay una variedad de métodos para ejecutar esta tubería según la logística del sitio de construcción. Al igual que con los sistemas de bomba de calor con fuente de aire, el anticongelante absorbe y libera su calor debido a un ciclo de expansión / compresión dictado por un compresor mecánico, una válvula de expansión y un evaporador. El sistema acumula calor en un extremo y lo libera en el otro. Durante la temporada de calefacción invernal, el sistema absorbe el calor de la tierra y lo libera en el interior; el proceso se invierte durante la temporada de enfriamiento de verano.

Hay varias variaciones en cómo se canalizan estos sistemas. Los sistemas de circuito cerrado generalmente usan un anticongelante que fluye a través de un sistema sellado de tubería, pero hay También sistemas de circuito abierto que utilizan agua subterránea o agua de lago / estanque como fluido circulante a través del tubería. Estos sistemas solo son posibles cuando las normativas locales y la calidad del agua lo permiten.

Las bombas de calor de fuente terrestre cuestan considerablemente más de instalar que otros tipos de bombas de calor porque implican una excavación extensa para ejecutar tuberías subterráneas. Espere gastar entre $ 15,000 y $ 25,000 para instalar una nueva bomba de calor de fuente terrestre con tubería subterránea. Sin embargo, su funcionamiento continuo cuesta mucho menos, lo que se traduce en ahorros a largo plazo. Además, algunos de estos sistemas también pueden calentar el agua durante sistemas de suelo radiante o para grifos en el hogar.

3. Bombas de calor de fuente de agua

Una forma diferente de bomba geotérmica es aquella que utiliza un cuerpo de agua, como un lago o un estanque grande, como fuente de calor. Un sistema cerrado y sellado de tuberías llenas de refrigerante se coloca al menos a 8 pies por debajo de la superficie de un cuerpo de agua adecuado, y este lago o estanque proporciona la fuente de calor utilizada por el sistema. Al igual que los sistemas de fuente terrestre, un compresor y un evaporador cambian el refrigerante dentro de la tubería de gas a líquido para transferir el calor: del agua a la casa durante la temporada de calefacción y de la casa al agua durante el enfriamiento estación.

Los sistemas de suministro de agua pueden ser más baratos de instalar, ya que no es necesario realizar una excavación extensa para enterrar la tubería en la tierra. pero están sujetos a muchas regulaciones ya que mantener la tubería llena de refrigerante sellada y aislada del agua es esencial.

4. Bombas de calor híbridas

Hay sistemas de calefacción / refrigeración residenciales que incluyen tanto una bomba de calor como componentes tradicionales de HVAC de aire forzado. Además de un horno de aire forzado, el sistema cuenta con una unidad de bomba de calor exterior (generalmente del tipo de fuente de aire) que se encarga de las tareas de calefacción y refrigeración durante los períodos de baja demanda. Durante períodos muy fríos o muy calientes, se activa el sistema HVAC tradicional.

Una buena opción en climas extremos es un sistema híbrido en situaciones en las que es posible que un sistema de bomba de calor no pueda realizar las tareas en todo momento. También son una buena opción cuando el horno tradicional debe ser eléctrico en lugar de gas natural. Calentar con un horno eléctrico solo puede ser una propuesta costosa.

5. Bombas de calor de absorción

Hay otro diseño de bomba de calor menos común que no encaja en la categoría de fuente de aire, los dos tipos geotérmicos o la categoría híbrida. Conocida como bomba de calor de absorción, este diseño utiliza un ciclo de absorción de agua y amoniaco para proporcionar calefacción y refrigeración. De la misma manera que una bomba de calor estándar, el refrigerante de amoníaco se condensa en un serpentín para liberar su calor y luego su presión se libera a través de un mecanismo de expansión para absorber el calor. Cuando el sistema absorbe el calor del interior de su hogar, proporciona refrigeración; cuando libera calor al interior de su hogar, proporciona calefacción.

La diferencia en el diseño es que en la bomba de calor de absorción, el amoníaco evaporado no es directamente presurizado por un compresor, pero en cambio es absorbido en agua antes de ser comprimido por un relativamente bomba de baja potencia. Para liberar el amoníaco disuelto del agua en el otro extremo del ciclo, el sistema requiere una fuente de calor, como un quemador de gas o una fuente de calor eléctrica.

Estos sistemas son relativamente raros para todas las casas residenciales excepto para las más grandes. Tienen sentido solo para casas de más de 4,000 pies cuadrados.