¿Cuáles son los modos de funcionamiento de las bombas de calor?
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Stefano Fonseca es un ingeniero de energía y medio ambiente con más de seis años de experiencia en equipos técnicos de construcción (TGA). Combina la experiencia técnica con la pasión por la comunicación comprensible. Durante más de cinco años, ha escrito como editor independiente sobre energía renovable y vida sostenible, en particular sobre la energía fotovoltaica y las bombas de calor.
Las bombas de calor se consideran una tecnología de calefacción eficiente y sostenible. Pero no todas las bombas de calor funcionan de la misma manera. La forma en que se opera puede determinar la eficiencia, los costos y las opciones de implementación. Pero, ¿qué modos de funcionamiento existen y en qué se diferencian unos de otros? Lo descubrirás en este artículo.
¿Cuáles son los modos de funcionamiento de las bombas de calor?
Hay seis modos de funcionamiento diferentes para las bombas de calor: monovalente, monoenergético, alternativa bivalente, bivalente paralelo, bivalente parcialmente paralelo y multivalente. Depende en gran medida del tipo de bomba de calor.
El modo de funcionamiento de una bomba de calor determina cómo proporciona calor y si se utilizan fuentes de calor adicionales. Dependiendo del tipo de edificio, la carga de calefacción y la eficiencia deseada, un modo de operación en particular puede tener más sentido que otro. La siguiente descripción general muestra las variantes más importantes y sus características.
Operación monovalente: ¿Cuándo tiene sentido?
En funcionamiento monovalente, la bomba de calor cubre por sí sola todo el requerimiento de calefacción, sin sistemas de calefacción adicionales. Para ello, la bomba de calor debe estar dimensionada de manera que pueda suministrar suficiente calor incluso a la temperatura exterior más baja esperada. El punto de dimensionamiento se basa en la temperatura exterior estándar de la ubicación correspondiente, a menudo entre -10 °C y -15 °C. Este modo de funcionamiento es especialmente adecuado para edificios nuevos con sistemas de calefacción de superficie, como los sistemas de calefacción de suelo o pared.
La ventaja del funcionamiento monovalente es la máxima eficiencia, ya que no se requieren fuentes de energía adicionales. Además, los costos operativos suelen ser más bajos. Sin embargo, la bomba de calor debe ser lo suficientemente grande como para que pueda suministrar suficiente energía incluso en días muy fríos.
Modo monoenergético: bomba de calor con calefacción eléctrica adicional
En el funcionamiento con energía única, la bomba de calor cubre casi todos los requisitos de calefacción y se apoya en un calentador eléctrico adicional cuando es necesario. Las bombas de calor de aire, en particular, están equipadas de serie con un elemento calefactor. Esto solo se activa cuando las temperaturas exteriores son extremadamente bajas o durante los períodos de máxima carga. Como resultado, el sistema permanece compacto y no requiere una segunda fuente de calor, como un calentador de gas o aceite. Este modo de funcionamiento es particularmente adecuado para edificios antiguos o edificios nuevos que ahorran energía en regiones frías.
La mayor ventaja del funcionamiento con energía única es la independencia de los sistemas de calefacción adicionales: se calientan completamente sin combustibles fósiles. Tampoco hay costes de mantenimiento para un segundo sistema de calefacción. Sin embargo, cuando se usa con frecuencia, el elemento calefactor puede aumentar los costos de electricidad si la bomba de calor no está dimensionada o parametrizada de manera óptima. Por lo tanto, es crucial planificar y ajustar cuidadosamente el sistema de control.
Modo alternativo de modo dual: combinación con otro tipo de calefacción
En el modo dual, la bomba de calor funciona sola hasta una temperatura exterior específica. ¿La temperatura cae por debajo de las especificadas Punto de bivalencia, una segunda fuente de calor, como una calefacción de gas, petróleo o leña, se enciende y se hace cargo por completo del suministro de calor. Como resultado, la bomba de calor puede hacerse más pequeña. Este modo de funcionamiento es especialmente adecuado para edificios existentes, por ejemplo, cuando la bomba de calor no puede cubrir por sí sola la demanda de calor o cuando los sistemas de calefacción existentes deben seguir utilizándose.
Una ventaja importante de este modo de funcionamiento es la mayor eficiencia, ya que la bomba de calor funciona principalmente en su rango de potencia óptimo. Además, los costos de inversión siguen siendo más bajos, ya que no se requiere una bomba de calor sobredimensionada. La desventaja radica en la dependencia del segundo sistema de calefacción, que a menudo funciona con combustibles fósiles y requiere un mantenimiento adicional. Esto puede hacer que sea más caro operar en inviernos fríos.
Funcionamiento paralelo en modo dual: dos sistemas al mismo tiempo
En el funcionamiento paralelo bivalente, la bomba de calor funciona junto con una segunda fuente de calor. A diferencia del funcionamiento alternativo bivalente, ambos sistemas pueden funcionar al mismo tiempo. La bomba de calor cubre los requisitos de calefacción hasta una temperatura exterior específica. Cuando hace más frío, la segunda fuente de calor (normalmente un sistema de calefacción de gas o gasoil) se enciende y cubre la demanda de calor restante. Este modo de funcionamiento es especialmente adecuado para edificios existentes con altos requisitos de calefacción y radiadores clásicos que requieren temperaturas de flujo más altas.
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La ventaja del funcionamiento paralelo en modo dual radica en la flexibilidad: la bomba de calor puede cubrir de manera eficiente una gran parte de la temporada de calefacción, mientras que el segundo calentador solo se enciende a temperaturas muy bajas. Esto reduce los costos operativos y reduce la carga para el medio ambiente. Sin embargo, los mayores costos de mantenimiento de dos fuentes de calor y la compleja regulación del sistema son desventajosos.
Operación multivalente: independencia a través de energías renovables
En el funcionamiento multivalente, la bomba de calor se combina con al menos una fuente de calor adicional. En particular, los sistemas de calefacción híbridos EE, que combinan bombas de calor con energía fotovoltaica o solar térmica, permiten el máximo uso de la energía renovable.
- Una bomba de calor con energía fotovoltaica, por ejemplo, puede utilizar su propia energía solar para funcionar, lo que reduce los costos de electricidad.
- La combinación con la energía solar térmica garantiza que la bomba de calor tenga que trabajar menos, ya que el sistema solar térmico proporciona parte del calor, especialmente para calentar agua caliente en verano. Esto aumenta la eficiencia de todo el sistema y reduce el consumo de energía de la bomba de calor.
La principal ventaja de la operación multivalente es la independencia de los combustibles fósiles y el aumento de los precios de la energía. Además, la bomba de calor se puede hacer más pequeña, ya que otras fuentes de energía apoyan el sistema de calefacción. Esto reduce los costos de inversión y mejora la eficiencia. Sin embargo, un sistema multivalente requiere una planificación y coordinación precisas. Los costos de adquisición también son más altos. Sin embargo, esta combinación da sus frutos a largo plazo, especialmente en viviendas unifamiliares con una alta proporción de autoconsumo.
¿Qué factores determinan el modo de funcionamiento de la bomba de calor?
El funcionamiento de una bomba de calor está influenciado por varios factores:
- Tipo de edificio y estándar de aislamiento: Los edificios nuevos bien aislados permiten un funcionamiento monovalente ya que la carga de calefacción es baja. En edificios antiguos y mal aislados, los sistemas bivalentes suelen tener más sentido.
- Fuente de calor: El tipo de fuente de calor influye en la eficiencia y el modo de funcionamiento. Las bombas de calor aire-agua funcionan en función de la temperatura y, a menudo, requieren calefacción adicional cuando hace mucho frío. Las bombas de calor para aguas subterráneas y subterráneas tienen un rendimiento más uniforme y son más adecuadas para el funcionamiento monovalente.
- Tipo de distribución de calefacción: Los sistemas de calefacción de suelo y pared funcionan con bajas temperaturas de flujo y permiten un funcionamiento monovalente. Los radiadores clásicos requieren temperaturas más altas, lo que a menudo requiere una solución bivalente o monoenergética.
- Temperatura exterior estándar en el lugar: La temperatura media invernal más baja determina si la bomba de calor puede funcionar sola (monovalente) o con asistencia (bivalente, monoenergética). En regiones muy frías, la calefacción adicional es a menudo inevitable.
- Tamaño de la bomba de calor: Una bomba de calor demasiado pequeña a menudo requiere calefacción adicional. Una bomba de calor demasiado grande con frecuencia se enciende y apaga, lo que reduce la eficiencia. El ajuste correcto de la potencia es crucial para un funcionamiento óptimo.
- Uso de energía renovable: Un sistema fotovoltaico puede cubrir las necesidades de electricidad de la bomba de calor y permite un funcionamiento más eficiente. La energía solar térmica puede ayudar a calentar el agua y reducir el tiempo de funcionamiento de la bomba de calor.
¿Cómo puedo optimizar el funcionamiento de mi bomba de calor?
La eficiencia de una bomba de calor depende en gran medida de su funcionamiento. Las optimizaciones específicas pueden reducir el consumo de energía, prolongar la vida útil y reducir los costos de calefacción. Puede hacer funcionar la bomba de calor de forma óptima tomando las siguientes medidas:
- Temperatura de flujo más baja: Una temperatura de flujo más baja reduce el consumo de energía. Lo ideal es que sea de 30 a 35 °C. Esto se logra con sistemas de calefacción de superficies (por ejemplo, calefacción por suelo radiante) o radiadores de baja temperatura.
- Defina la curva de calentamiento correctamente: La curva de calentamiento determina cómo se adapta la temperatura del flujo a la temperatura exterior. Una curva de calentamiento demasiado pronunciada conduce a temperaturas innecesariamente altas y, por lo tanto, a un mayor consumo de energía. La optimización de la curva de calentamiento ahorra electricidad y garantiza un calor constante.
- Utilice el almacenamiento de calor: Un tanque intermedio puede absorber el exceso de calor cuando la bomba de calor funciona de manera particularmente eficiente, por ejemplo, cuando los precios de la electricidad son bajos. Esto evita tiempos de ciclo cortos y aumenta la eficiencia.
- Realice un ajuste hidráulico: El balanceo hidráulico garantiza que todas las superficies de calentamiento reciban calor de manera uniforme. Sin este ajuste, la bomba de calor debe proporcionar temperaturas innecesariamente altas, lo que aumenta el consumo y los costos de electricidad.
- Realice un mantenimiento regular: Un evaporador sucio, valores de presión incorrectos o un control defectuoso pueden reducir significativamente la eficiencia de la bomba de calor. Una inspección anual por parte de una empresa especializada garantiza que la planta funcione de forma óptima.
- Combine la energía fotovoltaica para usar su propia electricidad: Un sistema fotovoltaico puede cubrir parcialmente las necesidades de electricidad de la bomba de calor. Esto reduce los costos de electricidad y hace que las operaciones sean más sostenibles.
- Integre el control inteligente del hogar: Un controlador inteligente puede ajustar automáticamente la bomba de calor a las temperaturas exteriores, los precios de la electricidad o el autoconsumo de energía fotovoltaica. Esto evita fases operativas ineficientes y maximiza los ahorros.
¿Qué modo de operación es el mejor?
La mejor manera de operar una bomba de calor depende del tipo de construcción, el aislamiento y la tecnología de calefacción. El funcionamiento monovalente es ideal para edificios nuevos con calefacción por suelo radiante, ya que ofrece la mayor eficiencia. En los edificios existentes con cargas de calefacción más altas, los sistemas bivalentes o multivalentes suelen ser la mejor opción, ya que ofrecen flexibilidad y pueden absorber los picos de carga. La combinación con energías renovables como la fotovoltaica o la energía solar térmica optimiza aún más el funcionamiento y hace que la bomba de calor sea más independiente del aumento de los precios de la electricidad.
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