Como instalar bombas de calor para un funcionamiento eficiente

[Godo]

He encontrado esta información de un post de Brendon Uys en "Renewable Heating Hub" que me ha parecido interesante y muy relevante para este subforo:

How to correctly install heat pumps so that they work properly and efficiently - Renewable Heating Hub

I was recently asked by the organisers of PowerEx Live to do a presentation for them in December 2022 outlining how to install heat pumps correctly so that

renewableheatinghub.co.uk

Comienzan analizando el SCOP de los sistemas con bomba de calor en Reino Unido, variando en terminos generales entre el 2.2 y 2.67 (con las geotérmicas algo por encima con un 3.15)

Luego hacen un ensayo con varias configuraciones.

Básicamente analizan 3 tipologías de conexión de las bombas de calor para una temperatura de 20ºC:

1.- Con depósito de inercia y control por termostato
2.- Con depósito de inercia y control por temperatura exterior
3.- SIN depósito de inercia y control por la bomba de calor (mantiendo una temperatura constante en la vivienda)

Resumiendo los resultados:

1.- COP medio de 2.7
2.- COP medio de 3.4
3.- COP medio de 4.71

(esto es opinión mia) Lo cual demostraría que es mejor evitar el depósito de inercia si es posible, aunque hay que hacer un estudio mas detallado de la instalación y hay mas posibilidades de mal funcionamiento si no se hace bien.

 

[Godo]

La traducción de la explicación de por qué hay esa diferencia (usando un traductor automático) es:

"¿Por qué hay una diferencia significativa en el rendimiento?
Esta pregunta es relativamente fácil de responder.

En primer lugar, cuando un compresor arranca, pasa algún tiempo antes de que alcance una posición de estado estable donde mantenga el mejor rendimiento. Esto se puede ver claramente en el primer gráfico con la relación entre la velocidad del compresor y la producción de calor. El compresor acelera muy rápidamente pero la producción de calor aumenta gradualmente; esto da como resultado una reducción significativa del rendimiento cada vez que arranca el compresor. Cuanto más arranca el compresor, peor es el rendimiento medio general. En condiciones de carga parcial, el tiempo de funcionamiento del compresor se reducirá, lo que dará como resultado más arranques por hora/día y la correspondiente caída en el rendimiento.

La segunda razón está asociada al tanque de inercia de 4 tubos (aguja hidráulica o intercambiador de placas) y al circulador secundario instalado para hacer circular el calor por la propiedad. El circulador secundario debe estar diseñado para suministrar suficiente calor al sistema de distribución del sistema de radiadores para satisfacer la demanda máxima para la que está diseñado el sistema. En la mayoría de los casos, el circulador secundario es una bomba de velocidad fija y, en este ejemplo, bombearía 30 litros por minuto siempre que el sistema esté encendido. Esta bomba utiliza electricidad y su funcionamiento podría costar alrededor de £ 150 por año con los costos de energía actuales. Sin embargo, este no es el único problema en condiciones de carga parcial: la mayoría de las bombas de calor modernas controlan el delta T de las temperaturas de flujo y retorno para producir un rendimiento óptimo de la bomba de calor. Para controlar este delta T óptimo, la bomba de calor varía el caudal en función de la demanda.

En esta prueba, nuestra prueba se basó en una temperatura externa de 7 °C, por lo tanto, se trataba de condiciones de carga parcial y la bomba de calor solo tuvo que suministrar 6,5 kW de energía térmica para satisfacer la demanda a 7 °C, en comparación con los 10,6 kW de energía térmica necesarios a – Temperatura ambiente de 3°C. Como la bomba de calor mantiene un delta T de 5 grados a 6,5 kW, el caudal de la bomba de calor sería de 18,5 litros por minuto. Esto da como resultado una mezcla dentro del tanque de compensación y esta mezcla provoca una caída en la temperatura del flujo, dejando que el tanque de compensación mantenga esta temperatura, que es la temperatura demandada por el sistema de distribución de calor para mantener la temperatura interna de la propiedad; la bomba de calor debe aumentar la temperatura de ida para superar la mezcla, lo que provoca una caída del rendimiento.

La primera prueba mostró una clara caída del rendimiento y costos de funcionamiento significativamente mayores debido a la influencia del tanque de inercia, el termostato de terceros y la bomba de circulación secundaria.

La segunda prueba también mostró una caída en el rendimiento y altos costos de funcionamiento debido a la influencia del tanque de compensación y el circulador secundario trabajando contra el controlador de la bomba de calor que mantenía la producción y el rendimiento en estado estable.

La prueba final permitió que la bomba de calor controlara completamente el sistema manteniendo niveles óptimos de rendimiento, proporcionando los costos de funcionamiento más bajos y los niveles más altos de comodidad dentro de la propiedad.

El aumento de la temperatura de flujo a una temperatura constante de la fuente (ambiente con una fuente de aire) reduce significativamente el rendimiento de la bomba de calor. A continuación se muestra una tabla que muestra el COP de la unidad Panasonic utilizada en la prueba a varias temperaturas de flujo con una temperatura ambiente constante de 7 °C.

Temperatura ambiente 7 C

Temperatura de flujo C	35	40	45	50
POLICÍA	4.8	4.18	3.7	3.3

Si observa detenidamente los gráficos anteriores y considera la energía adicional necesaria para hacer funcionar la bomba de circulación secundaria y la caída en el rendimiento debido al tanque de compensación, podrá ver que los resultados obtenidos coinciden muy estrechamente con las cifras publicadas por Panasonic.

Las cifras obtenidas por las distintas pruebas de bombas de calor durante los últimos 10 años (SCOP 2.67) también coinciden bastante con las cifras de rendimiento obtenidas en el primer escenario de prueba. Como la mayoría de los sistemas instalados en el Reino Unido tienen un tanque de compensación y un termostato de terceros, esto no es sorprendente.

En realidad, la mayoría de las bombas de calor que se fabrican hoy en día tienen niveles de rendimiento muy similares ya que el equipo utilizado para fabricar las unidades es muy similar. Existen algunas pequeñas diferencias, pero la instalación y el funcionamiento del diseño provocan una variación significativamente mayor en los niveles de rendimiento que el equipo real producido por el fabricante.

Conclusión​

Creo que al realizar estas pruebas he ilustrado por qué las bombas de calor funcionan mal en el Reino Unido. Contrariamente a la creencia popular, el objeto a calentar tiene poco que ver con el rendimiento de la bomba de calor. Una propiedad es esencialmente una caja que debe calentarse y, a medida que pierde calor a la atmósfera, para mantener una temperatura constante en su interior, se debe reemplazar el calor.

Una bomba de calor es sólo una de las muchas fuentes de calor utilizadas para satisfacer esa demanda. Otros ejemplos son las hogueras abiertas, los sistemas húmedos de combustibles fósiles y la calefacción eléctrica directa (calentadores de panel y calentadores de almacenamiento). Si esa demanda no se satisface, la temperatura interna de esa caja se reducirá. Por lo tanto, es fundamental diseñar el sistema de distribución de calor para satisfacer la demanda de la "caja", independientemente de dónde provenga el calor.

Desafortunadamente, tal como están las cosas hoy en día, la mayoría de los fabricantes, comerciantes y la mayoría de las organizaciones de formación recomiendan la instalación de termostatos y tanques de compensación de terceros o la separación del sistema como estrategia de diseño para las bombas de calor.

Esta estrategia conduce a un rendimiento muy deficiente del sistema y a altos costos de funcionamiento, como se evidencia anteriormente, pero fue desarrollada por la industria para, en sus palabras, "detener las llamadas telefónicas relacionadas con problemas de bajo flujo que causan que las bombas de calor produzcan errores y dejen de funcionar". Es más fácil especificar tanques de compensación y separación del sistema que capacitar a la base de instaladores para que comprendan los requisitos específicos de las bombas de calor y mantengan altos caudales para mantener el funcionamiento.

Las bombas de calor y las calderas de combustibles fósiles funcionan de diferentes maneras. Las bombas de calor requieren un delta T bajo (5-8 C) y un caudal alto, mientras que las calderas de condensación de combustibles fósiles requieren un delta T alto (20 C) y un caudal bajo para transportar la misma cantidad de energía a la propiedad (el agua solo puede contener una cierta cantidad de energía térmica por litro y por grado de aumento).

Comprender esta diferencia fundamental es fundamental para que un sistema de calefacción de baja temperatura tenga éxito. Sin embargo, requiere habilidades adicionales, ya que es necesario realizar una cantidad significativa de cálculos para cumplir con los requisitos.

El diseño de regla general que en general ha servido razonablemente bien a la industria de los combustibles fósiles no es adecuado para el diseño de bombas de calor. El instalador debe comprender exactamente cómo funciona la bomba de calor antes de poder realizar un diseño e instalación exitosos. Desafortunadamente, esto no se enseña y, a menudo, las organizaciones de formación y los fabricantes no lo comunican al instalador, lo que provoca que se cometan errores.

Para lograr una implementación exitosa de la bomba de calor, es necesario que toda la industria se una. Los fabricantes necesitan producir mejores equipos que sean menos complicados para los instaladores y propietarios. Con la tecnología moderna y el aprendizaje automático, esto ciertamente no está fuera del alcance de ningún fabricante.

Las organizaciones de formación deben empezar a formar a los instaladores para que comprendan y diseñen correctamente los sistemas de baja temperatura.

Si la industria se une y diseña sistemas que sean fáciles de instalar, usar y operar, se cometerán menos errores y las bombas de calor podrán mostrar su verdadero potencial para la descarbonización."

Para mas detalles en la metodología y los gráficos seguir el enlace proporcionado en el primer post.

 

[Godo]

Otro tip del mismo autor:

Heat pump piping and operation for best system performance - Renewable Heating Hub

For optimal performance, I strongly recommend that heat pump systems adhere to my advice and guidance below. It will make the system highly efficient, saving

renewableheatinghub.co.uk

"Para un rendimiento óptimo, recomiendo encarecidamente que los sistemas de bomba de calor sigan mis consejos y orientación a continuación. Hará que el sistema sea altamente eficiente, ahorrándole mucho dinero en el proceso.
Comience instalando el sistema de tuberías de la misma manera que lo haría con un sistema de caldera de gas, pero use una válvula desviadora de alto flujo (preferiblemente una válvula de bola de paso total). No utilice válvulas tipo Honeywell porque son válvulas de alta temperatura y bajo flujo diseñadas para calderas de gas, no para bombas de calor.

A continuación, la bomba de calor debe ser controlada por el controlador de la bomba de calor. No utilice termostatos de terceros, ya que pueden duplicar los costes de calefacción debido a la reducción del rendimiento.
Instale el controlador del fabricante en un área común a una altura de 1,5 m sobre el nivel del suelo donde no se vea afectado por la calefacción o refrigeración general del espacio.
Todas las zonas comunes deben ser zonas diáfanas: no se deben instalar TRV en los radiadores del recibidor, cocina, salón, comedor o baños. Instale controladores en los dormitorios únicamente en forma de termostatos modulantes (no estándar de encendido y apagado) para calefacción por suelo radiante o TRV en radiadores.
Para áreas de zona abierta mayores a 150m2, se debe crear una zona secundaria. Esto es complejo y sólo debe ser diseñado por un ingeniero altamente competente teniendo en cuenta las temperaturas de flujo relevantes.
No utilice anticongelante en el sistema. Reduce la capacidad del agua para transportar calor y hace que el agua sea menos viscosa, lo que dificulta su bombeo. Reducirá significativamente el rendimiento, aumentando los costos de funcionamiento en el proceso. Los buenos fabricantes no lo requieren. Si el instalador indica que debe tener anticongelante según el fabricante de la bomba de calor, elige otro fabricante.
No utilice tanques de inercia, aguja hidraulica o intercambiadores de calor de placas bajo ninguna circunstancia. Probablemente duplicarán su factura de calefacción.
Siga este diseño de sistema y tendrá un sistema de bomba de calor eficiente. Recientemente realicé un estudio y compartiré mis resultados aquí a su debido tiempo, y descubrí que un sistema de amortiguación controlado por un termostato de terceros es un 89% más costoso de operar que un sistema directo controlado por el controlador de la bomba de calor. "

 

[Godo]

En la tabla donde pone "POLICIA" se refiere a COP...

 

[Cesartron]

En la tabla donde pone "POLICIA" se refiere a COP...

Que grande el traductor

 

[Màrius]

Genial la aportación, enhorabuena . Finalmente algo con buena base, ya era hora. A ver si ahora la gente elimina de una vez la dichosa manía de poner termostatos y depósitos de inercia por todas partes.

 

[Irenergía]

En la tabla donde pone "POLICIA" se refiere a COP...

Buenísimo!!

Genial la aportación, enhorabuena . Finalmente algo con buena base, ya era hora. A ver si ahora la gente elimina de una vez la dichosa manía de poner termostatos y depósitos de inercia por todas partes.

Según él hay que quitar también agujas hidráulicas y bombas secundarias. Te quedas pelado...

Pero claro, supongo que cuando funciona sin "trastos" y configurada por DeltaT, tampoco hará falta configurar por curva de compensación y todas las máquinas llevan dicha configuración. Es un tanto extraño...

 

[Eco-Calderas]

Hay dos controles básicos Irene

El delta del equipo en condensador (que sería donde agua y gas se intercambian energía) que este se hace según temperaturas de control, velocidad de compresor y % de expansión. Este es clave mantenerlo para un funcionamiento óptimo y es difícil mantener si hay cambios de caudal, termostatos y ''chorradas'' varias. Este es uno de los motivos por los que los fabricantes recomiendan inercia siempre... garantizar un mínimo de eficiencia mediante asegurar un caudal.

La compensación que es la que elige una temperatura de trabajo según distintas condiciones y lo bueno que sea el controlador.

El que yo manejo, tiene una curva fija que tú diseñas según zona climática, aislamiento A PERDIDAS, sistema de calefacción - refrigeración y etc... Pero, y aquí viene lo bueno, el control remoto interior (la centralita o termostato) tiene según % que le decimos, la potestad de cambiar y moldear esa curva según lo que pasa dentro. Tanto en calor como en frío...

Si la curva por temp ext. de -5º pide 35 de flujo para mantener pérdidas, pero hay una demanda de 19 subir a 22 de golpe, así podemos tardar 2 días, por lo que el control interior, modula la curva para conseguir llegar antes subiendo la curva gradualmente hasta el límite establecido... y la va relajando hasta llegar a los 22 de confort.

Una vez en 22 deja que la sonda exterior sea la jefa otra vez y trabajamos a pérdidas...

Este sistema cuando lo enseño en mi centro, algunos tardan 2 horas en asimilar....

Saludos

 

[Eco-Calderas]

En cuanto al estudio, que ya es bastante antiguo, está realizado en UK con cierta parcialidad, equipos de aerotermia poco eficientes y muy diferenciados entre sí y poca base. Pero es cierto que tiene razón en muchas cosas de las que expone. El problema es que para funcionar sin inercia hacen falta 3 cosas principales:

1. muy buen control de origen, cosa en la que fallan muchos fabricantes
2. buena formación de instaladores (no la genérica...), cosa en la que fallan muchos fabricantes
3. dimensionar equipos a pérdidas, cosa en la que fallan muchos fabricantes

Ya que parece que no está prohibido, dejo un texto que hice al respecto en mi lucha personal en esta batalla que doy por perdida, pero que no terminaré nunca.

Depósito de inercia en aerotermia? - Importador oficial Stiebel Eltron Es aconsejable? Necesario?

Depósito de inercia en aerotermia? Estamos ante un gran debate que se abre cada día más. Veamos algunas claves de por qué sí o no, usarlo.

ecocalderas.es

 

[PabloB]

En cuanto al estudio, que ya es bastante antiguo, está realizado en UK con cierta parcialidad, equipos de aerotermia poco eficientes y muy diferenciados entre sí y poca base. Pero es cierto que tiene razón en muchas cosas de las que expone. El problema es que para funcionar sin inercia hacen falta 3 cosas principales:

1. muy buen control de origen, cosa en la que fallan muchos fabricantes
2. buena formación de instaladores (no la genérica...), cosa en la que fallan muchos fabricantes
3. dimensionar equipos a pérdidas, cosa en la que fallan muchos fabricantes

Ya que parece que no está prohibido, dejo un texto que hice al respecto en mi lucha personal en esta batalla que doy por perdida, pero que no terminaré nunca.

Depósito de inercia en aerotermia? - Importador oficial Stiebel Eltron Es aconsejable? Necesario?

Depósito de inercia en aerotermia? Estamos ante un gran debate que se abre cada día más. Veamos algunas claves de por qué sí o no, usarlo.

ecocalderas.es

ese texto se merece estar en el portal como artículo. Yo se lo comentaría a @Carlos por si es posible por temas de copyright etc. La verdad es de lo más completo que he leído respecto al recurrente tema de los DI

 

[Irenergía]

En cuanto al estudio, que ya es bastante antiguo, está realizado en UK con cierta parcialidad, equipos de aerotermia poco eficientes y muy diferenciados entre sí y poca base. Pero es cierto que tiene razón en muchas cosas de las que expone. El problema es que para funcionar sin inercia hacen falta 3 cosas principales:

1. muy buen control de origen, cosa en la que fallan muchos fabricantes
2. buena formación de instaladores (no la genérica...), cosa en la que fallan muchos fabricantes
3. dimensionar equipos a pérdidas, cosa en la que fallan muchos fabricantes

Ya que parece que no está prohibido, dejo un texto que hice al respecto en mi lucha personal en esta batalla que doy por perdida, pero que no terminaré nunca.

Depósito de inercia en aerotermia? - Importador oficial Stiebel Eltron Es aconsejable? Necesario?

Depósito de inercia en aerotermia? Estamos ante un gran debate que se abre cada día más. Veamos algunas claves de por qué sí o no, usarlo.

ecocalderas.es

Gracias por la detallada explicación y por el maravilloso artículo. También creo que debería estar enlazado o muy a mano.

Me queda alguna duda... Qué pinta una aguja hidráulica? Sustituye al DI?

Al tener aguja, obliga a tener bomba secundaria?

Trato de entender mi instalación, y estoy muy cerca de cargarme el termostato on/off y mover el control de la propia Mitsubishi dentro de la vivienda, con la sonda adicional y que funcione con toda su modulación.

 

[Eco-Calderas]

A veces hay instalaciones que requieren demasiado caudal por su propia fisonomía (por ejemplo podrían ser unos fancoils). Dicho caudal se consigue poniendo bombas mas potentes pero no se puede hacer pasar tanto caudal por calderas, generadores de energía y mucho menos por un simple intercambiador en una aerotermia ya que da lo que da, y su DELTA estaría destrozado.

La aguja lo que hace en estos casos es asumir dicho caudal y dejar que la producción de calor sea de quien sea, tenga su propio control de caudal (vaya a su ritmo...) con su bomba diseñada para este fin: sacar calor energía del equipo.

La inercia pequeña, hace algo similar pero añadiendo que acumula algo de energía...

La inercia grande, hace algo similar pero añadiendo mucha energía y capacidad por ello de rebajar los ciclos de encendido.

Saludos