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Dec 03, 2023

Detalles críticos para las bombas de calor sin ductos

Sinopsis: El director del proyecto HVAC, Jon Harrod, describe el aumento de la popularidad de

Sinopsis:El director del proyecto HVAC, Jon Harrod, describe el aumento de la popularidad debombas de calor sin conductos , a veces denominados minisplits. Describe las principales causas de falla de la bomba de calor; incluyendo fugas de refrigerante y condensado, problemas de descongelación, filtros obstruidos y problemas de temperatura, cómo garantizar una buena instalación y la importancia de educar a los clientes sobre las trampas comunes.

Las bombas de calor sin ductos están ganando popularidad. Este crecimiento ha sido impulsado en parte por mejoras en la tecnología que les permite funcionar bien en climas fríos. Los recientes aumentos en los precios de los combustibles fósiles también han contribuido, al igual que los programas estatales y de servicios públicos que tienen como objetivo reducir las emisiones de carbono mediante la electrificación de los edificios. La recientemente promulgadaLey de Reducción de la Inflaciónimpulsará aún más la adopción de bombas de calor al aumentar los créditos fiscales federales y financiar nuevos reembolsos.

El auge de las bombas de calor sin conductos está trayendo nuevos instaladores al campo. Algunos provienen de entornos tradicionales de HVAC y están más familiarizados con los hornos, calderas y acondicionadores de aire convencionales. Otros, electricistas, contratistas de obras del hogar, carpinteros, provienen de oficios relacionados; algunos son nuevos en la contratación.

Las barreras para convertirse en un instalador de bombas de calor sin ductos son relativamente bajas en términos de habilidades básicas y herramientas requeridas. Pero a pesar de su aparente simplicidad, las bombas de calor sin ductos pueden ser implacables con un diseño y mano de obra deficientes. Una mala instalación sin conductos puede convertirse en una pesadilla tanto para los propietarios como para los contratistas. Y los malos resultados generan mala publicidad, lo que ralentiza la adopción de bombas de calor.

Unos pocos errores fáciles de evitar son los responsables de la mayoría de los problemas que he visto en los sistemas sin ductos. Si es un contratista, prestar atención a estos detalles críticos puede evitar costosas devoluciones de llamadas. Si es propietario de una casa, conocer estos peligros puede ayudarlo a asegurarse de que su nuevo sistema esté libre de problemas.

Las bombas de calor funcionan moviendo el calor entre el interior y el exterior. El fluido que transporta el calor se conoce como refrigerante. A medida que el refrigerante se mueve a través del sistema, su presión sube y baja, y cambia entre los estados de gas y líquido. A medida que ingresa al lado cálido del sistema, el refrigerante se comprime y eleva su temperatura. En el modo de calefacción, este gas caliente a alta presión se condensa en el serpentín interior y transfiere calor al aire de la casa. A medida que el refrigerante, ahora un líquido tibio, regresa del serpentín interior, pasa a través de un dispositivo de medición y su temperatura y presión caen. El refrigerante se evapora a la presión más baja, absorbiendo el calor del aire exterior frío. En verano, el proceso se invierte; el serpentín interior se convierte en el evaporador que absorbe el calor, y el refrigerante caliente a alta presión se condensa en el serpentín exterior, liberando calor.

Las bombas de calor sin ductos a veces se denominan"minisplits". Tanto las bombas de calor con conductos como sin conductos son sistemas "divididos"; sus serpentines interiores y exteriores están en equipos separados. En lugar de distribuir aire acondicionado a través de conductos, las bombas de calor sin conductos utilizan cabezales independientes montados en paredes o techos que soplan directamente en los espacios a los que sirven. "Minisplits" se refiere a las salidas de Btu más pequeñas disponibles en unidades sin ductos (tan pequeñas como 6000 Btu, en comparación con 18,000 a 60,000 Btu para la mayoría de los sistemas con ductos). Aquí me concentro en las bombas de calor sin ductos, pero muchas de las mismas preocupaciones también se aplican a los sistemas de ductos.

Una instalación exitosa de bomba de calor sin ductos requiere atención a la ubicación de las unidades interiores y exteriores ya las interconexiones entre ellas. Las consideraciones de ubicación incluyen impactos visuales y sonoros, flujo de aire, protección contra daños y longitudes mínimas y máximas permitidas del conjunto de líneas. Las líneas de refrigerante deben estar libres de fugas y completamente aisladas. Los circuitos de alimentación y los cables de comunicación deben dimensionarse e instalarse de acuerdo con lasCódigo Eléctrico Nacional y las instrucciones del fabricante. La tubería de condensación debe estar correctamente inclinada sin sifones ni pendientes ascendentes y no debe terminar en tierra o mantillo. Todos los componentes del sistema deben estar debidamente soportados.

Para que funcione correctamente, el circuito de refrigerante debe estar libre de fugas. Un sistema que tiene un nivel ligeramente bajo de refrigerante funcionará de manera ineficiente y tendrá dificultades para alcanzar su rendimiento nominal. Un sistema que es muy bajo probablemente se apagará por completo. El funcionamiento con poco refrigerante genera un desgaste adicional en componentes críticos como el compresor. Y, debido a que los refrigerantes como el R-410A que se usa en las bombas de calor modernas son potentes gases de efecto invernadero, las fugas son una preocupación ambiental importante.

Las unidades interior y exterior de una bomba de calor están conectadas con tubos de cobre llamados conjuntos de líneas. En los sistemas sin ductos, las conexiones generalmente se realizan con accesorios abocardados. Una bengala bien hecha puede proporcionar una conexión duradera y sin fugas. El ensanchamiento sigue siendo la técnica más común para conectar conjuntos de líneas sin ductos, pero hay otros enfoques disponibles. La soldadura fuerte (un proceso similar a la soldadura de tuberías de cobre) se usa ampliamente para bombas de calor y acondicionadores de aire convencionales y también se puede usar para sistemas sin conductos. Los accesorios engarzados y de conexión a presión también se están volviendo populares. Si se utilizan estos accesorios alternativos, siga cuidadosamente las instrucciones del fabricante. Independientemente del tipo de conexión, se debe realizar una verificación exhaustiva de fugas antes de agregar refrigerante. Ninguna prueba individual puede detectar todas las fugas, pero una metodología de cuatro pasos puede detectar todas las fugas grandes y la mayoría de las más pequeñas.

En verano, las bombas de calor enfrían y deshumidifican el aire interior. A medida que el aire que pasa por el serpentín interior se enfría hasta su punto de rocío, la humedad se condensa y gotea en la bandeja de drenaje que se encuentra debajo. En una instalación típica sin ductos, una manguera flexible que transporta el condensado sale por la parte trasera de la unidad interior y atraviesa la pared exterior. La manguera se conecta a un tubo de desagüe. El tubo de desagüe lleva el condensado hasta el fondo de la pared, donde gotea sobre el suelo.

Si la bandeja, la manguera o el tubo de drenaje están bloqueados o inclinados incorrectamente, el condensado retrocederá y, por lo general, bajará por la pared detrás de la unidad interior. Hay algunos puntos clave cuando se trata de prevenir fugas de condensado durante la instalación. La primera es montar la unidad interior nivelada o ligeramente inclinada hacia la abertura de la bandeja de drenaje. Cuando perfore el orificio a través de la pared para el drenaje de condensación, taladre de modo que quede inclinado hacia el exterior y asegúrese de que la manguera de drenaje flexible se incline hacia abajo al salir de la pared. Para mantener la manguera en la posición correcta, péguela debajo de los extremos de la tubería de refrigerante antes de pasar todo el paquete a través de la pared. Los drenajes de condensado exteriores deben estar hechos de materiales rígidos o semirrígidos comoPEX o PVC. Verifique que todas las conexiones de mangueras y tuberías estén correctamente sujetas y asegúrese de que el drenaje exterior se incline hacia abajo continuamente con una pendiente mínima de 1 ⁄ 4 pulgadas por pie. Asegúrelo a intervalos regulares para evitar que se mueva o se combe. Termine el extremo inferior de la tubería de desagüe por encima del nivel; no lo sumerja en un charco ni lo entierre en tierra o mantillo.

Pruebe los drenajes de condensación en cada instalación. Con el sistema apagado, vierta un par de litros de agua lentamente sobre el serpentín. La condensación también se puede formar en conjuntos de líneas mal aisladas que atraviesan espacios acondicionados y no acondicionados. El aislamiento completo del conjunto de líneas vale la pena como medida de eficiencia, pero su mayor beneficio es evitar los goteos de condensación.

Los problemas de condensación tienden a aparecer todos a la vez durante la primera semana calurosa y húmeda del verano. Una vez que se instala el sistema, el mantenimiento regular, incluida la limpieza de las bandejas de drenaje y las tuberías, es fundamental para evitar fugas de condensado.

Para absorber calor en invierno, una bomba de calor debe hacer que su serpentín exterior esté más frío que el aire que pasa sobre él. Cuando las temperaturas exteriores están por debajo de los 40 °F, las temperaturas del serpentín descienden por debajo del punto de congelación y se acumula escarcha. Demasiada escarcha bloquea el flujo de aire a través del serpentín y evita que la bomba de calor funcione de manera eficiente. Para eliminar esta escarcha, las bombas de calor deben pasar periódicamente por un ciclo de descongelación. El sistema deja de calentar e invierte temporalmente el flujo de refrigerante, tomando calor de la casa y usándolo para calentar el serpentín exterior. El ventilador exterior se apaga para acelerar el proceso de fusión. Para minimizar los problemas de comodidad, las unidades sin ductos generalmente encienden su ventilador interior a baja velocidad y ajustan sus rejillas para dirigir el aire frío hacia arriba y lejos de los ocupantes.

Unos pocos pasos simples pueden evitar muchas devoluciones de llamada relacionadas con el descongelamiento. Primero, informe a los propietarios sobre el ciclo de descongelación, que es una parte normal y necesaria del funcionamiento en climas fríos. Informar a los propietarios de viviendas que el sistema dejará de calentar periódicamente y soplará suavemente aire frío puede evitar quejas como "¡Esta cosa tiene mente propia!"

También es importante proteger las unidades exteriores del agua a granel. La nieve derretida concentrada o las fuertes lluvias que caen sobre la unidad exterior pueden provocar una acumulación excesiva de hielo en el serpentín exterior. Cuando sea posible, ubique las unidades exteriores lejos de las líneas de goteo y los valles del techo. Cuando la nieve o la escorrentía sean una preocupación, considere un techo o toldo protector. Elevar las unidades exteriores por encima del nivel de la nieve es importante para su funcionamiento en climas del norte. Elevar la unidad también permite que el agua de deshielo del ciclo de descongelación se drene libremente. Tenga cuidado al colocar las unidades exteriores cerca de los pasillos, donde el agua derretida puede volver a congelarse y crear un riesgo de resbalones.

En climas más fríos, use un calentador de bandeja de drenaje, que es un pequeño serpentín de resistencia eléctrica que evita que el agua derretida durante la descongelación se vuelva a congelar dentro de la unidad exterior. Sin este calentador, se puede acumular hielo y eventualmente bloquear y dañar el serpentín. Muchas bombas de calor diseñadas para uso en climas fríos vienen con calentadores de bandeja de drenaje ya instalados.

En los sistemas de bomba de calor sin ductos, las unidades interior y exterior están conectadas con juegos de líneas de cobre y accesorios abocardados. Una bengala bien hecha es esencial para una conexión duradera y sin fugas.

De los problemas comunes con las instalaciones sin ductos, los relacionados con el control de temperatura se encuentran entre los más difíciles de resolver. Me referiré a algunos problemas comunes aquí. La siguiente guía asume que ha solucionado cualquier defecto evidente relacionado con el aislamiento y la fuga de aire y ha realizado cálculos precisos de carga de calefacción y refrigeración; estos pasos son fundamentales para obtener buenos resultados con cualquier tipo de sistema.

Un problema implica una falta de coincidencia entre el punto de ajuste en el controlador sin ductos y la temperatura medida en el espacio habitable. Este problema es inherente al diseño de sistemas sin conductos. El sensor de temperatura interior está montado en el propio cabezal sin conductos. Para cabezales sin ductos de pared alta, esto significa que el sensor generalmente está a 6 pies o 7 pies del suelo. La tendencia del aire caliente a subir y la proximidad del sensor a la bobina interior caliente significa que la temperatura que detecta es a menudo unos pocos grados más cálida que la experimentada por los ocupantes que se encuentran más abajo en la habitación. Una forma de mitigar este problema es montar cabezales sin ductos al menos de 6 a 8 pulgadas por debajo del techo para reducir los efectos de la estratificación de la temperatura. Esto también permite que la cabeza aspire aire ligeramente más frío, mejorando la eficiencia de la transferencia de calor. El uso de velocidades de ventilador medias a altas también puede reducir la estratificación de la temperatura y proporcionar una mejor mezcla en la habitación. Otra solución es un termostato remoto, que permite que la cabeza sin ductos detecte la temperatura más cerca del nivel del ocupante.

Independientemente de las soluciones que se empleen, es importante educar a los propietarios sobre la detección de temperatura sin conductos. Animo a los propietarios de viviendas a que elijan un punto fijo en el que se sientan cómodos, incluso si es unos grados más alto de lo que han fijado sus termostatos en el pasado.

Otro problema relacionado con la temperatura es específico de los sistemas multizona sin conductos. En estos sistemas, varios cabezales interiores se conectan a una sola unidad exterior. Un ejemplo típico podría ser una unidad exterior conectada a un cabezal más grande en la sala de estar y cabezales más pequeños en tres dormitorios. Los problemas surgen cuando solo una de las zonas más pequeñas requiere calor. La unidad exterior puede reducir su salida, pero solo hasta cierto punto; la mayoría de las unidades exteriores multizona pueden modular hasta aproximadamente un tercio de su capacidad máxima. Si el cabezal que solicita calor no puede manejar la salida mínima de la unidad exterior, el sistema puede purgar refrigerante a través de los otros cabezales, provocando un calentamiento o enfriamiento no deseado en esas zonas. También puede encenderse y apagarse, lo que genera ruido adicional, pérdida de eficiencia y desgaste del sistema.

Una forma de evitar este problema es usar varias bombas de calor de una sola zona ("una a una") en lugar de un sistema multizona. Las bombas de calor de una sola zona normalmente pueden modular mucho más abajo que los sistemas multizona. El problema también se puede resolver mediante el uso de un controlador de aire por conductos para servir a un grupo de habitaciones. Por ejemplo, si una casa de tres dormitorios tiene todos los dormitorios en la misma área general, podrían compartir un controlador de aire compacto en lugar de que cada uno tenga su propia cabeza. El controlador de aire, que proporciona calefacción y refrigeración para todos los dormitorios, puede manejar mejor la salida mínima de la unidad exterior.

Otros problemas con los sistemas multizona mal diseñados incluyen pérdidas de eficiencia y ruido. Aunque es tentador diseñar soluciones para toda la casa en torno a unidades exteriores multizona, siempre me propongo considerar otras opciones.

Las fugas de refrigerante son una de las causas más comunes de devolución de llamada para los sistemas de bomba de calor sin ductos. Pueden presentarse de varias maneras: como quejas de calefacción o refrigeración inadecuadas, como códigos de error y bloqueos intermitentes, como serpentines interiores o exteriores con hielo y como facturas de energía elevadas. Si no se abordan, las fugas de refrigerante pueden reducir significativamente la vida útil del equipo. También son un problema ambiental grave; Los refrigerantes comunes tienen un potencial de calentamiento global miles de veces mayor que el CO2. Hay cuatro pruebas que los instaladores pueden usar para asegurarse de que la tubería de refrigerante esté apretada antes de agregar refrigerante a un sistema potencialmente con fugas. Cada una de estas pruebas tiene sus puntos fuertes y sus limitaciones; los cuatro, tomados en conjunto, atraparán casi todas las fugas grandes y muchas pequeñas.

El tiempo adicional que las pruebas exhaustivas agregan a una instalación se compensará con creces con las devoluciones de llamada evitadas. Los contratistas generales, gerentes de proyectos y consumidores involucrados en proyectos de bombas de calor deben insistir en estas pruebas, y en la documentación de los resultados aprobados, para asegurarse de que el trabajo cumpla con sus estándares de comodidad, durabilidad y protección ambiental.

1. La prueba de presión permanente consiste en llenar los conjuntos de líneas con nitrógeno a alta presión. Esta prueba es buena para detectar fugas grandes, pero su sensibilidad está limitada por la duración de la prueba (generalmente de 45 minutos a 24 horas), las fluctuaciones de presión causadas por las temperaturas exteriores cambiantes y la resolución de los indicadores. Aquí se muestra un manómetro analógico, que se puede leer dentro de aproximadamente 1 psi.

2. La prueba de la burbuja se realiza mientras el sistema está bajo presión y es más sensible a pequeñas fugas que la prueba de presión permanente. Para la prueba de burbujas, se rocía o se aplica una solución de prueba de fugas aprobada en las bengalas. Si después de unos 10 minutos se forman burbujas, esto significa que hay una fuga y se debe volver a hacer el ensanchamiento.

3. La prueba de caída de vacío se realiza justo antes de llenar los conjuntos de líneas con refrigerante. En este punto, los conjuntos de líneas se han bombeado a un vacío profundo para eliminar el aire y la humedad. El nivel de vacío se mide con un medidor de micras sensible. Para pasar esta prueba, el sistema debe mantener el vacío profundo después de apagar la bomba.

4.La prueba final se hace con unDetector electrónico de fugas de refrigerante . Una vez que el refrigerante se libera en el sistema, el detector de fugas se pasa sobre bengalas y otros accesorios. Esto brinda una última oportunidad para detectar fugas mientras aún está en el sitio. También verifica componentes como válvulas de servicio y puertos de acceso que no se pueden probar con otros métodos.

Las modernas bombas de calor para climas fríos están repletas de electrónica sofisticada. Sus tableros contienen circuitos de control de energía que cambian la corriente alterna en señales de corriente continua de frecuencia variable, lo que permite que los compresores se aceleren o disminuyan en respuesta a la demanda de calefacción o refrigeración. Los sensores y microprocesadores también coordinan el funcionamiento del compresor, los ventiladores interiores y exteriores y las válvulas dosificadoras de refrigerante, optimizando el sistema en una amplia gama de condiciones interiores y exteriores.

Estos microprocesadores y placas de circuitos, tan críticos para el funcionamiento de las bombas de calor para climas fríos, son también su talón de Aquiles. Los componentes electrónicos pueden dañarse o destruirse por sobrecargas de energía, ya sea en un solo evento catastrófico o gradualmente a través de una serie de sobretensiones de nivel inferior. El daño puede hacer que un sistema quede inoperable. Una placa de circuito frita no se puede reparar; necesita ser reemplazado.

Afortunadamente, es fácil y económico agregar protección contra sobretensiones a un sistema de bomba de calor. Los protectores contra sobretensiones funcionan desviando la corriente del aparato hacia la tierra. Los protectores contra sobretensiones de HVAC generalmente se instalan en la desconexión exterior. Con la energía del circuito apagada en el panel, se abre la desconexión y se quita un troquel desde la parte inferior o lateral. Los cables del protector contra sobretensiones y un niple roscado se introducen a través del orificio ciego y el dispositivo se asegura con una contratuerca. Los dos cables negros están conectados a los cables de línea de entrada y el cable verde está conectado al cable de tierra. La desconexión se cierra y el circuito se vuelve a energizar. Todo el proceso lleva menos de 15 minutos.

Si bien agregar protección contra sobretensiones como parte de una nueva instalación agrega un costo inicial modesto, puede evitar dolores de cabeza mucho mayores en el futuro. Y una vez instalados, los protectores contra sobretensiones prácticamente no requieren mantenimiento. Se debe indicar a los propietarios de viviendas que controlen el indicador LED para asegurarse de que el dispositivo aún esté activo y que soliciten un reemplazo en caso de que el LED se apague. Los técnicos de servicio también deben revisar los protectores contra sobretensiones como parte del mantenimiento preventivo. Para evitar daños al equipo, los protectores contra sobretensiones desgastados deben reemplazarse de inmediato.

Una devolución de llamada sin ductos común pero fácil de resolver es causada por filtros obstruidos. Esto generalmente aparece como una queja de calefacción o refrigeración insuficiente. Una de las formas en que los sistemas sin ductos logran sus índices de alta eficiencia es minimizando la energía del ventilador. El inconveniente de los ventiladores de baja potencia es que no pueden superar mucha resistencia al flujo de aire. Los filtros sin ductos están hechos de una malla plástica gruesa. Cuando están limpios, permiten que el aire fluya libremente. Pero pueden obstruirse fácilmente con pelo de mascotas, telarañas y otro polvo doméstico. Y sin un buen flujo a través del serpentín interior, el cabezal sin ductos pierde su capacidad de calentar y enfriar.

La limpieza de un filtro sin ducto toma alrededor de 10 minutos. Prefiero una aspiradora de mano con un accesorio de cepillo pequeño. La frecuencia con la que un filtro requiere limpieza depende de la carga de polvo y, especialmente, del número y tamaño de las mascotas que mudan pelo. En algunos hogares, los filtros necesitan una limpieza cada dos o tres semanas; en otros, cada dos meses es suficiente.

Para garantizar que los clientes mantengan sus filtros limpios entre nuestras visitas de servicio anuales, necesitamos una mejor educación del cliente. Es importante reservar tiempo para llevar a los clientes a través de la operación y el mantenimiento paso a paso. No les diga que necesitan limpiar sus filtros; darles una demostración práctica.

A medida que buscamos ampliar las instalaciones de bombas de calor sin conductos, la prevención de devoluciones de llamadas es clave. Las devoluciones de llamadas son costosas y desalentadoras para los contratistas y molestas para los propietarios de viviendas. Hay mucha información que absorber, por lo que me gusta dejar a los clientes una guía de una página que cubre los puntos clave, incluidas las mejores prácticas para el funcionamiento, la limpieza del filtro, el servicio anual y la cobertura de la garantía. Con la educación del cliente, así como una cuidadosa atención a los detalles clave del diseño y la instalación del sistema, se pueden evitar algunas de las devoluciones de llamada más comunes.

—Jon Harrod es escritor, gerente de proyectos de HVAC y consultor de ciencias de la construcción con sede en Ithaca, Nueva York.

Fotos por Rodney Díaz.

De Fine Homebuilding #314

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He instalado 14 unidades mini split individuales. Aunque hice una prueba de presión con nitrógeno seco de 400 a 500 PSI (según las instrucciones del fabricante), dos unidades se filtraron más tarde en los accesorios abocinados, así que comencé a usar sellos Rectorseal Flaring. (Tal vez si uso la llave dinamométrica en la conexión abocinada no tendría su problema)

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