Detalles críticos para bombas de calor sin ductos

Sinopsis:El director de proyectos HVAC, Jon Harrod, describe el aumento de popularidad debombas de calor sin ductos , a veces denominado minisplits. Describe las principales causas de fallos de las bombas 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 los errores más comunes.

Las bombas de calor sin conductos están ganando popularidad. Este crecimiento ha sido impulsado en parte por mejoras en la tecnología que les permiten 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 apuntan a reducir las emisiones de carbono mediante la electrificación de 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 ductos está atrayendo a nuevos instaladores al campo. Algunos provienen de entornos tradicionales de HVAC y están más familiarizados con hornos, calderas y acondicionadores de aire convencionales. Otros (electricistas, contratistas de mantenimiento 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 necesarias. 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 ductos 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 las bombas de calor.

Unos pocos errores fáciles de evitar son responsables de la mayoría de los problemas que he visto en los sistemas sin ductos. Si es contratista, prestar atención a estos detalles críticos puede evitar costosas devoluciones de llamadas. Si es propietario de una vivienda, conocer estos errores puede ayudarle a garantizar que su nuevo sistema no tenga problemas.

Las bombas de calor funcionan moviendo 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 aumenta y disminuye, y cambia entre estados gaseoso y líquido. Cuando ingresa al lado cálido del sistema, el refrigerante se comprime, elevando su temperatura. En el modo calefacción, este gas caliente a alta presión se condensa en el serpentín interior, transfiriendo calor al aire de la casa. A medida que el refrigerante, ahora un líquido caliente, regresa del serpentín interior, pasa a través de un dispositivo dosificador y su temperatura y presión caen. El refrigerante se evapora a menor presión, absorbiendo calor del aire frío del exterior. En verano el proceso se invierte; el serpentín interior se convierte en el evaporador que absorbe calor y el refrigerante caliente a alta presión se condensa en el serpentín exterior, liberando calor.

Las bombas de calor sin conductos a veces se denominan“minisplit”. Tanto las bombas de calor con conductos como las sin conductos son sistemas "divididos"; sus bobinas interiores y exteriores están en equipos separados. En lugar de distribuir aire acondicionado a través de conductos, las bombas de calor sin ductos utilizan cabezales independientes montados en paredes o techos que soplan directamente hacia 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, versus 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 con ductos.

Una instalación exitosa de una bomba de calor sin ductos requiere atención a la ubicación de las unidades interiores y exteriores y a las interconexiones entre ellas. Las consideraciones de ubicación incluyen impactos visuales y acústicos, 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. Las tuberías de condensado deben tener la inclinación correcta, sin trampas ni pendientes ascendentes y no deben terminar en tierra o mantillo. Todos los componentes del sistema deben contar con el soporte adecuado.

Para funcionar correctamente, el circuito de refrigerante debe estar libre de fugas. Un sistema con un nivel ligeramente bajo de refrigerante funcionará de manera ineficiente y tendrá dificultades para alcanzar su producción nominal. Un sistema que esté muy bajo probablemente se apagará por completo. Funcionar con poco refrigerante provoca un desgaste adicional de componentes críticos como el compresor. Y, debido a que los refrigerantes como el R-410A utilizado 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 conexión abocardada bien hecha puede proporcionar una conexión duradera y sin fugas. El abocardado 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 ductos. Los accesorios prensados ​​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 minuciosa de fugas antes de agregar refrigerante. Ninguna prueba por sí sola 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 sobre 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 pasa a través de la pared exterior. La manguera se conecta a una tubería de desagüe. El tubo de drenaje lleva el condensado hasta el fondo de la pared, desde donde gotea al suelo.

Si la bandeja, la manguera o el tubo de drenaje están bloqueados o con una pendiente incorrecta, el condensado retrocederá y generalmente correrá por la pared detrás de la unidad interior. Hay algunas conclusiones 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. Al perforar el orificio a través de la pared para el drenaje de condensado, taladre de manera que incline hacia el exterior y asegúrese de que la manguera de drenaje flexible se incline hacia abajo cuando sale de la pared. Para mantener la manguera en la posición correcta, péguela con cinta adhesiva debajo de los extremos de la tubería de refrigerante antes de pasar todo el paquete a través de la pared. Los drenajes exteriores de condensado deben estar hechos de materiales rígidos o semirrígidos comoPEX o PVC. Verifique que todas las conexiones de mangueras y tuberías estén sujetas correctamente y asegúrese de que el drenaje exterior se incline hacia abajo continuamente con una inclinación mínima de 1 ⁄ 4 pulgadas por pie. Asegúrelo a intervalos regulares para evitar movimientos o hundimientos. Termine el extremo inferior del tubo de drenaje por encima del nivel del suelo; no lo sumerja en un charco ni lo entierre en tierra o mantillo.

Pruebe los drenajes de condensado en cada instalación. Con el sistema apagado, vierta lentamente un par de litros de agua sobre el serpentín. También se puede formar condensación en conjuntos de líneas mal aisladas que atraviesan espacios acondicionados y no acondicionados. Un 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 de repente durante la primera semana calurosa y húmeda del verano. Una vez instalado el sistema, el mantenimiento regular, incluida la limpieza de las bandejas de drenaje y las tuberías, es fundamental para prevenir fugas de condensado.

Para absorber el calor en invierno, una bomba de calor debe enfriar su serpentín exterior más que el aire que pasa sobre él. Cuando las temperaturas exteriores son inferiores a 40 °F, las temperaturas del serpentín caen por debajo del punto de congelación y se acumula escarcha. Demasiada escarcha bloquea el flujo de aire a través del serpentín e impide 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 sencillos pueden evitar muchas devoluciones de llamadas relacionadas con el descongelamiento. Primero, eduque a los propietarios sobre el ciclo de descongelación, que es una parte normal y necesaria del funcionamiento en climas fríos. Informar a los propietarios 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 la lluvia intensa que cae sobre la unidad exterior pueden provocar una acumulación excesiva de hielo en el serpentín exterior. Cuando sea posible, ubique las unidades exteriores lejos de líneas de goteo y valles de techo. Cuando las fuertes nevadas o la escorrentía sean motivo de preocupación, considere la posibilidad de instalar un techo o toldo protector. Elevar las unidades exteriores por encima de la profundidad de la nieve es importante para su funcionamiento en climas del norte. Elevar la unidad también permite que el agua derretida del ciclo de descongelación se escurra libremente. Tenga cuidado al colocar unidades exteriores cerca de pasillos, donde el agua de deshielo puede volver a congelarse y crear un peligro de resbalones.

En climas más fríos, utilice un calentador de bandeja de drenaje, que es una pequeña bobina de resistencia eléctrica que evita que el agua derretida durante el descongelamiento 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. Un abocinado bien hecho es esencial para una conexión duradera y sin fugas.

De los problemas comunes con las instalaciones sin ductos, los que involucran el control de la temperatura se encuentran entre los más difíciles de resolver. Tocaré algunos problemas comunes aquí. La siguiente guía supone que usted ha solucionado cualquier defecto evidente relacionado con el aislamiento y las fugas de aire y ha realizado cálculos precisos de la carga de calefacción y refrigeración; Estos pasos son fundamentales para ofrecer buenos resultados con cualquier tipo de sistema.

Un problema implica una falta de coincidencia entre el punto de ajuste del controlador sin ductos y la temperatura medida en el espacio habitable. Este problema es inherente al diseño de sistemas sin ductos. El sensor de temperatura interior está montado en el propio cabezal sin conductos. Para cabezales sin ductos de paredes altas, esto significa que el sensor generalmente está a 6 o 7 pies del suelo. La tendencia del aire caliente a elevarse y la proximidad del sensor a la bobina interior caliente significan que la temperatura que detecta es a menudo unos 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 entre 6 y 8 pulgadas por debajo del techo para reducir los efectos de la estratificación de la temperatura. Esto también permite que el cabezal 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 el cabezal sin ductos detecte la temperatura más cerca del nivel de los ocupantes.

Independientemente de las soluciones que se empleen, es importante educar a los propietarios sobre la detección de temperatura sin ductos. Animo a los propietarios a elegir un punto de ajuste con el que se sientan cómodos, incluso si es unos grados más alto que el que habían fijado en sus termostatos en el pasado.

Otro problema relacionado con la temperatura es específico de los sistemas sin ductos multizona. En estos sistemas, varios cabezales interiores se conectan a una única unidad exterior. Un ejemplo típico podría ser una unidad exterior conectada a un cabezal más grande en la sala de estar y a cabezales más pequeños en tres dormitorios. Los problemas surgen cuando sólo una de las zonas más pequeñas requiere calor. La unidad exterior puede reducir su salida, pero sólo 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 utilizar varias bombas de calor de zona única (“uno a uno”) en lugar de un sistema multizona. Las bombas de calor de zona única normalmente pueden modular mucho más bajo que los sistemas multizona. El problema también se puede resolver utilizando un controlador de aire por conductos para dar servicio 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 propio cabezal. 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 devoluciones de llamadas para sistemas de bombas 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 congelados 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 potenciales de calentamiento global miles de veces mayores que el CO2. Hay cuatro pruebas que los instaladores pueden utilizar para garantizar que las tuberías de refrigerante estén apretadas antes de agregar refrigerante a un sistema potencialmente con fugas. Cada una de estas pruebas tiene sus fortalezas y limitaciones; los cuatro, en conjunto, detectarán casi todas las fugas grandes y muchas pequeñas.

El tiempo extra que las pruebas exhaustivas añaden a una instalación se compensará con creces evitando las devoluciones de llamadas. 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 gestión ambiental.

1. La prueba de presión de pie Implica llenar los juegos 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 los cambios de temperatura exterior y la resolución de los medidores. Aquí se muestra un manómetro analógico, que se puede leer con una precisión 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 aprobada para prueba de fugas sobre las bengalas. Si después de unos 10 minutos se forman burbujas, significa que hay una fuga y se debe volver a hacer el abocardado.

3. La prueba de caída del vacío se realiza justo antes de llenar los juegos de líneas con refrigerante. En este punto, los juegos de líneas se han bombeado hacia 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 realiza con unDetector electrónico de fugas de refrigerante . Una vez que el refrigerante se libera en el sistema, el detector de fugas pasa sobre bengalas y otros accesorios. Esto brinda una última oportunidad de detectar fugas mientras aún se encuentra en el sitio. También verifica componentes como válvulas de servicio y puertos de acceso que no se pueden probar con otros métodos.

Las bombas de calor modernas para climas fríos están repletas de componentes electrónicos sofisticados. Sus placas contienen circuitos de control de potencia que convierten la corriente alterna en señales de corriente continua de frecuencia variable, lo que permite que los compresores aceleren o desaceleren 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 resultar dañados o destruidos por sobretensiones, ya sea en un solo evento catastrófico o gradualmente a través de una serie de sobretensiones de nivel inferior. El daño puede dejar un sistema inoperable. Una placa de circuito rota 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 el suelo. Los protectores contra sobretensiones de HVAC generalmente se instalan en la desconexión exterior. Con la alimentación del circuito cortada en el panel, se abre la desconexión y se retira un orificio ciego de la parte inferior o lateral. Los cables del protector contra sobretensiones y una boquilla roscada pasan a través del orificio ciego y el dispositivo se asegura con una contratuerca. Los dos cables negros están conectados a los cables de línea entrante 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 que controlen el indicador LED para asegurarse de que el dispositivo aún esté activo y que soliciten un reemplazo si el LED se apaga. 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 lo antes posible.

Una devolución de llamada común pero fácil de resolver sin ductos es causada por filtros obstruidos. Esto suele aparecer como una queja de calefacción o refrigeración insuficiente. Una de las formas en que los sistemas sin ductos logran sus altos índices de 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 conductos están hechos de una malla de plástico gruesa. Cuando están limpios, permiten que el aire fluya libremente. Pero pueden obstruirse fácilmente con pelos 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 conductos lleva unos 10 minutos. Prefiero una aspiradora de mano con un cepillo pequeño. La frecuencia con la que es necesario limpiar un filtro depende de la carga de polvo y, especialmente, de la cantidad y el tamaño de las mascotas que se mudan. En algunas casas, los filtros necesitan 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 dedicar tiempo a guiar a los clientes paso a paso por la operación y el mantenimiento. No les digas que necesitan limpiar sus filtros; bríndeles una demostración práctica.

A medida que buscamos ampliar las instalaciones de bombas de calor sin ductos, la prevención de devoluciones de llamadas es clave. Las devoluciones de llamadas son costosas y desalentadoras para los contratistas y molestas para los propietarios. Hay mucha información que absorber, por lo que me gusta dejar a los clientes una guía de una página que cubre puntos clave, incluidas las mejores prácticas de funcionamiento, limpieza de filtros, servicio anual y cobertura de 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 llamadas más comunes.

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

Fotos de Rodney Díaz.

De la excelente construcción de viviendas n.° 314

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He instalado 14 unidades mini split individuales. Aunque probé la presión con nitrógeno seco de 400 a 500 PSI (dependiendo de las instrucciones del fabricante), dos unidades tuvieron fugas más tarde en los accesorios abocardados, así que comencé a usar sellos Rectorseal Flaring. (Tal vez si uso la llave dinamométrica en el conector abocardado no tendría este problema)

Mitsubishi (y otros) especifican, una triple evacuación durante la instalación. Ahí es donde presurizas el sistema con nitrógeno seco, liberas el nitrógeno, conectas la bomba de vacío durante aproximadamente una hora y luego repites el proceso dos veces más. Las presiones exactas se encuentran en las instrucciones de instalación (verificación de fugas cuando se presuriza con nitrógeno).