Bombas de calor monobloc en viviendas

Bombas de calor monobloc en viviendas

En este vídeo exploramos el funcionamiento y las características de las bombas de calor compactas, también conocidas como monobloc, y su aplicación en entornos domésticos. Estas máquinas han ganado popularidad debido a su diseño todo en uno, que simplifica la instalación y el mantenimiento al mantener el circuito frigorífico cerrado de fábrica, y evita los problemas derivados del uso de refrigerantes inflamables en el interior de los edificios.

Analizaremos su estructura, componentes, ventajas y posibles configuraciones hidráulicas para calefacción, refrigeración y producción de agua caliente sanitaria (ACS).

¿Qué es una bomba de calor compacta?

Las bombas de calor compactas son equipos que integran todo el circuito frigorífico dentro de un mismo módulo, eliminando la necesidad de manipular refrigerante durante la instalación. Esto facilita el montaje y reduce los riesgos asociados a la manipulación de gases refrigerantes. En los catálogos de los fabricantes, estas unidades suelen denominarse monobloc.

Las bombas de calor compactas incluyen los siguientes componentes principales:

• Compresor: suele ser de tipo scroll o rotativo.
• Intercambiador exterior: de aire, encargado de intercambiar calor con el medio ambiente según el ciclo de trabajo.
• Dispositivo de expansión: que puede ser reversible o contar con dos unidades en paralelo.
• Intercambiador interior: intercambiador de calor de placas donde el refrigerante transfiere energía al agua del sistema.
• Módulo hidráulico: con bomba de agua integrada, en ocasiones vaso de expansión, protección contra heladas y válvula de seguridad.

Este diseño hace que el instalador solo tenga que realizar conexiones hidráulicas, simplificando considerablemente el proceso en comparación con sistemas partidos (split), donde hay que conectar tuberías de refrigerante y realizar su carga, y que implican que debamos tener en consideración los limites a la carga de refrigerante por toxicidad e inflamabilidad en el interior de los locales.

Funcionamiento de una bomba de calor compacta

Las bombas de calor compactas pueden operar en modo calefacción, refrigeración y producción de ACS. Su funcionamiento se basa en la inversión del ciclo de refrigeración mediante una válvula de cuatro vías que altera el flujo del refrigerante según la estación del año:

1. Modo calefacción (invierno)
   • El refrigerante caliente circula hacia el intercambiador de placas, cediendo su calor al agua del sistema de calefacción.
   • El refrigerante frío pasa por el intercambiador exterior, absorbiendo energía del ambiente. Un ventilador fuerza el aire exterior para maximizar el intercambio térmico.
2. Modo refrigeración (verano)
   • Se invierte el ciclo: ahora el refrigerante absorbe calor del agua del circuito y lo disipa al exterior.
   • Los fancoils o el suelo refrescante distribuyen el frío en el interior de la vivienda.
3. Modo desescarche
   • En climas húmedos y fríos, la unidad exterior puede acumular hielo en el ciclo de invierno.
   • Para evitarlo, se invierte momentáneamente el ciclo, calentando la batería exterior con refrigerante caliente.

Ventajas de las bombas de calor compactas

Las bombas de calor compactas ofrecen múltiples beneficios para la climatización y el ACS en viviendas, entre ellos:

• Instalación simplificada: al venir precargadas con refrigerante, no requieren manipulación de gases en obra.
• Menos riesgos ambientales: al estar el refrigerante confinado en la unidad, se minimizan fugas y limitaciones normativas.
• Mayor seguridad: en modelos con refrigerantes inflamables, como el propano (A3) o R32 (A2L), la carga se encuentra en el exterior del edificio, reduciendo los riesgos en interiores.
• Comodidad: su capacidad reversible permite utilizar una misma unidad para calefacción y refrigeración.

Diseño del circuito hidráulico y configuraciones posibles

Dependiendo de los requerimientos de la instalación, las bombas de calor compactas pueden configurarse de diversas formas. Algunas de las más comunes son:

1. Solo calefacción (radiadores o suelo radiante)
   • Se instala un depósito de inercia para estabilizar el sistema y evitar ciclos cortos de encendido y apagado. Se puede prescindir del depósito si el volumen de agua de la instalación es suficiente y la pérdida de carga del circuito hidráulico puede ser vencida por la bomba de agua incluida en la máquina.
2. Calefacción + ACS
   • Se utiliza un depósito de inercia en combinación con un interacumulador de ACS.
   • Una válvula de tres vías regula el flujo hacia el interacumulador o los emisores térmicos según la demanda.
3. Calefacción + refrigeración
   • Se emplean fancoils o suelo refrescante.
   • Se recomienda un sistema de control avanzado para evitar problemas de funcionamiento.
4. Calefacción + refrigeración + ACS
   • La máquina debe invertir el ciclo lo que supone un gran cambio de temperatura en la parte común del circuito primario.
   • Se deben minimizar los volúmenes de tubería compartida entre los circuitos para evitar inercia térmica indeseada.

Cada esquema tiene ventajas e inconvenientes, y su elección dependerá del tipo de emisores, el control de la instalación y el equilibrio entre coste y funcionalidad.

Consideraciones clave en instalaciones con bombas de calor compactas

1. Volumen de agua en el circuito
   • Si es insuficiente, el sistema puede entrar en ciclos de encendido y apagado frecuentes, reduciendo la vida útil y aumentando el consumo energético. Se recomienda consultar al fabricante el volumen mínimo de agua mínimo por cada kW de potencia de la máquina. Si quieres seguir aprendiendo sobre depósitos de inercia, aquí te explicamos como calcularlos.
2. Pérdida de carga en las tuberías
   • Si la tubería tiene poco diámetro o el recorrido es largo, la bomba de calor no podrá mover el agua adecuadamente, y deberemos tener depósito de inercia o aguja hidráulica.
   • Se recomienda que la pérdida de carga total no supere los 4 metros de columna de agua.
3. Compatibilidad con emisores existentes
   • Si se sustituyen calderas por bombas de calor, hay que verificar que los radiadores tienen suficiente superficie de emisión.
   • En algunos casos, será necesario sustituirlos por modelos de baja temperatura o complementarlos con otro sistema.
4. Control y regulación del sistema
   • Cuanto más sencillo sea el diseño, más fácil será de controlar.
   • Debemos implicar al fabricante de los equipos en el diseño de la instalación, y trabajar con aquellos fabricantes que nos garanticen un buen soporte.

Conclusión

Las bombas de calor compactas ofrecen una solución eficiente y segura para la climatización doméstica, especialmente en instalaciones donde se busca minimizar la manipulación de refrigerantes. Su configuración debe adaptarse a las necesidades de cada vivienda, garantizando un diseño hidráulico adecuado para optimizar el rendimiento y la durabilidad del sistema. En el vídeo exploramos diferentes esquemas de instalación y consideraciones clave para su implementación.

Si te interesa profundizar en este tema, puedes a los siguientes recursos relacionados.

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