Calcular la potencia de la aerotermia: una bomba de calor inverter se dimensiona a media potencia
Primera píldora: el espacio entre las aletas. Segunda: cuándo la máquina decide desescarchar. Lo tercero que hay que preguntar antes de comprar es qué tamaño tiene la bomba de calor respecto al edificio. Parece la pregunta más sencilla, y es donde más se falla, porque una bomba de calor inverter no se elige como una caldera.
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La potencia máxima se decide en el día más frío de la zona
Cada localidad tiene una temperatura exterior de proyecto: la más baja que se considera en el cálculo de la instalación. En Italia la fija una norma, provincia por provincia: en las zonas alpinas se llega a -15 grados, en la llanura se está en torno a -5, en el sur y en las costas se va hacia +2. Cada zona tiene su número, y el técnico lo conoce. La norma europea de las bombas de calor razona igual con tres climas: frío, con referencia Helsinki, -22 grados; medio, Estrasburgo, -10; cálido, Atenas, +2. A esa temperatura la máquina debe cubrir toda la demanda del edificio trabajando a la máxima potencia. No antes: una máquina que ya está al máximo a cero grados es pequeña para esa zona.
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El resto del invierno trabaja a la mitad
El día de proyecto llega pocos días al año. La mayor parte de las horas de invierno, en la llanura, están entre 2 y 10 grados, muchas veces con sol: el edificio pide la mitad del calor, o menos. Una bomba de calor inverter no se enciende y se apaga como una caldera: baja las revoluciones del compresor y sigue la demanda. Bien dimensionada, pasa la mayor parte del invierno en torno a la mitad de la potencia, y en las medias estaciones baja al mínimo sin pararse. Así se evitan los encendidos y apagados continuos.
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El inverter: por qué el de carburo de silicio rinde más
El inverter es la pieza que transforma la corriente de red en la corriente de frecuencia variable que hace girar el compresor a la velocidad justa. Lo hace encendiendo y apagando transistores de potencia miles de veces por segundo. Cada vez que un transistor conmuta, y en cada instante en que conduce, una parte de la corriente se convierte en calor en vez de llegar al motor. Ese calor es energía pagada y perdida, y además hay que sacarlo de la electrónica, si no los componentes se calientan y se desgastan.
Durante años los transistores de los inverters han sido los IGBT, de silicio. Son robustos y baratos, pero tienen dos límites. Cuando conducen tienen un umbral de tensión fijo que se paga incluso a baja corriente: justo a media potencia, donde la bomba de calor pasa casi todo el invierno, ese umbral pesa proporcionalmente más. Y conmutan despacio, así que se calientan en cada paso y no se pueden hacer trabajar rápido.
Los transistores de carburo de silicio (SiC) no tienen el umbral fijo: se comportan como una resistencia muy baja, y a baja corriente pierden muy poco. Y conmutan en una fracción del tiempo, con una fracción del calor. Menos disipación térmica quiere decir tres cosas prácticas. Más energía al compresor por los mismos kWh tomados del contador, es decir, COP más alto, sobre todo a carga parcial. Una electrónica que trabaja más fresca, y un componente electrónico que trabaja fresco dura más. Y la posibilidad de conmutar más rápido, que da al motor una corriente más limpia, con menos pérdidas y menos ruido en el compresor.
El poco calor que queda, en nuestras máquinas, no necesita un ventilador propio: el disipador del inverter está en el compartimento de la batería, en el flujo de aire del ventilador de la máquina, que lo enfría mientras hace su trabajo normal. Ningún cuadro cerrado, ningún ventilador pequeño que consume y se avería. En nuestras máquinas residenciales el inverter es de carburo de silicio.
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La media potencia es donde más rinde
A media potencia el compresor gira despacio y los intercambiadores son grandes respecto al calor que tienen que mover: el exterior se enfría poco, el interior se calienta poco, el compresor trabaja con el salto de temperatura más pequeño posible. Es el punto de máximo rendimiento. A plena carga el rendimiento baja, al mínimo también. Aquí vuelve la primera píldora: lo que en nuestras máquinas es el doble de grande que en una de importación es el intercambiador, no el compresor. El compresor es el justo para la carga; el intercambiador grande le permite trabajar con saltos de temperatura pequeños. En estas condiciones nuestras máquinas trabajan con COP típicos de los modelos geotérmicos, aun tomando el calor del aire.
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Demasiado pequeña, demasiado grande
Una máquina infradimensionada trabaja siempre al máximo: consume más porque está siempre en el punto de peor rendimiento, enfría más la batería exterior, así que hace más escarcha y más desescarches, y en los días fríos no llega a la temperatura. Una máquina sobredimensionada hace lo contrario: trabaja siempre al mínimo y, cuando incluso el mínimo es demasiado, se apaga y se enciende sin parar. Cada arranque le cuesta al compresor más que horas de marcha regular: la vida de un compresor se cuenta en ciclos de arranque y parada, como en un coche cuentan los kilómetros pero también los arranques en frío. El tamaño correcto es uno solo: el que en el día de proyecto de la zona trabaja al máximo y el resto del invierno a la mitad.
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Es trabajo de un técnico
El dimensionamiento parte de la carga térmica del edificio: pérdidas de paredes, cubierta y ventanas, renovaciones de aire, temperatura de proyecto de la localidad. Para una nave el orden de magnitud del pico se razona en vatios por metro cúbico, no por metro cuadrado, porque una nave de siete metros de altura tiene el triple de aire que una casa de la misma planta: de 10-15 W/m³ para un edificio nuevo o reformado con paneles gruesos, a 18-25 para uno construido entre 2000 y 2015, a 30-45 para un prefabricado de los años 80 y 90 sin aislamiento; algo más si los portones se abren a menudo o falta el desestratificador que devuelve el aire caliente hacia abajo. Es solo la primera estimación: la máquina se elige después con sus tablas de potencia a la temperatura de proyecto. No se hace a ojo, no se hace «un tamaño más por seguridad», y la potencia de la caldera que había antes no es una referencia. Un técnico tarda unas horas y asume la responsabilidad del cálculo: es la parte de la instalación que menos cuesta y la que decide los consumos de los próximos veinte años.
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Cómo se comprueba, antes de comprar
- pedir el cálculo de la carga térmica, con la temperatura de proyecto de la localidad escrita encima;
- preguntar a qué porcentaje de la potencia máxima trabajará la máquina a 7 grados exteriores, la condición más frecuente del invierno: la respuesta correcta está en torno a la mitad;
- preguntar la potencia mínima a la que la máquina consigue modular sin pararse.
Las fichas técnicas de nuestras bombas de calor aire-agua y de las Kita Air para naves industriales indican la potencia a las distintas temperaturas exteriores.
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Preguntas frecuentes
¿Cómo se dimensiona una bomba de calor inverter?
Sobre la temperatura exterior de proyecto de la zona: a esa temperatura debe cubrir toda la demanda a la máxima potencia, y el resto del invierno trabajar alrededor de media potencia.
¿Por qué una bomba de calor demasiado grande consume más?
Trabaja siempre al mínimo y, cuando incluso el mínimo es demasiado, se apaga y se enciende continuamente. Cada arranque le cuesta al compresor más que horas de marcha regular.
¿A qué potencia trabaja una bomba de calor la mayor parte del invierno?
Bien dimensionada, alrededor de media potencia: en llanura la mayoría de las horas de invierno están entre 2 y 10 °C. A media potencia los intercambiadores son grandes respecto al calor que mover, y ahí la máquina rinde más.
¿Qué cambia con un inverter de carburo de silicio?
Pierde menos energía en calor, sobre todo a carga parcial: llega más energía al compresor con los mismos kWh, el COP sube y la electrónica trabaja más fresca y dura más. Nuestras máquinas residenciales llevan inverter de carburo de silicio.
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La próxima píldora: por qué una bomba de calor no es una caldera y debe trabajar sin pararse, y qué es HCC: léela aquí.
