Cómo la tecnología de inversores revolucionó los sistemas HVAC

La tecnología de inversores es el héroe anónimo del mundo HVAC. Inicialmente utilizado principalmente en equipos HVAC de gama alta y sin ductos, ahora se está incorporando a una gama más amplia de sistemas. Las bombas de calor de fuente de aire (ASHP), en particular, se han beneficiado del uso de compresores accionados por inversor, que ajustan la salida de calefacción o refrigeración del equipo para que coincida con la demanda exacta del espacio ocupado. Además, los inversores permiten que las bombas de calor funcionen a velocidades más bajas y consuman menos energía, lo que se traduce en un importante ahorro de energía y menores emisiones de carbono.

El desarrollo de bombas de calor para clima frío (CCHP) también fue posible gracias a la integración de la tecnología inverter, que permite que el compresor ajuste su velocidad y opere de manera eficiente en temperaturas exteriores bajo cero. Se podría argumentar fácilmente que la tecnología inverter ha permitido que las bombas de calor se conviertan en una de las soluciones de calefacción y refrigeración más sostenibles y energéticamente eficientes disponibles en la actualidad.

La tecnología inverter, también conocida como variador de frecuencia (VFD) o variador de velocidad (VSD), modula el compresor, controlando así la salida del sistema HVAC.

"En pocas palabras, la tecnología inverter ajusta la velocidad del motor del compresor para cumplir específicamente con las demandas de carga en una amplia gama de parámetros operativos en comparación con un sistema convencional que hace funcionar el motor al 100 % o al 0 % de velocidad, sin opciones intermedias", dijo Katie Davis, vicepresidenta de ingeniería y tecnología de Trane Technologies Residential HVAC and Supply.

CONFORT ÓPTIMO: Los sistemas de velocidad variable están diseñados para operar y brindar a los clientes lo mejor en comodidad térmica. (Cortesía de Trane)

Por ejemplo, si el termostato está configurado a 75 °F en un sistema convencional de una sola velocidad y la temperatura en el espacio aumenta más allá de ese punto establecido, el compresor funcionará al 100 % de su capacidad hasta que la temperatura alcance el punto establecido en el termostato, dijo Davis.

"En un sistema de velocidad variable, la tecnología inverter ajusta la velocidad del motor del compresor a un punto establecido que permite alcanzar la temperatura deseada", dijo. "Con este tipo de sistemas, el compresor solo puede funcionar al 25 % de la velocidad, encendido y apagado, durante todo el día, en lugar del 100 % de velocidad, encendido y apagado, durante todo el día, para cumplir con los mismos requisitos de temperatura".

El inverter es un componente electrónico que varía la frecuencia de alimentación del motor, modulando las RPM del compresor para gestionar su capacidad o rendimiento. Básicamente, el inversor le indica al compresor que funcione a una velocidad específica para alcanzar la temperatura ambiente deseada dentro de un período de tiempo designado, dijo Scott Salvage, vicepresidente de marketing de productos residenciales de Daikin. En el caso de que el sistema HVAC altere la temperatura demasiado rápido o demasiado lento, el inversor ajusta la velocidad del compresor en consecuencia, aumentándola o disminuyéndola según sea necesario.

Salvage compara el inversor con la función de control de crucero en un automóvil y señala: "Un sistema HVAC típico de una sola etapa se encenderá y apagará solo al 100 % de su capacidad, lo que es como pisar el acelerador a fondo en el automóvil. Compare esto con usando el control de crucero del automóvil para mantener una velocidad deseada. Hay menos desgaste en su automóvil, es menos ruidoso, es más cómodo y seguramente proporciona una mejor eficiencia de combustible".

COBERTURA COMPLETA: En América del Norte, el 100 % de las soluciones VRV y sin ductos utilizan compresores accionados por inversor. (Cortesía de Daikin)

La tecnología Inverter se puede utilizar con casi cualquier tipo de compresor, incluidos compresores scroll, rotativos, alternativos, centrífugos y de tornillo, y en la mayoría de los tipos de sistemas HVAC residenciales y comerciales. Salvage señaló que fuera de América del Norte, los inversores han sido la tecnología requerida en muchos países durante varios años. En América del Norte, el 100 % de las soluciones sin ductos y VRV/VRF utilizan tecnología inverter, dijo, pero el sector residencial con ductos representa menos del 5 % del mercado total, y es incluso menos que los sistemas empaquetados de techo comerciales.

Es probable que la tecnología de inversores se vuelva aún más popular, ya que contribuye a reducir la huella de carbono al reducir las demandas de energía del sistema HVAC.

"Los inversores proporcionan una variación controlada de la producción según la demanda y la carga", dijo Dennis Stinson, vicepresidente de ventas de Fujitsu. "Debido a que los cálculos de carga requieren que un diseñador de sistemas considere extremos máximos, el equipo a menudo está sobredimensionado para la mayoría de la demanda operativa. Al alinear la producción con la demanda, se puede reducir el uso de energía".

Debido a que los sistemas de inversor funcionan solo a las velocidades necesarias para mantener la temperatura deseada, a menudo funcionan a una velocidad más lenta, lo que consume menos energía y aumenta la eficiencia, especialmente en condiciones de carga parcial. En última instancia, esto proporciona un impacto significativo en la reducción de las emisiones de carbono durante la operación, dijo Salvage.

BENEFICIOS CONDUCTADOS: Fujitsu ofrece una línea completa de bombas de calor unitarias, incluidas aquellas con tecnología inverter, con modelos que van de 1,5 a 5 toneladas de capacidad y con eficiencias de hasta 18 SEER. (Cortesía de Fujitsu)

VELOCIDADES LENTAS: Los sistemas inverter funcionan solo a las velocidades necesarias para mantener la temperatura deseada, y la velocidad más lenta consume menos energía y aumenta la eficiencia. (Cortesía de Daikin)

“Además, la mayor parte de los EE. UU. y Canadá continúan dependiendo de los combustibles fósiles para calentar casas y edificios”, dijo. "Los sistemas de bomba de calor inverter brindan una alternativa a la calefacción con combustibles fósiles al proporcionar calefacción totalmente eléctrica y de bajo consumo en aplicaciones muy por debajo de 0 °F. Vale la pena señalar que el 100 % de los productos que cumplen con la especificación NEEP Cold Climate ASHP están basados ​​en inverter soluciones, lo que refleja la excelente capacidad de la tecnología para funcionar como una fuente efectiva de calor en climas fríos".

La tecnología inverter también da como resultado una mayor comodidad, ya que ayuda a prevenir los incómodos cambios de temperatura que a menudo se experimentan con los sistemas HVAC de una o dos etapas sin inverter, dijo Salvage.

"Un sistema inversor puede alcanzar la configuración de comodidad deseada más rápido y puede ayudar a minimizar las fluctuaciones de temperatura, brindando una mayor comodidad dentro del espacio. Y debido a que los sistemas inversores generalmente funcionan durante ciclos de funcionamiento más prolongados, el aire de la casa se filtra durante períodos más prolongados, lo que ayuda a mejorar CAI".

Los sistemas que utilizan tecnología inverter también controlan mejor la humedad, dijo Davis. Esto se debe a que los sistemas convencionales pueden requerir que los propietarios de viviendas o negocios enfríen excesivamente un espacio para eliminar la humedad durante los meses de verano, lo que a menudo resulta en un ambiente incómodo.

"Los sistemas de velocidad variable (tecnología inverter) funcionan para controlar las temperaturas durante todo el día sin necesidad de cambiar los puntos de ajuste del termostato para eliminar la humedad", dijo. "La amplia variabilidad del rendimiento del compresor en un sistema de velocidad variable permite un excelente control de la humedad durante todo el día".

Los sistemas impulsados ​​por inversores también se encuentran entre las opciones de equipos más silenciosas cuando se instalan según las instrucciones del fabricante y los códigos de gobierno locales, dijo Stinson. "Este suele ser el equipo de elección en subdivisiones de lotes cero y otros arreglos de espacios reducidos que son sensibles al ruido".

La instalación de sistemas con tecnología inverter es similar a la de los equipos convencionales, aunque Davis señaló que existe una ligera diferencia en el arranque de los equipos de velocidad variable debido a la amplia gama de parámetros de funcionamiento que permiten estos sistemas.

“Están configurados específicamente para cada hogar y/o negocio y tienen en cuenta cualquier accesorio adicional como sistemas de zonificación que puedan necesitar ajustarse a las necesidades del espacio”, dijo. "Los sistemas de velocidad variable están diseñados para operar y brindar a los clientes lo mejor en comodidad térmica. Los ventiladores, motores y otros componentes están diseñados para los sistemas y las aplicaciones asociadas".

Como tal, la tecnología de inversor funciona como parte de un sistema completo, por lo que no se puede adaptar fácilmente a los equipos existentes.

"Dentro de un sistema basado en inversores, hay sensores y componentes adicionales que forman el ciclo de refrigeración para controlar la capacidad y optimizar la energía", dijo Salvage. "También hay un módulo de PCB de accionamiento inversor, que es muy diferente del PCB tradicional en unidades sin inversor. Dadas estas condiciones, no es realmente factible adaptar los sistemas tradicionales en el sitio con tecnología inversora".

Aunque no se puede adaptar a los equipos existentes, es probable que la tecnología de inversores se vuelva más frecuente en los nuevos sistemas a medida que EE. UU. adopte la electrificación estratégica y aborde las emisiones de carbono, dijo Stinson.

"Los incentivos federales, estatales y de servicios públicos, junto con el aumento de los costos de los equipos tradicionales para cumplir con las regulaciones de eficiencia, han hecho que la tecnología de inversores sea una solución sólida para todas las aplicaciones de HVAC", dijo.

Davis está de acuerdo y señala que el futuro de los sistemas de velocidad variable es sólido.

"La eficiencia energética mejorada de estos sistemas permite a la industria avanzar más en la reducción de las emisiones de carbono. Además, la capacidad de brindar al consumidor un perfil de confort térmico mejorado los convierte en la mejor opción para calentar y/o enfriar hogares y negocios. "

A principios de 2023, el Departamento de Energía (DOE) ordenó cambios en la forma en que se mide la eficiencia energética en los sistemas HVAC y aumentó las eficiencias mínimas permitidas. Según los nuevos estándares, la eficiencia mínima de los equipos residenciales aumentó aproximadamente un 7 %, o el equivalente a 1 punto SEER. Además, el procedimiento de prueba revisado resultó en el uso de nuevas métricas de SEER2, HSPF2 y EER2 en lugar de SEER, HSPF, EER. Sin embargo, algunos no creen que estas métricas reflejen el verdadero ahorro de energía que puede proporcionar la tecnología de inversores.

"Desafortunadamente, los beneficios de eficiencia de los sistemas de tecnología de inversores continúan sin medirse adecuadamente mediante las métricas de prueba anticuadas de las métricas de eficiencia SEER2 y HSPF2 recientemente adoptadas", dijo Scott Salvage, vicepresidente de marketing de productos residenciales de Daikin. "Tanto la eficiencia de refrigeración (SEER2) como la eficiencia de calefacción (HSPF2) se basan en tecnologías sin inversor medidas al 100 % de su capacidad. Los sistemas basados ​​en inversor normalmente funcionan y consumen electricidad a niveles de capacidad considerablemente más bajos; por lo tanto, los beneficios de eficiencia no se reconocen por estas nuevas métricas de eficiencia SEER2 y HSPF2".

Salvage agregó que si bien los nuevos estándares de energía establecidos por el DOE probablemente mejorarán la eficiencia, la descarbonización y la optimización de la red, se podrían lograr avances aún más significativos al alentar una adopción más amplia de la tecnología de inversores en los sistemas HVAC a través de descuentos fiscales y otros incentivos.

Joanna Turpin es editora sénior. Puede comunicarse con ella al 248-786-1707 o [email protected]. Joanna ha estado en BNP Media desde 1991, primero dirigiendo la división de libros técnicos de la compañía. Obtuvo su licenciatura en inglés de la Universidad de Washington y trabajó en su maestría en comunicación técnica en la Universidad de Eastern Michigan.