Bombas de calor: qué hacen y por qué están calientes ahora

Heat pumps: what they do and why they’re hot now

La humilde bomba de calor finalmente ha encontrado su momento en el centro de atención. El electrodoméstico puede potencialmente ahorrarle dinero en sus facturas de energía, combatir el cambio climático y reducir la dependencia de Europa del gas ruso, dicen los defensores. Un día, las bombas de calor podrían incluso reemplazar los sistemas de aire acondicionado y calefacción en todo el mundo.

Claro, eso suena súper ambicioso, pero los legisladores están luchando para implementar bombas de calor donde sea que puedan. Presidente Joe Biden invocó la Ley de Producción de Defensa a principios de este año para impulsar la fabricación nacional de la tecnología, y el Congreso elaboró importante legislación climática eso hace que sea más fácil para los estadounidenses pagarlos. Al otro lado del charco en Europa, las bombas de calor son parte de los esfuerzos para alejarse de los combustibles rusos.

Con todo ese bombo, es posible que desee familiarizarse con la tecnología que de repente aparece en los titulares. Asi que, el borde elabore esta guía sobre qué son las bombas de calor, qué hacen y por qué están causando tanto revuelo ahora.

En primer lugar, ¿qué demonios es una bomba de calor?

Existen diferentes tipos de tecnologías de bomba de calor, pero por motivos de simplicidad, nos centraremos en los electrodomésticos que están causando más revuelo en este momento. Los electrodomésticos que causan todo el alboroto son las bombas de calor eléctricas que se utilizan para calentar y enfriar el aire dentro de las casas y los edificios. Y no dejes que el nombre te engañe. Las bombas de calor pueden hacer el mismo trabajo que los hornos y acondicionadores de aire.

¿Cómo funciona la cosa?

Esto varía según el tipo de bomba de calor, pero la característica definitoria es que mueven el calor hacia donde lo desea. Específicamente, los electrodomésticos usan un refrigerante para absorber el calor y redistribuirlo. Un refrigerante es una sustancia con un punto de ebullición bajo que puede absorber fácilmente el calor. También se utilizan en acondicionadores de aire y refrigeradores.

El tipo más común de bomba de calor de la que escuchará son las bombas de calor de “fuente de aire” que mueven el calor entre su hogar y el aire exterior.

Tiene dos partes: un componente interior y un componente exterior. Cuando se usa para enfriar un espacio, el componente interior empuja aire caliente desde el interior de un espacio sobre serpentines llenos de refrigerante líquido. El refrigerante absorbe el calor del aire, hierve y se evapora en un gas. Desde allí, el refrigerante calentado pasa al componente exterior, donde libera el calor. El refrigerante se enfría, vuelve a convertirse en líquido y el proceso puede comenzar de nuevo. Cuando se utilizan bombas de calor para calentar una habitación, el proceso funciona a la inversa. El refrigerante absorbe el calor del exterior y lo traslada al interior. Gracias a algunos avances relativamente recientes en las tecnologías de bombas de calor, esto funciona incluso en climas fríos porque el refrigerante absorberá calor mientras esté más frío que su entorno.

También hay “fuente terrestre” o bombas de calor geotérmicas que mueven el calor entre una casa o edificio y el suelo exterior o una fuente de agua cercana.

Eso suena sorprendentemente de baja tecnología. ¿Hace tiempo que no existen las bombas de calor?

Sí. El ingeniero austríaco Peter von Rittinger diseñó e instaló el primer documentado sistema de bomba de calor en la década de 1850. La primera bomba de calor eléctrica de fuente terrestre se atribuye al inventor estadounidense Robert C. Webber, que estaba jugando con un congelador en su sótano a fines de la década de 1940 cuando se dio cuenta de que producía agua hirviendo. No queriendo desperdiciar el agua caliente, la desvió a su caldera y finalmente diseñó un sistema para calentar toda su casa.

A pesar de que las bombas de calor existen desde hace mucho tiempo, no se han convertido en la corriente principal. En 2020, solo cumplieron el 7 por ciento de demanda mundial de calefacción. A lo largo de los años, otras tecnologías con las que muchas personas se han familiarizado, es decir, aire acondicionado y hornos, se volvieron más asequibles para comprar e instalar. En muchos lugares, también era más barato calentar tu casa con gas que con electricidad. Además, las bombas de calor no siempre han funcionado tan bien en lugares muy fríos como lo hacen en climas más templados.

¿Por qué escuchamos tanto acerca de las bombas de calor ahora?

En primer lugar, la tecnología ha mejorado. Y eso hace que las bombas de calor parezcan ideales para lidiar con varias crisis que enfrenta el mundo hoy en día.

Tanto la pandemia de COVID-19 como la guerra de Rusia en Ucrania han contribuido a un crisis mundial de gas. Se ha vuelto mucho más costoso calentar su hogar con gas o depender de una planta de energía a gas para mantener las luces encendidas.

Esa crisis energética es realmente fuerte en europadonde el costo del gas ha resucitado de alrededor de $ 5 por millón de unidades térmicas británicas (MMBtu) a $ 55 por MMBtu solo en los últimos dos años. Una gran parte del problema es que Europa históricamente ha sido muy dependiente de Rusia para su suministro de gas natural. Desde que Rusia invadió Ucrania, el bloque ha trató de dejar esa adicción — y las bombas de calor eléctricas son una gran parte de ese plan. El gas es actualmente el combustible de Europa usa más para su calefacción, y gran parte de ese gas ha sido históricamente venir de Rusia. La Comisión Europea quiere duplicar el ritmo al que está implementando bombas de calor, con un meta de desplegar 10 millones de unidades en los próximos cinco años.

Esta es una aceleración de otra transición que ya estaba en marcha. Una de las principales estrategias para frenar el cambio climático es electrificar todo, desde automóviles hasta edificios. De esa manera, pueden funcionar con energía limpia y renovable, como la eólica y la solar, una vez que esas fuentes de energía desplacen a los combustibles fósiles en la red. Algunas ciudades, como Berkeley, California – tener incluso prohibió nuevas conexiones de gas en viviendas y edificios.

Las bombas de calor se convirtieron en una alternativa obvia a la calefacción de gas y aceite de la vieja escuela. Por lo tanto, los esfuerzos para promover la adopción de bombas de calor están salpicados en muchas políticas climáticas propuestas. El gigante proyecto de ley del clima Los demócratas están trabajando para aprobar, llamado el Ley de Reducción de la Inflación, por ejemplo, incluye un reembolso de hasta $8,000 para estadounidenses con ingresos elegibles que instalen una nueva bomba de calor en su hogar. Cualquiera que no califique para el reembolso aún puede obtener un crédito fiscal de hasta $2,000 por instalar una bomba de calor.

¿Está diciendo que las bombas de calor son buenas para el medio ambiente?

En su mayoría, sí. Son electrodomésticos, por lo que pueden funcionar con energía limpia como mencionamos anteriormente. Pero los beneficios ambientales aún dependen de qué tan limpia sea la red a la que están conectados. Si tiene una red que todavía está dominada por el carbón y el gas, que muchos todavía son — entonces esa electricidad no es muy limpia. Al menos no todavía. El caso climático para las bombas de calor es prospectivo. La idea es que si las personas cambian del gas a las bombas de calor mientras se limpia la red, los países pueden alcanzar sus objetivos climáticos mucho más rápido. Mas de 30 Los países y la Unión Europea han afianzado el objetivo en la ley o la política de alcanzar cero emisiones netas de dióxido de carbono. Y más de 100 países han hecho propuestas similares pero todavía están trabajando para adoptar políticas para alcanzar esos objetivos.

El otro beneficio climático que viene con las bombas de calor es que generalmente son bastante eficientes energéticamente. Después de todo, no son generando calor, simplemente lo están moviendo. Las bombas de calor de fuente de aire son de 2,2 a 4,5 veces más eficientes que los hornos de gas Energy Star, según un estudio centrado en EE. UU. análisis publicado en 2020 por la organización de investigación de energía limpia sin fines de lucro RMI. Las bombas de calor geotérmicas pueden reducir el uso de energía entre un 30 y un 60 por ciento, según la Departamento de Energía. Sin embargo, las ganancias de eficiencia varían porque las bombas de calor esencialmente tienen que trabajar más para recolectar suficiente calor del ambiente en climas más fríos.

Dicho todo esto, el 70 por ciento de las casas en los EE. UU. reducirían las emisiones hoy instalando una bomba de calor, según un estudiar publicado el año pasado en la revista Cartas de investigación ambiental. Ese estudio tomó en consideración tanto las emisiones de gases de efecto invernadero como los contaminantes del aire como las partículas. Mirando solo el dióxido de carbono que calienta el planeta, EE. UU. reduciría las emisiones residenciales de CO2 en un considerable 32 por ciento si cada hogar unifamiliar comenzara a usar una bomba de calor.

¿Me va a ahorrar dinero una bomba de calor?

Una vez más, depende. Por ahora, solo el 32 por ciento de los hogares se “beneficiarían económicamente” instalando una bomba de calor, según el mismo estudiar en Cartas de investigación ambiental.

Si bien el electrodoméstico puede ahorrarle dinero a largo plazo a través de facturas de servicios públicos más bajas, las bombas de calor generalmente tienen costos iniciales más altos que los sistemas tradicionales de calefacción o refrigeración. De acuerdo con un Informes de los consumidores encuesta de sus miembros. Sin embargo, un sistema de bomba de calor puede volverse más competitivo en costos si está reemplazando tanto un horno de gas y una unidad de aire acondicionado o si se está construyendo en una nueva estructura. Por eso, a corto plazo, los subsidios van a ser clave para que las bombas de calor sean más atractivas para los consumidores.

Gracias a su eficiencia energética, las bombas de calor podrían ofrecer la alternativa de energía limpia más barata para calentar y enfriar una casa para la mayoría de los hogares estadounidenses en las próximas décadas, según un análisis por el Consejo Americano para una Economía Eficiente en Energía.

¿Funcionará una bomba de calor para cualquiera, en cualquier lugar?

Técnicamente, las bombas de calor pueden funcionar en casi todas partes. Gracias a los avances tecnológicos de la última década, las bombas de calor ahora pueden calienta los hogares incluso cuando las temperaturas exteriores alcanzan los cero grados. Los electrodomésticos, por ahora, simplemente no funcionan tan eficientemente en temperaturas tan frías como lo hacen en climas más templados.

Cualquier persona que no sea propietaria de su propia casa también tendrá más dificultades para recurrir a una bomba de calor, ya que generalmente necesita ser instalada por un profesional. El próximo gran avance en las tecnologías de bombas de calor novedosas son las unidades de ventana fáciles de instalar, comparables a las unidades de aire acondicionado de ventana. A diferencia de las bombas de calor más tradicionales, estas nuevas unidades de ventana esencialmente pueden sentarse en el alféizar de su ventana. El estado de Nueva York dijo recientemente que pagaría $ 70 millones a dos compañías, Gradient y Midea America, para producir 30,000 unidades de bombas de calor para ventanas para viviendas públicas en la ciudad de Nueva York.

Gradient dice que su producto estará disponible comercialmente en algún momento de este año. Pero no es barato. Mientras que una unidad de aire acondicionado de ventana puede costar un par de cientos de dólares o menos, la nueva bomba de calor de ventana de Gradient (que puede calentar y enfriar una casa) cuesta mucho más: $1,999.

Este es un gran problema con los electrodomésticos de bajo consumo y las tecnologías de energía limpia en general. Hasta ahora, muchas de estas tecnologías han sido fuera de alcance para muchas personas, a menudo, inquilinos y personas sin miles de dólares adicionales para gastar en un electrodoméstico nuevo, especialmente cuando el anterior todavía funciona bien. Para desencadenar realmente una revolución de la bomba de calor, eso tendrá que cambiar.

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