Bombas de Calor y Ahorro de Energía

Las bombas de calor están diseñadas para ser utilizadas tanto para enfriar como para calentar, y es en esta forma en la que son más eficientes. Debido a sus características de ahorro de energía, las bombas de calor están despertando un interés renovado. Está claro que las bombas de calor son muy eficientes energéticamente y, por lo tanto, benignas para el medio ambiente. Ofrecen la manera más eficiente en términos energéticos de proporcionar calefacción y refrigeración en muchas aplicaciones, ya que pueden usar fuentes de calor renovables en nuestro entorno. Incluso a temperaturas que consideramos frías, el aire, el suelo y el agua contienen calor útil que es continuamente reabastecido por el sol. Aplicando un poco más de energía, una bomba de calor puede elevar la temperatura de esta energía térmica al nivel necesario. De manera similar, las bombas de calor también pueden usar fuentes de calor residual, como de procesos industriales, equipos de refrigeración o aire de ventilación extraído de edificios.

Eficiencia Energética y Beneficios Ambientales

Una bomba de calor típica necesita solo 100 kWh de energía eléctrica para convertir 200 kWh de calor ambiental o residual en 300 kWh de calor útil. Gracias a esta capacidad única, las bombas de calor pueden mejorar radicalmente la eficiencia energética y el valor ambiental de cualquier sistema de calefacción que funcione con recursos energéticos primarios como combustible o electricidad. Considera estos seis hechos cuando se diseñe cualquier sistema de suministro de calor (IEA-HPC, 2001):

1. La combustión directa para generar calor nunca es el uso más eficiente del combustible.
2. Las bombas de calor son más eficientes porque utilizan energía renovable en forma de calor de baja temperatura.
3. Si el combustible usado por calderas convencionales se redirige para suministrar energía a las bombas de calor eléctricas, se necesitará entre un 35-50% menos de combustible, resultando en un 35-50% menos de emisiones.
4. Se ahorra alrededor del 50% cuando las bombas de calor eléctricas son impulsadas por sistemas de cogeneración (CHP).
5. Ya sea que se utilicen combustibles fósiles, energía nuclear o energía renovable para generar electricidad, las bombas de calor eléctricas hacen un mejor uso de estos recursos que los calentadores de resistencia.
6. El consumo de combustible, y en consecuencia la tasa de emisiones, de una bomba de calor de absorción o de motor de gas es aproximadamente un 35-50% menor que el de una caldera convencional.

Tipos de Bombas de Calor y Su Eficiencia

En el pasado, la mayoría de las bombas de calor eran del tipo aire-aire o de fuente de aire. Las bombas de calor de fuente de aire dependen del aire exterior como su fuente de calor. Aunque el aire exterior frío contiene algo de calor, a medida que las temperaturas bajan, la bomba de calor debe trabajar más y la eficiencia disminuye. En climas muy fríos, la bomba de calor de fuente de aire por sí sola no podrá proporcionar suficiente calor, y se debe proporcionar calor suplementario o de respaldo, lo que puede aumentar significativamente los costos de calefacción.

Bombas de Calor Geotérmicas (GSHP)

Las bombas de calor geotérmicas (GSHP) extraen calor del suelo o del agua subterránea. Debido a que las temperaturas del suelo y del agua subterránea son constantes entre 10-13°C durante todo el año, este tipo de sistema es mucho más eficiente. Esto varía con el costo de la electricidad, el petróleo y el propano en tu área. Generalmente, una GSHP puede producir calor con ahorros promedio del 10-15% sobre el gas natural, 40% de ahorro sobre el fuel oil, y 50% de ahorro sobre el propano; los ahorros en aire acondicionado promedian entre 40-60% sobre los sistemas convencionales (EESC, 2001).

Calentadores de Agua con Bomba de Calor

Los calentadores de agua con bomba de calor extraen calor del aire circundante para calentar el agua en un tanque de almacenamiento y pueden ser alimentados por electricidad o gas. Estos calentadores tienen esencialmente el mismo rendimiento que los calentadores de agua de resistencia eléctrica, excepto que las eficiencias son típicamente 2-2.5 veces más altas. El factor de energía para los calentadores de agua con bomba de calor varía de 1.8 a 2.5, en comparación con 0.88-0.96 para los sistemas de resistencia eléctrica. Los calentadores de agua con bomba de calor enfrían y deshumidifican el aire que rodea la bobina del evaporador. Esto puede ser una ventaja donde se desea enfriamiento, y una desventaja cuando el enfriamiento es indeseable. Algunos calentadores de agua con bomba de calor están diseñados para recuperar el calor residual de los sistemas de ventilación de toda la casa.

Los calentadores de agua con bomba de calor están disponibles comercialmente, con un período de recuperación típicamente entre 2-6 años, dependiendo del uso de agua caliente y la eficiencia del sistema de calentamiento de agua que se reemplaza.

Consideraciones al Comprar una Nueva Bomba de Calor

Al comprar una nueva bomba de calor, el comprador debe verificar la calificación de eficiencia de la unidad propuesta. Una calificación de eficiencia más alta resultará en menores costos operativos. La eficiencia de las bombas de calor se designa por el SEER, que varía desde 10.0 hasta más de 15.0. Para los sistemas divididos con una unidad exterior y una bobina interior, la eficiencia varía con la combinación entre la bobina de enfriamiento interior y la unidad de condensación exterior. Se debe consultar al fabricante para determinar la eficiencia combinada.

Mejoras en la Eficiencia de las Bombas de Calor

En los últimos años, el SEER para las bombas de calor de mayor eficiencia ha aumentado de 12.0 a más de 15.0 debido a la incorporación de las siguientes mejoras:

• Sopladores, compresores y motores de velocidad variable: Este equipo proporciona velocidades variables de operación para optimizar el rendimiento y la eficiencia. Las bombas de calor que utilizan componentes de múltiples velocidades generalmente comienzan en la primera etapa o baja velocidad. Si los niveles de confort o los ajustes de control no se pueden satisfacer con la primera etapa, la segunda etapa o alta velocidad se activará. Algunos sistemas de bombas de calor tienen más de dos etapas o velocidades de operación.
• Superficies de bobina más grandes: Las bobinas de superficie grande proporcionan la máxima eficiencia de transferencia de calor.
• Retrasos de tiempo: Los retrasos de tiempo varían los ciclos de encendido y apagado de los compresores, motores y paquetes de calor suplementarios.
• Válvulas de expansión: Las válvulas de expansión controlan el flujo de refrigerante en proporción a la carga en el evaporador. En comparación con otros tipos de dispositivos de medición fijos, las válvulas de expansión son capaces de ejercer control sobre una gama mucho más amplia de condiciones de operación.

Características Adicionales de Ahorro de Energía

Además del SEER para el rendimiento de una unidad, hay algunas características adicionales de ahorro de energía a considerar al seleccionar una bomba de calor para la casa, como sigue:

• Respaldo de combustible dual: Los sistemas de bombas de calor de combustible dual son complementados por una caldera o un horno de combustible fósil en lugar de las tradicionales bobinas de resistencia eléctrica. Cuando las temperaturas exteriores son moderadas, los requisitos de calor del edificio pueden ser satisfechos solo por la bomba de calor. Cuando las temperaturas exteriores están por debajo del punto de equilibrio económico, la bomba de calor se apaga y la caldera o el horno suministra calor cerca de su eficiencia máxima.
• Termostatos programables de retroceso: Los termostatos programables con recuperación adaptativa o 'ramping' están diseñados específicamente para su uso con bombas de calor. Permiten que el termostato se programe para uno o más periodos de retroceso por día. Su unidad de microprocesador detecta la diferencia de temperatura a superar cuando se restablece la temperatura del espacio, y aumenta la temperatura gradualmente durante un período de tiempo más largo. Esto permite que solo la bomba de calor proporcione el aumento de temperatura y minimiza el uso de calor auxiliar de resistencia eléctrica.

Conclusión

Las bombas de calor, especialmente las bombas de calor geotérmicas, ofrecen una solución eficiente y ecológica para las necesidades de calefacción y refrigeración. Con los avances tecnológicos y las mejoras en la eficiencia, estas bombas no solo ahorran energía sino que también reducen significativamente los costos operativos. Al considerar las diversas opciones y características, los consumidores pueden seleccionar la bomba de calor que mejor se adapte a sus necesidades y maximizar los beneficios energéticos y ambientales.

Las bombas de calor geotérmicas también proporcionan otras formas para que las empresas comerciales ahorren dinero. Por ejemplo, los sistemas GSHP son extraordinariamente duraderos y confiables. Generalmente, requieren poco mantenimiento más allá de la necesidad de cambiar el filtro de aire periódicamente. En el caso de que una de las unidades GSHP en un edificio grande falle, la naturaleza modular del equipo significa que el problema puede aislarse sin afectar al sistema de calefacción y refrigeración completo. Muchos sistemas comerciales de GSHP instalados hace 30 o 40 años todavía están en funcionamiento hoy en día.

Estos ahorros combinados en costos asociados con GSHP típicamente proporcionan un retorno significativo de la inversión para cualquier negocio u organización institucional. Aunque el costo de instalación inicial de un sistema GSHP puede ser mayor, los sistemas típicamente se pagan por sí mismos en menos de cinco años (a menudo en menos de dos años). Otra ventaja es sus costos de operación extraordinariamente bajos.