Las bombas de calor pueden ahorrar energía al reemplazar los conductos o las unidades de calefacción y refrigeración en varios climas. La bomba de calor, al igual que los refrigeradores, transfiere energía de un espacio cálido a un espacio frío, enfriando así las habitaciones cálidas y frías. En la temporada de calefacción, el calor se transfiere del aire frío a su residencia climatizada. Durante el clima más fresco, las bombas de calor transfieren energía de su casa al exterior. El uso de bombas de calor en lugar de bombas de calor proporciona un confort eficiente a las viviendas.
La mayoría de nosotros todavía usamos combustibles fósiles para calentar nuestros hogares, por ejemplo, quemando gas natural o utilizándolo para generar electricidad para calentadores y acondicionadores de aire. Un calentador eléctrico resistivo habitual tiene una eficiencia de 100%; esto significa que obtienes 1 julio de calor por cada vatio que pones.
Sin embargo, tenemos una solución que podría mover hasta cinco veces más calor que la electricidad que le ponemos. Las bombas de calor son una increíble pieza de tecnología contraria a la intuición que puede tener una eficiencia de hasta 500%. En el pasado, lucharon en condiciones más extremas, pero las cosas han avanzado mucho desde entonces.
¿Son efectivas las bombas de calor? ¿Y deberíamos usarlos con más frecuencia? Los sistemas de calefacción y refrigeración contribuyen en gran medida al uso de energía en los hogares de todo el mundo. En Europa, consumen 50% del consumo total de energía, y 80% aún provienen de combustibles fósiles. Aquí en los EE. UU., la electricidad para calefacción y refrigeración solo usa alrededor de 31%. Aunque eso es más bajo que en otros lugares, sigue siendo sustancial; muchos hogares dependen del gas natural o del petróleo para la calefacción directa.
Cada año, los EE. UU. emiten 441 millones de toneladas de dióxido de carbono solo por calentar y enfriar nuestros edificios, pero ¿qué pasaría si hubiera una tecnología que no usara combustibles fósiles y de hecho rompiera las leyes de la física al producir más calor que la cantidad de se le pone electricidad? Ingrese a las bombas de calor: en el mundo de la física, hay algo llamado conservación de la energía.
Esencialmente, la energía en un sistema confinado debe permanecer constante; usted no puede hacer o deshacerse de la energía. Solo puedes cambiarlo. Desde una perspectiva superficial, las bombas de calor parecen descartar esta regla, ya que podría obtener de 3 a 5 veces más energía térmica de una bomba de calor por cada kW de electricidad que se le ponga. Sin embargo, no está produciendo energía térmica, simplemente la está cambiando.
Al usar solo 1 vatio de electricidad, puede mover de 3 a 5 julios de calor. Por ejemplo, las bombas de calor funcionan extrayendo calor del aire exterior o del suelo para calentar el interior de una casa u oficina. También pueden operar a la inversa para enfriar su casa, al igual que un acondicionador de aire que mueve el aire caliente fuera de la casa hacia el suelo o el aire exterior. Entonces, esencialmente, una bomba de calor es solo una serie de intercambiadores que mueven el aire caliente durante el ciclo de enfriamiento y luego lo regresan a la casa durante el ciclo de calefacción.
Comenzaremos examinando cómo las bombas de calor calientan y enfrían nuestros hogares, pero hay otras formas interesantes en las que podemos poner las bombas de calor a trabajar en nuestra vida cotidiana. También revisaremos dos de ellos. Entonces, comencemos con la primera área, que ya mencioné: calentar y enfriar su hogar. El tipo más común de bomba de calor utilizada para este propósito es una bomba de calor aire-aire.
Estas bombas funcionan de manera similar a los sistemas de aire acondicionado. Sin embargo, se utiliza una válvula inversora para proporcionar calefacción y refrigeración. En el modo de calefacción, el fluido común R134a hierve a temperaturas muy bajas (-26,3 ºC o -15 ºF) cuando la unidad exterior sopla refrigerante sobre él a través de los tubos. El proceso de convertirse en vapor comienza cuando el refrigerante se calienta.
El compresor se utiliza para aumentar la presión y la temperatura del vapor refrigerante. A medida que el vapor ingresa al evaporador, se calienta al liberar calor en la habitación, lo que lo convierte nuevamente en líquido. Y así es como continúa el ciclo.
Las bombas de calor de fuente de aire funcionan invirtiendo el flujo de un sistema de calefacción típico. En lugar de extraer calor del exterior y trasladarlo a la casa, las bombas de calor de fuente de aire extraen el calor del interior de la casa y lo envían al exterior. Luego, el ventilador sopla sobre bobinas que mueven el calor extraído hacia el aire exterior. Debido a este proceso, las bombas de calor de fuente de aire son muy eficientes, con un coeficiente de rendimiento (COP) entre 3,0 y 4,0 Cada 1 vatio de electricidad proporciona 3-4 julios de calor. En comparación, una caldera de alta eficiencia alimentada por petróleo o gas tiene una eficiencia de alrededor de 851 TP3T por debajo de un vataje.
Las bombas de calor se pueden utilizar con aire forzado, así como sistemas de suelo radiante o radiadores. Sin embargo, es posible que necesite un radiador de mayor tamaño para asegurarse de que su área de superficie sea lo suficientemente grande como para liberar suficiente calor en la habitación. Además, las bombas de calor son respetuosas con el medio ambiente, ya que no liberan gases nocivos como lo hacen los hornos de gas natural y petróleo.
El sistema de bombeo térmico consta de tres tipos principales: aire – aire, fuente de agua o geotermia. Recogen el calor de una habitación y lo concentran para utilizarlo en el interior. La bomba de calor más simple es una bomba de calor de aire que mueve el calor de su casa al aire de otras áreas. La tecnología moderna de bomba de calor reduce el consumo de energía de calefacción en aproximadamente 50% en comparación con la bomba de calor. Además de enfriar y reducir el consumo de energía, las bombas de calor son más eficientes que los sistemas de enfriamiento central convencionales.
Las bombas de calor de fuente de aire también existen en versiones sin conductos conocidas como bombas de calor mini-split. Además, un tipo especial de bomba de calor de fuente de aire conocida como enfriadora de ciclo inverso genera energía fría y caliente en lugar de aire, lo que permite su uso en pisos con calefacción en modos de calefacción.
Existen algunos inconvenientes que impiden que las bombas de calor se conviertan en la opción preferida en todo el mundo. Estos comprenden el costo inicial, la eficiencia en áreas más frías (según la tecnología) y también la supervisión regulatoria en ciertos países.
El Energy Saving Trust reveló que una bomba de calor de fuente de aire para una vivienda unifamiliar de cuatro dormitorios ubicada en Irlanda del Norte podría proporcionar £4300 (aproximadamente $5600USD) más de ahorro al año y evitar 6,5 toneladas más de emisiones de CO2 en comparación con el funcionamiento de una antigua Caldera de GLP (con clasificación G).
En los EE. UU., un propietario promedio que usa una bomba de calor para reemplazar un horno eléctrico y una caldera de aceite puede ahorrar entre $815 y $929 al año. En consecuencia, si utiliza una caldera de gas natural, sus ahorros son solo alrededor de $200 al año, ya que el gas es menos costoso.
Sin embargo, las bombas de calor suelen tener una mayor capacidad de eficiencia energética en comparación con otros sistemas de calefacción. A una temperatura ambiente de -10 ºC (que es aproximadamente 14 ºF) o menos, la tasa de consumo de energía eléctrica de la bomba de calor comenzará a aumentar para que pueda funcionar correctamente.
No solo eso, sino que a temperaturas muy bajas, la escarcha puede cubrir el serpentín exterior, haciéndolo menos efectivo. Los instaladores de HVAC a menudo sugieren complementar las bombas de calor con un pequeño calentador eléctrico en áreas donde los días fríos son comunes. En esos casos, los sistemas de bomba de calor siguen siendo más eficientes que otras opciones en el transcurso de todo un año.
La cantidad que ahorrará en su factura de energía al instalar una bomba de calor depende del lugar donde viva y del clima allí. Los estados en la parte sureste del país, por ejemplo, verán más ahorros que estados como Wisconsin.
Otro tipo de bomba de calor es la bomba de calor tierra-aire. En general, los sistemas geotérmicos funcionan de manera similar a los modelos aire-aire; sin embargo, es necesario hacer circular un líquido a través de tubos profundamente enterrados. También son muy eficientes, con un COP de 3 a 5, aunque su coste inicial es elevado y puede oscilar entre $10.000 y $30.000+.
Las bombas de calor geotérmicas o basadas en agua pueden generar mayor potencia a través de la transferencia de calor entre la casa y el agua. Aunque el costo de instalación es más alto, las bombas de calor geotérmicas tienen costos operativos más bajos debido a las temperaturas del agua y del suelo relativamente constantes. Las bombas de calor geotérmicas son de gran beneficio en muchos sentidos, ya que proporcionan calor. Puede disminuir el uso de energía en un 30-40 %, el control de la humedad es estable y es ideal para muchos hogares. Depende de si necesita una unidad de calefacción eléctrica que pueda calentar su agua o electricidad.
El Departamento de Energía informó que los períodos de amortización son solo de 5 a 10 años para este tipo de producto, y puede funcionar bien en cualquier lugar ya que el suelo tiene temperaturas más estables que el aire.
¿Sabía que las bombas de calor se pueden usar para algo más que calentar y enfriar su hogar? También se pueden utilizar para generar agua caliente integrándolos con su sistema de calefacción y refrigeración. De esta manera, pueden trabajar juntos para crear un efecto de bomba de circulación, lo que ayudará a calentar el agua de manera más uniforme.
Los calentadores de agua híbridos son una alternativa fantástica y eficiente que puede ahorrarle una cantidad considerable de dinero en su factura de electricidad. También tienen un retorno de la inversión más corto que los calentadores de agua sin tanque: de 4 a 7 años en lugar de 15 a 18 años. ¡Sin mencionar que la vida útil de un calentador de agua híbrido es de unos 15 años!
Los calentadores de resistencia eléctrica también se incluyen en estos modelos como una opción de calefacción de respaldo en caso de que la temperatura exterior no sea lo suficientemente cálida para calentar el agua a la temperatura deseada. Sin embargo, es importante tener en cuenta dónde se instalarán.
La instalación de estos calentadores debe realizarse en un área donde la temperatura esté entre 40 °F y 90 °F, con al menos 1,000 pies cúbicos de espacio abierto a su alrededor. A menudo se instalan en garajes debido a esto, pero un pequeño armario de servicios públicos no funcionará.
Con estos tipos de calentadores híbridos, otro problema potencial es que extraen calor del aire que los rodea, lo que podría hacer que la habitación se enfríe. Esto podría ser algo bueno o malo, dependiendo de sus necesidades. Se sabe que proporcionan $200-$600 en ahorros de energía para los propietarios de viviendas por año.
Un tanque de 50 galones cuesta alrededor de $1,200, mientras que uno de 80 galones cuesta alrededor de $2,500; sin embargo, el tamaño y la calidad del producto pueden afectar estos precios. Además, la instalación de un calentador de agua independiente le costará aproximadamente $600 a 800 después de agregar los gastos de mano de obra. En una nota más brillante, verifique si su estado ofrece reembolsos o incentivos, como el crédito fiscal federal del gobierno de $300.
El funcionamiento del calentador de agua eléctrico híbrido con bomba de calor promedio cuesta $300 por año para operar, mientras que los modelos eléctricos estándar cuestan casi el doble a $600 por año, según Energy Star. Los calentadores de agua sin tanque son aún más caros de operar, y el Departamento de Energía estima un precio anual de $400-800.
Algunos de los calentadores de agua independientes de Rheem pueden ahorrarle $491 al año en energía, calificar para reembolsos de servicios públicos locales y son 4 veces más eficientes que los calentadores de agua eléctricos convencionales. Algunos modelos incluso vienen con Wi-Fi incorporado para conectarse a una aplicación de teléfono inteligente para un mayor control y seguimiento del uso.
Cada vez más, las personas utilizan secadoras de ropa estilo bomba de calor (o secadoras sin ventilación) a medida que ganan popularidad. Con una secadora de ropa tradicional, debe ventilar el aire cálido y húmedo hacia el exterior de su hogar, lo que reduce significativamente la eficiencia de toda su casa. Una secadora con bomba de calor primero hace pasar el aire por un evaporador para eliminar la humedad sin perder demasiado calor.
Algunas ventajas excelentes de cambiar a una secadora sin ventilación son que emiten poco o ningún ruido, no requieren ventilación exterior y son mucho más eficientes. Estas secadoras con bomba de calor usan refrigerante en serpentines condensadores, lo que las hace 28%-50% más eficientes desde el punto de vista energético que las secadoras estándar y, como no necesitan ventilación, se pueden instalar en espacios pequeños como armarios o debajo de mostradores. Por supuesto, también hay algunas desventajas.
Las secadoras con bomba de calor cuestan el doble que las secadoras tradicionales, pero ahorran energía a largo plazo. Una desventaja potencial es que, dado que no se calientan tanto, puede llevar un poco más de tiempo secar completamente la ropa. Realmente depende de lo paciente que seas. Compañías como GE y Miele ya comenzaron a vender secadoras sin ventilación aquí en los EE. UU.; sin embargo, son mucho más comunes en Europa.
Miele, por ejemplo, fabrica varios modelos de secadoras con bomba de calor que varían en precio desde £ 899 a £ 2,799. Si bien los cuatro modelos de GE no tienen tantas funciones o son menos costosos, siguen siendo interesantes porque la tecnología de sensor de secado controla continuamente la humedad y la temperatura para evitar el desgaste de la ropa causado por el secado excesivo y el calor inconsistente.
Los secadores sin ventilación GE varían en precio desde $999 hasta $1419. Una secadora eléctrica tradicional puede costar entre $0.53 - $0.55 por carga de ropa, mientras que una secadora de gas generalmente cuesta alrededor de $0.38 - $0.39 por carga, y una secadora con bomba de calor generalmente tiene un costo de $0.17 - $0.33 por carga.
Si busca ahorrar dinero a largo plazo, las secadoras con bomba de calor son una gran inversión. También obtendrá más por su dinero porque generalmente duran mucho más que las secadoras eléctricas o de gas tradicionales. De hecho, algunos tienen una esperanza de vida que es casi el doble. Sólo algo a tener en cuenta al tomar su decisión.
En consecuencia, ¿cómo se ve el futuro para aquellos que adoptan bombas de calor? Se anticipa que el mercado global crecerá 8.1% entre 2022 y 2030 y se valorará en $67.7 mil millones solo en 2021.
Los incentivos del gobierno, como los créditos fiscales y los reembolsos, facilitan que las personas cambien a productos de bajo consumo. Washington está liderando el camino al actualizar recientemente su código de energía para exigir bombas de calor eléctricas en lugar de hornos y calentadores de agua tradicionales.
Los nuevos edificios comerciales y residenciales multifamiliares de cuatro pisos deberán seguir estas reglas a partir de julio de 2022. En la mayoría de los casos, las nuevas reglas hacen que no se puedan usar sistemas HVAC como gas natural o sistemas de calefacción eléctrica menos eficientes.
El Instituto de las Montañas Rocosas analizó recientemente que cambiar a bombas de calor eléctricas podría ahorrar 8,1 millones de toneladas de emisiones de carbono para 2050. Esto equivaldría a sacar de circulación a casi 1,6 millones de automóviles durante un año y tendría un impacto significativo en el cambio climático.
¡Sí! Las bombas de calor son una tecnología asombrosa y, con la energía solar, pueden ser aún más eficientes. Si está buscando invertir en un nuevo sistema de aire acondicionado con bomba de calor, asegúrese de considerar la energía solar también. Al hacerlo, puede maximizar su eficiencia energética y ahorrar dinero en sus facturas de energía a largo plazo. Permítanos ayudarlo a encontrar la compañía adecuada con la que asociarse para sus necesidades de energía solar: contamos con una amplia selección de proveedores de primer nivel que harán bien el trabajo. ¿Que estas esperando? ¡Empieza a ahorrar hoy!
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