Cambio de calentadores de gas a bombas de calor: beneficios y desafíos

La calefacción de espacios es uno de los mayores gastos de energía en los edificios y, en particular, la calefacción por combustión es una fuente importante de emisiones. Con base en datos de miles de edificios, el NYC Urban Green Council descubrió que el 27% del consumo de energía de los edificios podría atribuirse a la calefacción de espacios. Dado que los sistemas de agua caliente representan el 10% del uso de energía, la calefacción en general representa el 37% del consumo total.

Las bombas de calor están emergiendo como una alternativa viable a los calentadores de combustión. Los modelos más eficientes pueden igualar el costo de la calefacción a gas, al mismo tiempo que son 100% eléctricos y no producen emisiones directas. Las bombas de calor aún producen emisiones fuera del sitio si la red local depende de combustibles fósiles, pero esto cambiará gradualmente a medida que las fuentes renovables se generalicen.


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¿Cuán eficientes son las bombas de calor?

Las bombas de calor se pueden clasificar en función de cómo intercambian calor con el exterior del edificio. Las bombas de calor de fuente de aire (ASHP) extraen energía térmica del aire exterior, mientras que las bombas de calor de fuente terrestre (GSHP) la obtienen bajo tierra. La eficiencia de las bombas de calor se describe por su coeficiente de rendimiento o COP.

  • Las bombas de calor de fuente de aire suelen tener un coeficiente de rendimiento superior a 2, y algunas unidades alcanzan hasta 3. Esto significa que entregan 2-3 kWh de calor por cada kWh de electricidad consumida. Sin embargo, su eficiencia cae significativamente con un clima muy frío.
  • Las bombas de calor de fuente terrestre son más eficientes, ya que las temperaturas subterráneas son más estables durante todo el año. Los valores de COP superiores a 4 son típicos, lo que significa que estas bombas de calor generan más de 4 kWh de calor por cada kWh de electricidad.

Las bombas de calor son más eficientes energéticamente que los calentadores de gas, pero también utilizan una entrada de energía más cara. Las bombas de calor de fuente de aire pueden superar el costo operativo de los calentadores de gas en lugares con electricidad barata. Sin embargo, con las altas tarifas eléctricas en Nueva York y otros estados del noreste, solo las bombas de calor de fuente terrestre pueden competir con el costo de los calentadores de gas.

Ambos tipos de bombas de calor pueden lograr una sinergia con sistemas de energía renovable, como paneles solares y turbinas eólicas. Cualquier excedente de electricidad que no sea consumida por el edificio se puede utilizar para calentar agua, que luego se almacena en un tanque aislado para su uso posterior. En otras palabras, una bomba de calor puede funcionar como parte de un sistema de almacenamiento de energía térmica. Si bien este concepto también es posible con los calentadores de resistencia, la eficiencia del almacenamiento de energía es mucho menor.

Instalación de bombas de calor en edificios

Cambio de calentadores de gas a bombas de calor: beneficios y desafíos

Al instalar bombas de calor de fuente terrestre, la tarea más desafiante es enterrar las tuberías que hacen circular el agua bajo tierra para extraer calor. El proyecto se simplifica mucho en las nuevas construcciones, ya que el circuito de agua subterránea se puede instalar cuando el proyecto aún se encuentra en la fase de excavación. La tarea es más difícil en los edificios existentes, ya que la tubería de tierra debe estar enterrada sin interrumpir la estructura. La instalación se vuelve mucho más sencilla si un edificio tiene áreas verdes sin construcciones.

Las bombas de calor son energéticamente eficientes y respetuosas con el medio ambiente, pero suponen un desafío técnico clave para la red eléctrica. A medida que más edificios cambien de calefacción de gas a calefacción eléctrica, el perfil de carga en la red local cambiará:

  • Las redes eléctricas experimentan actualmente una demanda máxima en los días más calurosos del verano. Los edificios deben utilizar sus aires acondicionados a pleno rendimiento para mantener una temperatura adecuada, y todo este consumo se suma.
  • Es probable que una gran cantidad de bombas de calor trasladen la carga máxima a los meses de invierno, y los operadores de red tendrían que lidiar con dos picos importantes cada año.

El almacenamiento de energía térmica puede mitigar la demanda de energía de las bombas de calor. Se pueden programar para calentar y almacenar agua fuera de las horas pico, evitando una gran carga coincidente cuando la red está sobrecargada.

Conclusión

Un mayor uso de bombas de calor reduciría la dependencia de las redes de distribución de gas. Dado que las tuberías de gas están enterradas, son difíciles de actualizar y reparar. Ampliar la red eléctrica para proporcionar electricidad a las bombas de calor es mucho más sencillo que ampliar la red de gas para las conexiones de nuevos edificios.

En el caso específico de Nueva York, las bombas de calor pueden ayudar a cumplir el objetivo de reducción de emisiones del Green New Deal. La calefacción de espacios y el calentamiento de agua representan casi el 40% del uso de energía de los edificios, y la calefacción por combustión es actualmente más común que la calefacción eléctrica. El cambio a bombas de calor puede lograr una reducción significativa de las emisiones de gases de efecto invernadero de los edificios.