Bombas de calor: el pozo

Durante las olas de calor en Phoenix, mientras algunas personas fríen huevos en las aceras, Matt Heath, gerente de servicios de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) de AC by J, está en primera línea, ayudando a mantener los aires acondicionados en los hogares de las personas. Heath tiene una gran seguridad laboral: la mitad de los residentes de Phoenix corren el riesgo de una visita a la sala de emergencias o algo peor si se corta la electricidad durante una futura ola de calor, según un estudio reciente. El aire acondicionado es lo que mantiene a la gente cómoda y viva durante una fracción cada vez mayor del año. El calor extremo ya mata a cientos de residentes del área de Phoenix cada año, una cifra que aumentó un 25 por ciento de 2021 a 2022.

Phoenix es un presagio de vida en muchas partes cálidas del mundo que se están volviendo más ricas, donde la gente exige cada vez más aires acondicionados. Esto, a su vez, exacerba los extremos del cambio climático debido a la mayor demanda de fuentes de electricidad con uso intensivo de combustibles fósiles, así como a las fugas de refrigerantes, que son en sí mismos gases de efecto invernadero dignos de mención. “La mayor parte del crecimiento del aire acondicionado se producirá en otros países”, dice el ingeniero mecánico Vince Romanin, cofundador y director ejecutivo de Gradient Comfort, con sede en San Francisco, “y restringir el acceso no es justo”. En cambio, él y otros están tratando de inventar una nueva tecnología de control climático que no aumente aún más los peligros que enfrenta el clima del planeta.

Los ganadores del Premio Global de Enfriamiento 2021 (ambas bombas de calor) reducen el impacto climático del enfriamiento hasta en un 80 por ciento.

Irónicamente, la forma más prometedora de mejorar los acondicionadores de aire puede ser centrarse en la calefacción. Si bien los gobiernos de todo el mundo han propuesto una mayor eficiencia como forma de mitigar el impacto climático del aire acondicionado, la innovación en el aire acondicionado, en sentido estricto, es incremental. "Dentro del mundo HVAC, las innovaciones tienden a ser pequeñas y progresivas: no existe una solución milagrosa", dice Wade Conlan, ingeniero de Hanson Professional Services en Maitland, Florida, y vicepresidente de ASHRAE, una organización que se encarga de estándares de calefacción y aire acondicionado. -organización del entorno. Mejores acondicionadores de aire, en un sentido técnico, realmente afectan sólo el último eslabón de una larga cadena de suministro que daña el clima, mientras que reemplazar las calderas residenciales puede tener un impacto mayor. Su destino, a su vez, está ligado a los aparatos de aire acondicionado a través de sus versátiles primos, las bombas de calor.

Puede parecer que el aire frío que sale del aire acondicionado de su casa proviene simplemente del otro lado de la unidad. Pero para que el compresor del aire acondicionado funcionara, una central eléctrica lejana tenía que producir un aumento de electricidad. Si, como el 60 por ciento de la red estadounidense, esa planta utilizara una fuente emisora ​​de CO2, entonces el problema local podría resolverse, pero sólo a expensas de una amenaza más global. En períodos de tiempo más largos, el refrigerante de su aire acondicionado se filtrará a la atmósfera, donde también absorberá la luz solar, posiblemente incluso más que el CO2, y calentará el planeta mucho después de que las aspas del ventilador de su aire acondicionado hayan dejado de girar.

Este año, el Departamento de Energía de EE. UU. endureció los estándares de prueba de eficiencia para los acondicionadores de aire por primera vez desde 2015. El aire acondicionado es una tecnología madura, cuyas primeras patentes datan de principios del siglo XX y cuyo uso residencial se remonta a 90 años atrás. Como resultado, los fabricantes de aire acondicionado probablemente estén más interesados ​​en mantenerse al día con la demanda global que en desarrollar mejoras costosas y potencialmente disruptivas que tengan un impacto climático.

Aún así, en Estados Unidos, la refrigeración representó solo el 8 por ciento de la demanda de energía residencial, en comparación con (al menos hasta 2015) el 43 por ciento de la calefacción. En otras palabras, una mejora gradual de la eficiencia en la calefacción tendrá un impacto general mucho mayor en la demanda de energía y, por tanto, en el cambio climático. Y cualquier cosa (como las bombas de calor eléctricas) que pueda trasladar la calefacción de las calderas de gas natural a fuentes de energía más limpias también tendría un gran impacto climático, porque el 63 por ciento de los hogares estadounidenses obtienen su calor del gas natural.

De hecho, ambos ganadores del Premio Global de Refrigeración 2021, destinado a mejorar los aires acondicionados, abordan la calefacción, porque ambos son bombas de calor. Como señala el sitio web del Cooling Prize, sus bombas de calor galardonadas (fabricadas por Gree en Zhuhai, China, y Daikin y Nikken en Haryana, India y Tokio, respectivamente) reducen el impacto climático del enfriamiento hasta en un 80 por ciento en comparación con el impacto del aire acondicionado tradicional.

Si el aire acondicionado va a ser más respetuoso con el clima, dice Romanin, de Gradient Comfort, "tiene que ser inteligente, comunicarse con la red, utilizar mejor refrigerante y ser una bomba de calor".

Las bombas de calor ofrecen formas de abordar las tres principales fuentes de emisiones que afectan el clima relacionadas con los edificios, dice Romanin: fugas de gas natural en hornos que funcionan con gas, fugas de refrigerante en acondicionadores de aire y uso de electricidad. Los tres, dice, se han combinado para crear un conjunto de problemas y un espacio de solución mucho mayor que cualquier cosa que pudiera lograr simplemente construyendo un acondicionador de aire convencional que sea una fracción de un por ciento más eficiente que el modelo del año pasado.

Las bombas de calor eliminan por completo la primera de esas fuentes (no se necesita gas natural) y ofrecen vías para reducir las otras dos fuentes de emisiones que forzan el clima. Las bombas de calor también son compatibles con refrigerantes naturales con menor impacto climático. Pueden consumir menos electricidad que los aires acondicionados centrales convencionales y sus modos de calefacción pueden ser más rentables que las calderas de gas en algunas zonas climáticas. Además, las bombas de calor ofrecen la posibilidad de obtener energía libre de emisiones, dependiendo del suministro eléctrico local, porque son eléctricas.

Con todas estas ventajas, puede parecer difícil entender por qué cada vez más constructores no han adoptado las bombas de calor. La inercia institucional detrás del aire acondicionado es considerable, y el conservadurismo legal explica algunas de las razones de la lenta transición: un arquitecto no será demandado por pedir HVAC estándar en la industria, pero sí podría hacerlo si es un arquitecto relativamente nuevo en el mercado. La bomba de calor del mercado no satisface las necesidades de un operador de edificio. Otra razón es un problema al que se han enfrentado todos los inquilinos en el mundo: la persona que paga las facturas de energía no es la persona que selecciona e instala los electrodomésticos. Esto podría haber sido más relevante cuando las bombas de calor cuestan más que los aires acondicionados, pero al menos según algunas estimaciones, ahora se están acercando a la paridad de precios con el aire acondicionado central, y son más baratos de instalar que un aire acondicionado comparable de gas. combinación de horno.

“No es muy frecuente que alguien quiera convertir su sistema HVAC de calefacción de gas natural a una bomba de calor por razones climáticas. Es principalmente económico”.—Matt Heath, AC por J, Phoenix, Arizona.

En un escenario, una bomba de calor podría costar entre 4.200 y 7.600 dólares, incluida la instalación, en comparación con entre 3.800 y 7.500 dólares por el aire acondicionado central únicamente. Sin embargo, la comparación más justa sería con un aire acondicionado central y una caldera de gas, que podrían sumar entre $5,000 y $12,000. Por supuesto, estas tecnologías en competencia tienen diferentes costos operativos que dependen de los cambios en los precios regionales de la electricidad y el gas natural. En Estados Unidos, se ha añadido a la mezcla un incentivo económico adicional para cambiar a bombas de calor. La Ley de Reducción de la Inflación de EE. UU. de 2022 ofrece subsidios de hasta 8.000 dólares a los hogares que cumplan ciertos requisitos de ingresos para instalar bombas de calor.

Heath dice que la mayoría de los propietarios a los que ayuda con las instalaciones o conversiones de bombas de calor le dicen que tienen aversión a instalar una línea de gas natural o que prefieren no tener una fuente de combustión en sus hogares. En el sur de Arizona, donde la mayoría de la gente usa la calefacción sólo un par de semanas al año, es posible que la conversión ni siquiera requiera un subsidio para sumar. "No es muy frecuente que haya alguien que quiera convertir su sistema HVAC de calefacción de gas natural a una bomba de calor por razones climáticas", dice Heath, el gerente de servicios de HVAC, "es principalmente económico".

De hecho, Conlan, que vive en Florida, dice que descubrió que una bomba de calor daría frutos mientras vivía en su casa, y que ha tenido una en lugar de un aire acondicionado durante décadas.

En las zonas más frías del país, el componente de calefacción de las bombas de calor es más importante y las bombas de calor no pueden producir tanto calor como las calderas de gas en los climas más fríos.

Pero algunos modelos están empezando a ser competitivos incluso en climas tradicionalmente fríos, sostienen varias organizaciones de la sociedad civil centradas en el clima, incluida la Building Decarbonization Coalition. Los gobiernos deberían educar y alentar a los propietarios de viviendas y contratistas de construcción a reemplazar los aires acondicionados y las calderas por bombas de calor, argumentó la coalición en un informe de junio de 2023. "En el norte hay un punto de inflexión al que están tratando de llegar", dice Conlan.

Los aires acondicionados, las calderas de gas y las bombas de calor son sólo una parte de la historia del control climático: una producción de electricidad más limpia, redes más eficientes y edificios mejor aislados probablemente sean frutos más inmediatos. "Cuanto mejor aísle, menos calor necesitará", dice Conlan.

Sin embargo, por ahora, las bombas de calor atraen la atención de los reguladores, los principales actores de la industria y los grupos de la sociedad civil. También cuentan con la atención de especialistas en HVAC como Heath. Las bombas de calor de velocidad variable tienden a funcionar en configuraciones más bajas la mayor parte del tiempo que los aires acondicionados de una velocidad. Heath dice que eso los prepara para otras mejoras. Por ejemplo, la industria HVAC podría eliminar los enormes aumentos de corriente que los aires acondicionados tradicionales necesitan cuando están encendidos, mejorando la salud de la red y creando la posibilidad de alimentar bombas de calor a partir de fuentes como paneles solares o incluso Almacenamiento de baterías domésticas. Heath dice: "Sigo pensando: '¿Qué más hay?'"