¿Funcionan las bombas de calor en Colorado? Sí, pero se necesita planificación.

Hubo un toque de ansiedad en la casa de Jon y Rachel Rea cuando un ciclón bomba, con sus temperaturas bajo cero, se acercó a Colorado en diciembre, porque la pareja ya no tenía una caldera de gas en su sótano.

Habían reemplazado la caldera tres meses antes por una bomba de calor y ahora ese nuevo aparato iba a afrontar una prueba importante. La bomba de calor recoge las partículas de calor que quedan en el aire incluso en un día frío, pero con temperaturas que caen a 20 bajo cero, ¿quedaría algo de calor para capturar?

Los Rea “precalentaron” su casa en Boulder, elevaron el termostato antes de la tormenta y tuvieron la ventaja de tener casas vecinas a cada lado y nuevo aislamiento en el sótano.

Aún así, no estaban seguros de cómo le iría a su bomba de calor Mitsubishi. La unidad estaba clasificada para seguir funcionando a 13 bajo cero. La temperatura en Boulder la noche del 22 de diciembre cayó a 18 grados bajo cero.

"En general, fue sólo un día más", dijo Jon Rea. "No fue un gran evento".

La bomba de calor estuvo funcionando casi a tiempo completo durante la ola de frío, pero la casa permaneció cómoda, dijo Rea. "No habrías notado nada si te hubieras quedado en la casa".

Impulsadas por electricidad, las bombas de calor están teniendo su momento Colorado, gracias a una combinación de tecnología mejorada que hace que las unidades sean más eficientes en climas fríos e incentivos financieros de las empresas de servicios públicos y de los gobiernos locales, estatales y federales.

"Las bombas de calor están listas para despegar", dijo Neil Kolwey, director del programa industrial del Proyecto de Eficiencia Energética del Suroeste. "Hay muchas cosas en su lugar".

Entre 2021 y 2022, el número de reembolsos para bombas de calor emitidos por Xcel Energy, el mayor proveedor de electricidad del estado, se triplicó hasta 1220. La Asociación Tri-State de Generación y Transmisión, el segundo mayor proveedor de electricidad, vio cómo el número de reembolsos aumentó un 40% a 942.

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Hay dos tipos de sistemas de bomba de calor: los que extraen calor del aire y los sistemas geotérmicos, que dependen de aprovechar el calor constante bajo tierra.

Un sistema de fuente de aire, que incluye un compresor, conductos o unidades individuales de pared y techo conectadas al compresor, puede costar entre 15.000 y 30.000 dólares. Las bombas de calor de fuente terrestre, que dependen de pozos perforados a una profundidad de hasta 300 pies debajo de la casa, son más eficientes pero cuestan el doble.

Si bien no son tan visibles como los paneles solares o los vehículos eléctricos, las bombas de calor son un elemento clave en la transición hacia hogares más limpios y energéticamente más eficientes, ya que la calefacción y la refrigeración representan un poco menos de la mitad de todo el consumo de energía del hogar, según la Oficina Ambiental de EE. UU. Agencia de Protección.

"El hecho de que quememos gas natural en nuestros hogares es bastante ineficiente", dijo Lacey Tan, gerente del programa de edificios libres de carbono de la consultora energética RMI. "Tenemos que pensar en cómo hacer que nuestros hogares sean más eficientes energéticamente".

Las bombas de calor son una respuesta. "La bomba de calor, como la coliflor, está teniendo su momento", dijo Tan. ¿Te gusta la coliflor? “Sí, ¿quién comía coliflor? Ahora está en wraps, arroz y masa de pizza. Es porque ha habido importantes innovaciones tecnológicas”.

La bomba de calor fue ideada en 1857 por el inventor checo Peter von Rittinger y se utilizó por primera vez para secar la sal de las marismas. Se han utilizado ampliamente en los hogares europeos desde la década de 1950.

La tecnología, que puede calentar y enfriar una casa, ganó fuerza en Estados Unidos, con entre 50.000 y 60.000 unidades instaladas anualmente en 2008, principalmente en el sur, donde eran una buena opción para veranos calurosos e inviernos suaves.

En climas más fríos, la eficiencia de las bombas de calor se desplomó junto con la temperatura, hasta hace poco.

“Siempre ha sido una pregunta si las bombas de calor están listas para el horario de máxima audiencia en climas más fríos”, dijo Dave Lis, director de tecnología y soluciones de mercado de la organización sin fines de lucro Northeast Energy Partnership, NEEP, que promueve estrategias eficientes de energía limpia.

"Ahora hay cada vez más pruebas de que funcionan a bajas temperaturas", dijo Lis.

El desafío ha estado en el aire mismo, ya que las bombas de calor no queman nada para generar calor, sino que lo extraen del aire. El truco ha sido poder cogerlo en los días más fríos.

El funcionamiento de una “bomba de calor de fuente de aire” es el siguiente: un refrigerante, con un punto de ebullición bajo, algo así como 55 grados bajo cero, corre a través de una tubería expuesta al aire exterior e incluso un poco de calor vaporiza el refrigerante.

El refrigerante vaporizado, que transporta el calor, pasa a través de un compresor, que, bueno, lo comprime, elevando el calor a unos 105 grados y se traslada a la casa.

El refrigerante, una vez más líquido, se devuelve al exterior para captar un poco más de calor. En verano el proceso se puede invertir, moviendo el calor del interior al exterior, enfriando la casa.

La mayoría de los hogares ya cuentan con algunas bombas de calor. “Su aire acondicionado es una bomba de calor, su refrigerador es una bomba de calor”, dijo Josh Lake, cofundador de Elephant Energy, una empresa con sede en Boulder que diseña modernizaciones de viviendas con bombas de calor y otras tecnologías eléctricas. "Todos mueven calor utilizando electricidad".

Y dado que la bomba de calor simplemente mueve calor en lugar de generar calor, puede producir de dos a cuatro veces más energía térmica de la que consume en electricidad, según el Departamento de Energía de Estados Unidos.

El problema en las regiones más frías es que hay cada vez menos calor en el aire a medida que las temperaturas bajan cada vez más, por lo que las bombas de calor deben trabajar cada vez más y ser cada vez menos eficientes.

"Hace cinco años, las bombas de calor no eran particularmente viables en Colorado", dijo Lake.

Ha habido una serie de ajustes tecnológicos que han hecho que las bombas de calor sean viables en Colorado y Maine. Estos incluyen un mejor intercambiador de calor, ventiladores mejor diseñados, un compresor de velocidad variable y controles electrónicos sofisticados.

"En el frío intenso del invierno todavía hay calor para mover, pero no hace mucho calor, por lo que el compresor tiene que trabajar más", dijo David Petroy, cuya empresa NTS Energy diseña sistemas de bombas de calor para hogares y empresas.

A 50 grados, una bomba de calor puede mover cuatro unidades de calor por cada unidad de electricidad que utiliza, pero a cero, eso cae a una eficiencia de dos unidades de calor por cada unidad de electricidad, dijo Petroy.

El compresor de velocidad variable puede ser más eficiente en un rango de temperaturas y realmente puede aumentar a bajas temperaturas.

Una de las diferencias clave entre instalar una bomba de calor o una caldera es que un sistema de bomba de calor requiere un poco más de diseño en la modernización de una casa existente o en una construcción nueva. Algunos propietarios también quieren un respaldo de calefacción, como una unidad de calefacción eléctrica, un pequeño quemador de propano o una estufa de pellets.

Aunque esas copias de seguridad, dijo Petroy, son "cosas que puedes necesitar cuatro días al año".

Al instalar una caldera, un contratista de calefacción y aire acondicionado se basa en un cálculo Manual J, una fórmula que incluye variables como el tamaño de la casa, el aislamiento y el número de personas que viven en ella.

Obtenga el cálculo, dimensione el horno e instálelo.

"Es necesario ser un poco más cuidadoso al diseñar un sistema de bomba de calor, particularmente en una casa totalmente eléctrica, que también puede necesitar la instalación de un panel eléctrico más grande", dijo Petroy.

Y en lugar de simplemente instalar una unidad grande, digamos en el sótano, el refrigerante vaporizado se puede enviar desde un compresor a unidades individuales de pared y techo, lo que se conoce como sistema mini-split, lo que permite al propietario controlar la temperatura piso por piso, habitación por habitación. .

"Es muy importante dimensionar correctamente la calefacción y la refrigeración", dijo Lake.

Si bien el mercado de bombas de calor apenas está comenzando en Colorado, se ha estado construyendo durante una década en el noreste, con un crecimiento promedio de casi el 30 % anual desde 2017 y más de 250 000 unidades instaladas para 2021.

NEEP ha trabajado en programas para fomentar políticas estatales (su región se extiende desde Nueva Jersey hasta Maine) promoviendo bombas de calor, a través de la educación y el compromiso, desarrollando una red de contratistas expertos en calefacción y aire acondicionado, o HVAC, y la creación de un clima frío. Lista de productos de bombas de calor.

Y algunas de las partes más frías de la región fueron las primeras en adoptarlo. "Cuando vimos un crecimiento inicial en las bombas de calor, lo vimos en lugares como Maine y Vermont, donde había una gran cantidad de combustibles entregados", dijo Lis. "Esto mejora mucho la economía de la calefacción con bombas de calor".

Alrededor del 61% de las 600.000 viviendas de Maine se calientan con fueloil y otro 11% con propano. Un 9% de los hogares se calientan con leña y el resto con electricidad y gas natural.

El costo anual promedio de calentar una casa en Maine con una bomba de calor, $2,300, es casi la mitad de lo que cuesta con petróleo o propano, según Efficiency Maine Trust, que administra los programas de eficiencia energética del estado, incluidos los reembolsos por bombas de calor.

"Cuando comenzamos nuestro programa de reembolsos en 2012, había dos grupos de habitantes de Maine: un grupo que no sabía qué era una bomba de calor y otro que sabía que no funcionaba en climas fríos", dijo Andy Meyer, director senior de Efficiency Maine. Gerente de programa para programas residenciales.

Desde entonces, el programa ha emitido reembolsos de entre 1.200 y 2.400 dólares para unas 100.000 bombas de calor y la demanda no ha disminuido. "Estamos emitiendo un reembolso por una bomba de calor cada seis minutos", dijo Meyer. "Ha sido una revolución fundamental".

Algunos hogares de Maine comprarán una o dos de las bombas de calor más pequeñas montadas en la pared o en la ventana, que cuestan unos pocos miles de dólares y parecen un aire acondicionado.

"Estos calentarán una habitación y tal vez la siguiente, mientras que la tercera estará fría", dijo Meyer. "Es muy parecido a calentar tu casa con leña".

Al igual que Maine, una gran parte de las zonas rurales de Colorado depende del costoso propano para la calefacción del hogar, según Peter Rusin, gerente de relaciones con los miembros de Tri-State.

Tri-State, un mayorista de energía, y sus 18 cooperativas eléctricas rurales de Colorado han estado promoviendo las bombas de calor, y la asociación ofrece reembolsos de hasta $2,400.

En algunos pueblos de montaña el propano se vende a 4 dólares el galón, casi el doble del promedio estatal, dijo Rusin. "Cambiar a una bomba de calor realmente reduce la carga energética", afirmó. "No existe otra tecnología ni otra oportunidad como ésta para reducir la pobreza energética rural".

Para satisfacer la demanda se requiere un cuerpo de instaladores expertos y cuando Efficiency Maine comenzó su programa tuvo que recorrer el estado para encontrar 20 contratistas, dijo Meyer. Hoy en día, hay 800 examinados por el fideicomiso.

"Los contratistas son realmente importantes", dijo Rusin, "porque son ellos los que venden el sistema, en realidad son los que educan al público".

Colorado enfrenta la misma necesidad de construir una red que Maine y el noreste enfrentaron hace una década.

Cuando Sebastian Canaday, un ingeniero eléctrico, se puso en contacto con contratistas de HVAC para instalar una bomba de calor en su casa del condado de Boulder, un par de ellos intentaron disuadirlo y uno que anotó las especificaciones regresó con una oferta para una caldera de gas.

Un vecino recomendó Save Home Heat Company, que instaló un sistema de combustible dual, con una bomba de calor y una caldera de gas de respaldo por aproximadamente $30,000. El compresor, la bomba de calor y la caldera están todos integrados y pueden controlarse desde el teléfono móvil de Canaday. “Hablan entre ellos”, dijo.

El sistema de Canaday se conectó a los conductos existentes de su antiguo horno de gas y el compresor envió el refrigerante vaporizado a un serpentín encima del nuevo horno. Mientras que la bomba de calor mini-split de Rea está clasificada para funcionar al 75% de su capacidad a 13 bajo cero, una bomba de calor de conducto, como la de Canaday, está clasificada a 3 bajo cero.

Así que el sistema de Canaday está configurado para cambiar al horno a 6 grados. En diciembre, la caldera hacía alrededor del 30% de la calefacción, afirmó.

Además de la bomba de calor, a Canaday le agregaron paneles solares en el techo y durante el día sube el termostato a 73 grados para precalentar la casa para la noche. "Los paneles solares básicamente alimentan la bomba de calor", dijo Canaday. Cuando se pone el sol, bajan el termostato.

"Los paneles solares y las bombas de calor van de la mano como mantequilla de maní y mermelada", dijo Elephant Energy's Lake.

Un contratista local de HVAC listo para ingresar al negocio de las bombas de calor es Grayson Goodwill, gerente general de The Cooler Company, con sede en Denver.

"Xcel está presionando con fuerza en la dirección de las bombas de calor", dijo Goodwill. "La gente puede ser escéptica acerca de que puedan calentar a bajas temperaturas, pero son el futuro".

Durante los últimos meses, Goodwill ha estado tomando cursos ofrecidos por Xcel y por fabricantes de bombas de calor para ponerse al día en las prácticas de instalación. "Las bombas de calor requieren una formación específica", afirmó.

Tan de RMI dijo: "Existe una curva de aprendizaje para la instalación y algunos fabricantes han cambiado la forma en que se instalan para hacerlo más fácil".

Goodwill dijo que espera que 2023 marque la primera instalación de una bomba de calor de su empresa. "Teniendo en cuenta el coste del gas natural y, en particular, para una casa con energía solar, las bombas de calor son el camino a seguir", afirmó.

Si ese es el camino a seguir, Rainer Gerbatsch ya está allí. El contratista de obras jubilado vive en Geos Neighborhood, un desarrollo de viviendas de energía neta cero en Arvada.

Su casa adosada de 2700 pies cuadrados tiene una bomba de calor, un calentador de agua con bomba de calor, una secadora de ropa con bomba de calor, así como paneles solares en el techo, una batería Tesla Powerwall en el garaje y un cargador de vehículo eléctrico.

Gerbatsch tiene una bomba de calor geotérmica o de origen terrestre con un pozo de 300 pies de profundidad debajo de su sótano que genera una mezcla de agua tibia y metanol a aproximadamente 55 grados que calienta el aire y se comprime para elevar la temperatura.

Al abrir el armario de servicios públicos de su sótano, Gerbatsch dijo que "parece un calentador de gas... excepto que es agua cíclica".

Las viviendas Geos están diseñadas para calefacción solar pasiva, con ventanas de triple panel, paredes más gruesas, amplio aislamiento y grandes ventanales orientados al sur. Así, incluso en invierno la temperatura en la casa puede alcanzar los 70 grados por la tarde, sin la bomba de calor.

No todo el mundo puede vivir en una casa Geos, pero los Rea intentaron acercarse lo más posible añadiendo no sólo una bomba de calor, sino también un calentador de agua con bomba de calor y una estación de carga de vehículos eléctricos de alta velocidad. La casa ya contaba con estufa eléctrica.

La pareja quería añadir paneles solares, pero debido a su techo plano, el coste era prohibitivo.

Todo esto, dijo Rea, gerente de la práctica de electricidad de RMI, fue motivado por el deseo de reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero. "La forma de llegar a emisiones netas cero es dejar de quemar combustibles fósiles".

Rea calculó que su antiguo horno de gas emitía alrededor de 1,9 toneladas de dióxido de carbono al año, mientras que la intensidad de emisiones actual de la electricidad de Xcel Energy es de 0,4 toneladas al año.

"La solución para llegar a ese futuro estado de energía limpia es electrificar todos los edificios", dijo Rea.

Nuevamente, si esa es la solución, Gerbatsch está ahí. A través de un panel Span, Gerbatsch puede monitorear y controlar todo en su hogar totalmente eléctrico.

En enero, el sistema le dijo que el 6% de la electricidad se destinaba a sus electrodomésticos, el 3% a la iluminación, el 51% a la calefacción y el 40% a la carga de dos vehículos eléctricos, para un total de 1.615 kilovatios-hora.

Si bien eso es más del doble del uso residencial promedio de Xcel Energy, no desconcierta a Gerbatsch porque durante el verano su panel solar genera más electricidad de la que su hogar necesita y la envía a la red, acumulando créditos con la compañía de servicios públicos.

"Básicamente", dijo, "no tengo facturas de servicios públicos".

Nota del editor: esta historia se actualizó a la 1:03 pm del 26 de enero de 2023 para corregir que se habían instalado 250.000 bombas de calor en el noreste para 2021.

Especial para The Colorado Sun Twitter: @bymarkjaffe Más de Mark Jaffe