Bombas de calor

Tecnología conocida, funcionando a la inversa

La calefacción y la refrigeración representan el mayor consumo de energía y la principal fuente de emisiones de carbono en nuestros lugares de culto, por lo que elegir el sistema adecuado es una decisión importante de gestión ambiental. Parece sencillo reemplazar un sistema antiguo por uno nuevo del mismo tipo, utilizando el mismo combustible: gasóleo, gas natural, electricidad o propano. Sin embargo, gracias a las recientes mejoras tecnológicas, las bombas de calor de fuente de aire ofrecen una alternativa con ventajas tanto en ahorro de costos como en reducción de emisiones de carbono. Cuando su lugar de culto necesite actualizar un sistema antiguo o instalar uno nuevo, considere una bomba de calor de fuente de aire.

¿Qué es una bomba de calor?

Una bomba de calor puede sonar como una tecnología nueva y exótica, pero en realidad es tan familiar como su refrigerador. En pocas palabras, una bomba de calor traslada el calor de un lugar a otro. Su refrigerador se enfría extrayendo el calor del interior y expulsándolo al exterior. Puede sentir el calor que sale de debajo del refrigerador cuando está funcionando. Los aires acondicionados funcionan bajo un principio similar, utilizando un compresor eléctrico para enfriar su sala de estar mientras expulsan aire caliente al exterior. Por lo tanto, si invierte el proceso, puede calentar sus espacios. El equipo que realiza ambas funciones, calefacción y refrigeración, se denomina bomba de calor.

Una bomba de calor necesita una fuente de la cual extraer calor en invierno y un lugar donde disipar el calor que elimina de las habitaciones en verano. Esta fuente se denomina "sumidero de calor". Una bomba de calor de fuente de aire utiliza el aire exterior como sumidero. Incluso en invierno, cuando sentimos que hace "frío", el aire sigue conteniendo calor; aunque a medida que la temperatura baja y hay menos calor en el aire, las bombas de calor estándar generan menos calor. Las bombas de calor para climas fríos siguen produciendo calor de manera eficiente hasta los -17 °C (0 °F). Una bomba de calor geotérmica utiliza agua bombeada a través del suelo como sumidero de calor. Las ventajas de la geotermia incluyen una mayor eficiencia (ya que el suelo mantiene una temperatura constante), menores costos de mantenimiento y una capacidad constante, aunque la inversión inicial es mayor.

¿Cuáles son las ventajas de las bombas de calor?

Las bombas de calor ofrecen tanto ahorro de costos como una reducción de las emisiones de carbono que contribuyen al cambio climático. Los recientes aumentos en la eficiencia de las bombas de calor de fuente de aire han reducido la cantidad de electricidad que consumen, por lo que su costo es ahora competitivo frente a la calefacción con gas natural y significativamente menor que con gasóleo o propano. La competitividad depende del costo local de la electricidad, que en Massachusetts puede variar entre 11 y 21 centavos por kWh. En la mayoría de los casos, el menor costo del combustible puede compensar el costo inicial adicional del equipo a largo plazo, dependiendo de las características específicas del edificio. Por supuesto, si el usuario cuenta con paneles solares, el costo de la electricidad puede ser nulo. Además, cuando se necesita aire acondicionado, suele ser cuando el sol es más intenso, generando así la mayor cantidad de electricidad.

Las bombas de calor también pueden producir menos contaminación por carbono. Dado que utilizan electricidad, las emisiones dependen de cuánta energía consumen y de qué combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural) se utilicen para generarla. Massachusetts ha reducido su uso de carbón y petróleo para la generación eléctrica, por lo que la contaminación y los gases de efecto invernadero asociados a la calefacción con bombas de calor también han disminuido drásticamente. Si a esto le sumamos la mejora en la eficiencia de las bombas de calor, significa que ahora son menos contaminantes que el gas natural y serán aún más limpias a medida que se incorpore más electricidad renovable (especialmente solar) a la red.

Por supuesto, podemos ser proactivos e instalar nuestra propia fuente de energía renovable, como paneles solares. MassIPL puede brindar asistencia a los lugares de culto interesados en la energía solar, tal como ya lo han hecho más de 100 congregaciones en Massachusetts (como la South Congregational Church en Amherst).

Las bombas de calor también ganan en eficiencia y mejoran el confort al funcionar de manera más constante y adaptarse a la temperatura exterior. Los hornos, calderas y aires acondicionados antiguos (y algunos nuevos) tienen una sola velocidad: la unidad está encendida o apagada. Debido a que generalmente están diseñados para proporcionar suficiente calor en el día más frío del año, durante la mayor parte del tiempo funcionan solo una fracción del tiempo. La temperatura en la habitación fluctúa unos pocos grados entre los ciclos de funcionamiento. Las nuevas unidades de bomba de calor más eficientes utilizan compresores y ventiladores de velocidad variable para ajustar la cantidad de calor producido, funcionando así durante más tiempo en los días menos fríos y generando menores fluctuaciones de temperatura. Este control informático de la velocidad es parte de cómo alcanzan una mayor eficiencia.

Las unidades más nuevas también tienen un mejor control de la humedad gracias al ventilador y al compresor de velocidad variable controlados por computadora. Esto puede ahorrar dinero, ya que una temperatura más alta resulta más cómoda si la humedad es baja. Para los lugares de culto que utilizan bombas de calor en sus santuarios, una humedad constante puede reducir los costos de mantenimiento del órgano, tanto porque debería mantenerse mejor afinado como porque la humedad fluctuante provoca grietas y divisiones en las piezas del instrumento.

Cuestiones prácticas

Al considerar la instalación de una bomba de calor, hay tres términos clave que debe conocer: (1) Coeficiente de Rendimiento (COP), (2) Factor de Rendimiento Estacional de Calefacción (HSPF) y (3) Ratio de Eficiencia Energética Estacional (SEER). El coeficiente de rendimiento (COP) es la relación entre la energía utilizada para hacer funcionar el compresor, los ventiladores y las bombas frente a la cantidad de energía entregada al espacio acondicionado. En los EE. UU., el Factor de Rendimiento Estacional de Calefacción (HSPF) es el estándar con el que se clasifica el equipo. Busque un HSPF mínimo de 11. El Ratio de Eficiencia Energética Estacional (SEER) es el equivalente al HSPF para la temporada de refrigeración; una bomba de calor debe ofrecer un SEER de al menos 17. En la mayoría de los casos, utilizará de 5 a 10 veces más electricidad en calefacción que en refrigeración, por lo que el HSPF es más importante.

Una vez que la bomba de calor genera el aire caliente o frío, debe distribuirse a las habitaciones donde se necesita. En la práctica, hay 3 formas de que la bomba de calor lleve el calor o el frío a donde se desee. Cada una de las 3 unidades exteriores idénticas que aparecen en la primera página tiene un manejador de aire interior que impulsa aire caliente a través de conductos, tal como lo haría un horno de aire forzado. La unidad que se muestra aquí es un mini-split. Por lo general, hay uno para cada habitación que se desea acondicionar, aunque las habitaciones más grandes pueden tener más de una unidad de entrega. Un mini-split también se conecta a una unidad exterior, aunque en algunos casos una unidad exterior puede servir a más de un mini-split. Una verdadera ventaja de tener mini-splits en cada habitación es que cada uno se controla individualmente. De este modo, la calefacción y la refrigeración se realizan solo cuando es necesario y por habitación. Esta es una mejora significativa tanto en confort como en eficiencia. Un buen lugar para comenzar con esto en un lugar de culto es el área de oficinas.

Las bombas de calor se están instalando actualmente en lugares de culto en todo tipo de espacios, desde oficinas hasta salas de reuniones y santuarios. La foto de la izquierda muestra un mini-split montado en la pared en la parte superior derecha. Es una de las varias unidades que sirven al espacio, aquí en conjunto con ventiladores que se mueven en ambas direcciones, sirviendo así tanto en invierno como en verano. En algunos casos de preservación histórica, no se permite que los edificios tengan el equipo exterior de la bomba de calor de fuente de aire en un lugar visible (aunque pueden ser aprobados si están "ocultos"), o a veces no se permite colocar nada en el exterior. En estos casos, se pueden utilizar bombas de calor geotérmicas, ya que después de la instalación no necesitan tener nada visible en el exterior. Las bombas de calor geotérmicas suelen ser más caras que las de fuente de aire y, por lo tanto, no son una oferta tan buena, pero aun así pueden ser competitivas frente a otras fuentes de calor.