Bombas de calor aerotérmicas

Bombas de calor de fuente de aire para calefacción y refrigeración

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 administración ambiental. A menudo parece sencillo reemplazar un sistema antiguo por uno nuevo del mismo tipo, utilizando el mismo combustible (petróleo, gas natural, electricidad o propano). Sin embargo, gracias a los recientes avances tecnológicos, 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 hacia afuera. 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 habitables. El equipo utilizado para realizar tanto la calefacción como la 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 de calor. Incluso en invierno, cuando para nosotros hace "frío", el aire todavía contiene calor; aunque a medida que la temperatura desciende y hay menos calor en el aire, las bombas de calor estándar generan menos calor. Las bombas de calor para climas fríos continúan 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 el costo inicial es más elevado.

¿Cuáles son las ventajas de las bombas de calor?

Las bombas de calor ofrecen tanto ahorro de costos como una reducción en las emisiones de contaminación por 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 petróleo o propano. El nivel de 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 de las bombas de calor a largo plazo, dependiendo de las características específicas del edificio al que prestan servicio. 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 de carbono dependen de la cantidad de electricidad consumida 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 con la calefacción mediante bombas de calor también han disminuido drásticamente. Si a esto le sumamos la mayor 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.

* Basado en el costo minorista promedio en Amherst, MA, durante los primeros 9 meses de 2013
** Basado en el costo nivelado ajustado por inflación esperado para la South Congregational Church en Amherst

Los gráficos anteriores muestran que las bombas de calor eléctricas han superado al gas natural y al propano como una opción económica y limpia para la calefacción en Massachusetts.

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 lugares de culto en Massachusetts (como la South Congregational Church en Amherst).

Las bombas de calor también ganan 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 año la fuente de calor funciona solo una fracción del tiempo. La temperatura en la habitación fluctúa unos pocos grados entre los ciclos de funcionamiento. Las unidades de bomba de calor nuevas más eficientes utilizan compresores y ventiladores de velocidad variable para ajustar la cantidad de calor producido, funcionando así durante más tiempo en días menos fríos y generando menores fluctuaciones de temperatura. Este control informático de la velocidad es parte de cómo logran 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 fluctuación de la humedad provoca grietas y fisuras 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, (2) Factor de Rendimiento Estacional de Calefacción y (3) Relación de Eficiencia Energética Estacional. 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. La Relación de Eficiencia Energética Estacional (SEER) es el equivalente del HSPF para la temporada de refrigeración; una bomba de calor debe ofrecer un SEER de al menos 17. En la mayoría de los casos, consumirá 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, existen 3 formas en que la bomba de calor puede llevar el calor o el frío donde se desee. Cada una de las 3 unidades exteriores idénticas que se muestran a continuación tiene un manejador de aire en el interior que impulsa aire caliente a través de conductos, tal como lo haría un horno de aire forzado.

La unidad que se muestra arriba 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 mini-split. 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 de forma individual. De este modo, la calefacción y la refrigeración se realizan solo cuando es necesario, por habitación. Esto supone una mejora significativa tanto en el confort como en la eficiencia. Un buen lugar para comenzar con esto en un lugar de culto es el área de oficinas.

Actualmente, se están instalando bombas de calor en todo tipo de espacios dentro de los centros de culto, desde oficinas hasta salas de reuniones y santuarios. La fotografía de la izquierda muestra una unidad mini-split de pared en la parte superior derecha. Es una de las varias que climatizan el espacio, funcionando aquí junto con ventiladores de doble sentido que permiten su uso tanto en invierno como en verano.

En algunos casos de conservación histórica, no se permite colocar equipos exteriores de bombas de calor aerotérmicas en lugares visibles (aunque pueden aprobarse si están "ocultos"), o a veces no se permite instalarlos en el exterior en absoluto. En estas situaciones, se pueden utilizar bombas de calor geotérmicas, ya que, tras su instalación, no requieren elementos visibles en el exterior. Aunque suelen ser más costosas que las aerotérmicas y, por tanto, menos rentables, siguen siendo una opción competitiva frente a otras fuentes de calor.

Actualizado en mayo de 2018 y octubre de 2021