Comparación de los costos de energía y las emisiones de 3 tipos de calentadores de agua

Cuando los ingenieros de MEP diseñan sistemas de plomería para edificios, tienen muchas opciones de agua caliente para elegir, cada una con ventajas y desventajas. Sin embargo, si busca calentadores de agua con la etiqueta ENERGY STAR, hay tres tipos principales disponibles:

• Bomba de calor eléctrica con acumulador.
• Calentador de gas con almacenamiento.
• Calentador de gas sin tanque

Estas tres opciones son económicas y utilizan insumos de energía que están disponibles como servicios públicos. Por otro lado, los propietarios de edificios que utilizan fueloil número 2 o 4 para calentar agua deben programar entregas regulares por camión.

En este artículo, compararemos los tres tipos de calentadores de agua según las emisiones y los costos operativos. La comparación se basa en una potencia de calefacción de 100 términos, con factores de emisión proporcionados por la Ley Local 97 de 2019 y precios típicos de electricidad y gas para Nueva York.

Bomba de calor eléctrica con tanque de almacenamiento

Las bombas de calor eléctricas con una capacidad superior a 55 galones deben tener un factor de energía de 2,20 o más para calificar para la etiqueta ENERGY STAR. Para proporcionar 100 términos de calefacción con un EF de 2,20, esta bomba de calor debe consumir el equivalente eléctrico de 45,45 términos (1.332 kWh).

• La Ley Local 97 establece un factor de emisión de 0,000288962 tCO2-e por kWh, que se aplica al uso de electricidad de la red.
• Un precio de electricidad comercial de 20 centavos/kWh es típico en Nueva York.

En este caso, la bomba de calor habría acumulado un costo energético de 266 dólares después de proporcionar 100 términos de calor, al tiempo que habría producido emisiones de 385 kg de CO2-eq. Sin embargo, como la bomba de calor funciona con energía eléctrica, tanto las emisiones como los costos operativos se pueden reducir con generación limpia; la energía solar in situ es una opción.

Según LL97, los 385 kg de emisiones sumarían $103 en multas ($268 por tonelada métrica), alcanzando un costo total de $369. Sin embargo, estos costos se pueden reducir utilizando energía solar:

• Supongamos que la mitad de la electricidad proviene de un sistema solar fotovoltaico, suponiendo un costo de US$0,08/kWh debido a financiamiento, operación y mantenimiento.
• El costo de la energía se reduciría a $186 y las emisiones se reducirían a la mitad, reduciendo la multa a $52. El costo total es ahora de $238.

Calentador de gas con tanque de almacenamiento.

Cuando se utiliza un calentador de gas de almacenamiento con una capacidad superior a 55 galones, el EF mínimo para una etiqueta ENERGY STAR es 0,77. Para proporcionar 100 términos de calentamiento de agua, la unidad consumiría 129,87 términos de gas natural.

• La Ley Local 97 establece un factor de emisión de 0,00005311 tCO2-e por kWh.
• El precio del gas natural de 1,20 dólares por central termoeléctrica es típico en Nueva York.

En este caso obtenemos un coste energético de 156 dólares y unas emisiones de 690 kg CO2-eq. Aunque el coste operativo es menor en comparación con una bomba de calor eléctrica que funciona completamente desde la red, las emisiones son casi un 80% mayores.

En este caso, los 690 kg de emisiones añaden US$185 a la multa LL97 del edificio, y el costo total es US$341. La bomba de calor eléctrica tiene un costo mayor al utilizar el 100% de la electricidad de la red (US$369), pero esto puede ser. reducido con energía solar. Esta flexibilidad para cambiar las entradas de energía no está disponible cuando se utilizan calentadores de agua a gas.

Calentador de gas sin tanque

Todos los calentadores de gas sin tanque deben tener un EF de al menos 0,90 para calificar para ENERGY STAR. Para proporcionar 100 de calentamiento de agua termal, esta unidad consumiría 111,11 de agua termal. Al ser el combustible gas natural como en el cálculo anterior se utiliza el mismo factor de emisión y coste energético.

Para un consumo de energía de 111,11 términos, obtenemos un costo de US$ 133 y unas emisiones de 590 kg CO2-eq. La multa de la Ley Local 97 asociada con estas emisiones es de $158 y el costo total es de $291. Dado que el calentador sin tanque tiene un EF más alto que el calentador de almacenamiento, tanto los costos de energía como las emisiones se reducen (0,77 EF frente a 0,90 EF). Sin embargo, un calentador de gas sin tanque también está limitado por no poder cambiar fácilmente su entrada de energía.

Resumen de comparación

La siguiente tabla resume los insumos de energía, los costos de energía, las emisiones y las sanciones LL97 para los tres tipos de calentadores: bomba de calor eléctrica, calentador de gas de almacenamiento y calentador de gas sin tanque.

Este es un ejemplo muy simplificado, pero demuestra cómo la elección del calentador de agua y su consumo de energía pueden afectar los costos operativos y las emisiones. Para estimar con precisión estos valores para un edificio, puede contratar un servicio profesional de diseño y modelado energético de MEP.