La calefacción de espacios es uno de los mayores gastos energéticos en los edificios, y la calefacción basada en combustión, en particular, es una fuente importante de emisiones. Basándose en datos de miles de edificios, el Urban Green Council de Nueva York concluyó que el 27% del consumo de energía de los edificios puede atribuirse a la calefacción de espacios. Dado que los sistemas de agua caliente representan el 10% del consumo energético, la calefacción en general representa el 37% del consumo total.
Las bombas de calor se están convirtiendo en una alternativa viable a los calentadores de combustión. Los modelos más eficientes pueden igualar el coste de la calefacción de gas, siendo 100% eléctricos y sin producir emisiones directas. Las bombas de calor todavía producen emisiones externas si la red local depende de combustibles fósiles, pero esto cambiará gradualmente a medida que las fuentes renovables se generalicen.
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¿Qué tan eficientes son las bombas de calor?
Las bombas de calor se pueden clasificar según cómo intercambian calor con el exterior del edificio. Las bombas de calor aerotérmicas (ASHP) extraen energía térmica del aire exterior, mientras que las bombas de calor geotérmicas (GSHP) la obtienen bajo tierra. La eficiencia de las bombas de calor se describe por su coeficiente de rendimiento o COP.
- Las bombas de calor aerotérmicas suelen tener un coeficiente de rendimiento superior a 2, y algunas unidades llegan hasta 3. Esto significa que proporcionan de 2 a 3 kWh de calor por cada kWh de electricidad consumido. Sin embargo, su eficiencia disminuye significativamente en climas muy fríos.
- Las bombas de calor geotérmicas son más eficientes ya que las temperaturas subterráneas son más estables durante todo el año. Los valores COP superiores a 4 son típicos, lo que significa que estas bombas de calor proporcionan más de 4 kWh de calor por cada kWh de electricidad.
Las bombas de calor son más eficientes energéticamente que los calentadores de gas, pero también consumen energía más cara. Las bombas de calor de fuente de aire pueden reducir el costo operativo de los calentadores de gas en lugares con electricidad barata. Sin embargo, con las altas tarifas eléctricas en Nueva York y otros estados del noreste, sólo las bombas de calor geotérmicas pueden competir con el costo de los calentadores de gas.
Ambos tipos de bombas de calor pueden lograr sinergia con sistemas de energía renovable como paneles solares y turbinas eólicas. Cualquier excedente de electricidad que no sea consumido por el edificio se puede utilizar para calentar agua, que luego se almacena en un tanque aislado para su uso posterior. En otras palabras, una bomba de calor puede funcionar como parte de un sistema de almacenamiento de energía térmica. Aunque este concepto también es posible con calentadores de resistencia, la eficiencia del almacenamiento de energía es mucho menor.
Instalación de bombas de calor en edificios.
Al instalar bombas de calor geotérmicas, la tarea más desafiante es enterrar las tuberías que hacen circular el agua bajo tierra para extraer calor. El proyecto se vuelve mucho más sencillo en construcciones nuevas, ya que la red de agua subterránea se puede instalar cuando el proyecto aún está en fase de excavación. La tarea es más difícil en los edificios existentes, ya que las tuberías subterráneas deben enterrarse sin alterar la estructura. La instalación se vuelve mucho más sencilla si un edificio cuenta con zonas verdes sin construcción.
Las bombas de calor son energéticamente eficientes y respetuosas con el medio ambiente, pero plantean un desafío técnico fundamental a la red eléctrica. A medida que más edificios cambien de calefacción de gas a calefacción eléctrica, el perfil de carga en la red local cambiará:
- Actualmente, las redes energéticas experimentan picos de demanda en los días más calurosos del verano. Los edificios deben utilizar sus equipos de aire acondicionado a pleno rendimiento para mantener la temperatura adecuada, y todo este consumo suma.
- Un gran número de bombas de calor probablemente trasladaría la carga máxima a los meses de invierno y los operadores de red tendrían que lidiar con dos picos importantes por año.
El almacenamiento de energía térmica puede mitigar la demanda de energía de las bombas de calor. Se pueden programar para calentar y almacenar agua en horas valle, evitando una gran carga coincidente cuando la red está sobrecargada.
Conclusión
Un mayor uso de bombas de calor reduciría la dependencia de las redes de distribución de gas. Debido a que las tuberías de gas están enterradas, es difícil mejorarlas y mantenerlas. Ampliar la red energética para suministrar electricidad a las bombas de calor es mucho más sencillo que ampliar la red de gas a las conexiones de nuevos edificios.
En el caso específico de Nueva York, las bombas de calor pueden ayudar a cumplir el objetivo de reducción de emisiones del Green New Deal. La calefacción de espacios y el calentamiento de agua representan casi el 40% del consumo de energía de los edificios, y la calefacción por combustión es actualmente más común que la calefacción eléctrica. El cambio a bombas de calor puede lograr una reducción significativa de las emisiones de gases de efecto invernadero de los edificios.
