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

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

Habían reemplazado el horno tres meses antes con una bomba de calor y ahora ese nuevo aparato iba a enfrentar una prueba importante. La bomba de calor reúne las astillas de calor que permanecen en el aire incluso en un día frío, pero con temperaturas que descienden hasta los 20 bajo cero, ¿quedaría algo de calor para capturar?

Los Rea "precalentaron" su casa adosada de Boulder, elevando el termostato antes de la tormenta, y tenían la ventaja de tener casas vecinas a cada lado y aislamiento nuevo en el sótano.

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

"En general, fue solo otro día", 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 se mantuvo 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 en Colorado, gracias a una combinación de tecnología mejorada que hace que las unidades sean más eficientes en climas fríos e incentivos financieros de los servicios públicos y los gobiernos locales, estatales y federales.

"Las bombas de calor están listas para despegar", dijo Neil Kolwey, director del programa industrial en Southwest Energy Efficiency Project. "Muchas cosas están en su lugar".

Entre 2021 y 2022, la cantidad de reembolsos para bombas de calor emitidos por Xcel Energy, el proveedor de electricidad más grande del estado, se triplicó con creces a 1220. La Asociación Tri-State de Generación y Transmisión, el segundo mayor proveedor de electricidad, experimentó un aumento del 40% en la cantidad de reembolsos a 942.

RELACIONADO: Cómo los habitantes de Colorado pueden encontrar reembolsos de electrificación para el hogar y ahorrar mucho

Hay dos tipos de sistemas de bomba de calor: los que extraen el calor del aire y los sistemas geotérmicos, que se basan en aprovechar el calor constante debajo del suelo.

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. 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 eficientes desde el punto de vista energético, ya que la calefacción y la refrigeración representan un poco menos de la mitad del consumo total de energía en el hogar, según el Departamento de Medio Ambiente 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 en la consultora de energía RMI. "Tenemos que pensar en cómo hacemos 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 es en wraps, arroz y masa de pizza. Es porque ha habido grandes 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. Han sido ampliamente utilizados en los hogares europeos desde la década de 1950.

La tecnología, que puede tanto calentar como enfriar una casa, ganó terreno en los EE. UU. con 50 000 a 60 000 unidades instaladas anualmente en 2008, principalmente en el sur, donde eran ideales para veranos calurosos e inviernos templados.

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

"El hecho de que las bombas de calor estén listas para el horario de máxima audiencia en climas más fríos ha sido una pregunta desde el principio", 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 un creciente cuerpo de evidencia 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 agarrarlo en los días más fríos.

El funcionamiento de una "bomba de calor de fuente de aire" es así: un refrigerante, con un punto de ebullición bajo, alrededor de 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 lo comprime, elevando el calor a unos 105 grados y se traslada a la casa.

El refrigerante, una vez más líquido, se envía de vuelta al exterior para recoger más calor. En el verano el proceso se puede revertir, moviendo el calor de adentro hacia afuera, enfriando la casa.

La mayoría de los hogares ya tienen 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 para el hogar con bombas de calor y otras tecnologías eléctricas. "Todos están moviendo calor usando electricidad".

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

El problema en las regiones más frías es que hay cada vez menos calor en el aire a medida que las temperaturas son cada vez más bajas, 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 gran cantidad de ajustes tecnológicos que han hecho que las bombas de calor funcionen 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 invernal todavía hay calor para mover, pero no hace mucho calor, por lo que el compresor tiene que hacer más trabajo", dijo David Petroy, cuya empresa NTS Energy diseña sistemas de bomba de calor para hogares y negocios.

A 50 grados, una bomba de calor puede mover cuatro unidades de calor por cada unidad de electricidad que usa, pero a cero, eso se reduce 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 un horno es que un sistema de bomba de calor requiere un poco más de diseño en la remodelación de una casa existente o en una nueva construcción. Algunos propietarios también quieren 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 puede necesitar cuatro días al año".

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

Obtenga el cálculo, dimensione el horno e instálelo.

"Debe 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 que el propietario controle la temperatura piso por piso, habitación por habitación. .

"El tamaño correcto de su calefacción y refrigeración es muy importante", dijo Lake.

Si bien el mercado de bombas de calor recién comienza en Colorado, se ha estado desarrollando 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 alentar las 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 bomba de calor.

Y algunas de las partes más frías de la región fueron las primeras en adoptar. "Cuando vimos un crecimiento inicial en las bombas de calor, lo vimos en lugares como Maine y Vermont donde se entregaban muchos combustibles", dijo Lis. "Eso hace que la economía de la calefacción con bombas de calor sea mucho mejor".

Alrededor del 61% de las 600.000 viviendas de Maine se calientan con fuel oil y otro 11% con propano. Un buen 9% de las viviendas se calientan con leña, el resto con electricidad y gas natural.

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

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

Desde entonces, el programa ha emitido reembolsos de $1,200 a $2,400 por alrededor de 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 miles de dólares y parecen un acondicionador de aire.

"Estos calentarán una habitación y tal vez la habitación contigua con la tercera habitación fría", dijo Meyer. "Es muy parecido a calentar tu casa con madera".

Al igual que Maine, una gran parte de las zonas rurales de Colorado depende del costoso propano para calentar el 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 bombas de calor, y la asociación ofrece reembolsos de hasta $2,400.

En algunos pueblos de montaña, el propano se vende a $4 el galón, casi el doble del promedio estatal, dijo Rusin. "Cambiar a una bomba de calor realmente reduce la carga de energía", dijo. "No hay otra tecnología, ninguna otra oportunidad como esta 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 los que venden el sistema, realmente, 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 los contratistas de HVAC para instalar una bomba de calor en su casa del condado de Boulder, un par de ellos trataron de disuadirlo y uno de los que anuló las especificaciones regresó con una oferta por un horno de gas.

Un vecino recomendó Save Home Heat Company, que instaló un sistema de combustible dual, con una bomba de calor y un horno de gas de respaldo por alrededor de $30,000. El compresor, la bomba de calor y el horno están integrados y se pueden controlar 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 en la parte superior del nuevo horno. Mientras que la bomba de calor mini-split de Rea está clasificada para operar al 75% de su capacidad a 13 bajo cero, una bomba de calor de conducto, como la de Canaday, tiene una clasificación de 3 bajo cero.

Entonces, el sistema de Canaday está configurado para cambiar al horno a 6 grados. En diciembre, el horno hizo alrededor del 30% del calentamiento, dijo.

Además de la bomba de calor, a Canaday se le agregaron paneles solares en el techo y durante el día sube el termostato a 73 grados para precalentar la casa durante 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 la mantequilla de maní y la mermelada", dijo Elephant Energy's Lake.

Un contratista local de HVAC que está 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 calentarse 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 con las prácticas de instalación. "Las bombas de calor requieren un entrenamiento específico", dijo.

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

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

Si ese es el camino a seguir, Rainer Gerbatsch ya está ahí. El contratista de la construcción 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 para vehículos eléctricos.

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

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

Las casas Geos están diseñadas para calefacción solar pasiva, con ventanas de triple panel, paredes más gruesas, amplio aislamiento y grandes ventanas orientadas 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 Reas intentaron acercarse lo más posible al agregar no solo una bomba de calor, sino también un calentador de agua con bomba de calor y una estación de carga EV de alta velocidad. La casa ya tenía una estufa eléctrica.

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

Rea, quien es gerente en la práctica de electricidad de RMI, dijo que todo esto fue motivado por el deseo de reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero. "La forma de llegar a cero emisiones netas 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 las emisiones actuales 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 cargar dos vehículos eléctricos por un total de 1615 kilovatios-hora.

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

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

Nota del editor: esta historia se actualizó a la 1:03 p. m. 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 SunTwitter: @bymarkjaffe Más de Mark Jaffe