Las primeras bombas de calor que superen el desafío de bombas de calor para climas fríos del Departamento de Energía podrían estar en los hogares estadounidenses a finales de año.
El desafío del DOE para la industria era construir unidades HVAC eficientes y energéticamente eficientes que pudieran funcionar bien en las partes de los EE. UU. que experimentan inviernos extremos y resistir el estereotipo de que las bombas de calor no pueden soportar el clima frío.
Carrier y Lennox anunciaron esta semana que sus últimos modelos, adaptados a climas más fríos, ya están saliendo de las líneas de producción y deberían estar disponibles para los consumidores en noviembre o diciembre. Sólo han pasado tres años desde el El desafío del DOE a los fabricantesincluidos dos inviernos de pruebas en hogares en todo el norte de EE. UU. y Canadá. Otras seis empresas también participan en el desafío y algunas de ellas inician su segundo invierno de pruebas de campo.
“Es un gran logro”, afirmó. Ram Narayana Murthysubdirector de la Oficina de Tecnologías de la Construcción del DOE. “Éste es un negocio en el que generalmente se necesitan cinco años aproximadamente para que un producto llegue a lanzarse al mercado”.
Por ahora, se espera que las bombas de calor para climas más fríos estén en el extremo superior de la escala de precios, pero los expertos del gobierno y de la industria dicen que la competencia y la escala deberían hacer bajar esos precios en los próximos años.
Por qué las bombas de calor tienen problemas en el frío
El nombre “bomba de calor” es muy incierto porque cubre sólo la mitad del trabajo de la máquina. Las bombas de calor proporcionan tanto calefacción como refrigeración, reemplazando esencialmente una caldera y un aire acondicionado. Funcionan condensando y transfiriendo energía térmica (calor) de un lugar a otro, moviéndola al exterior cuando quieres enfriar tu hogar y al interior cuando quieres calentarlo. Su congelador utiliza el mismo principio.
El problema es que las bombas de calor aerotérmicas -aquellas que intercambian calor con el aire exterior- se vuelven menos eficientes a medida que la temperatura exterior se aleja de la interior. (Existen otros tipos como las bombas de calor geotérmicas que intercambian calor bajo tierra). Eso los hace tan útiles para reemplazar la calefacción con combustibles fósiles en el norte de Estados Unidos y Canadá.
El desafío del DOE para la industria fue desarrollar tecnología que superara ese desafío, creando un sistema que pudiera operar tan eficientemente a 5 grados Fahrenheit como a 47 grados Fahrenheit, y que sea capaz de operar a temperaturas tan bajas como -15 grados Fahrenheit. .
“Lo que el DOE ha hecho es brindar apoyo, que es poder probarlo en laboratorios pero también trabajar con los fabricantes para llevarlo al campo y probarlo durante dos inviernos”, dijo Narayanamurthy.
Cómo superan las bombas de calor las temperaturas frías
El desafío del gobierno impulsó a las empresas a esforzarse por cumplir especificaciones específicas y encontrar formas de lograr que las unidades las cumplieran. Prakash Bedapudi, vicepresidente ejecutivo y director de tecnología de Lennox, dijo que los ingenieros del fabricante de HVAC dieron un paso adelante para construir unidades de prueba que utilizaran tecnología de sus bombas de calor más eficientes.
Lennox construyó su unidad para utilizar inyección de vapor, inyección de líquido y un compresor de velocidad variable para permitirle extraer más calor del aire exterior cuando la temperatura baja, dijo Bedapudi. La inyección de vapor y la inyección de líquido permiten que el motor utilice más refrigerante al mismo tiempo, moviendo más energía. “Es como acelerar el motor de tu coche”, dijo. Un compresor de velocidad variable permite que la bomba de calor pase por ese refrigerador más rápido cuando la temperatura es más fría.
Carrier también utilizó un compresor de velocidad variable que puede funcionar de manera más eficiente en temperaturas más frías, dijo Michael Carter, director asociado de gestión de productos residenciales al aire libre de Carrier. Combinado con nuevos refrigeradores y otras modificaciones, Carter dijo que la máquina de Carrier es tan eficiente a 5 grados como lo sería a 47 grados, y puede continuar operando a temperaturas tan bajas como -23 grados (aunque no cuán efectiva).
“Una de las cosas que esto hace por los consumidores es que les permite invertir en una bomba de calor que proporciona el máximo nivel de calor a esas temperaturas, reduciendo el tiempo o la necesidad de recurrir a una fuente de calor de respaldo”, dijo Carter.
Del laboratorio a la casa
El primer paso del desafío fueron las pruebas de laboratorio en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del DOE. Tan pronto como los dispositivos estuvieron operativos en el laboratorio, se trasladaron al campo para ver si funcionaban según lo previsto. Se han instalado bombas de calor en hogares de varios estados fríos de EE. UU. y de Canadá mediante pruebas respaldadas por el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del DOE.
“Está literalmente en la casa de alguien”, dijo Narayanamurthy.
Las pruebas enseñaron a los fabricantes sobre sus equipos. La bomba de calor Carrier requirió más flujo de aire del que algunos de los conductos en las casas de prueba podían soportar, dijo Carter. Esto puede ser un problema cuando se intenta remodelar una casa existente, pero no es una preocupación para las casas recién construidas, que pueden diseñarse teniendo en cuenta el trabajo que falta.
Ahora los fabricantes están empezando a fabricar bombas de calor para los consumidores. Lennox espera tener unidades disponibles para la venta en noviembre, mientras que Carrier espera comenzar las ventas en diciembre.
Precio más alto para una mejor bomba de calor
Una desventaja es que estas unidades cuestan más que las bombas de calor convencionales, que cuestan un poco más que los aires acondicionados centrales. Si bien los precios varían según la región, el instalador y más, tanto Lennox como Carrier dijeron que esperan que los precios estén en línea con o ligeramente más que sus modelos actuales de primera línea, que cuestan varios miles de dólares.
“Nuestro desafío es, ¿cómo podemos reducir los costos?” Dijo Bedapudi.
La intención del DOE con el desafío era alentar a toda la industria a comenzar a construir estos modelos e innovar para que puedan competir entre sí. “Lo que estamos tratando de hacer es construir un mercado ampliado”, dijo Narayanamurthy. Con el tiempo, el DOE espera que los costos de los componentes disminuyan y que las bombas de calor para climas fríos sean más competitivas en términos de costos.
Vale la pena señalar que una gran parte del costo de instalación de una bomba de calor no proviene del dispositivo en sí, sino del trabajo de conectarlo a su hogar. Eso podría incluir trabajos de conductos, trabajos eléctricos u otros costos no incluidos en los miles de dólares de la unidad en sí. Pero todo eso también califica para créditos fiscales y reembolsos de la Ley federal de Reducción de la Inflación y otros incentivos para tecnologías de energía limpia. El crédito fiscal federal cubriría el 30% del costo de instalación de una bomba de calor, hasta un límite de $2,000. Es posible que haya otros descuentos disponibles en los estados.
