Las primeras bombas de calor que pasen el concurso 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 totalmente eléctricas y energéticamente eficientes que pudieran funcionar bien en partes de EE. UU. que experimentan invierno y disipar el estereotipo de que las bombas de calor no pueden soportar el clima frío.
Carrier y Lennox anunciaron esta semana que sus modelos más nuevos para 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 entonces El llamamiento del DOE a los fabricantesIncluye dos pruebas de invierno en hogares del norte de EE. UU. y Canadá. Otras seis empresas también compiten, algunas de las cuales participan en segundas pruebas de campo de invierno.
“Este es un gran logro”, dijo. Ram Narayana MurthySubdirector de la Oficina de Tecnología de la Construcción del DOE. “Esta es una industria en la que se necesitan cinco años o más antes de que se considere siquiera la compra de un producto”.
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 engañoso porque sólo cubre la mitad de la función del dispositivo. Las bombas de calor proporcionan calefacción y refrigeración, reemplazando esencialmente las calderas y los aires acondicionados. Funcionan condensando y transfiriendo energía térmica (calor) de un lugar a otro, moviéndola al exterior cuando quieras enfriar tu casa y al interior para calentarla. Su frigorífico utiliza el mismo principio.
El problema es que las bombas de calor de fuente de aire (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). La generación actual de bombas de calor tiende a tener dificultades cuando las temperaturas caen por debajo de los 0 grados Fahrenheit y no funcionan muy bien por debajo de cero. Esto los hace menos útiles como sustitutos de la calefacción alimentada por combustibles fósiles en el norte de Estados Unidos y Canadá.
El desafío del DOE para la industria fue desarrollar una tecnología que superara este desafío, creando un sistema que pudiera operar tan eficientemente a 5 grados Fahrenheit como a 47 grados Fahrenheit, y que pudiera operar hasta -15 grados Fahrenheit. .
“El DOE está ayudando a probar esto en los laboratorios y también a trabajar con los fabricantes para llevarlo al campo y probarlo durante dos inviernos”, dijo Narayanamurthy.
Cómo las bombas de calor pueden combatir las bajas temperaturas
El desafío del gobierno empujó a las empresas a cumplir ciertas especificaciones 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 se propusieron construir unidades de prueba que utilicen la tecnología de bomba de calor más eficiente.
Lennox construyó su unidad para utilizar inyección de vapor, inyección de líquido y un compresor de velocidad variable, lo que le permite extraer más calor del aire exterior a medida que bajan las temperaturas, dijo Bedapudi. La inyección de vapor y la inyección de líquido permiten que el dispositivo utilice más refrigerante al mismo tiempo, lo que mueve más energía. “Es como acelerar el motor de un automóvil”, dijo. Un compresor de velocidad variable permite que la bomba de calor haga circular el refrigerante más rápido cuando la temperatura es más fría.
Carrier también utilizó un compresor de velocidad variable que podía funcionar de manera más eficiente en temperaturas más frías, dijo Michael Carter, director asociado de gestión de productos residenciales de Carrier. Combinado con los nuevos refrigeradores y otros cambios, Carter dice que la unidad Carrier es tan eficiente a 5 grados como a 47 grados, y puede continuar funcionando hasta -23 grados (aunque no tan eficientemente).
“Una de las cosas que hace por los consumidores es darles la opción de invertir en una bomba de calor que proporcione la máxima cantidad de calor a esas temperaturas, reduciendo el tiempo o la necesidad de cambiar a una fuente de calor de respaldo”, dijo Carter.
Del laboratorio a casa
La primera fase del desafío fueron las pruebas de laboratorio en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del DOE. Después de que los dispositivos demostraron sus capacidades en el laboratorio, se trasladaron al campo para ver si funcionaban como se esperaba. Se han instalado bombas de calor en hogares de varios estados fríos de EE. UU. y Canadá mediante pruebas realizadas 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 requería más flujo de aire del que podían soportar algunos de los conductos de las casas de prueba, dijo Carter. Esto puede ser un problema al modernizar una casa existente, pero no es una preocupación para las casas de nueva construcción, que pueden diseñarse teniendo en cuenta los conductos necesarios.
Ahora los fabricantes están empezando a producir bombas de calor para los consumidores. Lennox espera tener las unidades disponibles para la venta en noviembre, mientras que Carrier espera comenzar las ventas en diciembre.
Un precio más alto por una mejor bomba de calor
Una desventaja es que estas unidades tienden a ser más caras que las bombas de calor estándar, que ya son un poco más caras que los aires acondicionados centrales. Si bien los precios varían según la región, el instalador y más, tanto Lennox como Carrier esperan que los precios igualen o superen ligeramente a sus modelos superiores actuales, que cuestan varios miles de dólares.
“Nuestro desafío es ¿cómo reducimos costos?” Dijo Bedapudi.
El objetivo del DOE era alentar a la industria en su conjunto a crear estos modelos e iniciar innovaciones que pudieran competir entre sí. “Lo que queremos crear es 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 se vuelvan más competitivas.
Cabe señalar que la mayor parte del costo de instalación de una bomba de calor proviene del trabajo de conectarla a su hogar, no de la unidad en sí. Esto incluye plomería, trabajos eléctricos u otros costos no incluidos en los miles de dólares de la unidad en sí. Pero todos son elegibles 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 cubre el 30 por ciento del costo de instalación de una bomba de calor, hasta $2,000. Es posible que haya otros descuentos disponibles en los estados.
