A medida que se acerca el clima invernal, el calor se enciende en los aproximadamente un millón de edificios de la ciudad de Nueva York. La mayoría de los hornos o calderas de estos edificios funcionan con combustibles fósiles como el gas natural y el petróleo; como resultado, la calefacción y el agua caliente representan aproximadamente el 42 por ciento de las emisiones totales de gases de efecto invernadero de la ciudad.

Vijay Modi, profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Columbia y miembro de la facultad del Earth Institute, y su grupo de investigación están estudiando cómo descarbonizar la calefacción. ¿Su solución? Bombas de calor que funcionan con electricidad, porque a medida que más y más electricidad se obtiene a partir de energía renovable, "Es mucho más fácil y asequible hacer que la electricidad sea ecológica que hacer un combustible ecológico".

"Los responsables políticos han reconocido el valor de las bombas de calor, " él dijo, "Y son parte de los objetivos de eficiencia energética del gobernador del estado de Nueva York:que para 2030, deberíamos tener el 25 por ciento de la calefacción de las bombas de calor ".

La calefacción electrificada es importante para el resto de la nación, también. Para evitar los impactos catastróficos del cambio climático, debemos reducir nuestras emisiones de carbono a cero lo antes posible. Según un informe de 2018 del Rocky Mountain Institute, alcanzar los objetivos de "descarbonización profunda" de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un 75 por ciento o más implicará, entre otras medidas, eliminar la mayoría de las emisiones producidas por la quema de gas natural, aceite o propano en hogares y negocios estadounidenses para calefacción y agua caliente.

¿Qué es una bomba de calor?

Modi describe las bombas de calor, que han estado en uso desde la década de 1940, como acondicionadores de aire con hardware interno y controles que les permiten operar en reversa.

Un tipo popular de bomba de calor tiene una unidad exterior que contiene un compresor y un condensador que funciona con una unidad interior (aunque las bombas de calor también pueden estar contenidas en una unidad). En clima caluroso, una bomba de calor funciona como un acondicionador de aire, extraer calor del aire dentro de la casa y transferirlo al exterior, enfriar el hogar.

En meses fríos extrae el calor del aire exterior y lo transfiere al interior; contraintuitivamente, incluso cuando hace frío, el aire exterior contiene suficiente calor para calentar su hogar. Si bien la mayoría de las bombas de calor transfieren calor del aire, hay bombas geotérmicas y de fuentes de agua que transfieren calor desde el suelo o una fuente de agua cercana; otros actúan como calentadores de agua.

Las bombas de calor son más eficientes energéticamente que los hornos y las calderas, ya que en lugar de generar calor, simplemente mueven el calor de un lugar a otro, y pueden calentar y enfriar la casa. Proporcionan la calefacción y la refrigeración más eficientes disponibles, produciendo de dos a cuatro unidades de calor por cada unidad de energía utilizada; un horno de gas produce un poco menos de una unidad de calor por unidad de energía.

En comparación con los hornos y la calefacción de zócalo, Las bombas de calor pueden reducir el uso de energía en un 50 por ciento. Y según un estudio del Consejo de Defensa de los Recursos Naturales (NRDC), durante su vida, Una nueva bomba de calor con fuente de aire puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero entre un 46 y un 54 por ciento en comparación con las alternativas de gas natural.

Cómo hacer la transición a bombas de calor

La descarbonización de la calefacción en la ciudad de Nueva York es un desafío debido a la densidad de la ciudad, gran demanda de energía, infraestructura envejecida, variedad de tipos de edificios, y limitaciones de espacio. El Laboratorio de Ingeniería Sostenible Quadracci de Modi está investigando cómo se podría hacer, estudiar los beneficios de la calefacción electrizante, y abordar los problemas potenciales que pudieran surgir.

Cuando el gas natural se volvió más barato que el petróleo, muchos edificios de la ciudad de Nueva York se convirtieron de petróleo en gas. Pero dado que los costos iniciales para reemplazar un sistema de gas natural existente con una solución de bomba de calor son altos, Modi duda que la mayoría de la gente opte por hacer esto. En lugar de, ser rentable, las modernizaciones podrían instalar bombas de calor para ser utilizadas la mayor parte del tiempo, junto con los sistemas de calefacción existentes.

Explicó que los edificios con un horno que calienta el aire y lo distribuye también podrían incorporar una bomba de calor en su circuito para calentar el aire. Se requeriría poca adaptación. Un gran edificio de gran altura presentaría un desafío mayor porque requeriría una bomba de calor de tamaño industrial, que sería difícil de adaptar.

Las bombas de calor también podrían adoptarse más fácilmente cuando los edificios necesitan agregar o reemplazar sistemas de aire acondicionado o de gas natural. actualizar sus sistemas eléctricos, o hacer renovaciones intestinales. Y la nueva construcción fácilmente podría depender completamente de las bombas de calor eléctricas.

Preocupaciones por las bombas de calor

Existe preocupación sobre lo que podría suceder si se necesita cada vez más electricidad para la calefacción en el invierno. La demanda de electricidad en todo el sistema alcanza su punto máximo en el verano con el uso de aire acondicionado; Modi sostiene que tenemos la capacidad de aumentar el uso de la bomba de calor hasta que alcancemos un pico de invierno comparable. Llegando y más allá los recursos eólicos podrían proporcionar una solución. "Tenemos muy buenos recursos eólicos marinos aquí en la ciudad de Nueva York, "dijo Modi." Es un muy buen partido para la calefacción, a medida que tengamos vientos más fuertes en el invierno que permitirían que una cantidad cada vez mayor de calor provenga de la energía eólica ".

Otro problema es que es posible que el cableado eléctrico de muchos edificios no pueda acomodar la electricidad adicional que necesitan las bombas de calor. que funcionan con 220/240 voltios. Modi sugirió que los acondicionadores de aire de unidades de ventana que funcionan con 220/240 voltios podrían ser reemplazados por bombas de calor (que también enfrían). "Durante la mayor parte de su calefacción, cuando está por encima del punto de congelación, puedes estar bien ", dijo. Y en la ciudad de Nueva York, por lo menos, "Eso puede ser el 60 por ciento de la necesidad de calefacción. Además, también estaría reduciendo las emisiones".

Las perspectivas para el futuro

Según Forbes, "La economía global del futuro será impulsada por la electricidad y calentada / enfriada por la electricidad, no solo impulsada por ella".

El Rocky Mountain Institute citó varios factores que podrían ayudar a acelerar esta transición y hacer que las bombas de calor sean más rentables. A medida que las bombas de calor se imponen y los fabricantes logran economías de escala, los precios caerán. La tecnología inteligente que puede ayudar a cambiar el momento del consumo de energía podría, por ejemplo, permitir que las bombas de calor precalienten una casa a primera hora de la tarde cuando las tarifas eléctricas pueden ser más bajas y ayudar a integrar más energía renovable en la red. El precio del carbono podría atraer a más personas a instalar bombas de calor.

Incluso con nuestra red eléctrica actual en el estado de Nueva York, sin embargo, la electrificación de la calefacción reduce las emisiones de gases de efecto invernadero. Y con una red que funciona cada vez más con energías renovables, previsiblemente, las emisiones de calefacción podrían eliminarse por completo.

"Es muy posible que en los próximos 20 años, Descubriremos cómo hacer que toda la electricidad sea verde y barata todo el tiempo. Entonces usábamos bombas de calor todo el tiempo ", dijo Modi." Pero el camino para hacerlo es complicado:mientras hacemos esta transición, tiene que ser rentable ".

Para la construcción de viviendas nuevas, el estudio de NRDC determinó que en California, instalar bombas de calor eléctricas en lugar de sistemas de gas natural podría ahorrar a los propietarios $ 1, 500 por adelantado, y cientos de dólares cada año en costos operativos. Pero dado que los costos iniciales para instalar o modernizar las bombas de calor pueden disuadir a algunas personas de hacer el cambio, utilidades gobiernos y los fabricantes deben promover la tecnología de bombas de calor y hacerla más asequible. Los incentivos económicos son clave. "Estamos dando grandes incentivos para comprar un coche eléctrico, "dijo Modi." Pero dólar por dólar, sería mucho mejor hacerlo para calefacción ... porque la reducción de emisiones sería muy significativa por la misma cantidad de dinero ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de Earth Institute, Universidad de Columbia http://blogs.ei.columbia.edu.