Por qué las bombas de calor son la respuesta a las olas de calor

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Artículo cortesía de RMI. Por Lacey Tan y Mohammad Hassan Fathollahzadeh

Cuando una ola de calor sin precedentes azotó el noroeste del Pacífico a principios de este verano y nuevamente esta semana, matando a cientos de personas en los Estados Unidos y Canadá, muchos residentes se dieron cuenta de los veranos predeciblemente templados que sabían que ya no existían. Los científicos tienen claro que el cambio climático hará que estos eventos de calor extremo sean más comunes en los próximos años, lo que llevará a las personas en áreas como Seattle, Portland y el norte de California a agregar aire acondicionado (AC) a sus hogares.

En Seattle, donde el 46 por ciento de las casas unifamiliares no tienen aire acondicionado, las temperaturas alcanzaron los abrasadores 108 °F el 28 de junio, creando condiciones peligrosas dentro de las casas. Entonces, ¿cómo mantenemos a las personas seguras y cómodas durante las peligrosas olas de calor y gestionamos la creciente necesidad de aire acondicionado de una manera equitativa y respetuosa con el clima? Las bombas de calor son una solución atractiva tanto para los legisladores como para los residentes, ya que pueden mantener un hogar fresco y confortable de manera eficiente en el verano y al mismo tiempo calentar el hogar sin combustibles fósiles en el invierno.

RMI modeló el rendimiento de varias opciones de refrigeración para una casa de Seattle durante la ola de calor de tres días en junio de 2021: una bomba de calor de fuente de aire (en adelante, bomba de calor), una unidad de aire acondicionado típica y una unidad de aire acondicionado de mayor capacidad.Descubrimos que la bomba de calor no solo era capaz de mantener una temperatura del aire interior cómoda y segura durante el calor extremo, sino que también cuesta $228 menos por año para operar que un sistema de refrigeración y calefacción de combustible dual (unidad de aire acondicionado + horno de gas) . Además, las emisiones de CO2 se reducen en alrededor de un 25 por ciento para toda la casa cuando funciona con la bomba de calor en comparación con el aire acondicionado y la calefacción de alta capacidad.

Nuestros resultados muestran claramente que la bomba de calor es superior a la hora de mantener una temperatura del aire interior cómoda y constante y consume menos electricidad que la unidad de aire acondicionado de alta capacidad de 4 toneladas. Primero observamos una pequeña unidad de aire acondicionado de 2 toneladas, típica del clima históricamente templado de Seattle, pero no pudo mantener un ambiente interior seguro (punto de ajuste de enfriamiento de 75 °F) durante el evento de calor extremo. Esto implica que se necesita una unidad de aire acondicionado de alta capacidad para cumplir con la temperatura de consigna predefinida.

Pero aunque esta unidad de aire acondicionado de alta capacidad genera una temperatura del aire interior más agradable en comparación con la unidad de aire acondicionado típica, todavía tiene dificultades para alcanzar la temperatura de referencia en el día más caluroso (es decir, el 28 de junio), como se muestra en la figura de temperatura a continuación. Esto contrasta con la bomba de calor, que pudo mantener una temperatura segura incluso en condiciones de calor extremo. La unidad de aire acondicionado de alta capacidad también consume más electricidad que la bomba de calor, lo que agrega tensión adicional a la red.

Usando la herramienta BEopt del Laboratorio Nacional de Energía Renovable, modelamos los siguientes escenarios usando una casa unifamiliar existente típica en Seattle sin aire acondicionado, un horno de gas estándar y unas características envolventes relativamente eficientes como referencia. Las características de construcción de la casa se basan en el modelo prototipo del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y los datos de la Encuesta de consumo de energía residencial de 2015. Este modelo de energía de construcción basado en la física utiliza datos meteorológicos reales del año meteorológico de la ola de calor de junio de 2021. Nuestro objetivo era ver qué sistema podía cumplir con una temperatura de referencia de 75 °F y examinar los impactos en las facturas de servicios públicos de la casa.

Escenarios:

Hallazgos adicionales:

Si bien cada vez más personas en los Estados Unidos y en todo el mundo buscan agregar refrigeración a sus hogares, es importante asegurarse de que el equipo de refrigeración tenga un impacto climático mínimo. En las regiones cálidas con un acceso cada vez mayor a la CA (p. ej., India), las tecnologías avanzadas como las demostradas a través del Global Cooling Prize serán fundamentales. En regiones históricamente templadas que se enfrentan a nuevas olas de calor, como el noroeste del Pacífico de EE. UU., existe una oportunidad urgente de proporcionar calefacción limpia al mismo tiempo que una refrigeración eficiente.

Los eventos de calor extremo de este verano presentan una clara oportunidad y un punto de intervención para que los legisladores apoyen el despliegue de bombas de calor hoy, especialmente en climas más templados a fríos. La economía y el uso de energía entre los dos sistemas justifican el incentivo de las bombas de calor no solo para satisfacer la mayor demanda de aire acondicionado, sino también como una estrategia para reducir las emisiones de carbono y cumplir los objetivos de acción climática. Una vez que un dueño de casa instala su primera unidad central de aire acondicionado, es una oportunidad perdida de obtener combustible fósil contaminante o calefacción de resistencia eléctrica ineficiente fuera de la casa durante al menos 15 años.

Para facilitar esta transición para los hogares, los legisladores y las empresas de servicios públicos pueden impulsar la adopción de bombas de calor modernas con nuevos programas e incentivos que las hagan asequibles para más hogares y reduzcan la barrera del costo inicial. Una legislación federal reciente presentada por el Senador Martin Heinrich ayudaría a los consumidores a hacer la transición a hogares totalmente eléctricos al proporcionar hasta $10,000 en reembolsos, o $14,000 en el caso de hogares de ingresos bajos y moderados. Este proyecto de ley tiene un enfoque particular en el calentador de espacio, el calentador de agua y el sistema eléctrico.

Las medidas de eficiencia son una contrapartida clave para la electrificación y también deben priorizarse, junto con las excepciones para garantizar que los hogares de ingresos bajos y medianos puedan ser los primeros en adoptar tecnologías limpias y eficientes.

Cumplir con nuestros objetivos climáticos esenciales requiere eliminar las emisiones de todos los sectores, incluidos los edificios. Eso significa que los legisladores de todo el país deben priorizar la transición a electrodomésticos modernos y eficientes, como las bombas de calor. A medida que el cambio climático genera condiciones climáticas cada vez más extremas y peligrosas, estos dispositivos también pueden desempeñar otro papel esencial: mantener a las personas cómodas y seguras en sus hogares, incluso en las peores condiciones.

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