Las bombas de calor se están convirtiendo en herramientas esenciales para combatir el cambio climático, no sólo en las regiones meridionales, sino en todo el país. En comparación con los sistemas tradicionales de calefacción y refrigeración, las bombas de calor son más eficientes desde el punto de vista energético y pueden reducir significativamente las emisiones de carbono de los hogares, especialmente cuando funcionan con electricidad limpia, lo que a menudo conlleva una reducción sustancial de las emisiones de carbono. De hecho, el Presidente Joe Biden autorizó el uso de la Ley de Producción de Defensa en junio de este año para ampliar rápidamente la fabricación estadounidense de tecnologías clave de energía limpia, incluidas las bombas de calor.
Durante décadas, las bombas de calor han sido comunes en las regiones más cálidas de Estados Unidos, pero la creencia tradicional era que las bombas de calor aerotérmicas (el tipo más común debido a su sencilla instalación y menor coste en comparación con las bombas de calor geotérmicas) no tenían sentido en zonas donde las temperaturas caen por debajo del punto de congelación. Esto se debía a que las bombas de calor aerotérmicas funcionan extrayendo el calor del aire exterior y transfiriéndolo al interior, lo que dificulta su funcionamiento en condiciones exteriores frías.
Se ha dicho que, incluso en olas de frío leve, la calefacción eléctrica tiene dificultades para mantener el confort en los hogares, y la eficiencia de la calefacción eléctrica suele reducirse en esas condiciones. Argumentaban que si se quería una calefacción eléctrica eficiente en climas fríos, era necesaria la costosa y compleja instalación de bombas de calor geotérmicas, que extraen el calor del suelo.
Sin embargo, esto ya es viejo. Cuando se instalan correctamente, muchas bombas de calor aerotérmicas modernas (denominadas «bombas de calor» en el resto de este artículo, pueden ser bombas de calor R290 o bombas de calor R32) pueden mantener su casa caliente incluso en el frío más gélido, con un consumo de energía muy inferior al de otros tipos de sistemas de calefacción. Muchos propietarios que utilizan bombas de calor también ahorran dinero.
Aunque Consumer Reports aún no ha probado ningún equipo de calefacción y refrigeración para toda la casa, incluidas las bombas de calor, la investigación y la experiencia práctica indican que las bombas de calor son viables. Dave Lis, Director Técnico y de Soluciones de Mercado de la Northeast Energy Efficiency Partnerships (NEEP), cree que las bombas de calor aerotérmicas pueden funcionar como sistema de calefacción principal para viviendas en casi cualquier condición climática.
Por supuesto, es posible que haya personas que se hayan gastado decenas de miles de dólares en instalar una bomba de calor aerotérmica y hayan acabado teniendo una casa fría y unas facturas de energía por las nubes. Sin embargo, esta situación sólo es probable que ocurra con contratistas poco familiarizados con las bombas de calor. Si elige un equipo adecuado para su vivienda y el clima, realiza las mejoras de climatización recomendadas y contrata a un contratista de confianza con experiencia en la instalación de bombas de calor, el resultado debería ser positivo (para obtener más consejos sobre la instalación, consulte nuestra guía de compra de bombas de calor).
Consideraciones sobre las bombas de calor en climas fríos
Actualmente, no existe una norma oficial de «clima frío» específica para bombas de calor. Sin embargo, la próxima norma Energy Star para bombas de calor aerotérmicas, cuya publicación está prevista para enero de 2023, incluirá una etiqueta de certificación de bombas de calor para climas fríos, que indicará que el rendimiento y la eficiencia a bajas temperaturas de la bomba de calor cumplen los niveles adecuados.
Mientras tanto, la organización de Lis, NEEP, mantiene una base de datos de modelos de bombas de calor que funcionan bien en climas fríos. Muchos modelos de esta base de datos pueden calentar eficazmente tanto en condiciones gélidas de 5 grados Fahrenheit como en condiciones suaves de 47 grados Fahrenheit, incluso trabajando muy por debajo de los cero grados Fahrenheit. En otras palabras, estas bombas de calor están diseñadas para las importantes fluctuaciones de temperatura que se experimentan en las regiones del noreste y centro-oeste cada invierno.
Una característica clave de las bombas de calor diseñadas para climas fríos es el compresor de velocidad variable accionado por un inversor. Este tipo de compresor es beneficioso para las bombas de calor en cualquier condición climática, pero es particularmente ventajoso en regiones con importantes diferencias de temperatura estacionales. Permite que una bomba de calor funcione eficazmente durante los días más fríos del invierno, las tardes más calurosas del verano y todos los días moderados intermedios.
Otra ventaja es que los sistemas de velocidad variable pueden mantener una temperatura (y humedad en modo refrigeración) más estable que los sistemas tradicionales de calefacción, ventilación y aire acondicionado de una sola velocidad. El Dr. Iain Walker, ingeniero mecánico y científico de la construcción del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, explica que los sistemas de una sola velocidad pueden provocar más fluctuaciones de la temperatura interior durante el día.
Lis lo compara con el acelerador de un coche: una bomba de calor de una sola velocidad es como ir de 0 a 100 millas por hora. Un sistema de velocidad variable puede funcionar a varias velocidades intermedias. En una fría noche de febrero o un caluroso día de julio, puede funcionar a gran velocidad. Con un tiempo más suave, en octubre o abril, puede ir a gatas como si estuviera en una zona escolar. Rara vez se necesita la marcha más alta. Los modelos de velocidad variable también contribuyen al ahorro de energía, del mismo modo que conducir a una velocidad constante y moderada aumenta la eficiencia del combustible, en lugar de acelerar repetidamente el motor y pisar a fondo el freno.
Otra tecnología que contribuye a lograr un rendimiento a baja temperatura es la inyección instantánea de vapor (o inyección de vapor). A medida que disminuye la temperatura exterior, también disminuye la capacidad calorífica de las bombas de calor estándar (es decir, la capacidad de mantener caliente el espacio). Por lo tanto, cuando la temperatura exterior es de 40 grados Fahrenheit, una bomba de calor que puede mantener su casa confortable puede tener dificultades cuando la temperatura desciende por debajo de 25 grados Fahrenheit.
Sin embargo, las bombas de calor para climas fríos pueden tomar un atajo abriendo el circuito de refrigerante a bajas temperaturas, mejorando así el rendimiento de la calefacción en climas fríos. En este modo de funcionamiento, junto con los ciclos de descongelación ocasionales, puede haber una ligera disminución de la eficiencia (en climas fríos, la bobina de la bomba de calor puede congelarse y requerir descongelación periódica). Pero Lis afirma que, incluso con este consumo de energía adicional, sigue siendo mucho más eficiente que los sistemas basados en resistencia o combustible.
¿Pueden funcionar realmente las bombas de calor en climas fríos?
Dos tipos de bombas de calor para climas fríos
Al igual que las bombas de calor «normales», las bombas de calor para climas fríos suelen ser de dos tipos: con conductos o sin conductos. Si su casa ya tiene un buen sistema de conductos, es probable que opte por una bomba de calor con conductos. Si su casa carece de un sistema de conductos -por ejemplo, si actualmente utiliza radiadores para la calefacción o si va a añadir control climático a un garaje, ático o una parte adicional de la residencia-, suele elegir un sistema sin conductos, comúnmente conocido como sistema mini-split.
Ambos tipos de equipos pueden ser muy eficientes en climas fríos, con la diferencia de sus mecanismos de calefacción (y refrigeración). Para obtener más información sobre los distintos tipos de bombas de calor y su funcionamiento, consulte nuestra guía de compra de bombas de calor.
¿Pueden las bombas de calor ahorrarle dinero?
Incluso en climas fríos, las bombas de calor pueden ahorrarle dinero. Tras la subida de los precios del combustible para calefacción a principios de la década de 2010, la región del norte de Nueva Inglaterra experimentó la primera oleada de adopción de bombas de calor para climas fríos. Para muchos residentes, la calefacción con bombas de calor resultó ser más barata que el uso de propano o petróleo (los combustibles habituales en esa región, junto con la leña). Además, muchos hogares tuvieron de repente acceso al aire acondicionado por primera vez.
Sin embargo, puede depender de si las bombas de calor ahorran dinero, o al menos compensan, en comparación con otros sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado. Un estudio de la Universidad de California, Davis, estima que el 32% de los hogares de Estados Unidos (incluidos muchos de zonas de clima frío) podrían ahorrar en gastos cambiando a un sistema de bomba de calor para toda la casa. Si las subvenciones a las bombas de calor se generalizan, el porcentaje de ahorro podría aumentar, sobre todo si los precios del combustible siguen siendo altos en relación con los de la electricidad (consulte estos resúmenes facilitados por el Departamento de Energía para ver el ahorro potencial en su estado).
El ahorro más significativo podría corresponder a quienes actualmente utilizan combustibles de calefacción suministrados, como el propano y el gasóleo (como hicieron muchos de los primeros en adoptarlos en Nueva Inglaterra) o a quienes utilizan hornos eléctricos o calefactores de zócalo para calentarse.
Jerome Edgington, un mecánico de Leicester, Massachusetts, instaló un sistema mini-split sin conductos que cumplía con los estándares de clima frío a finales de 2019. Durante los meses más fríos, promedió alrededor de $ 150 en ahorros en comparación con el uso de una caldera de aceite. Dados los precios actuales del petróleo (que se han mantenido históricamente altos desde marzo de 2022), está ahorrando alrededor de $ 550 por mes. Afirmó: «Al no haber gas natural en mi zona y ser las bombas de calor geotérmicas muy caras y complejas de instalar, las bombas de calor aerotérmicas parecían la única opción viable.»
Sin embargo, el coste de la calefacción con gas natural suele ser inferior al de las bombas de calor. Lis afirma que, a medida que las bombas de calor son más eficientes, la diferencia de costes se reduce. «No es una carrera de fondo», dice. «Pero depende del clima, de si el invierno es riguroso o suave, del equipo de calefacción, ventilación y aire acondicionado, de lo bien que esté instalado y de los precios de los servicios públicos.
Dave Adams, pastor y renovador de casas en Fort Wayne, Indiana, instaló una bomba de calor por conductos que cumple con los estándares de clima frío en 2020 para reemplazar un aire acondicionado que fallaba y un horno de gas envejecido. Informó en un vídeo de que, efectivamente, sus facturas de calefacción aumentaron en unos 270 dólares, pero una parte significativa de ese aumento se produjo durante un mes excepcionalmente frío.
En el modo de refrigeración, la eficiencia de la bomba de calor era mucho mayor que la de su antiguo aire acondicionado, y afirma que en el primer año de uso de la bomba de calor, casi alcanzó la paridad de costes tanto para la calefacción como para la refrigeración, un punto que detalla en una serie de vídeos de YouTube, incluido este.
Costes de instalación de las bombas de calor
¿Y los costes de instalación? Los costes de adquisición e instalación de las bombas de calor para climas fríos suelen ser más elevados que los de otros equipos de calefacción, ventilación y aire acondicionado, pudiendo incluso superar el coste total de un horno y un aire acondicionado central decentes. Sin embargo, como ocurre con todos los productos del sector de la climatización, hay muchas excepciones.
Adams nos contó que recibió un «presupuesto disparatado» de 4.700 dólares para sustituir un aire acondicionado central averiado por la unidad de 2,5 toneladas de menor eficiencia, pero acabó comprando una bomba de calor de 3 toneladas de alta eficiencia para todo tipo de clima por un precio mucho más bajo (unos 3.500 dólares en el mercado actual) y la instaló él mismo, siendo un experto en bricolaje.
No necesitaba comprar una bomba de calor porque su caldera de gas seguía funcionando, pero era la «mejor oferta». Traxler, de Minneapolis, mencionó que gastó unos 2.300 dólares en 2016 para comprar e instalar dos sistemas mini-split sin conductos independientes (uno para cada planta de su casa), y que hizo la mayor parte del trabajo de instalación él mismo.
En el otro extremo, según los datos compartidos con CR, algunos propietarios de viviendas en la región noreste pagaron más de $ 30,000 por bombas de calor de fuente de aire de clima frío con conductos instaladas profesionalmente como su única fuente de calefacción, como parte de un estudio sobre los costos y el rendimiento de las bombas de calor de clima frío realizado por Cadmus Group.
El coste medio por pie cuadrado de la bomba de calor (incluida la instalación), basado en los datos de 22 hogares, es de aproximadamente 10,36 dólares, pero el rango de precios varía mucho, de 3,52 a 16,98 dólares, y no hay un patrón claro basado en los requisitos del sistema de conductos (Nuestro consejo: Dadas las importantes diferencias de precio en calefacción, ventilación y aire acondicionado, se recomienda obtener varios presupuestos para asegurarse de conseguir el mejor precio).
El científico de la construcción Walker opina que las viviendas sin ventilación suponen un reto para las bombas de calor, lo que se traduce en mayores costes de instalación y funcionamiento. Para cualquier sistema de calefacción, las paredes con corrientes de aire y los conductos con fugas, junto con un aislamiento inadecuado, son un problema. «Siempre ha sido un quebradero de cabeza para el sector de la calefacción, ventilación y aire acondicionado, y lo sigue siendo», afirma Walker. Lo mismo ocurre con los hornos convencionales.
Sin embargo, se nota más con las bombas de calor, porque el aire que expulsan es más frío que el que produce un horno. No saldrá aire caliente de los conductos de ventilación para distraerle del frío que hace en otras partes y, con temperaturas extremadamente bajas, la casa puede perder calor más deprisa que con una caldera.
Por lo tanto, si su casa tiene fugas pero quiere utilizar una bomba de calor, tendrá que encontrar una forma de compensarlas si quiere estar cómodo. Una posibilidad es adquirir una bomba de calor de mayor capacidad, pero este método puede resultar costoso. Lo mejor es mejorar el aislamiento y el sellado del aire de la vivienda. Esto tampoco es gratis, pero a menudo se amortiza rápidamente, y algunos estados incluso subvencionan el aislamiento y otras medidas de climatización.
Para que las bombas de calor resulten más atractivas, algunos estados ofrecen generosos incentivos fiscales o descuentos por la instalación de bombas de calor, lo que hace que el análisis de costes sea más favorable para las bombas de calor. Puede encontrar una lista de las subvenciones disponibles en su zona en la «Base de datos de incentivos estatales para energías renovables y eficiencia».
Por supuesto, si elige una bomba de calor que no requiera reparaciones frecuentes, también podrá ahorrar en gastos. Para ello, CR predijo las calificaciones de fiabilidad y satisfacción de los usuarios de bombas de calor por conductos de 24 marcas principales basándose en miles de datos de uso real recopilados en encuestas a miembros desde 2016 (los miembros de CR pueden acceder a estas calificaciones).
¿Cuándo necesita un sistema de reserva (o híbrido)?
Incluso en las regiones más templadas de Estados Unidos, las temperaturas descienden ocasionalmente por debajo del punto de congelación. Sin embargo, las bombas de calor básicas de una sola velocidad suelen venir con un sistema de calefacción de reserva para garantizar que los usuarios se mantengan cómodos durante las estaciones más frías.
Hoy en día, sin duda puede mantener un sistema de reserva para imprevistos. Sin embargo, si la bomba de calor moderna que instala se adapta bien a su clima y al tamaño y estado de su vivienda, es posible que no necesite un sistema de reserva. Entre los usuarios de bombas de calor que entrevistamos, todos mencionaron tener un sistema de calefacción de reserva, pero incluso en climas extremadamente fríos, nunca habían necesitado utilizarlo.
Sin embargo, combinar una bomba de calor con otros tipos de equipos de calefacción puede ser la configuración más económica y confortable. Además, ahorra energía en comparación con un sistema completamente tradicional. Puede llamarse sistema de apoyo, híbrido o de doble combustible, pero el principio es el mismo. Como dijo Walker: «No debemos dejar que lo perfecto sea enemigo de lo bueno». En cuanto a la combustión de gas, aún se pueden hacer cambios sustanciales».
En cuanto a cuánto dinero pueden ahorrar los sistemas híbridos, hay cierto debate. La respuesta correcta depende del tamaño de su casa, su distribución, ventilación y de si quiere maximizar el ahorro de costes o el confort general. Para explorar más opciones, lea sobre varias configuraciones híbridas comunes en nuestra guía de compra de bombas de calor.
En última instancia, la decisión de instalar un sistema de respaldo, un sistema híbrido o confiar únicamente en una bomba de calor moderna depende de sus circunstancias y prioridades específicas. Tanto si se trata de ahorrar costes como de maximizar el confort, reducir las emisiones de carbono o garantizar una calefacción fiable cuando hace mucho frío, es fundamental conocer las características únicas y las ventajas y desventajas de los sistemas de bomba de calor.
Conclusión
En resumen, el panorama de la tecnología de las bombas de calor ha evolucionado considerablemente con los años, haciéndolas cada vez más viables incluso en climas fríos. Las bombas de calor bien seleccionadas, instaladas y mantenidas pueden ser una solución rentable y eficiente para calentar y refrigerar su hogar, ofreciendo beneficios medioambientales y ahorrándole dinero a largo plazo. Sin embargo, es esencial evaluar su situación específica, considerar los incentivos disponibles y consultar con profesionales para tomar la mejor decisión para su comodidad, presupuesto y objetivos energéticos.