8.8: Refrigeración y Calefacción (IV)

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Factores que afectan el tipo de bucle de GHP

Las bombas de calor geotérmicas (GHP) se pueden utilizar de manera efectiva en casi cualquier parte del país. Sin embargo, las características geológicas, hidrológicas y espaciales específicas de un sitio determinan el mejor tipo de bucle de tierra para una ubicación específica.

Beneficios de un sistema GHP

Bajo consumo de energía

El mayor beneficio de los GHP es que utilizan entre un 20 y un 50 por ciento menos de electricidad que los sistemas convencionales de calefacción o refrigeración. Esto se traduce en un GHP utilizando una unidad de electricidad para mover tres unidades de calor de la tierra.
Según un reporte del Laboratorio Nacional Oak Ridge, los hallazgos estadísticamente válidos muestran que el proyecto de reequipamiento de GHP de 4,003 unidades en Fort Polk, LA, ahorrará 25.8 millones de kilovatios-hora (kWh) en un año típico, o 32.5 por ciento del consumo eléctrico pre-reacondicionamiento de toda la comunidad. Esto se traduce en un ahorro promedio anual de 6,445 kWh por unidad habitacional. Además, se ahorrará el 100 por ciento del gas natural de toda la comunidad previamente utilizado para acondicionamiento de espacios y calentamiento de agua (260 mil termas).
En las unidades habitacionales que eran totalmente eléctricas en el periodo previo a la reconversión, se encontró que los GHP ahorraban alrededor del 42 por ciento del consumo eléctrico previo a la reconversión para calefacción, refrigeración y calentamiento de agua.

Agua caliente gratuita o de costo reducido

A diferencia de cualquier otro sistema de calefacción y refrigeración, una bomba de calor geotérmica puede proporcionar agua caliente gratuita. Un dispositivo llamado súper calentador transfiere el exceso de calor del compresor de la bomba de calor al tanque de agua caliente. En verano, se proporciona agua caliente gratuita; en invierno, los costos de calentamiento de agua se reducen aproximadamente a la mitad.

Comodidad durante todo el año

Mientras producen facturas de calefacción más bajas, las bombas de calor geotérmicas son más silenciosas que los sistemas convencionales y mejoran el control de la humedad. Estas características ayudan a explicar por qué las encuestas a los clientes muestran regularmente altos niveles de satisfacción del usuario, generalmente más del 90 por ciento.

Características de diseño

Los sistemas de bombas de calor geotérmicas permiten flexibilidad de diseño y se pueden instalar tanto en situaciones nuevas como de modernización. Debido a que el hardware requiere menos espacio que el que necesitan los sistemas HVAC convencionales, las salas de equipos se pueden reducir considerablemente en tamaño, liberando espacio para un uso productivo. Además, los sistemas de bomba de calor geotérmica suelen utilizar los conductos existentes en el edificio y proporcionan calefacción y enfriamiento simultáneos sin la necesidad de un sistema de cuatro tubos.

Estética mejorada

A los arquitectos y propietarios de edificios les gusta la flexibilidad de diseño que ofrecen los GHP. Los edificios históricos como la capital del estado de Oklahoma y algunas estructuras de Williamsburg, Virginia, utilizan GHP porque son fáciles de usar en situaciones de modernización y fáciles de ocultar, ya que no requieren torres de enfriamiento.
Los sistemas GHP eliminan los equipos de techo convencionales, lo que permite diseños arquitectónicos y líneas de techo más agradables estéticamente. La falta de penetraciones en la azotea también significa menos potencial de fugas y mantenimiento continuo, y mejores garantías de techo. Además, los componentes sobre el suelo de un sistema GHP se encuentran dentro del edificio, protegiéndose al equipo tanto de daños relacionados con el clima como de posibles vandalismo.

Bajo impacto ambiental

Debido a que un sistema GHP es tan eficiente, utiliza mucha menos energía para mantener temperaturas interiores cómodas. Esto significa que a menudo se crea menos energía a partir de la quema de combustibles fósiles de la que se necesita para operar un GHP. Según la EPA, las bombas de calor geotérmicas pueden reducir el consumo de energía y las emisiones correspondientes hasta 44% en comparación con las bombas de calor de fuente de aire, y hasta 72% en comparación con la calefacción por resistencia eléctrica con equipos de aire acondicionado estándar.

Bajo mantenimiento

Según un estudio realizado para el Consorcio de Bombas de Calor Geotérmicas (GHPC), los edificios con sistemas GHP tenían costos promedio de mantenimiento totales que iban de 6 a 11 centavos por pie cuadrado, o alrededor de un tercio del de los sistemas convencionales. Debido a que la parte caballo de batalla del sistema, la tubería, es subterránea o submarina, se requiere poco mantenimiento. La limpieza ocasional de las bobinas del intercambiador de calor y el cambio regular de los filtros de aire son casi todo el trabajo necesario para mantener el sistema en buen estado de funcionamiento.

Zona de calefacción y refrigeración

Estos sistemas proporcionan un excelente acondicionamiento de espacios de zona - diferentes áreas del edificio calentadas o enfriadas a diferentes temperaturas simultáneamente. Por ejemplo, los sistemas GHP pueden mover fácilmente el calor de las salas de computadoras (que necesitan enfriamiento constante) a las paredes perimetrales para la calefacción invernal en edificios comerciales. A los funcionarios escolares les gusta la flexibilidad de calentar o enfriar solo auditorios o gimnasios para eventos especiales en lugar de toda la escuela.

Durabilidad

Debido a que los sistemas GHP tienen relativamente pocas partes móviles, y debido a que esas piezas están protegidas dentro de un edificio, son duraderas y altamente confiables. Las tuberías subterráneas a menudo tienen garantías de 25 a 50 años, y las GHP suelen durar 20 años o más.

Vandalismo reducido

Los GHP no suelen tener compresores de exterior ni torres de refrigeración, por lo que se elimina el potencial de vandalismo.

Por lo general, cuando se comparan sistemas de calefacción o electrodomésticos, todos los costos incurridos (costos de compra, instalación, operación y mantenimiento) se pueden combinar en un costo de ciclo de vida, el costo de propiedad durante un período de años. En el cuadro 8.8.1 se comparan los distintos tipos de sistemas de calefacción central.

Cuadro 8.8.1. Comparación de los costos del ciclo de vida de las bombas de calor

Comparar	Seguridad	Costo de Instalación	Costo Operativo	Costo de Mantenimiento	Costo del ciclo de vida
A base de combustión	Una preocupación	Moderado	Moderado	Alto	Moderado
Bomba de calor	Excelente	Moderado	Moderado	Moderado	Moderado
Bomba de calor geotérmica	Excelente	Alto	Bajo	Bajo	Bajo

Costos de instalación y operación de los sistemas GHP

En promedio, un sistema de bomba de calor geotérmica (GHP) cuesta alrededor de $2,500 a $3,500 por tonelada de capacidad, o aproximadamente $7,500 a 10,000 para una unidad de 3 toneladas (tamaño residencial típico). En comparación, otros sistemas costarían alrededor de $4,000 con aire acondicionado.

Cuando se incluye en la hipoteca, el propietario tiene un flujo de caja positivo desde el principio. Por ejemplo, decir que los $3,500 adicionales agregarán $30 mensuales a cada pago hipotecario. Una casa de 3,000 pies cuadrados en Oklahoma City, que se muestra en la Figura 8.8.1, tiene una factura eléctrica promedio verificada de 60 dólares mensuales, utilizando una bomba de calor geotérmica. Esto representa un ahorro significativo.

Una foto de una casa usando GHP en Oklahoma City

Figura 8.8.1. Una casa de 3,000 pies cuadrados usando GHP en Oklahoma City

Crédito: Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables

Un sistema que utilice bucles de tierra horizontales generalmente costará menos que un sistema con bucles verticales.

Las instalaciones de bombas de calor geotérmicas tanto en hogares nuevos como existentes pueden reducir el consumo de energía de 25 a 75 por ciento en comparación con sistemas de reemplazo antiguos o convencionales. Los costos anuales de operación también fueron más bajos con las bombas de calor geotérmicas. Agregue los beneficios del desrecalentador para ahorrar agua caliente, y es fácil ver cómo un sistema GHP es el más eficiente disponible.