Por el contrario, una bomba de calor funciona haciendo circular refrigerantes y cambiando su presión y, por tanto, su temperatura, tanto para captar energía térmica del aire exterior como para luego hacer lo contrario en verano para actuar como un aire acondicionado. Con el paso de los años, los electrodomésticos se han vuelto cada vez más eficientes a medida que han mejorado sus diversos componentes y refrigerantes. «En realidad, todo se trata del refrigerante», dice Katie Davis, vicepresidenta de ingeniería y tecnología para HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) residencial en Trane Technologies, que produce bombas de calor. «Nos estamos expandiendo y contrayendo, por lo que vamos de líquido a gas, de líquido a gas, de líquido a gas, o viceversa, dependiendo del ciclo en el que nos encontremos».
Fundamentalmente para climas con inviernos muy fríos, el punto de ebullición del refrigerante suele estar entre -55 grados y -59 grados F. Por lo tanto, incluso si el aire exterior está bajo cero, «el refrigerante seguirá hirviendo», dice Davis. «Vas a transferir calor muy, muy bien».
Los fabricantes fabrican bombas de calor diseñadas específicamente para climas fríos, que pueden funcionar de forma continua cuando las temperaturas caen a niveles negativos. Trane está desarrollando su propia bomba de calor para climas fríos que espera lanzar en 2025, que utiliza tecnología de inyección de vapor. Esto funciona como la inyección de combustible en los motores de los automóviles, solo que inyecta refrigerante en un ciclo cerrado en el compresor. Esto aumenta la capacidad de la bomba de calor para extraer energía térmica. «Con la incorporación de este compresor de inyección de vapor», dice Davis, «ahora tenemos la capacidad adicional que necesitamos para que nuestros sistemas funcionen a estas temperaturas realmente frías». En las pruebas, el prototipo de Trane funcionó a -23 grados F.
Cuando los científicos calculan la eficiencia de diferentes técnicas de calefacción, consideran el «coeficiente de rendimiento» o COP, que es la relación entre la energía consumida y el calor producido. Si una técnica es 100 por ciento eficiente, tiene un COP de 1, es decir, una unidad de energía que entra y una unidad de calor que sale. Una caldera de gas, por ejemplo, produce calor que sopla hacia el interior de una casa, pero parte de ese calor también se pierde durante la combustión, por lo que incluso los modelos más eficientes tienen un COP inferior a 1.
En general, es mucho más eficiente que una bomba de calor mueva el calor que generarlo, como lo hace una caldera de gas. Al funcionar con electricidad en lugar de combustibles fósiles, una bomba de calor puede gestionar un COP de 3, es decir, tres unidades de calor por cada unidad de energía, pero en casos extremos pueden llegar a un COP de 6, dependiendo de las condiciones y el modelo.
En un estudio publicado el año pasado, Rosenow y sus colegas analizaron los datos para ver cómo la eficiencia de una bomba de calor podría disminuir a medida que bajan las temperaturas. Descubrieron que incluso a -10 grados Celsius o 14 grados Fahrenheit, los electrodomésticos aún logran un COP de 2, o 200 por ciento de eficiencia. El estudio también analizó las bombas de calor para climas fríos en ambientes más extremos: a -30 grados C (-22 grados F), un modelo de Mitsubishi produjo COP entre 1,5 y 2, y un modelo de Toshiba entre 1 y 1,5.