Um den Klimawandel einzudämmen, hat sich Präsident Biden das Ziel gesetzt, die Treibhausgasemissionen der USA bis 2030 um 50-52 Prozent unter das Niveau von 2005 zu senken . Um dieses Ziel zu erreichen, müssen so viele mit fossilen Brennstoffen betriebene Aktivitäten wie möglich schnell in Strom umgewandelt und dann dieser Strom aus kohlenstoffarmen und kohlenstofffreien Quellen wie Wind-, Solar-, Wasser- und Kernenergie erzeugt werden.
Die Gebäude, in denen Menschen leben und arbeiten, verbrauchen viel Energie. Im Jahr 2019 entfielen mehr als ein Siebtel der US-Treibhausgasemissionen auf Gewerbe- und Wohngebäude . Neue Heiz- und Kühlstrategien sind ein wichtiges Puzzleteil.
Glücklicherweise gibt es eine bestehende Technologie, die dies kann: elektrische Wärmepumpen , die drei- bis viermal effizienter sind als Öfen. Diese Geräte heizen Häuser im Winter und kühlen sie im Sommer, indem sie Wärme in und aus Gebäuden transportieren, anstatt fossile Brennstoffe zu verbrennen.
Als Wissenschaftler mit dem Schwerpunkt erneuerbare und saubere Energie untersuche ich den Energieverbrauch im Wohnungsbau und was die Verlangsamung des Klimawandels für Industrie- und Entwicklungsländer bedeutet . Ich sehe die Energieversorgung von Gebäuden mit sauberem, erneuerbarem Strom als eine wesentliche Strategie, die auch den Verbrauchern Geld spart.
Wärmepumpen arbeiten, indem sie Wärme bewegen, nicht Luft
Die meisten Heizungssysteme in den USA verwenden Umluftöfen, die mit Erdgas oder Strom oder in einigen Fällen mit Heizöl betrieben werden . Um das Gebäude zu heizen, verbrennen die Systeme Brennstoff oder verwenden Strom, um Luft zu erwärmen, und blasen die warme Luft dann durch Kanäle in die einzelnen Räume.
Eine Wärmepumpe funktioniert eher wie ein Kühlschrank , der der Luft im Kühlschrank Energie entzieht und diese Energie in den Raum abgibt , wodurch das Innere kühler bleibt. Um ein Gebäude zu heizen, entzieht eine Wärmepumpe der Außenluft oder dem Erdreich Energie und wandelt sie in Wärme für das Haus um.
Und so funktioniert es: Extrem kalte Flüssigkeit zirkuliert durch die Rohrschlangen in der Außeneinheit der Wärmepumpe. Diese Flüssigkeit nimmt Energie in Form von Wärme aus der Umgebungsluft auf, die wärmer ist als die Flüssigkeit. Die Flüssigkeit verdampft und zirkuliert dann in einen Kompressor. Das Komprimieren von Gas erwärmt es , so dass dieser Prozess Wärme erzeugt. Dann strömt der Dampf durch Rohrschlangen im Innengerät der Wärmepumpe und erwärmt das Gebäude.
Im Sommer läuft die Wärmepumpe umgekehrt und entnimmt dem Raum Energie und transportiert diese Wärme nach draußen, obwohl es draußen wärmer ist – im Grunde funktioniert sie wie eine größere Version eines Kühlschranks.
Effizienter als Öfen
Wärmepumpen benötigen zum Betrieb etwas Strom, aber es ist eine relativ kleine Menge. Moderne Wärmepumpensysteme können für diese Arbeit drei- bis viermal mehr thermische Energie in Form von Wärme übertragen, als sie an elektrischer Energie verbrauchen – und das zahlt der Hausbesitzer.
Im Gegensatz dazu wird bei der Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere, wie es bei herkömmlichen Heizsystemen der Fall ist, immer etwas davon verschwendet . Das gilt für die Verbrennung von Öl oder Gas zum Erhitzen von Luft in einem Ofen oder die Verwendung von Elektroheizungen zum Erhitzen von Luft – in diesem Fall fällt der Abfall jedoch bei der Stromerzeugung an. Etwa zwei Drittel der Energie, die in einem Kraftwerk zur Stromerzeugung eingesetzt wird, gehen dabei verloren .
Die Nachrüstung von Wohn- und Gewerbegebäuden mit Wärmepumpen erhöht die Heizeffizienz. In Kombination mit einer Umstellung von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien werden der Energieverbrauch und die CO2-Emissionen weiter gesenkt.
Elektrisch werden
Wachsende Beschränkungen für die Nutzung fossiler Brennstoffe und proaktive Maßnahmen sind Antrieb Vertrieb von Wärmepumpen in den USA und international. Wärmepumpen werden derzeit in 5 Prozent der Heizsysteme weltweit eingesetzt, ein Anteil, der bis 2030 auf ein Drittel und danach noch viel höher ansteigen muss, um bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen .
In wärmeren Gegenden mit relativ geringem Wärmebedarf sind Wärmepumpen im Betrieb günstiger als Öfen. Steuergutschriften, Vergünstigungen von Versorgungsunternehmen oder andere Subventionen können ebenfalls Anreize bieten, bei den Vorlaufkosten zu helfen, einschließlich staatlicher Anreize, die von der Biden-Verwaltung wieder eingeführt wurden .
In extrem kalten Klimazonen haben diese Systeme eine zusätzliche interne Heizung, um zu helfen. Dieses Gerät ist nicht so effizient und kann die Stromrechnungen erheblich in die Höhe treiben. Menschen, die an kalten Orten leben, möchten möglicherweise Erdwärmepumpen als Alternative in Betracht ziehen .
Diese Systeme nutzen die Tatsache, dass die Bodentemperatur im Winter wärmer ist als die Luft. Geothermische Systeme sammeln Wärme aus der Erde und verwenden die gleiche Flüssigkeits- und Kompressortechnologie wie Luftwärmepumpen, um Wärme in Gebäude zu übertragen. Sie kosten mehr, da bei ihrer Installation Ausgrabungen erforderlich sind, um die Rohre unter der Erde zu vergraben, aber sie reduzieren auch den Stromverbrauch .
Neue, kleinere " Mini-Split"-Wärmepumpensysteme funktionieren in allen Klimazonen außer den kältesten. Anstatt Luftkanäle durch Gebäude zu befördern, werden diese Systeme an wandmontierte Einheiten angeschlossen, die einzelne Räume heizen oder kühlen. Sie sind einfach zu installieren und können gezielt in einzelnen Wohnungen eingesetzt werden, was die Nachrüstung großer Gebäude erleichtert.
Selbst mit den besten Heiz- und Kühlsystemen sind die Installation einer geeigneten Isolierung und das Abdichten von Gebäudelecks der Schlüssel zur Reduzierung des Energieverbrauchs. Sie können auch mit Ihrem Thermostat experimentieren, um zu sehen, wie wenig Sie Ihr Zuhause heizen oder kühlen können, während sich alle darin wohlfühlen.
Um herauszufinden, ob eine Wärmepumpe für Sie geeignet ist, ist Ihr Stromanbieter eine gute Informationsquelle. Viele Versorgungsunternehmen bieten Hausenergie-Audits an, die kosteneffektive Möglichkeiten aufzeigen, Ihr Haus energieeffizienter zu machen. Andere gute Quellen sind das US-Energieministerium und der American Council for an Energy Efficient Economy . Da der Vorstoß zur Elektrifizierung der Gesellschaft an Geschwindigkeit gewinnt, sind Wärmepumpen bereit, eine zentrale Rolle zu spielen.
Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz neu veröffentlicht. Den Originalartikel finden Sie hier .
Robert Brecha ist Professor für Nachhaltigkeit an der University of Dayton.
