Per aiutare a frenare il cambiamento climatico, il presidente Biden ha fissato l'obiettivo di ridurre le emissioni di gas serra degli Stati Uniti del 50-52% rispetto ai livelli del 2005 entro il 2030 . Raggiungere questo obiettivo richiederà la rapida conversione del maggior numero possibile di attività alimentate da combustibili fossili in elettricità, e quindi la generazione di tale elettricità da fonti a basse emissioni di carbonio come l'energia eolica, solare, idroelettrica e nucleare.
Gli edifici in cui le persone vivono e lavorano consumano notevoli quantità di energia. Nel 2019, gli edifici commerciali e residenziali hanno rappresentato più di un settimo delle emissioni di gas serra degli Stati Uniti. Le nuove strategie di riscaldamento e raffreddamento sono un pezzo importante del puzzle.
Fortunatamente, esiste una tecnologia esistente che può farlo: pompe di calore elettriche che sono da tre a quattro volte più efficienti dei forni. Questi dispositivi riscaldano le case in inverno e le raffreddano in estate spostando il calore dentro e fuori gli edifici, piuttosto che bruciando combustibili fossili.
Come scienziato che si occupa di energie rinnovabili e pulite , studio l'uso dell'energia nelle abitazioni e cosa significa rallentare il cambiamento climatico per i paesi industrializzati e in via di sviluppo . Ritengo che l'alimentazione degli edifici con elettricità pulita e rinnovabile sia una strategia essenziale che farà anche risparmiare denaro ai consumatori.
Le pompe di calore funzionano spostando il calore, non l'aria
La maggior parte dei sistemi di riscaldamento negli Stati Uniti utilizza forni ad aria forzata alimentati a gas naturale o elettricità o, in alcuni casi, a gasolio . Per riscaldare l'edificio, i sistemi bruciano carburante o utilizzano l'elettricità per riscaldare l'aria, quindi soffiano l'aria calda attraverso i condotti nelle singole stanze.
Una pompa di calore funziona più come un frigorifero , che estrae energia dall'aria all'interno del frigorifero e scarica quell'energia nella stanza, lasciando l'interno più fresco. Per riscaldare un edificio, una pompa di calore estrae energia dall'aria esterna o dal terreno e la converte in calore per la casa.
Ecco come funziona: il fluido estremamente freddo circola attraverso le serpentine dei tubi nell'unità esterna della pompa di calore. Quel fluido assorbe energia sotto forma di calore dall'aria circostante, che è più calda del fluido. Il fluido vaporizza e poi circola in un compressore. La compressione di qualsiasi gas lo riscalda , quindi questo processo genera calore. Quindi il vapore si muove attraverso serpentine di tubi nell'unità interna della pompa di calore, riscaldando l'edificio.
In estate, la pompa di calore funziona al contrario e prende energia dalla stanza e sposta il calore all'esterno, anche se fuori fa più caldo, funzionando sostanzialmente come una versione più grande di un frigorifero.
Più efficiente dei forni
Le pompe di calore richiedono un po' di elettricità per funzionare, ma è una quantità relativamente piccola. I moderni sistemi a pompa di calore possono trasferire tre o quattro volte più energia termica sotto forma di calore rispetto a quella che consumano in energia elettrica per fare questo lavoro e che il proprietario della casa paga.
Al contrario, convertire l'energia da una forma all'altra, come fanno i sistemi di riscaldamento convenzionali, ne spreca sempre una parte . Questo è vero per la combustione di petrolio o gas per riscaldare l'aria in una fornace o per l'utilizzo di riscaldatori elettrici per riscaldare l'aria, anche se in tal caso lo spreco si verifica quando viene generata l'elettricità. Circa i due terzi dell'energia utilizzata per produrre elettricità in una centrale elettrica vengono persi nel processo .
Il retrofit di residenze ed edifici commerciali con pompe di calore aumenta l'efficienza del riscaldamento. Se combinato con il passaggio dai combustibili fossili alle energie rinnovabili, riduce ulteriormente il consumo di energia e le emissioni di carbonio.
Diventare elettrico
Le crescenti restrizioni sull'uso dei combustibili fossili e le politiche proattive stanno guidando le vendite di pompe di calore negli Stati Uniti ea livello internazionale. Le pompe di calore sono attualmente utilizzate nel 5% degli impianti di riscaldamento in tutto il mondo, una quota che dovrà aumentare a un terzo entro il 2030 e molto più alta dopo per raggiungere lo zero di emissioni nette entro il 2050 .
Nelle aree più calde con richieste di riscaldamento relativamente basse, le pompe di calore sono più economiche da utilizzare rispetto ai forni. Anche i crediti d'imposta, gli sconti sulle utenze o altri sussidi possono fornire incentivi per aiutare con i costi iniziali, compresi gli incentivi federali ripristinati dall'amministrazione Biden .
In climi estremamente freddi, questi sistemi hanno un riscaldatore interno aggiuntivo per dare una mano. Questa unità non è così efficiente e può far aumentare notevolmente le bollette elettriche. Le persone che vivono in luoghi freddi potrebbero prendere in considerazione le pompe di calore geotermiche come alternativa.
Questi sistemi sfruttano il fatto che la temperatura del suolo è più calda dell'aria in inverno. I sistemi geotermici raccolgono il calore dalla terra e utilizzano la stessa tecnologia di fluidi e compressori delle pompe di calore ad aria per trasferire il calore negli edifici. Costano di più, poiché la loro installazione comporta scavi per interrare i tubi sotto terra, ma riducono anche il consumo di elettricità .
I nuovi e più piccoli sistemi a pompa di calore " mini-split" funzionano bene in tutti i climi tranne quelli più freddi. Invece di richiedere condotti per spostare l'aria attraverso gli edifici, questi sistemi si collegano a unità montate a parete che riscaldano o raffreddano le singole stanze. Sono facili da installare e possono essere utilizzati in modo selettivo in singoli appartamenti, il che rende più facile il retrofit di grandi edifici.
Anche con i migliori sistemi di riscaldamento e raffreddamento, l' installazione di un adeguato isolamento e la sigillatura delle perdite degli edifici sono fondamentali per ridurre il consumo di energia. Puoi anche sperimentare con il termostato per vedere quanto poco puoi riscaldare o raffreddare la tua casa mantenendo tutti a proprio agio.
Per aiutarti a capire se una pompa di calore può funzionare per te, una buona fonte di informazioni è il tuo fornitore di energia elettrica. Molte utility offrono audit energetici domestici che possono identificare modi convenienti per rendere la tua casa più efficiente dal punto di vista energetico. Altre buone fonti includono il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e l' American Council for an Energy Efficient Economy . Man mano che la spinta all'elettrificazione della società prende velocità, le pompe di calore sono pronte a svolgere un ruolo centrale.
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Potete trovare l' articolo originale qui .
Robert Brecha è professore di sostenibilità all'Università di Dayton.
