기후 변화를 억제하기 위해 Biden 대통령은 2030 년까지 미국의 온실 가스 배출량을 2005 년 수준보다 50-52 % 낮추 겠다는 목표를 세웠습니다 . 이 목표를 달성하려면 가능한 한 많은 화석 연료를 사용하는 활동을 전기로 신속하게 전환 한 다음 풍력, 태양열, 수력 및 원자력과 같은 저탄소 및 탄소가없는 소스에서 전기를 생성해야합니다.
건물은 사람들은 거주 및 작업은 에너지의 상당한 양을 소모한다. 2019 년에는 상업용 및 주거용 건물 이 미국 온실 가스 배출량의 7 분 의 1 이상을 차지했습니다 . 새로운 가열 및 냉각 전략은 퍼즐의 중요한 부분입니다.
다행히도이를 수행 할 수있는 기존 기술이 있습니다 . 전기로보다 3 ~ 4 배 더 효율적인 전기 히트 펌프 입니다. 이 장치는 화석 연료를 태우는 대신 겨울에 집을 데우고 건물 안팎으로 열을 이동시켜 여름에 집을 식 힙니다.
재생 가능 에너지와 청정 에너지 에 초점을 맞춘 과학자로서 저는 주택에서의 에너지 사용 과 기후 변화 둔화가 선진국 과 개발 도상국에 어떤 의미인지 연구 합니다. 저는 깨끗하고 재생 가능한 전기로 건물에 전력을 공급하는 것이 소비자의 돈을 절약 할 수있는 필수 전략이라고 생각합니다.
열 펌프는 공기가 아닌 열을 이동하여 작동합니다.
미국의 대부분의 난방 시스템은 천연 가스 나 전기로 작동하거나 경우에 따라 석유를 가열 하는 강제 공기로를 사용합니다 . 건물을 난방하기 위해 시스템은 연료를 태우거나 전기를 사용하여 공기를 가열 한 다음 덕트를 통해 개별 방으로 따뜻한 공기를 불어 넣습니다.
열 펌프 는 냉장고와 비슷하게 작동 하는데, 냉장고 내부의 공기에서 에너지를 추출하고 그 에너지를 실내로 버리고 내부는 더 시원하게 유지합니다. 건물을 난방하기 위해 열 펌프는 실외 공기 또는 지면에서 에너지를 추출 하여 집의 열로 변환합니다.
작동 방식은 다음과 같습니다. 극도로 차가운 유체가 히트 펌프 실외기의 튜브 코일을 통해 순환합니다. 이 유체는 유체보다 따뜻한 주변 공기에서 열의 형태로 에너지를 흡수합니다. 유체는 증발 한 다음 압축기로 순환합니다. 가스를 압축하면 가열되므로이 과정에서 열이 발생합니다. 그런 다음 증기는 히트 펌프의 실내기에서 튜브 코일을 통해 이동하여 건물을 가열합니다.
여름에는 열 펌프가 반대로 작동하여 실내에서 에너지를 가져와 외부가 더 뜨거워 지더라도 열을 실외로 이동합니다. 기본적으로 더 큰 냉장고처럼 작동합니다.
용광로보다 더 효율적
히트 펌프를 가동하려면 약간의 전기가 필요하지만 상대적으로 적은 양입니다. 현대식 히트 펌프 시스템은이 작업을 수행하기 위해 전기 에너지에서 소비하는 것보다 열 형태로 3 ~ 4 배 더 많은 열 에너지를 전달할 수 있으며 주택 소유자가 비용을 지불합니다.
반대로 기존의 난방 시스템처럼 에너지를 한 형태에서 다른 형태로 변환하면 항상 일부를 낭비합니다 . 전기로의 공기를 가열하기 위해 기름이나 가스를 태우거나 공기를 가열하기 위해 전기 히터를 사용하는 경우에도 마찬가지입니다.이 경우에는 전기가 생성 될 때 폐기물이 발생합니다. 발전소에서 전기를 생산하는 데 사용되는 에너지의 약 2/3가이 과정에서 손실됩니다 .
열 펌프가있는 주거 및 상업용 건물 을 개조 하면 난방 효율이 높아집니다. 화석 연료에서 재생 에너지로의 전환과 결합하면 에너지 사용과 탄소 배출량을 더욱 낮출 수 있습니다.
전기로
성장 화석 연료 사용에 대한 제한 및 사전 예방 적 정책이 되는 열 펌프의 판매 운전 미국 및 국제적으로합니다. 히트 펌프는 현재 전 세계 난방 시스템의 5 %에서 사용되고 있으며, 이는 2030 년까지 1/3까지 증가해야 하며 2050 년까지 순 제로 배출량에 도달하려면 훨씬 더 높아야 합니다.
상대적으로 난방 수요가 낮은 따뜻한 지역에서는 열 펌프가 용광로보다 작동 비용이 저렴합니다. 세금 공제, 유틸리티 리베이트 또는 기타 보조금은 Biden 행정부가 복원 한 연방 인센티브를 포함하여 선행 비용을 지원하는 인센티브를 제공 할 수도 있습니다 .
극도로 추운 기후에서 이러한 시스템에는 도움을위한 추가 내부 히터가 있습니다. 이 장치는 그다지 효율적이지 않으며 전기 요금이 많이 소모 될 수 있습니다. 추운 지역에 사는 사람들은 지열 히트 펌프 를 대안으로 고려할 수 있습니다 .
이러한 시스템은지면 온도가 겨울의 공기보다 더 따뜻하다는 사실을 활용합니다. 지열 시스템 은 지구에서 온기를 모으고 공기 원 열 펌프와 동일한 유체 및 압축기 기술을 사용하여 열을 건물로 전달합니다. 설치하는 데는 튜빙을 땅 아래에 묻기 위해 굴착이 필요하기 때문에 비용이 더 많이 들지만 전기 사용량 도 줄 입니다.
새롭고 작은 " 미니 분할"히트 펌프 시스템 은 가장 추운 기후를 제외한 모든 환경에서 잘 작동합니다. 건물을 통해 공기를 이동하기 위해 덕트를 필요로하는 대신 이러한 시스템은 개별 방을 가열하거나 냉각하는 벽걸이 형 장치에 연결됩니다. 설치가 쉽고 개별 아파트에서 선택적으로 사용할 수있어 대형 건물을 쉽게 개조 할 수 있습니다.
최고의 난방 및 냉방 시스템을 사용하더라도 적절한 단열재를 설치하고 건물 누수를 밀봉 하는 것이 에너지 사용을 줄이는 데 중요합니다. 또한 온도 조절기를 실험하여 모든 사람을 편안하게 유지하면서 집을 얼마나 적게 난방하거나 냉방 할 수 있는지 확인할 수 있습니다.
히트 펌프가 당신을 위해 작동하는지 알아내는 데 도움이되는 정보의 좋은 출처는 전기 공급 업체입니다. 많은 유틸리티는 가정을 에너지 효율을 높이는 비용 효율적인 방법을 식별 할 수있는 가정 에너지 감사를 제공합니다. 다른 좋은 출처로는 미국 에너지 부 와 미국 에너지 효율적인 경제위원회가 있습니다. 사회에 전기를 공급하려는 추진이 가속화됨에 따라 열 펌프가 중심 역할을 할 준비가되었습니다.
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Robert Brecha 는 University of Dayton의 지속 가능성 교수입니다.
