Aby pomóc w powstrzymaniu zmian klimatycznych, prezydent Biden wyznaczył cel obniżenia emisji gazów cieplarnianych w USA o 50-52% poniżej poziomów z 2005 r. do 2030 r . Osiągnięcie tego celu będzie wymagało szybkiego przekształcenia jak największej liczby działań opartych na paliwach kopalnych na energię elektryczną, a następnie wytwarzania tej energii ze źródeł niskoemisyjnych i bezemisyjnych, takich jak energia wiatrowa, słoneczna, wodna i jądrowa.
Budynki, w których mieszkają i pracują ludzie, zużywają znaczne ilości energii. W 2019 r. budynki komercyjne i mieszkalne odpowiadały za ponad jedną siódmą emisji gazów cieplarnianych w USA. Ważnym elementem układanki są nowe strategie ogrzewania i chłodzenia.
Na szczęście istnieje technologia, która może to zrobić: elektryczne pompy ciepła, które są trzy do czterech razy wydajniejsze niż piece. Urządzenia te ogrzewają domy zimą i chłodzą je latem, przenosząc ciepło do iz budynków, a nie spalając paliwo kopalne.
Jako naukowiec zajmujący się odnawialną i czystą energią , badam wykorzystanie energii w budownictwie mieszkaniowym i co oznacza spowolnienie zmian klimatycznych dla krajów uprzemysłowionych i rozwijających się . Uważam, że zasilanie budynków czystą, odnawialną energią elektryczną jest podstawową strategią, która pozwoli również zaoszczędzić pieniądze konsumentów.
Pompy ciepła działają poprzez przenoszenie ciepła, a nie powietrza
Większość systemów grzewczych w USA wykorzystuje piece z wymuszonym obiegiem powietrza, które działają na gaz ziemny lub energię elektryczną, a w niektórych przypadkach na olej opałowy . Aby ogrzać budynek, systemy spalają paliwo lub wykorzystują energię elektryczną do podgrzewania powietrza, a następnie wdmuchują ciepłe powietrze kanałami do poszczególnych pomieszczeń.
Pompa ciepła działa bardziej jak lodówka , która pobiera energię z powietrza wewnątrz lodówki i zrzuca ją do pomieszczenia, pozostawiając wnętrze chłodniejsze. Aby ogrzać budynek, pompa ciepła pobiera energię z powietrza na zewnątrz lub z gruntu i zamienia ją na ciepło dla domu.
Oto jak to działa: Wyjątkowo zimny płyn krąży w zwojach rurek w jednostce zewnętrznej pompy ciepła. Płyn ten pochłania energię w postaci ciepła z otaczającego powietrza, które jest cieplejsze od płynu. Płyn odparowuje, a następnie krąży w sprężarce. Sprężenie dowolnego gazu podgrzewa go , więc w tym procesie powstaje ciepło. Następnie para przechodzi przez zwoje rurek w jednostce wewnętrznej pompy ciepła, ogrzewając budynek.
Latem pompa ciepła pracuje na odwrót, pobiera energię z pomieszczenia i przenosi to ciepło na zewnątrz, mimo że na zewnątrz jest cieplej – w zasadzie działa jak większa wersja lodówki.
Bardziej wydajny niż piece
Pompy ciepła wymagają do działania trochę energii elektrycznej, ale jest to stosunkowo niewielka ilość. Nowoczesne systemy pomp ciepła mogą przekazywać trzy lub cztery razy więcej energii cieplnej w postaci ciepła niż zużywają do tej pracy energię elektryczną – za którą płaci właściciel domu.
W przeciwieństwie do tego, przekształcanie energii z jednej postaci w drugą, tak jak robią to konwencjonalne systemy grzewcze, zawsze marnuje jej część . Dotyczy to spalania oleju lub gazu do ogrzewania powietrza w piecu lub używania grzejników elektrycznych do ogrzewania powietrza – chociaż w takim przypadku odpady powstają, gdy wytwarzana jest energia elektryczna. W procesie tym tracone jest około dwóch trzecich energii zużywanej do produkcji energii elektrycznej w elektrowni .
Doposażenie mieszkań i budynków komercyjnych w pompy ciepła zwiększa efektywność ogrzewania. W połączeniu z przejściem z paliw kopalnych na odnawialne źródła energii dodatkowo obniża zużycie energii i emisje dwutlenku węgla.
Przejście na elektryczność!
Rosnące ograniczenia zużycia paliw kopalnych i polityk proaktywnych są jazdy sprzedaży pomp ciepła w Stanach Zjednoczonych i za granicą. Pompy ciepła są obecnie używane w 5 procentach systemów grzewczych na całym świecie, a udział ten będzie musiał wzrosnąć do jednej trzeciej do 2030 r. i znacznie więcej po osiągnięciu zerowej emisji netto do 2050 r .
W cieplejszych obszarach o stosunkowo niskim zapotrzebowaniu na ogrzewanie pompy ciepła są tańsze w eksploatacji niż piece. Ulgi podatkowe, rabaty na usługi komunalne lub inne dotacje mogą również stanowić zachęty do pomocy w pokryciu kosztów początkowych, w tym zachęty federalne przywrócone przez administrację Biden .
W ekstremalnie zimnym klimacie systemy te mają dodatkową grzałkę wewnętrzną, która może pomóc. To urządzenie nie jest tak wydajne i może znacznie podnieść rachunki za prąd. Osoby mieszkające w zimnych miejscach mogą chcieć rozważyć geotermalne pompy ciepła jako alternatywę.
Systemy te wykorzystują fakt, że zimą temperatura gruntu jest wyższa niż powietrza. Systemy geotermalne gromadzą ciepło z ziemi i wykorzystują tę samą technologię płynów i sprężarek, co powietrzne pompy ciepła, aby przenosić ciepło do budynków. Kosztują więcej, ponieważ ich instalacja wiąże się z wykopem w celu zakopania rur pod ziemią, ale także zmniejszają zużycie energii elektrycznej .
Nowe, mniejsze systemy pomp ciepła typu „ mini-split” działają dobrze we wszystkich klimatach poza najzimniejszymi. Zamiast wymagać kanałów do przemieszczania powietrza przez budynki, systemy te łączą się z jednostkami naściennymi, które ogrzewają lub chłodzą poszczególne pomieszczenia. Są łatwe w montażu i mogą być selektywnie stosowane w poszczególnych mieszkaniach, co ułatwia modernizację dużych budynków.
Nawet przy najlepszych systemach ogrzewania i chłodzenia, zainstalowanie odpowiedniej izolacji i uszczelnienie nieszczelności budynku jest kluczem do zmniejszenia zużycia energii. Możesz także poeksperymentować z termostatem, aby zobaczyć, jak mało możesz ogrzać lub schłodzić swój dom, jednocześnie zapewniając wszystkim komfort.
Aby uzyskać pomoc w ustaleniu, czy pompa ciepła może pracować dla Ciebie, dobrym źródłem informacji jest dostawca energii elektrycznej. Wiele przedsiębiorstw użyteczności publicznej oferuje domowe audyty energetyczne, które mogą zidentyfikować opłacalne sposoby uczynienia domu bardziej energooszczędnym. Inne dobre źródła to Departament Energii Stanów Zjednoczonych i Amerykańska Rada ds . Gospodarki Efektywnej Energetycznie . Ponieważ nacisk na elektryfikację społeczeństwa nabiera tempa, pompy ciepła są gotowe do odegrania głównej roli.
Ten artykuł został ponownie opublikowany z The Conversation na licencji Creative Commons. Oryginalny artykuł można znaleźć tutaj .
Robert Brecha jest profesorem zrównoważonego rozwoju na Uniwersytecie w Dayton.
