Để giúp hạn chế biến đổi khí hậu, Tổng thống Biden đã đặt mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính của Hoa Kỳ xuống 50-52 phần trăm so với mức năm 2005 vào năm 2030 . Để đạt được mục tiêu này, đòi hỏi phải nhanh chóng chuyển đổi càng nhiều hoạt động sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang điện càng tốt, và sau đó tạo ra điện từ các nguồn carbon thấp và không có carbon như năng lượng gió, mặt trời, thủy điện và năng lượng hạt nhân.
Các tòa nhà mà mọi người sống và làm việc tiêu thụ một lượng năng lượng đáng kể. Năm 2019, các tòa nhà thương mại và nhà ở chiếm hơn một phần bảy lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính của Hoa Kỳ. Các chiến lược sưởi ấm và làm mát mới là một phần quan trọng của câu đố.
May mắn thay, có một công nghệ hiện có có thể làm được điều này: máy bơm nhiệt điện hiệu quả hơn lò nung từ ba đến bốn lần. Các thiết bị này sưởi ấm các ngôi nhà vào mùa đông và làm mát chúng vào mùa hè bằng cách di chuyển nhiệt vào và ra khỏi các tòa nhà, thay vì đốt nhiên liệu hóa thạch.
Là một nhà khoa học tập trung vào năng lượng tái tạo và sạch , tôi nghiên cứu việc sử dụng năng lượng trong nhà ở và việc làm chậm biến đổi khí hậu có ý nghĩa như thế nào đối với các nước công nghiệp và đang phát triển . Tôi thấy việc cung cấp năng lượng cho các tòa nhà bằng nguồn điện sạch, tái tạo là một chiến lược thiết yếu cũng sẽ giúp tiết kiệm tiền cho người tiêu dùng.
Bơm nhiệt hoạt động bằng cách di chuyển nhiệt, không phải không khí
Hầu hết các hệ thống sưởi ấm ở Mỹ sử dụng lò không khí cưỡng bức chạy bằng khí đốt tự nhiên hoặc điện, hoặc trong một số trường hợp, sưởi ấm bằng dầu . Để sưởi ấm tòa nhà, các hệ thống đốt nhiên liệu hoặc sử dụng điện để làm nóng không khí, sau đó thổi không khí ấm qua các ống dẫn vào các phòng riêng lẻ.
Máy bơm nhiệt hoạt động giống như một chiếc tủ lạnh , giúp hút năng lượng từ không khí bên trong tủ lạnh và chuyển năng lượng đó vào phòng, để ngăn mát bên trong tủ lạnh hơn. Để làm nóng một tòa nhà, một máy bơm nhiệt sẽ trích xuất năng lượng từ không khí ngoài trời hoặc từ mặt đất và chuyển nó thành nhiệt cho ngôi nhà.
Đây là cách nó hoạt động: Chất lỏng cực lạnh lưu thông qua các cuộn ống trong dàn nóng của máy bơm nhiệt. Chất lỏng đó hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt từ không khí xung quanh, ấm hơn chất lỏng. Chất lỏng hóa hơi và sau đó tuần hoàn vào máy nén. Nén bất kỳ khí nào sẽ làm nóng nó , vì vậy quá trình này tạo ra nhiệt. Sau đó, hơi di chuyển qua các cuộn ống trong dàn lạnh của máy bơm nhiệt, làm nóng tòa nhà.
Vào mùa hè, máy bơm nhiệt chạy ngược lại và lấy năng lượng từ trong phòng và di chuyển nhiệt đó ra ngoài trời, mặc dù bên ngoài trời nóng hơn - về cơ bản, hoạt động giống như một phiên bản lớn hơn của tủ lạnh.
Hiệu quả hơn so với lò nung
Máy bơm nhiệt cần một lượng điện để chạy, nhưng đó là một lượng tương đối nhỏ. Các hệ thống máy bơm nhiệt hiện đại có thể truyền năng lượng nhiệt ở dạng nhiệt nhiều hơn gấp ba hoặc bốn lần so với năng lượng điện tiêu thụ để thực hiện công việc này - và chủ nhà phải trả tiền.
Ngược lại, việc chuyển đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác, như các hệ thống sưởi thông thường vẫn làm, luôn lãng phí một phần năng lượng . Điều đó đúng với việc đốt dầu hoặc khí đốt để làm nóng không khí trong lò, hoặc sử dụng máy sưởi điện để làm nóng không khí - mặc dù trong trường hợp đó, chất thải vẫn xảy ra khi điện được tạo ra. Khoảng 2/3 năng lượng được sử dụng để sản xuất điện tại nhà máy điện bị mất đi trong quá trình này .
Việc trang bị thêm các khu dân cư và các tòa nhà thương mại bằng máy bơm nhiệt làm tăng hiệu quả sưởi ấm. Khi kết hợp với việc chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo, nó tiếp tục làm giảm việc sử dụng năng lượng và phát thải carbon.
Đi điện
Các hạn chế ngày càng tăng đối với việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch và các chính sách chủ động đang thúc đẩy doanh số bán máy bơm nhiệt ở Mỹ và quốc tế. Máy bơm nhiệt hiện đang được sử dụng trong 5% hệ thống sưởi ấm trên toàn thế giới, tỷ lệ sẽ cần tăng lên 1/3 vào năm 2030 và cao hơn nhiều sau khi đạt mức phát thải ròng bằng không vào năm 2050 .
Ở những khu vực ấm hơn với nhu cầu sưởi ấm tương đối thấp, máy bơm nhiệt chạy rẻ hơn so với lò nung. Các khoản tín dụng thuế, giảm giá tiện ích hoặc các khoản trợ cấp khác cũng có thể cung cấp các biện pháp khuyến khích để giúp thanh toán các chi phí trả trước, bao gồm các ưu đãi liên bang được chính quyền Biden khôi phục .
Ở những vùng khí hậu cực kỳ lạnh giá, các hệ thống này có thêm một bộ sưởi bên trong để giúp đỡ. Thiết bị này không hiệu quả bằng và có thể làm tăng đáng kể hóa đơn tiền điện. Những người sống ở những nơi lạnh giá có thể muốn xem xét máy bơm nhiệt địa nhiệt như một giải pháp thay thế.
Các hệ thống này tận dụng thực tế là nhiệt độ mặt đất ấm hơn không khí vào mùa đông. Hệ thống địa nhiệt thu thập hơi ấm từ trái đất và sử dụng công nghệ máy nén và chất lỏng tương tự như máy bơm nhiệt nguồn không khí để truyền nhiệt vào các tòa nhà. Chúng tốn nhiều chi phí hơn, vì việc lắp đặt chúng liên quan đến việc đào để chôn đường ống dưới mặt đất, nhưng chúng cũng làm giảm việc sử dụng điện .
Hệ thống bơm nhiệt "chia nhỏ" mới, nhỏ hơn hoạt động tốt ở tất cả các vùng khí hậu lạnh nhất. Thay vì yêu cầu các ống dẫn để di chuyển không khí qua các tòa nhà, các hệ thống này kết nối với các thiết bị treo tường để sưởi ấm hoặc làm mát các phòng riêng lẻ. Chúng dễ lắp đặt và có thể được sử dụng chọn lọc trong các căn hộ riêng lẻ, giúp việc trang bị thêm các tòa nhà lớn trở nên dễ dàng hơn.
Ngay cả với hệ thống sưởi và làm mát tốt nhất, việc lắp đặt vật liệu cách nhiệt thích hợp và bịt kín các chỗ rò rỉ của tòa nhà là chìa khóa để giảm sử dụng năng lượng. Bạn cũng có thể thử nghiệm với máy điều nhiệt của mình để xem bạn có thể sưởi ấm hoặc làm mát nhà mình ở mức độ nào trong khi vẫn giữ cho mọi người cảm thấy thoải mái.
Để được trợ giúp tìm ra liệu máy bơm nhiệt có thể hoạt động cho bạn hay không, một nguồn thông tin tốt là nhà cung cấp điện của bạn. Nhiều tiện ích cung cấp kiểm tra năng lượng gia đình có thể xác định các cách hiệu quả về chi phí để làm cho ngôi nhà của bạn tiết kiệm năng lượng hơn. Nguồn tốt khác bao gồm các Bộ Năng lượng Mỹ và Hội đồng Mỹ đối với một nền kinh tế hiệu quả năng lượng . Khi sự thúc đẩy xã hội điện hóa ngày càng nhanh, máy bơm nhiệt đã sẵn sàng đóng vai trò trung tâm.
Bài viết này được xuất bản lại từ The Conversation theo giấy phép Creative Commons. Bạn có thể tìm thấy bài báo gốc ở đây .
Robert Brecha là giáo sư về tính bền vững tại Đại học Dayton.
