Kunne boligvarmepumper være en del af klimaløsningen?

Udbredelse af varmepumper til boliger mere bredt over hele USA har potentialet til at hjælpe med at reducere kulstofforurening og samtidig spare husejere penge, ifølge en ny undersøgelse foretaget af en forsker fra University of Michigan og kolleger.

Imidlertid, i de fleste dele af landet skal elnettet blive renere, og elektriske varmepumper skal blive billigere, før disse enheder bliver både miljømæssigt og økonomisk overbevisende, siger Parth Vaishnav fra Center for Bæredygtige Systemer på U-M's Skole for Miljø og Bæredygtighed.

Undersøgelsen blev offentliggjort online den 28. juli i tidsskriftet Miljøforskningsbreve . De andre forfattere er Thomas Deetjen fra University of Texas og Liam Walsh fra Carnegie Mellon University.

Hvad er en boligvarmepumpe? Jeg har set dem beskrevet som i det væsentlige et klimaanlæg, der er lidt modificeret, så det kan køre i to retninger, køling af boligen om sommeren og varmeforsyning om vinteren. Er det korrekt?

Det er helt rigtigt. Varmen strømmer naturligt fra varme steder til kolde steder, ligesom en bil vil rulle ned ad bakke. I løbet af sommeren, klimaanlæg flytter varmen fra et koldt sted (det indre af dit hjem) til et varmt sted (udenfor). I løbet af vinteren, klimaanlæg kan fungere som en varmepumpe og gøre det samme, bortset fra at det kolde sted er udefra og det varme sted er dit hjem. Ligesom du skal gøre noget arbejde for at skubbe en bil op ad bakke, du skal gøre noget arbejde for at skubbe varmen fra et koldt til et varmt sted. Det, der gør varmepumper effektive, er, at du normalt kan overføre to eller flere varmeenheder for hver arbejdsenhed.

Varmepumper diskuteres bredt som redskaber til at hjælpe med at bekæmpe klimaændringer. Hvordan kan elektriske varmepumper hjælpe med at reducere emissioner af fossile brændstoffer, og hvad er potentialet for deres udbredte adoption i hele USA?

De fleste hjem i USA opvarmes ved at brænde et kulstofholdigt brændstof (naturgas, propan eller olie) i huset. Dette udleder drivhusgasser. Der er ingen nem måde at fjerne drivhusgasserne fra denne forbrænding. For eksempel, det ville være meget dyrt at opfange små mængder kuldioxid fra hundredvis af millioner af hjem og binde det permanent. Imidlertid, varmepumper kører på el, og der er mange gode og relativt billige måder at dekarbonisere elnettet på.

Vores undersøgelse viser, at hvis vi antager moderat dekarbonisering af nettet i løbet af levetiden for en varmepumpe installeret i dag, varmepumper ville reducere drivhusgasemissionerne overalt. Vi skulle, imidlertid, husk to ting. En, varmepumper ville øge varmeomkostningerne for nogle huse, især hvis vi ikke beskattede fossile brændstoffer for den skade, de gør på menneskers sundhed og miljøet.

Sekund, elproduktion fra kul og naturgas producerer også skadelige forurenende stoffer som nitrogenoxider, fine partikler og svovldioxid. I nogle dele af landet, blandingen af ​​elektrisk produktion er beskidt nok til, at emissioner af disse forurenende stoffer gør nok skade til at overvælde fordelene ved at reducere kuldioxidemissionerne.

Regnskab for alt dette, vores undersøgelse tyder på, at at skifte omkring 30 % af enfamiliehusene til varmepumper lige nu ville mindske skader på miljøet og menneskers sundhed og spare husholdningerne penge. Vi burde begynde med at skifte fra resistiv elektrisk opvarmning, olie og propan til naturgas. De bedste steder at starte er de dele af landet, der har et moderat klima.

Vi bør også rydde op i nettet så hurtigt som muligt. Hvis vi forpligter os til at gøre det, vores tidligere undersøgelser viser, at varmepumper kan reducere miljø- og sundhedsskader stort set overalt i landet.

Hvordan var Miljøforskningsbreve undersøgelse udført, og hvad var det vigtigste fund?

Vi brugte en database kaldet ResStock, udviklet af National Renewable Energy Laboratory, at simulere 400 huse i hver af 55 amerikanske byer, i alt 22, 000 huse. Hvert sæt huse blev valgt til at være repræsentative for boligmassen i den by. Vi brugte derefter det amerikanske energiministeriums EnergyPlus-model til at simulere det timelige energiforbrug for hver af disse 22, 000 huse. Vi kørte to versioner af denne analyse:en med varmepumper, og en anden med det varmebrændstof, huset havde i øjeblikket. Vi sammenlignede disse to kørsler for at finde ud af fordelene og omkostningerne ved at skifte til varmepumper.

For at vurdere skader på menneskers sundhed, vi brugte integrerede luftkvalitetsmodeller udviklet af forskere hos Carnegie Mellon. For at vurdere skader fra miljøet, vi brugte de sociale omkostninger ved kulstof.

Det vigtigste fund var, at man kunne spare penge og mindske sociale skader – lige nu – ved at fordoble andelen af ​​boliger, der har varmepumper.

Hvilken procentdel af amerikanske huse kunne drage økonomisk fordel – i form af reducerede forbrugsregninger – ved at installere en elektrisk varmepumpe, og hvor stor en procentdel af disse boliger kunne reducere drivhusgasemissionerne ved at installere en varmepumpe?

Omkring en tredjedel af enfamiliehusene ville have økonomisk gavn, efter at have redegjort for merudgiften til installation af varmepumper i forhold til et gasfyr. Alle disse hjem ville reducere drivhusgasemissionerne.

Hvad er nogle af de vigtigste hindringer for at opnå en udbredt anvendelse af varmepumper i hele USA?

Fra en husejers synspunkt, den vigtigste barriere er de oplevede højere omkostninger ved at installere varmepumper. Jeg siger opfattet, fordi i mange dele af landet, varmepumper ville mere end betale sig selv i løbet af deres levetid. Også, hvis en husejer skulle udskifte en ovn og et klimaanlæg, at installere en varmepumpe - som kan varme og køle - kan være den billigste løsning. En anden vigtig barriere er, at installatører måske ikke ved nok om varmepumper til at informere kunderne tilstrækkeligt.

Hvad er potentialet for brug af varmepumpe til boliger i en tilstand med koldt vejr som Michigan?

På lang sigt, meget godt. Med hensyn til deres evne til at "gøre jobbet, " varmepumper er blevet meget bedre til at arbejde pålideligt og effektivt i kolde klimaer. De vil fortsætte med at forbedre sig. Efterhånden som somrene bliver varmere, det faktum, at varmepumper også kan tjene som effektive klimaanlæg, bliver mere og mere værdifuldt.

Det sagt, vi bør fortsat investere i at gøre varmepumper billigere og mere effektive. Vi bør også investere i at gøre vores boligmasse mere effektiv ved at støtte vejrdannelse. Bortset fra det kolde klima, en af ​​udfordringerne er, at elnettet i Midtvesten stadig er for afhængig af kul og naturgas. Vi burde enten skifte til kilder, der slet ikke producerer kuldioxidemissioner, eller vi burde opfange emissioner fra kul- og gasværker og permanent binde dem.