Warum Wärmepumpen die Antwort auf Hitzewellen sind

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Artikel mit freundlicher Genehmigung von RMI. Von Lacey Tan und Mohammad Hassan Fathollahzadeh

Als Anfang des Sommers und erneut in dieser Woche eine rekordverdächtige Hitzewelle den pazifischen Nordwesten verwüstete und Hunderte von Menschen in den Vereinigten Staaten und Kanada tötete, wurde vielen Einwohnern klar, dass es die vorhersehbar milden Sommer, von denen sie wussten, nicht mehr gab. Wissenschaftler sind sich darüber im Klaren, dass der Klimawandel in den kommenden Jahren dazu führen wird, dass diese extremen Hitzeereignisse häufiger auftreten, was Menschen in Gegenden wie Seattle, Portland und Nordkalifornien dazu veranlassen wird, ihre Häuser mit Klimaanlagen (AC) auszustatten.

In Seattle, wo 46 Prozent der Einfamilienhäuser über keine Klimaanlage verfügen, erreichten die Temperaturen am 28. Juni sengende 108 °F, was zu gefährlichen Bedingungen in den Häusern führte. Wie können wir also die Sicherheit und das Wohlbefinden der Menschen während gefährlicher Hitzewellen gewährleisten und den steigenden Bedarf an Klimaanlagen klimafreundlich und gerecht bewältigen? Wärmepumpen sind sowohl für politische Entscheidungsträger als auch für Bewohner eine attraktive Lösung, da sie ein Zuhause im Sommer auf effiziente Weise kühl und komfortabel halten und im Winter gleichzeitig ohne fossile Brennstoffe heizen können.

RMI modellierte die Leistung mehrerer Kühloptionen für ein Haus in Seattle während der dreitägigen Hitzewelle im Juni 2021: eine Luftwärmepumpe (im Folgenden „Wärmepumpe“), ein typisches AC-Gerät und ein AC-Gerät mit höherer Kapazität.Wir haben festgestellt, dass die Wärmepumpe nicht nur in der Lage ist, bei extremer Hitze eine angenehme und sichere Raumlufttemperatur aufrechtzuerhalten, sondern dass ihr Betrieb auch 228 US-Dollar weniger pro Jahr kostet als ein Dual-Fuel-Kühl- und Heizsystem (Klimaanlage + Gasofen). . Darüber hinaus werden die CO2-Emissionen des gesamten Hauses bei Betrieb mit Wärmepumpe im Vergleich zu Hochleistungs-Klimaanlage und Ofen um rund 25 Prozent reduziert.

Unsere Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Wärmepumpe bei der Aufrechterhaltung einer angenehmen und konstanten Raumlufttemperatur überlegen ist und weniger Strom verbraucht als das leistungsstarke 4-Tonnen-Klimagerät. Wir haben uns zunächst eine kleine 2-Tonnen-Klimaanlage angeschaut – typisch für das historisch milde Klima in Seattle –, die jedoch während des extremen Hitzeereignisses nicht in der Lage war, ein sicheres Raumklima (Kühlsollwert von 75 °F) aufrechtzuerhalten. Dies bedeutet, dass ein AC-Gerät mit hoher Kapazität erforderlich ist, um die vordefinierte Solltemperatur zu erreichen.

Auch wenn dieses leistungsstarke AC-Gerät im Vergleich zu einem typischen AC-Gerät eine angenehmere Raumlufttemperatur erzeugt, hat es dennoch Schwierigkeiten, die Solltemperatur am heißesten Tag (z. B. 28. Juni) zu erreichen, wie in der Temperaturabbildung unten dargestellt. Dies steht im Gegensatz zur Wärmepumpe, die auch bei extremer Hitze eine sichere Temperatur aufrechterhalten konnte. Das Hochleistungs-AC-Gerät verbraucht außerdem mehr Strom als die Wärmepumpe und belastet das Stromnetz zusätzlich.

Mit dem BEopt-Tool des National Renewable Energy Laboratory haben wir die folgenden Szenarien modelliert, wobei wir als Basis ein typisches bestehendes Einfamilienhaus in Seattle ohne Klimaanlage, einen Standard-Gasofen und relativ effiziente Hülleneigenschaften verwendeten. Die Gebäudeeigenschaften des Hauses basieren auf dem Prototypmodell des Pacific Northwest National Laboratory und den Daten der Residential Energy Consumption Survey 2015. Dieses physikbasierte Gebäudeenergiemodell verwendet tatsächliche meteorologische Jahreswetterdaten der Hitzewelle im Juni 2021. Unser Ziel bestand darin, herauszufinden, welches System eine Solltemperatur von 75 °F erreichen kann, und die Auswirkungen auf die Stromrechnungen des Hauses zu untersuchen.

Szenarien:

Zusätzliche Erkenntnisse:

Während immer mehr Menschen in den Vereinigten Staaten und auf der ganzen Welt versuchen, ihre Häuser zu kühlen, ist es wichtig sicherzustellen, dass die Kühlgeräte nur minimale Auswirkungen auf das Klima haben. In heißen Regionen mit zunehmendem Zugang zu Wechselstrom (z. B. Indien) werden fortschrittliche Technologien, wie sie im Rahmen des Global Cooling Prize demonstriert werden, von entscheidender Bedeutung sein. In historisch milden Regionen, die mit neuen Hitzewellen zu kämpfen haben, wie dem pazifischen Nordwesten der USA, besteht eine dringende Gelegenheit, saubere Heizung gleichzeitig mit effizienter Kühlung bereitzustellen.

Die extremen Hitzeereignisse dieses Sommers stellen für politische Entscheidungsträger eine klare Chance und einen Interventionspunkt dar, um den Einsatz von Wärmepumpen heute zu unterstützen, insbesondere in gemäßigteren bis kalten Klimazonen. Die Wirtschaftlichkeit und der Energieverbrauch zwischen den beiden Systemen sprechen dafür, Anreize für Wärmepumpen zu schaffen, um nicht nur den gestiegenen Bedarf an Klimaanlagen zu decken, sondern auch als Strategie zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen und zur Erreichung von Klimaschutzzielen. Sobald ein Hausbesitzer seine erste zentrale Klimaanlage installiert, ist das eine verpasste Chance, umweltschädliche fossile Brennstoffe oder ineffiziente elektrische Widerstandsheizungen für mindestens 15 Jahre aus dem Haus zu verbannen.

Um den Übergang für Haushalte zu erleichtern, können Gesetzgeber und Energieversorger die Einführung moderner Wärmepumpen mit neuen Programmen und Anreizen vorantreiben, die sie für mehr Haushalte erschwinglich machen und die Vorlaufkosten senken. Ein kürzlich von Senator Martin Heinrich eingebrachtes Bundesgesetz würde den Verbrauchern beim Übergang zu vollelektrischen Haushalten helfen, indem es bis zu 10.000 US-Dollar an Rabatten gewährt, bzw. 14.000 US-Dollar für Haushalte mit niedrigem und mittlerem Einkommen. Dieser Gesetzentwurf konzentriert sich insbesondere auf die Raumheizung, den Warmwasserbereiter und das elektrische System.

Effizienzmaßnahmen sind ein wichtiges Gegenstück zur Elektrifizierung und sollten ebenso Vorrang haben wie Ausgliederungen, um sicherzustellen, dass Haushalte mit niedrigem und mittlerem Einkommen frühzeitig saubere und effiziente Technologien übernehmen können.

Um unsere wesentlichen Klimaziele zu erreichen, müssen Emissionen in allen Sektoren, einschließlich Gebäuden, beseitigt werden. Das bedeutet, dass politische Entscheidungsträger im ganzen Land dem Übergang zu effizienten, modernen Elektrogeräten wie Wärmepumpen Priorität einräumen müssen. Da der Klimawandel zu immer extremeren und gefährlicheren Wetterbedingungen führt, können diese Geräte auch eine weitere wichtige Rolle spielen: Sie sorgen dafür, dass sich die Menschen in ihren Häusern wohl und sicher fühlen, selbst unter den schlimmsten Bedingungen.

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Seit 1982 entwickelt RMI (vormals Rocky Mountain Institute) marktbasierte Lösungen, die den globalen Energieverbrauch verändern und so eine saubere, wohlhabende und sichere Zukunft schaffen. Als unabhängiger, gemeinnütziger Think-and-Do-Tank arbeitet RMI mit Unternehmen, Gemeinden und Institutionen zusammen, um reproduzierbare Lösungen zu beschleunigen und zu skalieren, die den kosteneffizienten Übergang von fossilen Brennstoffen hin zu Effizienz und erneuerbaren Energien vorantreiben. Weitere Informationen finden Sie unter http://www.rmi.org.

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