Als het winterweer intreedt, de hitte slaat toe in de ongeveer een miljoen gebouwen van New York City. De meeste ovens of ketels van deze gebouwen draaien op fossiele brandstoffen zoals aardgas en olie; als resultaat, verwarming en warm water zijn goed voor ongeveer 42 procent van de totale uitstoot van broeikasgassen in de stad.

Vijay Modi, een professor in de afdeling Werktuigbouwkunde aan de Columbia University en een faculteitslid van het Earth Institute, en zijn onderzoeksgroep bestuderen hoe verwarming koolstofarm kan worden gemaakt. Zijn oplossing? Warmtepompen die op elektriciteit werken, want naarmate meer en meer elektriciteit afkomstig is van hernieuwbare energie, "het is veel gemakkelijker en betaalbaar om elektriciteit groen te maken dan een groene brandstof te maken."

"Beleidsmakers hebben de waarde van warmtepompen erkend, " hij zei, "En ze maken deel uit van de energie-efficiëntiedoelstellingen van de gouverneur van New York - dat tegen 2030, we zouden 25 procent van de verwarming van warmtepompen moeten hebben."

Elektrische verwarming is belangrijk voor de rest van het land, te. Om de catastrofale gevolgen van klimaatverandering af te wenden, we moeten onze CO2-uitstoot zo snel mogelijk terugbrengen tot nul. Volgens een rapport uit 2018 van het Rocky Mountain Institute, het bereiken van "diepe decarbonisatie"-doelen om de uitstoot van broeikasgassen met 75 procent of meer te verminderen, zal met zich meebrengen, onder andere maatregelen, het elimineren van de meeste emissies die worden veroorzaakt door de verbranding van aardgas, olie of propaan in Amerikaanse huizen en bedrijven voor verwarming en warm water.

Wat is een warmtepomp?

Modi beschrijft warmtepompen, die in gebruik zijn sinds de jaren 1940, als airconditioners met interne hardware en bedieningselementen waarmee ze omgekeerd kunnen werken.

Een populair type warmtepomp heeft een buitenunit met een compressor en condensor die samenwerkt met een binnenunit (hoewel warmtepompen ook in één unit kunnen worden opgenomen). Bij warm weer, een warmtepomp werkt als een airconditioning, warmte uit de lucht in huis halen en naar buiten brengen, het huis koelen.

In koele maanden, het haalt warmte uit de buitenlucht en brengt het naar binnen; niet intuïtief, ook als het koud is, de buitenlucht bevat voldoende warmte om je huis te verwarmen. Terwijl de meeste warmtepompen warmte uit de lucht overbrengen, er zijn geothermische en waterbronpompen die warmte van de grond of een nabijgelegen waterbron overbrengen; anderen fungeren als boilers.

Warmtepompen zijn energiezuiniger dan ovens en ketels, omdat in plaats van warmte op te wekken, ze verplaatsen eenvoudig warmte van de ene plaats naar de andere, en ze kunnen zowel het huis verwarmen als koelen. Ze bieden de meest efficiënte verwarming en koeling die er is, twee tot vier eenheden warmte produceren voor elke gebruikte eenheid energie - een gasoven produceert iets minder dan één eenheid warmte per eenheid energie.

In vergelijking met ovens en plintverwarming, warmtepompen kunnen het energieverbruik met 50 procent verminderen. En volgens een studie van de Natural Resources Defense Council (NRDC), gedurende zijn leven, een nieuwe luchtwarmtepomp kan de uitstoot van broeikasgassen met 46 tot 54 procent verminderen in vergelijking met alternatieven voor aardgas.

Overstappen op warmtepompen?

Het koolstofvrij maken van verwarming in New York City is een uitdaging vanwege de dichtheid van de stad, enorme vraag naar energie, verouderde infrastructuur, verschillende soorten gebouwen, en ruimtebeperkingen. Modi's Quadracci Sustainable Engineering Lab onderzoekt hoe het kan, het bestuderen van de voordelen van elektrische verwarming, en het aanpakken van mogelijke problemen die zich kunnen voordoen.

Toen aardgas goedkoper werd dan olie, veel gebouwen in New York City zijn omgebouwd van olie naar gas. Maar aangezien de initiële kosten om een ​​bestaand aardgassysteem te vervangen door een volledige warmtepompoplossing hoog zijn, Modi betwijfelt of de meeste mensen hiervoor zouden kiezen. In plaats daarvan, kostenbesparend zijn, retrofits kunnen warmtepompen installeren die het grootste deel van de tijd worden gebruikt, naast bestaande verwarmingssystemen.

Hij legde uit dat gebouwen met een oven die lucht opwarmt en verdeelt, ook een warmtepomp in de lus kunnen opnemen om de lucht te verwarmen. Er zou een kleine aanpassing nodig zijn. Een grote hoogbouw zou een grotere uitdaging vormen omdat er een industriële warmtepomp voor nodig zou zijn, die moeilijk te retrofitten zou zijn.

Warmtepompen kunnen ook gemakkelijker worden toegepast wanneer gebouwen airconditioning of aardgassystemen moeten toevoegen of vervangen, hun elektrische systemen upgraden, of darmrenovaties doen. En nieuwbouw kan gemakkelijk volledig vertrouwen op elektrische warmtepompen.

Zorgen over warmtepompen

Er zijn zorgen over wat er kan gebeuren als er in de winter steeds meer elektriciteit nodig is voor verwarming. Systeembrede elektriciteitsvraag piekt momenteel in de zomer bij gebruik van airconditioning; Modi houdt vol dat we de capaciteit hebben om het gebruik van warmtepompen te laten groeien tot we een vergelijkbare winterpiek bereiken. Om er te komen en verder, windenergie zou een oplossing kunnen bieden. "We hebben zeer goede offshore-windbronnen hier in New York City, " zei Modi. "Het is een zeer goede match voor de verwarming, omdat we in de winter sterkere wind krijgen, waardoor er steeds meer warmte uit windenergie kan komen."

Een ander probleem is dat de elektrische bedrading van veel gebouwen mogelijk niet in staat is om de extra elektriciteit op te vangen die warmtepompen nodig hebben, die werken op 220/240 volt. Modi suggereerde dat airconditioners met raamunits die op 220/240 volt werken, zouden kunnen worden vervangen door warmtepompen (die ook koelen). "Voor het grootste deel van uw verwarming, als het boven het vriespunt is, het kan goed met je gaan, " zei hij. En in New York City, minstens, "dat is misschien wel 60 procent van de verwarmingsbehoefte. Bovendien zou je ook de uitstoot verminderen."

De vooruitzichten voor de toekomst

Volgens Forbes, "De wereldeconomie van de toekomst zal worden aangedreven door elektriciteit en verwarmd/gekoeld door elektriciteit - niet alleen door elektriciteit."

Het Rocky Mountain Institute noemde verschillende factoren die zouden kunnen helpen deze overgang te versnellen en warmtepompen kosteneffectiever te maken. Naarmate warmtepompen aanslaan en fabrikanten schaalvoordelen behalen, de prijzen zullen dalen. Slimme technologie die kan helpen het tijdstip van energieverbruik te verschuiven, kan, bijvoorbeeld, warmtepompen in staat stellen om een ​​huis in de vroege namiddag voor te verwarmen, wanneer de elektriciteitstarieven lager kunnen zijn, en helpen om meer hernieuwbare energie in het net te integreren. Koolstofprijzen zouden meer mensen kunnen verleiden om warmtepompen te installeren.

Zelfs met ons huidige elektriciteitsnet in de staat New York, echter, de elektrificatie van verwarming vermindert de uitstoot van broeikasgassen. En met een netwerk dat steeds meer draait op hernieuwbare energiebronnen, verwarmingsemissies zouden naar verwachting volledig kunnen worden geëlimineerd.

"Het kan heel goed zijn dat in de komende 20 jaar, we zullen uitzoeken hoe we alle elektriciteit altijd groen en goedkoop kunnen maken. Dan zouden we de hele tijd warmtepompen gebruiken, " zei Modi. "Maar de weg om dat te doen is lastig - terwijl we deze overgang maken, het moet kostendekkend zijn."

Voor nieuwbouwwoningen, de NRDC-studie stelde vast dat in Californië, het installeren van elektrische warmtepompen in plaats van aardgassystemen kan huiseigenaren $ 1 besparen, 500 vooraf, en honderden dollars per jaar aan bedrijfskosten. Maar aangezien de initiële kosten voor het installeren of retrofitten van warmtepompen sommige mensen kunnen ontmoedigen om over te stappen, Gereedschap, regeringen, en fabrikanten moeten warmtepomptechnologie promoten en betaalbaarder maken. Financiële prikkels zijn essentieel. "We geven zeer grote prikkels om een ​​elektrische auto te kopen, "zei Modi. "Maar dollar voor dollar, het zou veel beter zijn om het voor verwarming te doen...omdat de emissiereductie voor hetzelfde geld zeer aanzienlijk zou zijn."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.