Het op grotere schaal inzetten van residentiële warmtepompen in de Verenigde Staten kan de koolstofvervuiling helpen verminderen en tegelijkertijd huiseigenaren geld besparen, volgens een nieuwe studie door een onderzoeker en collega's van de Universiteit van Michigan.

Echter, in de meeste delen van het land zal het elektriciteitsnet schoner moeten worden en zullen elektrische warmtepompen goedkoper moeten worden voordat deze apparaten zowel ecologisch als financieel aantrekkelijk worden, zegt Parth Vaishnav van het Centre for Sustainable Systems aan de UM's School for Environment and Sustainability.

De studie werd op 28 juli online gepubliceerd in het tijdschrift Brieven voor milieuonderzoek . De andere auteurs zijn Thomas Deetjen van de Universiteit van Texas en Liam Walsh van de Carnegie Mellon University.

Wat is een residentiële warmtepomp? Ik heb ze beschreven als in wezen een airconditioner die enigszins is aangepast zodat hij in twee richtingen kan draaien, in de zomer de woning koelen en in de winter voor warmte zorgen. Is dat correct?

Dat klopt precies. Warmte stroomt van nature van warme naar koude plekken, net zoals een auto bergafwaarts rolt. Gedurende de zomer, airconditioners verplaatsen warmte van een koude plaats (de binnenkant van uw huis) naar een warme plaats (de buitenkant). Tijdens de winter, airconditioners kunnen werken als een warmtepomp en hetzelfde doen, behalve dat de koude plaats de buitenkant is en de warme plaats je thuis. Net zoals je wat werk moet verzetten om een ​​auto bergop te duwen, je moet wat werk verzetten om warmte van een koude naar een warme plaats te duwen. Wat warmtepompen efficiënt maakt, is dat u meestal twee of meer warmte-eenheden kunt overbrengen voor elke werkeenheid.

Warmtepompen worden veel besproken als instrumenten om klimaatverandering tegen te gaan. Hoe kunnen elektrische warmtepompen de uitstoot van fossiele brandstoffen helpen verminderen, en wat is het potentieel voor hun wijdverbreide toepassing in de Verenigde Staten?

De meeste huizen in de VS worden verwarmd door verbranding van een koolstofhoudende brandstof (aardgas, propaan of olie) in huis. Hierdoor komen er broeikasgassen vrij. Er is geen gemakkelijke manier om de broeikasgassen uit deze verbranding te elimineren. Bijvoorbeeld, het zou erg duur zijn om kleine hoeveelheden kooldioxide uit honderden miljoenen huizen op te vangen en permanent op te slaan. Echter, warmtepompen werken op elektriciteit, en er zijn veel goede en relatief goedkope manieren om het elektriciteitsnet koolstofarm te maken.

Ons onderzoek laat zien dat, als we uitgaan van een matige decarbonisatie van het net gedurende de levensduur van een warmtepomp die vandaag is geïnstalleerd, warmtepompen zouden overal de uitstoot van broeikasgassen verminderen. We zouden, echter, houd twee dingen in gedachten. Een, warmtepompen zouden de verwarmingskosten voor sommige huizen verhogen, vooral als we fossiele brandstoffen niet belasten voor de schade die ze aanrichten aan de menselijke gezondheid en het milieu.

Tweede, elektriciteitsopwekking uit steenkool en aardgas produceert ook schadelijke verontreinigende stoffen zoals stikstofoxiden, fijnstof en zwaveldioxide. In sommige delen van het land, de mix van elektrische opwekking is zo vuil dat de uitstoot van deze verontreinigende stoffen genoeg schade aanricht om de voordelen van het verminderen van de uitstoot van kooldioxide teniet te doen.

Rekening houdend met dit alles, onze studie suggereert dat het op dit moment overschakelen van ongeveer 30% van de eengezinswoningen op warmtepompen de schade aan het milieu en de menselijke gezondheid zou verminderen en huishoudens geld zou besparen. We zouden moeten beginnen met over te schakelen van resistieve elektrische verwarming, olie en propaan tot aardgas. De beste plaatsen om te beginnen zijn de delen van het land met een gematigd klimaat.

We moeten ook het net zo snel mogelijk opruimen. Als we ons daartoe verplichten, onze eerdere studies tonen aan dat warmtepompen vrijwel overal in het land de schade aan het milieu en de menselijke gezondheid kunnen verminderen.

Hoe was de Brieven voor milieuonderzoek studie gedaan, en wat was de belangrijkste bevinding?

We gebruikten een database genaamd ResStock, ontwikkeld door het National Renewable Energy Laboratory, om 400 huizen te simuleren in elk van de 55 Amerikaanse steden, voor een totaal van 22, 000 huizen. Elke reeks huizen werd gekozen om representatief te zijn voor de woningvoorraad in die stad. Vervolgens hebben we het EnergyPlus-model van het Amerikaanse ministerie van Energie gebruikt om het energieverbruik per uur te simuleren voor elk van die 22, 000 huizen. We hebben twee versies van deze analyse uitgevoerd:een met warmtepompen, en een andere met de verwarmingsbrandstof die het huis op dat moment had. We hebben deze twee runs vergeleken om de baten en kosten van een overstap naar warmtepompen te berekenen.

Om schade aan de menselijke gezondheid te beoordelen, we gebruikten geïntegreerde luchtkwaliteitsmodellen die zijn ontwikkeld door onderzoekers van Carnegie Mellon. Om de schade door het milieu te beoordelen, we gebruikten de sociale kosten van koolstof.

De belangrijkste bevinding was dat je geld kunt besparen en sociale schade kunt verminderen - juist nu - door het aandeel huizen met warmtepomp te verdubbelen.

Welk percentage Amerikaanse huizen zou financieel kunnen profiteren - in de vorm van lagere energierekeningen - van het installeren van een elektrische warmtepomp, en welk percentage van die woningen zou de uitstoot van broeikasgassen kunnen verminderen door een warmtepomp te installeren?

Ongeveer een derde van de eengezinswoningen zou financieel profiteren, na verrekening van de extra kosten voor het installeren van warmtepompen ten opzichte van een gasfornuis. Al die huizen zouden de uitstoot van broeikasgassen verminderen.

Wat zijn enkele van de belangrijkste belemmeringen voor het bereiken van wijdverbreide invoering van warmtepompen in de Verenigde Staten?

Vanuit het oogpunt van een huiseigenaar, de belangrijkste belemmering zijn de gepercipieerde hogere kosten voor het installeren van warmtepompen. Ik zeg waargenomen omdat in veel delen van het land, warmtepompen zouden zichzelf tijdens hun leven meer dan terugbetalen. Ook, als een huiseigenaar een oven en een airconditioner moest vervangen, het installeren van een warmtepomp - die kan verwarmen en koelen - is misschien wel de goedkoopste optie. Een andere belangrijke barrière is dat installateurs mogelijk niet genoeg weten over warmtepompen om klanten adequaat te informeren.

Wat is het potentieel voor de adoptie van warmtepompen in een koude weerstaat als Michigan?

Op de lange termijn, heel goed. In termen van hun vermogen om "het werk te doen, " warmtepompen zijn veel beter geworden in het betrouwbaar en efficiënt werken in koude klimaten. Ze zullen blijven verbeteren. Naarmate de zomers warmer worden, het feit dat warmtepompen ook kunnen dienen als efficiënte airconditioners zal steeds waardevoller worden.

Dat gezegd hebbende, we moeten blijven investeren in het goedkoper en efficiënter maken van warmtepompen. We zouden ook moeten investeren in het efficiënter maken van onze woningvoorraad door weersinvloeden te ondersteunen. Afgezien van het koude klimaat, een van de uitdagingen is dat het elektriciteitsnet in de Midwest nog te afhankelijk is van kolen en aardgas. We moeten ofwel overschakelen naar bronnen die helemaal geen CO2-uitstoot veroorzaken, of we zouden emissies van kolen- en gascentrales moeten opvangen en permanent vastleggen.