Почему тепловые насосы являются ответом на тепловые волны

К

Опубликовано

Статья любезно предоставлена ​​RMI. Авторы: Лэйси Тан и Мохаммад Хасан Фатоллахзаде.

Когда рекордная волна жары обожгла северо-запад Тихоокеанского региона в начале этого лета и снова на этой неделе, убив сотни людей в Соединенных Штатах и ​​​​Канаде, многие жители осознали, что предсказуемо мягкое лето, которое, как они знали, больше не существует. Ученые уверены, что изменение климата сделает эти экстремальные жары более распространенными в ближайшие годы, что побудит людей в таких регионах, как Сиэтл, Портленд и Северная Калифорния, установить кондиционеры (AC) в своих домах.

В Сиэтле, где 46 процентов домов на одну семью не имеют кондиционеров, 28 июня температура достигла палящих 108°F, создав опасные условия внутри домов. Так как же нам обеспечить безопасность и комфорт людей во время опасных волн жары и справиться с растущей потребностью в кондиционировании воздуха экологически безопасным и справедливым образом? Тепловые насосы являются привлекательным решением как для политиков, так и для жителей, поскольку они могут эффективно поддерживать прохладу и комфорт в доме летом, а также обогревать дом без использования ископаемого топлива зимой.

RMI смоделировала эффективность нескольких вариантов охлаждения дома в Сиэтле во время трехдневной жары в июне 2021 года: воздушный тепловой насос (далее тепловой насос), типичный блок переменного тока и блок переменного тока большей мощности.Мы обнаружили, что тепловой насос не только способен поддерживать комфортную и безопасную температуру воздуха в помещении во время сильной жары, но также обходится на 228 долларов в год дешевле в эксплуатации, чем двухтопливная система охлаждения и обогрева (блок переменного тока + газовая печь). . Кроме того, выбросы CO2 во всем доме сокращаются примерно на 25 процентов, когда он работает с тепловым насосом по сравнению с высокопроизводительным кондиционером и печью.

Наши результаты ясно показывают, что тепловой насос превосходно поддерживает комфортную и постоянную температуру воздуха в помещении и потребляет меньше электроэнергии, чем мощный 4-тонный блок переменного тока. Сначала мы рассмотрели небольшой 2-тонный блок переменного тока — типичный для исторически мягкого климата Сиэтла — но он не смог поддерживать безопасную среду в помещении (заданное значение охлаждения 75 ° F) во время экстремальной жары. Это означает, что для достижения заданной заданной температуры необходим блок переменного тока высокой мощности.

Но даже несмотря на то, что этот высокопроизводительный блок переменного тока создает более приятную температуру воздуха в помещении по сравнению с обычным блоком переменного тока, ему все равно сложно достичь заданной температуры в самый жаркий день (т. е. 28 июня), как показано на графике температуры ниже. В этом отличие от теплового насоса, который был способен поддерживать безопасную температуру даже в сильную жару. Блок переменного тока высокой мощности также потребляет больше электроэнергии, чем тепловой насос, создавая дополнительную нагрузку на сеть.

Используя инструмент BEopt Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, мы смоделировали следующие сценарии, используя в качестве базового сценария типичный существующий дом на одну семью в Сиэтле без кондиционирования воздуха, со стандартной газовой печью и относительно эффективными характеристиками оболочки. Характеристики здания основаны на модели прототипа Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и данных исследования энергопотребления жилых домов 2015 года. Эта основанная на физике энергетическая модель здания использует фактические данные о погоде метеорологического года за период жары в июне 2021 года. Нашей целью было выяснить, какая система сможет обеспечить заданную температуру 75°F, и изучить ее влияние на счета за коммунальные услуги дома.

Сценарии:

Дополнительные выводы:

Хотя все больше и больше людей в Соединенных Штатах и ​​во всем мире стремятся добавить охлаждение в свои дома, важно обеспечить, чтобы охлаждающее оборудование оказывало минимальное воздействие на климат. В жарких регионах с растущим доступом к кондиционерам (например, в Индии) передовые технологии, подобные тем, которые были продемонстрированы в рамках премии «Глобальное охлаждение», будут иметь решающее значение. В исторически мягких регионах, сталкивающихся с новыми волнами жары, таких как Тихоокеанский северо-запад США, существует острая возможность обеспечить экологически чистое отопление одновременно с эффективным охлаждением.