Elektrische Wärmepumpen verbrauchen viel weniger Energie als Öfen und können auch Häuser kühlen – so funktionieren sie

Image Heizen oder kühlen? Ich mache beides. FanFan61618/Flickr, CC BY-SA

Um den Klimawandel einzudämmen, hat sich Präsident Biden das Ziel gesetzt, die Treibhausgasemissionen der USA zu senken 50%-52% unter dem Niveau von 2005 bis 2030. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen so viele mit fossilen Brennstoffen betriebene Aktivitäten wie möglich schnell in Strom umgewandelt und dann dieser Strom aus kohlenstoffarmen und kohlenstofffreien Quellen wie Wind-, Solar-, Wasser- und Kernenergie erzeugt werden.

Die Gebäude, die Menschen leben und Arbeit in erhebliche Mengen an Energie verbrauchen. Im Jahr 2019 entfielen Gewerbe- und Wohngebäude mehr als ein Siebtel der US-Treibhausgasemissionen. Neue Heiz- und Kühlstrategien sind ein wichtiges Puzzleteil.

Glücklicherweise gibt es eine bestehende Technologie, die dies kann: elektrische Wärmepumpen, die drei- bis viermal effizienter sind als Öfen. Diese Geräte heizen Häuser im Winter und kühlen sie im Sommer, indem sie Wärme in und aus Gebäuden transportieren, anstatt fossile Brennstoffe zu verbrennen.

Als Wissenschaftler mit Fokus auf erneuerbare und saubere Energie, Ich studiere Energieverbrauch im Wohnungsbau und was eine Verlangsamung des Klimawandels für industrialisiert und Entwicklungsländer. Ich sehe die Energieversorgung von Gebäuden mit sauberem, erneuerbarem Strom als eine wesentliche Strategie an, die auch den Verbrauchern Geld spart.

Wärmepumpen saugen Außenluft an und nutzen den Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenluft zur Beheizung von Gebäuden. Viele bieten auch eine Kühlung, wobei fast der gleiche Mechanismus verwendet wird.

Wärmepumpen arbeiten, indem sie Wärme bewegen, nicht Luft

Die meisten Heizsysteme in den USA verwenden Umluftöfen, die mit Erdgas oder Strom betrieben werden, oder in einigen Fällen Heizöl. Um das Gebäude zu heizen, verbrennen die Systeme Brennstoff oder verwenden Strom, um Luft zu erwärmen, und blasen die warme Luft dann durch Kanäle in die einzelnen Räume.

Eine Wärmepumpe funktioniert eher wie ein Kühlschrank, das der Luft im Kühlschrank Energie entzieht und diese Energie in den Raum abgibt, so dass das Innere kühler bleibt. Um ein Gebäude zu heizen, entzieht eine Wärmepumpe Energie aus Außenluft or vom Boden und wandelt es in Wärme für das Haus um.

Und so funktioniert es: Extrem kalte Flüssigkeit zirkuliert durch die Rohrschlangen im Außengerät der Wärmepumpe. Diese Flüssigkeit nimmt Energie in Form von Wärme aus der Umgebungsluft auf, die wärmer ist als die Flüssigkeit. Die Flüssigkeit verdampft und zirkuliert dann in einen Kompressor. Das Komprimieren von Gas heizt es auf, so dass dieser Prozess Wärme erzeugt. Dann bewegt sich der Dampf durch Rohrschlangen im Innengerät der Wärmepumpe und erwärmt das Gebäude.

Im Sommer läuft die Wärmepumpe im Rückwärtsgang und entzieht dem Raum Energie und transportiert diese Wärme nach draußen, obwohl es draußen wärmer ist – im Grunde funktioniert sie wie eine größere Version eines Kühlschranks.

Effizienter als Öfen

Wärmepumpen benötigen zum Betrieb etwas Strom, aber es ist eine relativ kleine Menge. Moderne Wärmepumpensysteme können für diese Arbeit drei- bis viermal mehr thermische Energie in Form von Wärme übertragen, als sie an elektrischer Energie verbrauchen – und das zahlt der Hausbesitzer.

Die Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere, wie dies bei herkömmlichen Heizsystemen der Fall ist, verschwendet immer etwas davon. Das gilt für die Verbrennung von Öl oder Gas zum Erhitzen von Luft in einem Ofen oder die Verwendung von Elektroheizungen zum Erhitzen von Luft – allerdings fallen in diesem Fall die Abfälle bei der Stromerzeugung an. Etwa zwei Drittel der Energie, die in einem Kraftwerk zur Stromerzeugung verwendet wird, ist im Prozess verloren.

Nachrüstung Wohnsitze und Gewerbebauten mit Wärmepumpen erhöht die Heizeffizienz. In Kombination mit einer Umstellung von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien werden der Energieverbrauch und die COXNUMX-Emissionen weiter gesenkt.

Wird elektrisch

Anbau Einschränkungen bei der Nutzung fossiler Brennstoffe und proaktive Richtlinien warten Umsatzsteigerung bei Wärmepumpen in den USA und international. Wärmepumpen werden derzeit in 5 % der Heizsysteme weltweit eingesetzt, ein Anteil, der bis 2030 auf ein Drittel und danach noch viel höher ansteigen muss Netto-Null-Emissionen von 2050.

In wärmeren Gegenden mit relativ geringem Wärmebedarf sind Wärmepumpen im Betrieb günstiger als Öfen. Steuergutschriften, Vergünstigungen von Versorgungsunternehmen oder andere Subventionen können ebenfalls Anreize bieten, um bei den Vorlaufkosten zu helfen, einschließlich staatlicher Anreize von der Biden-Administration wieder eingesetzt.

In extrem kalten Klimazonen haben diese Systeme eine zusätzliche interne Heizung, um zu helfen. Dieses Gerät ist nicht so effizient und kann die Stromrechnungen erheblich in die Höhe treiben. Menschen, die an kalten Orten leben, sollten dies in Betracht ziehen Erdwärmepumpen als Alternative.

Diese Systeme nutzen die Tatsache, dass die Bodentemperatur im Winter wärmer ist als die Luft. Geothermische Systeme sammeln Wärme aus der Erde und verwenden die gleiche Flüssigkeits- und Kompressortechnologie wie Luftwärmepumpen, um Wärme in Gebäude zu übertragen. Sie kosten mehr, da bei der Installation Ausgrabungen erforderlich sind, um Rohre unter der Erde zu vergraben, aber sie sind auch Stromverbrauch reduzieren.

Neu, kleiner“Mini-Split-Wärmepumpensysteme funktionieren gut in allen außer den kältesten Klimazonen. Anstatt Luftkanäle durch Gebäude zu befördern, werden diese Systeme an wandmontierte Einheiten angeschlossen, die einzelne Räume heizen oder kühlen. Sie sind einfach zu installieren und können gezielt in einzelnen Wohnungen eingesetzt werden, was die Nachrüstung großer Gebäude erleichtert.

Selbst mit den besten Heiz- und Kühlsystemen, Installation der richtigen Isolierung und Abdichtung von Gebäudelecks sind der Schlüssel zur Reduzierung des Energieverbrauchs. Sie können auch mit Ihrem Thermostat experimentieren, um zu sehen, wie wenig Sie Ihr Zuhause heizen oder kühlen können, während sich alle darin wohl fühlen.

Über einem Kamin montiertes Mini-Split-Wärmepumpen-Innengerät. Ein neues Mini-Split-Wärmepumpensystem. Robert Brecha, CC BY-ND

Um herauszufinden, ob eine Wärmepumpe für Sie geeignet ist, ist Ihr Stromanbieter eine gute Informationsquelle. Viele Versorgungsunternehmen bieten Hausenergie-Audits an, die kostengünstige Möglichkeiten aufzeigen, Ihr Haus energieeffizienter zu machen. Andere gute Quellen sind die US-Energieministerium und der Amerikanischer Rat für eine energieeffiziente Wirtschaft. Da der Vorstoß zur Elektrifizierung der Gesellschaft an Geschwindigkeit gewinnt, sind Wärmepumpen bereit, eine zentrale Rolle zu spielen.

Über den Autor

Robert Brecha, Professor für Nachhaltigkeit, University of Dayton

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Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Das Gespräch

Das Gespräch

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