Настало время полностью заняться тепловыми насосами

Jun 15, 2023

Замена приборов, работающих на ископаемом топливе, высокоэффективными электрическими альтернативами имеет решающее значение для достижения наших климатических, медицинских и экономических целей. Однако самые последние данные показывают, что Соединенные Штаты все еще не добились существенного прогресса, поскольку выбросы от зданий остаются неизменными в течение десятилетий. В целом в 2021 году на использование газа или мазута для отопления, горячего водоснабжения и приготовления пищи пришлось более 10 процентов выбросов углекислого газа в США.

Поскольку федеральные стимулы, предусмотренные законопроектом о климате 2022 года, Законом о сокращении инфляции, начнут действовать, больше американцев, чем когда-либо прежде, смогут электрифицировать различные части своей жизни, от транспорта до отопления домов. В этой статье мы сосредоточимся на одном из наиболее эффективных экологически чистых приборов для обогрева и охлаждения — воздушном тепловом насосе, который обеспечивает в два-четыре раза больше тепловой энергии, чем потребляемая им электроэнергия.

И тепловые насосы оказались в центре внимания. Тепловые насосы, ранее использовавшиеся в основном в более теплом климате, в прошлом году впервые превзошли по продажам газовые печи, а более холодные штаты, такие как Мэн, лидируют в домашних установках.

Но скептики задаются вопросом, может ли тепловой насос действительно снизить выбросы в атмосферу в течение всего срока службы здания, даже в самом холодном климате? И могут ли они сократить их в первый год, даже если коммунальное предприятие по-прежнему использует в основном ископаемое топливо, такое как уголь, газ и нефть, для производства электроэнергии?

Чтобы ответить на эти вопросы, RMI опубликовало обновленный анализ, в котором рассматриваются 48 нижних штатов, уделяя особое внимание двум крупнейшим прямым видам использования ископаемого топлива в зданиях: отопление помещений и нагрев воды. Мы сравнили газовые печи и газовые водонагреватели с легкодоступными электрическими альтернативами: воздушными тепловыми насосами и водонагревателями с тепловым насосом. Интенсивность выбросов в энергосистему была взята из наборов данных NREL Cambium за 2022 год, третье ежегодное издание. В этом анализе используется промежуточный сценарий, который включает действующие в настоящее время государственные и федеральные политики, в том числе основные положения в секторе электроэнергетики из Закона о снижении инфляции 2022 года, а также централизованные оценки снижения затрат на технологии.

Результаты указывают на значительное сокращение выбросов при отоплении помещений. Во всех 48 континентальных штатах замена газовой печи тепловым насосом позволит сократить выбросы в течение самого первого года установки и в течение 15-летнего срока службы продукта. В штатах по всей стране, от Флориды до Мичигана и Калифорнии, тепловые насосы сокращают выбросы в течение всего срока службы до 93 процентов по сравнению с газовыми печами. Преимущества использования воздушных тепловых насосов в области выбросов обусловлены высокой эффективностью оборудования и снижением углеродоемкости электроэнергии с течением времени по мере поступления в сеть большего количества возобновляемых источников энергии.

Во всех 48 континентальных штатах замена газовой печи тепловым насосом позволит сократить выбросы в первый же год установки.

За последние годы технология тепловых насосов значительно улучшилась. Даже учитывая снижение эффективности в экстремально холодную погоду, наш анализ показывает, что современные воздушные тепловые насосы более чем в два раза эффективнее газовых печей. Мы рассчитали круглогодичную эффективность теплового насоса для самого густонаселенного города в каждом штате, объединив исторические почасовые погодные условия с производительностью современных, легко доступных тепловых насосов. Наш анализ скорректировал эффективность теплового насоса с учетом резервного тепла от электрического сопротивления, когда и где оно необходимо — редко и в очень холодные дни. Например, в Фарго, Северная Дакота, где зимой температура иногда опускается ниже -20°F, резервное отопление необходимо примерно для одиннадцати процентов годовой тепловой нагрузки.

На диаграмме ниже показан ожидаемый коэффициент производительности теплового насоса (COP), который представляет собой средневзвешенное значение ежедневной эффективности теплового насоса по градусо-дням отопления. Коэффициент COP, равный 1, означает, что система эффективна на 100 процентов: тепловая энергия эквивалентна затратам электроэнергии. Коэффициент COP, равный 2, означает, что на каждый кВтч электроэнергии, потребляемый тепловым насосом, он выдает 2 кВтч эквивалента тепла.