Die DOE-Initiative für kommerzielle Wärmepumpen bringt mehrere Partner zusammen

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Das US-Energieministerium bringt eine vielfältige Gruppe von Herstellern und Unternehmen zusammen, um die Entwicklung fortschrittlicher Wärmepumpentechnologie für Gewerbegebäude zu fördern. Das Programm heißt Wärmepumpenbeschleuniger für Gewerbegebäudein dessen Leitbild es heißt:

„Verglichen mit herkömmlichen Packaged Rooftop Units (RTUs) mit Erdgasheizung reduzieren Wärmepumpen-RTUs die Treibhausgasemissionen und Energiekosten schätzungsweise um bis zu 50 %. Von 2024 bis 2027 wird der Commercial Building Heat Pump Accelerator mit Interessengruppen, von Eigentümern und Betreibern von Gewerbegebäuden bis hin zu Herstellern, zusammenarbeiten, um die Entwicklung und Einführung von Wärmepumpen-RTUs zu beschleunigen, um eine integrierte Energieeffizienz und Elektrifizierung von Gebäuden zu erreichen.“

Der Commercial Building Heat Pump Accelerator ist Teil der Initiative „Better Buildings, Better Plants“ des DOE, die darauf abzielt, die mit der Beheizung und Kühlung großer Gewerbegebäude verbundenen Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Bis heute hat diese Initiative mehr als 900 Partner angezogen, die mehr als 3,1 Billiarden Btu Energie eingespart haben. Allein die Einsparungen bei den Treibstoffkosten belaufen sich auf mehr als 18,5 Milliarden US-Dollar, während dadurch mehr als 189 Millionen Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre ferngehalten werden.

Gewerbliche Gebäude und öffentliche Gebäude wie Schulen, Universitäten und Regierungsgebäude sind in der Regel auf große, vorgefertigte Dachgeräte angewiesen, um ihre Innenräume zu heizen und zu kühlen. Typischerweise erfolgt die Erwärmung durch die Verbrennung von Methangas, das die globale Erwärmung auf zwei Arten beschleunigt. Erstens entstehen bei der Verbrennung Kohlendioxid und andere Schadstoffe. Zweitens tragen Lecks aus Methanversorgungsleitungen eine erhebliche Menge Methan in die Atmosphäre bei. Methan speichert Wärme mehr als 80-mal stärker in der Atmosphäre als Kohlendioxid. Es ist ein wirklich schlimmes Zeug, das jeden Menschen mit einer sich schnell überhitzenden Umgebung bedroht.

Wie eine Wärmepumpe funktioniert

Wärmepumpen haben die gleiche Funktion wie Klimaanlagen: Sie kühlen die Luft, die durch sie strömt. Aber hier ist der Punkt. Sie erzeugen bei gleicher Strommenge zwei- bis dreimal so viel kühle Luft wie eine herkömmliche Klimaanlage. Aber im Gegensatz zu einer Klimaanlage können sie umgekehrt arbeiten, um Wärme zu erzeugen, und zwar viel effizienter als herkömmliche gas- oder ölbefeuerte Heizgeräte.

Es gibt jedoch Herausforderungen. Wärmepumpen können Schwierigkeiten haben, Wärme zu erzeugen, wenn die Außentemperaturen unter den Gefrierpunkt fallen. Eines der Ziele des DOE-Programms besteht darin, kommerzielle Wärmepumpen zu entwerfen und zu bauen, die Wärme bei Temperaturen von bis zu 20 Grad unter Null Fahrenheit liefern können. Diese verbesserten Wärmepumpen werden dazu beitragen, große Läden, Schulen, Lebensmittelgeschäfte, Büros, Krankenhäuser und Hotels zu dekarbonisieren, die alle unter das Dach von Gewerbegebäuden fallen, sagte Maria Vargas, Direktorin der DOE Better Buildings Initiative Kanarische Medien.

„Wir arbeiten mittlerweile mit fast allen Herstellern dieser Geräte zusammen [in the U.S.]“, sagte Vargas. AAON, Carrier Global Corp., Lennox International, Rheem Manufacturing Co., Trane Technologies und York International haben sich dem Programm angeschlossen. Sie werden daran arbeiten, neue Dachwärmepumpen zu entwickeln und zu testen, um sie bereits 2027 auf den Markt zu bringen, so Vargas. ​„Das ist ein großer Fortschritt.“

Aber es ist ein entscheidender Schritt, um Gebäude von fossilen Brennstoffen zu trennen. Weniger als 15 % der rund 6 Millionen Gewerbegebäude in den USA nutzen Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen. Heutzutage ist der Einsatz von Dachwärmepumpen im Allgemeinen auf Zonen mit mildem Klima und Gebiete beschränkt, die von Stromversorgungsunternehmen, aber nicht von Methangas-Verteilungsleitungen versorgt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Heizgeräten, die Methangas als Brennstoff verwenden, reduzieren Wärmepumpen den CO2-Ausstoß und die Energiekosten um bis zu 50 %, sagte Vargas.

Reduzierung der Emissionen von gewerblichen und öffentlichen Gebäuden

Aufgrund ihrer hervorragenden Effizienz und der Fähigkeit, mit sauberem Strom betrieben zu werden, sind Wärmepumpen für die Erreichung nationaler Klimaziele unerlässlich. Sie sind auch ein wichtiger Teil der Nationaler Plan zur Dekarbonisierung von Gebäuden Bis 2050 hat das DOE diesen Monat einen Fahrplan vorgestellt, der auch eine Reduzierung der Gebäudeemissionen um 25 % bis 2035 vorsieht. Gebäude – sowohl während des Baus als auch während der Nutzung nach dem Bau – sind für etwa 35 % der gesamten Kohlenstoffemissionen in der Welt verantwortlich UNS. Nach Angaben des Energieministeriums sind gewerbliche Gebäude für etwa 12 % der gesamten US-Emissionen verantwortlich. Sobald Wärmepumpen landesweit auf Gewerbedächern eingesetzt werden, könnten Gebäudeeigentümer nach Schätzungen des Ministeriums jedes Jahr insgesamt 5 Milliarden US-Dollar an Stromrechnungen einsparen.

Zehn Handelspartner haben sich dem Accelerator angeschlossen, darunter die Einzelhändler Amazon, Ikea, Target und Whole Foods sowie der Los Angeles Unified School District. Sie haben versprochen, zu den ersten Anwendern zu gehören und beim Testen von Wärmepumpen-Prototypen zu helfen. Eine der größten Hürden, die der Accelerator überwinden will, ist die Herstellung von Wärmepumpen-Dachgeräten, die besser an die Kälte angepasst sind, eine Aufgabe, die laut DOE technisch anspruchsvoller ist als bei Wohnmodellen. An Letzterem arbeitet die Agentur bereits seit mehreren Jahren. Im Jahr 2021 wurde eine ähnliche Herausforderung für Heimwärmepumpen herausgegeben.

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Eine bessere Wärmepumpe bauen

Die DOE Residential Cold Climate Heat Pump Challenge veranlasste Hersteller – von denen einige auch am kommerziellen Accelerator teilnehmen –, neue Modelle zu entwickeln, die Frostbedingungen standhalten, einen um 40 % höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Wärmepumpen erzielen und Wärme bei voller Leistung auf bis zu 5 % absenken F. Das Ergebnis war ein spektakulärer Anstieg der Installationen von Wärmepumpen in Privathaushalten im Bundesstaat Maine, wo die Nachricht, wie effektiv die neue Wärmepumpentechnologie im Winter ist, die Nachfrage weit über die Erwartungen hinaus gesteigert hat. Hersteller testen derzeit Prototypen dieses Programms in Privathaushalten in 10 Bundesstaaten.

Für den Wärmepumpenbeschleuniger für Gewerbegebäude gibt es noch keine konkreten Leistungsziele. ​„Unser Ziel ist es, die von der Wärmepumpe gelieferte Wärme zu maximieren und die von ihr gelieferte Wärme zu minimieren [less efficient] Reservewärme“, sagte Vargas. In den kommenden Monaten werde das DOE mit Herstellern und Handelspartnern zusammenarbeiten, um konkretere Spezifikationen festzulegen, bemerkte sie.

Ralph DiNola, Geschäftsführer der gemeinnützigen Dekarbonisierungsorganisation Institut für Neue Gebäude, sieht im Programm auch die Möglichkeit, die Entwicklung kommerzieller Dachwärmepumpen in Richtungen voranzutreiben, die dazu beitragen, die Emissionen nicht nur der Gebäude, auf denen sie stehen, sondern auch des Stromnetzes zu reduzieren. Beispielsweise könnte der Accelerator verlangen, dass seine Wärmepumpen über drahtlose Steuerungen verfügen, die es den Betreibern ermöglichen würden, die Nutzung der Wärmepumpen auf Zeiten mit Spitzenbedarf im Netz zu verlagern, in denen Strom sowohl besonders teuer als auch umweltschädlich ist. Solche Demand-Response-Technologien sind von entscheidender Bedeutung, um das Netz in die Lage zu versetzen, die Nachfrage nach mehr Strom zu bewältigen, ohne neue Kraftwerke bauen und die Netzinfrastruktur erweitern zu müssen. „Ich freue mich sehr“ über das Beschleunigerprogramm des DOE, sagte DiNola. ​„Das ist überfällig. Jede Dachanlage sollte eine Wärmepumpe sein.“

CleanTechnica Leser, die weit über dem Durchschnitt liegen, werden schnell erkennen, dass die Kombination von Solaranlagen auf dem Dach zur Stromversorgung dieser gewerblichen Wärmepumpeneinheiten ein Triumph der Synergie wäre. Den auf Ihrem eigenen Dach erzeugten Strom zum Antrieb Ihrer Wärmepumpen nutzen, ohne neue Umspannwerke oder Netzausbau? Wer würde sich nicht für diese Gelegenheit anmelden?

Das wegnehmen

Der Schlüssel zur Bewältigung der globalen Erwärmung bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines mehr oder weniger normalen Lebensstils ist Effizienz. Das beste herkömmliche Auto hat beispielsweise einen Wirkungsgrad von etwa 30 %. Das bedeutet, dass etwa 70 % der Energie in einer Gallone Benzin verschwendet werden und ein Teil dieser Verschwendung dazu dient, die globale Erwärmung zu beschleunigen. Man muss kein Genie sein, um herauszufinden, dass es nicht nachhaltig ist, so viel Energie zu verschwenden. Gleichzeitig sind Wärmepumpen zwei- bis dreimal effizienter als herkömmliche Heiz- und Kühlgeräte. Noch einmal: So viel Energie zu verschwenden, sollte jeder vermeiden.

Wir nehmen nicht zwei Drittel der Lebensmittel, die wir im Supermarkt kaufen, und werfen sie in den Müll, wenn wir für den örtlichen Piggly Wiggly nach Hause kommen. Warum sollten wir 70 % des Benzins oder Methangases, für das wir bezahlen, wegwerfen wollen, ohne einen Nutzen daraus zu ziehen? Das ist sicher ein Rätsel. „Nicht verschwenden, nicht wollen“, sagte meine alte irische Großmutter gern. Wir alle könnten von ihrer Weisheit profitieren, die mit der Zeit immer relevanter zu werden scheint.