Angesichts der Probleme in der Lieferkette, die die Pipeline für Elektrofahrzeuge verstopfen, scheint es, als würde die gesamte globale Energiewende ihre Räder durchdrehen. Nicht so! Mobility besitzt nicht den gesamten Dekarbonisierungsraum. Gebäude haben auch einen hohen Anteil an den Treibhausgasemissionen, und der jüngste Durchbruch auf dem Gebiet der Kaltwetter-Wärmepumpen für Gebäude könnte mehr umweltfreundliche Einsparungen bei den globalen Emissionen bewirken als eine Autobahn voller Elektrofahrzeuge.
Wärmepumpen zur Rettung
Wärmepumpen sind elektrische Geräte, die Wohnungen und andere Gebäude sowohl kühlen als auch heizen können, und zwar mit weitaus höherer Effizienz als andere elektrische Heiz- und Kühlsysteme.
Zusätzlich zu ihrem Energieeffizienzvorteil vermeiden elektrische Wärmepumpen Emissionen im Zusammenhang mit dem Öl- und Erdgasverbrauch in Gebäuden sowie Holzpellets und anderer Biomasse.
Bleibt noch die Frage nach fossilen Kraftwerken. In dem Maße, in dem das lokale Stromnetz auf erneuerbare Energien setzt, nehmen Wärmepumpen jedoch auch fossile Energie aus der Heiz- und Kühlgleichung in Bezug auf zentrale Kraftwerke heraus. Gleiches gilt für Warmwasserbereiter. Auch Wärmepumpen für Wäschetrockner sind dabei.
Die Zahlen summieren sich in größeren Industrienationen wie den USA, wo Millionen von Gebäuden im Spiel sind.
„Raumklimatisierung und Warmwasserbereitung machen 46 % der Gebäudeemissionen und über 40 % der Primärenergie aus, die in amerikanischen Wohn- und Gewerbegebäuden verbraucht wird [buildings]. Außerdem machen sie jedes Jahr 42 % aller Gebäudeenergierechnungen und 56 % der Haushaltsenergierechnungen aus“, schätzt das US-Energieministerium.
Das erklärt, warum Wärmepumpen im Mittelpunkt der Bemühungen der Biden-Regierung stehen, die Energiesysteme von Gebäuden zu dekarbonisieren. Mit Unterstützung durch Subventionen und Anreize sind sie eine relativ erschwingliche Lösung mit erheblichen Auswirkungen auf die Treibhausgasemissionen.
Die US-Regierung ist nicht der einzige Fan. Energieversorger beginnen auch, auf den Wärmepumpen-Zug aufzuspringen, um mehr Kilowattstunden zu verkaufen, wenn das Netz auf erneuerbare Energien umsteigt.
Wärmepumpen für kaltes Klima zur Rettung
Wärmepumpen werden in relativ gemäßigten Klimazonen zu einer festen Größe, und das US-Energieministerium hat es sich zur Aufgabe gemacht, sicherzustellen, dass auch kältere Regionen des Landes davon profitieren.
Letztes Jahr die des Energieministeriums Nationales Labor für erneuerbare Energien tauchte tief in das Thema ein und stellte fest, dass neue Technologien in Form von kanallosen Wärmepumpen ein möglicher Weg sein könnten. Wie der Name schon sagt, können kanallose Wärmepumpen ohne zusätzliche Kosten für neue Kanäle in einem Gebäude installiert werden. Dies kann einen erheblichen Unterschied bei den Kosten für Neubauten sowie Nachrüstungen für bestehende Gebäude ausmachen, die Dampfwärme, elektrische Sockelleisten oder andere Nicht-Kanalsysteme verwenden.
„Natürlich gibt es an einem Ort wie Alaska einzigartige Herausforderungen. Während sich Wärmepumpen im letzten Jahrzehnt verbessert haben, sind sie immer noch von niedrigen Temperaturen betroffen: Je kälter es wird, desto schwieriger ist es, Wärme zu extrahieren, und desto weniger effizient ist das System“, erklärte NREL, um den Zustand zu beschreiben aktuelle Forschung.
Die Agentur erwägt auch, ob es sinnvoll ist, ein ganzes System zu konstruieren, um extremer Kälte zu begegnen, die nur an einigen Tagen im Jahr auftritt, oder ein Kaltwettersystem mit Fußleistenheizungen oder anderen Alternativen zu kombinieren, die während der kältesten Tage eingreifen können Tage.
Forscher arbeiten auch daran, die Vorteile für Gebäude zu bewerten, die über vorhandene Kanäle verfügen. In Bezug auf den Klimaschutz ist dieser Bereich reif für die Ernte, da allein in den USA 35 Millionen Haushalte auf Umluftheizungen angewiesen sind.
„Diese Häuser könnten ziemlich einfach auf eine Wärmepumpe umsteigen, da sie bereits über Rohrleitungen verfügen“, sagte NREL. „Die Wärmepumpe wird einfach wie eine zentrale Klimaanlage an diese vorhandenen Kanäle angeschlossen, um das ganze Haus mit klimatisierter Luft zu versorgen. Stellenweise mit Rohrleitungen und Aufgrund der hohen Energiekosten sind Wärmepumpen besonders attraktiv – wie zum Beispiel im Pazifischen Nordwesten.“
Autobahn zu hoher Effizienz
Während die Forschung zügig voranschreitet, will das Energieministerium auch das Tempo erhöhen, indem es Investitionen des privaten Sektors anregt Technologie der nächsten Generation. Im vergangenen Jahr startete die Agentur in Partnerschaft mit der US-Umweltschutzbehörde und Natural Resources Canada die neue Challenge „Cold Climate Heat Pump Technology“, die darauf abzielt, Innovatoren in einem Rennen zu unterstützen, um ein Ziel von 5 Grad unter Null auf der Fahrenheit-Skala zu erreichen.
Es sieht so aus, als hätte das Programm einen fulminanten Start hingelegt. Letzte Woche gab das Energieministerium bekannt, dass das in Texas ansässige Unternehmen Lennox International bereits den ersten Prototyp des Programms eingereicht hat, ein Jahr früher als geplant.
„Der Prototyp liefert 100 % Erwärmung bei 5 °F bei doppelter Effizienz und 70 % bis 80 % Erwärmung bei -5 °F und -10 °F“, erklärte das Energieministerium und fügte hinzu, dass „das Oak Ridge National Laboratory des DOE dies validiert hat Leistung und Effizienz des Prototyps von Lennox.“
Wenn alles nach Plan läuft, werden der Lennox-Prototyp und alle anderen, die die Herausforderung meistern, bis 2024 für die kommerzielle Entwicklung bereit sein, zusammen mit Öffentlichkeitsarbeit und Aufklärungskampagnen, die von anderen Partnern der Kampagne unterstützt werden, darunter Versorgungsunternehmen und gemeinnützige Stromgenossenschaften.
Wie funktioniert es?
Was den neuen Lennox-Durchbruch betrifft, gibt das Unternehmen nicht alle saftigen Details preis. Allerdings hat Lennox einen laufenden Start in den Wettbewerbteilweise durch seine Teilnahme an der Science Based Targets-Initiativeeine freiwillige Plattform, die Herstellern dabei hilft, sich auf die Reduzierung nachgelagerter Emissionen im Zusammenhang mit der Verwendung ihrer Produkte zu konzentrieren, zusätzlich zur Dekarbonisierung von Vorgängen auf der Herstellungsseite.
Lennox kann auch auf eine Erfolgsbilanz bei Innovationen im Wärmepumpengeschäft zurückblicken, einschließlich des Debüts eines neuen Kaltwettermodells im Februar. Laut Pressemappe des Unternehmens soll die neue „Dave Lennox Signature® Collection-Modell SL25XPV“ ist die „präziseste und effizienteste Wärmepumpe auf dem Markt“.
Sie machten keine Witze. „Die SL25XPV-Wärmepumpe mit variabler Kapazität stellt einen Schritt nach vorne in Lennox‘ Engagement dar, die ökologische Nachhaltigkeit durch kontinuierliche Produktinnovationen und Fortschritte bei der Energienutzung und Emissionsreduzierung zu beschleunigen“, sagten sie und verwiesen auf eine verstärkte Iteration ihres Kernstücks Precise Comfort™ und TruHeat Performance-Technologien zusammen mit einer neuen Spule aus Aluminiumlegierung namens „Quantum™ Coil“.
„Diese neue, branchenverändernde Kaltklima-Wärmepumpe bietet maximale Energieeffizienz, ohne auf die hochwertige Leistung von Lennox-Produkten zu verzichten … Mit der SL25XPV-Wärmepumpe können sich Hausbesitzer auf eine satte Wärme verlassen, die der eines Gasofens ähnelt Beibehaltung der höchstmöglichen Effizienz bei geringster Umweltbelastung“, fügte er hinzu Tim Brizendinedem Leiter des Produktmanagements des Unternehmens.
Laut Lennox arbeitet das SL25XPV-Modell in allen Regionen der USA effizienter als herkömmliche Modelle. Das bedeutet nicht unbedingt, dass es das 5-Grad-Ziel der Cold Climate Challenge erfüllt, kann aber viel bedeuten, um Geld bei den Stromrechnungen zu sparen, die das Unternehmen auf 58 % schätzt.
Bleiben Sie dran, um mehr über die Cold Climate Challenge zu erfahren, während wir auf die Nachricht der anderen acht Teilnehmer warten.
Folge mir auf Twitter @TinaMCasey.
Bild: Mit freundlicher Genehmigung von US-Energieministerium.
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