Warum Wärmepumpen eine kostengünstige und klimafreundliche Lösung für extreme Hitzewellen und kalte Winter sind.
Der Sommer auf der Nordhalbkugel ist erst wenige Wochen alt, aber Temperaturrekorde wurden bereits gestürzt, als Hitzewellen Regionen ausheizten von Skandinavien bis Japan zu Die Vereinigten Staaten. Die Hitze kam dieses Jahr früh in Indien und Pakistan, mit wochenlangen sengenden Temperaturen während tödliche Hitzewellen über März und April.
Da Kühlung aufgrund des Klimawandels zunehmend zu einer Notwendigkeit für Komfort und Sicherheit in Gebäuden auf der ganzen Welt wird, wird geschätzt 3,3 Milliarden Klimaanlagen Es wird erwartet, dass sie in den nächsten Jahrzehnten installiert werden. Wie unsere Freunde bei Canary Media in einer kürzlich erschienenen Folge der Kopie Podcast, 18.000 zentrale Klimaanlagen sind installiert in US-Haushalten jede Woche. Aber für Millionen von Haushalten und Unternehmen, die im Sommer Kühlung und im Winter Heizung benötigen, kann eine Wärmepumpe als doppelte Komfortmaschine beide Bedürfnisse supereffizient erfüllen.
Diese leisen und leistungsstarken vollelektrischen Geräte haben in den Nachrichten gewesen viel in letzter Zeit, auch als Präsident Joe Biden berief sich auf das Verteidigungsproduktionsgesetz um die US-Herstellung von Wärmepumpen und anderen sauberen Energietechnologien zu beschleunigen, um die Energiesicherheit zu stärken, dem Klimawandel entgegenzuwirken und Arbeitsplätze zu schaffen. In diesem Artikel werden wir einige der gebräuchlichsten Arten von Wärmepumpen aufschlüsseln, wie die Technologie funktioniert und wie Wärmepumpen den Menschen beim Heizen und Kühlen Geld sparen können, während sie gleichzeitig die Treibhausgasemissionen reduzieren und den Weg weisen zu einer gesünderen Innen- und Außenluftqualität.
Wärmepumpen: Eine Zwei-Wege-Lösung für ganzjährigen Komfort
Wärmepumpen unterscheiden sich in mindestens zwei wesentlichen Punkten von herkömmlichen HLK-Geräten. Erstens können viele Wärmepumpen sowohl im Heiz- als auch im Kühlmodus betrieben werden – sie erfüllen sowohl die Rolle einer Klimaanlage als auch eines Ofens. Und zweitens hat eine im Heizbetrieb laufende Wärmepumpe einen entscheidenden energiesparenden Vorteil gegenüber einer herkömmlichen Gas- oder Elektroheizung: die Wärmepumpe einfach bewegt Wärme, anstatt sie durch Verbrennung fossiler Brennstoffe oder elektrischen Widerstand zu erzeugen. Dieses wichtige Unterscheidungsmerkmal ermöglicht es Wärmepumpen, weitaus höhere Wirkungsgrade zu erreichen.
Abbildung 1: Eine Wärmepumpe im Kühlbetrieb. Quelle: EPA
Die Grundprinzipien einer Wärmepumpe ähneln denen eines Haushaltskühlschranks. Beide Technologien verwenden ein Kältemittel, um Wärme von einer Seite des Systems zur anderen zu transportieren. Wenn eine Standardwärmepumpe für Privathaushalte im Kühlmodus läuft (Abbildung 1), nimmt ein Niederdruck- und Niedertemperaturkältemittel Wärme aus der Innenluft auf, die nach außen abgegeben wird, wenn das Kältemittel komprimiert und durch einen Außenwärmetauscher geleitet wird. (Dieser Wärmetransport ist der Grund, warum Ihr Kühlschrank etwas warme Luft in Ihre Küche abgibt, während er Ihre Speisen und Getränke kühlt.)
Im Heizbetrieb kehrt sich der Kältemittelfluss um. Das Kältemittel nimmt Wärme von außen auf und verdampft im geschlossenen System. Entscheidend ist, dass die in Wärmepumpen verwendeten Kältemittel sehr niedrige Siedepunkte haben und selbst aus kalter Winterluft effizient Wärme aufnehmen können. Diese Wärme kann dann in die Innenumgebung transportiert werden, indem der Dampf komprimiert und durch eine innere Spule geleitet wird, wo er einen Teil seiner Wärme abgibt.
Da eine Wärmepumpe nur Wärme bewegt, anstatt Wärme zu erzeugen, kann sie mehr als viermal so viel Wärmeenergie (in kWh) erzeugen, wie sie an Strom verbraucht, was zu einem geringeren Energieverbrauch und niedrigeren Betriebskosten als elektrische Widerstandsheizungen führt. Wie unten gezeigt, übertreffen Wärmepumpen auch Gasöfen bei weitem. Wichtig ist, dass Wärmepumpen Haus- und Gebäudebesitzern helfen, die Verbrennung von Gas in Innenräumen zu vermeiden, wodurch potenzielle Risiken einer Kohlenmonoxidvergiftung oder gefährlicher Gaslecks und Explosionen beseitigt werden. Und der Verzicht auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe hat enorme Vorteile für die Luftqualität und die Gesundheit im Freien. Laut einer Studie der Harvard TH Chan School of Public Health ist die Luftverschmutzung durch fossile Brennstoffe dafür verantwortlich einer von fünf Todesfällen weltweit.
Abbildung 2: Wirkungsgrad der Wärmepumpe im Vergleich zum Wirkungsgrad des Gasofens. Quelle: RMI
Arten von Wärmepumpen
Luftwärmepumpen (wie in Abbildung 1 gezeigt) transportieren Wärme von der Innenluft zur Außenluft oder umgekehrt. Erdwärmepumpen (Abbildung 3) funktionieren ähnlich, mit dem Hauptunterschied, dass die Systeme den relativ temperaturstabilen Boden als Außenmedium für den Wärmeaustausch verwenden – was sie zu einer großartigen Lösung für sehr kalte Klimazonen macht.
Exponat 3: Eine horizontale Erdwärmepumpe. Quelle: Wärmepumpenplaner von NYSERDA, Building Energy Exchange und Steven Winters Associates
Wärmepumpen können kanalisiert (wobei erwärmte oder gekühlte Luft durch eine Reihe von Kanälen gepresst wird, um verschiedene Bereiche des Gebäudes zu erreichen) oder kanallos sein, allgemein bekannt als Mini-Split-System. Ein Mini-Split verfügt über mehrere Innengeräte zum präzisen Heizen und Kühlen bestimmter Räume oder Zonen.
Neben Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen der Raumluft sind auch andere gängige Haushaltsgeräte wie hocheffiziente Warmwasserbereiter und Trockner mit Wärmepumpentechnologie erhältlich. Durch die Gewinnung von Wärmeenergie aus der Umgebungsluft, wie z. B. in einer isolierten Garage oder einem Hauswirtschaftsraum, leistungsfähig Warmwasserbereiter mit Wärmepumpe in den Vereinigten Staaten rühmen sich Effizienz viermal so viel wie ein herkömmlicher Warmwasserbereiter.
Sind Wärmepumpen für jedermann?
Wärmepumpen sind seit langem in milden Klimazonen beliebt, wurden jedoch oft als schlecht geeignet für kalte Winter abgetan. Technologische Fortschritte in den letzten Jahren haben jedoch Kaltklima-Wärmepumpen hervorgebracht eine praktische Lösung auch bei Minusgraden. Wärmepumpen spielen jetzt überall von Colorado bis Maine eine wichtige Rolle in Klimaschutzplänen. Eine aktuelle RMI-Analyse des Klima- und Energiemixes in Wisconsin zeigt, dass Wärmepumpen in diesem nördlichen Bundesstaat Haushalten Hunderte von Dollar pro Jahr gegenüber Elektro- oder Propangasöfen sparen können. Und das sind nicht nur die Vereinigten Staaten: Kalte Länder wie Norwegen haben einige der höchsten Akzeptanzraten für Wärmepumpen in Europa.
Trotz der Tatsache, dass Wärmepumpen effizienter zu betreiben sind, waren ihre Anschaffungskosten ein anhaltendes Hindernis für eine breitere Akzeptanz. Es gibt jedoch viele Szenarien, in denen eine Wärmepumpe beim Anschaffungspreis konkurrieren kann. Zum Beispiel, Der Bau neuer vollelektrischer Häuser ist im Allgemeinen billiger als der Bau von Häusern mit gemischten Brennstoffen (Strom plus Gas), da die Infrastruktur, die benötigt wird, um Gas in ein neues Gebäude zu bringen, für ein Einfamilienhaus etwa 5.000 US-Dollar kosten kann. Der Umstieg auf Elektromobilität schützt Hausbesitzer auch vor volatilen Preisen für fossile Brennstoffe, die durch globale Katastrophen wie die russische Invasion in der Ukraine beeinträchtigt werden können.
Wärmepumpen sind auch eine geldsparende Lösung für Hausbesitzer, die gleichzeitig Klimaanlagen und Heizungssysteme hinzufügen oder aufrüsten möchten. Eine Studie der Wisconsin Public Service Commission festgestellt, dass die kombinierten Kosten für einen Ofen und eine Klimaanlage beginnt bei 6.600 $, während ein Wärmepumpensystem nur 2.300 $ (ohne Kanal) oder 4.200 $ (mit Kanal) kostet. In Regionen wie dem pazifischen Nordwesten, wo Klimatisierungsbedarf bisher selten war, werden die Verbraucher kann eine Wärmepumpe installieren, um den immer heißeren Sommern standzuhalten und gleichzeitig einen alternden oder ineffizienten Ofen ersetzen.
Stromversorger können dazu beitragen, die Energie-, Kosten- und CO2-Einsparungen von Wärmepumpen für alle freizusetzen, indem sie deren Kauf und Installation subventionieren oder anderweitig anregen. Regierungschefs auf der ganzen Welt sollten schnell handeln, um die Menschen vor sich verstärkenden Hitzewellen und anderen Wetterextremen zu schützen, indem sie Richtlinien und Programme vorantreiben, die effiziente, gesunde und vollständig elektrische Häuser sicherstellen – insbesondere für unsere am stärksten gefährdeten Bürger und Gemeinden. Wir müssen auch in den Aufbau und die Ausbildung von Arbeitskräften für saubere Energie investieren, die die Arbeit erledigen können.
Der Umstieg auf eine Wärmepumpe ist heute ein Gewinn für die Energieeinsparungen im Haushalt, die menschliche Gesundheit und den Komfort sowie das Klimaund diese Vorteile werden noch zunehmen, wenn das Stromnetz grüner wird und mehr Bevölkerungen saubere Heiz- und Kühllösungen benötigen.
© 2021 Rocky Mountain Institut. Veröffentlichung mit Genehmigung. Ursprünglich gepostet am RMI-Ausgang. Von John Matson
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