Perché le pompe di calore sono la risposta alle ondate di calore

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Articolo per gentile concessione di RMI. Di Lacey Tan e Mohammad Hassan Fathollahzadeh

Mentre un’ondata di caldo da record ha devastato il Pacifico nord-occidentale all’inizio di quest’estate e di nuovo questa settimana, uccidendo centinaia di persone negli Stati Uniti e in Canada, molti residenti si sono resi conto che le estati prevedibilmente miti che sapevano non esistevano più. Gli scienziati sono convinti che il cambiamento climatico renderà questi eventi di caldo estremo più comuni nei prossimi anni, spingendo le persone in aree come Seattle, Portland e la California settentrionale ad aggiungere l’aria condizionata (AC) alle loro case.

A Seattle, dove il 46% delle case unifamiliari non dispone di aria condizionata, il 28 giugno le temperature hanno raggiunto la torrida temperatura di 108°F, creando condizioni pericolose all’interno delle case. Quindi, come possiamo mantenere le persone al sicuro e a proprio agio durante le pericolose ondate di caldo e gestire la crescente necessità di aria condizionata in modo rispettoso del clima ed equo? Le pompe di calore rappresentano una soluzione interessante sia per i politici che per i residenti, poiché possono mantenere una casa fresca e confortevole in modo efficiente in estate e allo stesso tempo riscaldarla senza combustibili fossili in inverno.

RMI ha modellato le prestazioni di diverse opzioni di raffreddamento per una casa di Seattle durante l'ondata di caldo di tre giorni nel giugno 2021: una pompa di calore ad aria (di seguito pompa di calore), una tipica unità AC e un'unità AC di capacità maggiore.Abbiamo scoperto che la pompa di calore non solo è in grado di mantenere una temperatura dell’aria interna confortevole e sicura durante il caldo estremo, ma costa anche 228 dollari in meno all’anno rispetto a un sistema di raffreddamento e riscaldamento a doppia alimentazione (unità AC + forno a gas). . Inoltre, le emissioni di CO2 vengono ridotte di circa il 25% per l'intera casa quando funziona con la pompa di calore rispetto all'aria condizionata ad alta capacità e al forno.

I nostri risultati mostrano chiaramente che la pompa di calore è superiore nel mantenere una temperatura dell’aria interna confortevole e costante e consuma meno elettricità rispetto all’unità AC da 4 tonnellate ad alta capacità. Per prima cosa abbiamo esaminato una piccola unità AC da 2 tonnellate, tipica del clima storicamente mite di Seattle, ma non è riuscita a mantenere un ambiente interno sicuro (punto di raffreddamento di 75°F) durante l'evento di caldo estremo. Ciò implica che è necessaria un'unità CA ad alta capacità per soddisfare la temperatura di setpoint predefinita.

Ma anche se questa unità AC ad alta capacità genera una temperatura dell'aria interna più piacevole rispetto alla tipica unità AC, fatica comunque a raggiungere la temperatura impostata nel giorno più caldo (ad esempio, il 28 giugno), come mostrato nella figura della temperatura qui sotto. Ciò è in contrasto con la pompa di calore, che era in grado di mantenere una temperatura sicura anche in condizioni di caldo estremo. L’unità AC ad alta capacità consuma inoltre più elettricità della pompa di calore, aggiungendo ulteriore tensione alla rete.

Utilizzando lo strumento BEopt del National Renewable Energy Laboratory, abbiamo modellato i seguenti scenari utilizzando come base di riferimento una tipica casa unifamiliare esistente a Seattle senza aria condizionata, un forno a gas standard e caratteristiche dell'involucro relativamente efficienti. Le caratteristiche costruttive della casa si basano sul modello prototipo del Pacific Northwest National Laboratory e sui dati del Residential Energy Consumption Survey 2015. Questo modello energetico dell'edificio basato sulla fisica utilizza i dati meteorologici effettivi dell'anno meteorologico dell'ondata di caldo di giugno 2021. Il nostro obiettivo era vedere quale sistema potesse soddisfare una temperatura predefinita di 75°F ed esaminare gli impatti sulle bollette della casa.

Scenari:

Ulteriori risultati:

Mentre sempre più persone negli Stati Uniti e in tutto il mondo cercano di aggiungere il raffreddamento alle proprie case, è importante garantire che le apparecchiature di raffreddamento abbiano un impatto climatico minimo. Nelle regioni calde con crescente accesso all’aria condizionata, (ad esempio, l’India), le tecnologie avanzate come quelle dimostrate attraverso il Global Cooling Prize saranno fondamentali. Nelle regioni storicamente miti e alle prese con nuove ondate di caldo, come il Pacifico nord-occidentale degli Stati Uniti, esiste un’urgente opportunità di fornire un riscaldamento pulito contemporaneamente a un raffreddamento efficiente.