Por que as bombas de calor são a resposta para as ondas de calor

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Artigo cortesia de RMI. Por Lacey Tan e Mohammad Hassan Fathollahzadeh

Quando uma onda de calor recorde atingiu o noroeste do Pacífico no início deste verão e novamente nesta semana, matando centenas de pessoas nos Estados Unidos e no Canadá, muitos moradores perceberam que os verões previsivelmente amenos que sabiam não existiam mais. Os cientistas estão certos de que a mudança climática tornará esses eventos de calor extremo mais comuns nos próximos anos, levando as pessoas em áreas como Seattle, Portland e norte da Califórnia a adicionar ar-condicionado (AC) em suas casas.

Em Seattle, onde 46% das residências unifamiliares não têm ar-condicionado, as temperaturas atingiram escaldantes 108°F em 28 de junho, criando condições perigosas dentro das residências. Então, como mantemos as pessoas seguras e confortáveis ​​durante ondas de calor perigosas e gerenciamos a crescente necessidade de ar-condicionado de maneira ecológica e equitativa? As bombas de calor são uma solução atraente tanto para os formuladores de políticas quanto para os residentes, pois podem manter uma casa fresca e confortável de maneira eficiente no verão, ao mesmo tempo em que aquecem a casa sem combustíveis fósseis no inverno.

A RMI modelou o desempenho de várias opções de resfriamento para uma casa em Seattle durante a onda de calor de três dias em junho de 2021: uma bomba de calor de fonte de ar (doravante bomba de calor), uma unidade CA típica e uma unidade CA de maior capacidade.Descobrimos que a bomba de calor não só era capaz de manter uma temperatura interna confortável e segura durante o calor extremo, mas também custa US$ 228 a menos por ano para operar do que um sistema de resfriamento e aquecimento de combustível duplo (unidade AC + forno a gás) . Além disso, as emissões de CO2 são reduzidas em cerca de 25% para toda a casa quando ela opera com a bomba de calor em comparação com a CA de alta capacidade e o forno.

Nossos resultados mostram claramente que a bomba de calor é superior em manter uma temperatura do ar interna confortável e consistente e consome menos eletricidade do que a unidade CA de alta capacidade de 4 toneladas. Primeiro, examinamos uma pequena unidade CA de 2 toneladas - típica para o clima historicamente ameno de Seattle - mas ela falhou em manter um ambiente interno seguro (ponto de ajuste de resfriamento de 75 ° F) durante o evento de calor extremo. Isso implica que uma unidade CA de alta capacidade é necessária para atender à temperatura do ponto de ajuste predefinido.

Mas mesmo que esta unidade CA de alta capacidade gere uma temperatura interna mais agradável em comparação com a unidade CA típica, ela ainda luta para atingir a temperatura nominal no dia mais quente (ou seja, 28 de junho), conforme mostrado na figura de temperatura abaixo. Isso contrasta com a bomba de calor, que conseguiu manter uma temperatura segura mesmo em calor extremo. A unidade CA de alta capacidade também consome mais eletricidade do que a bomba de calor, acrescentando tensão adicional à rede.

Usando a ferramenta BEopt do National Renewable Energy Laboratory, modelamos os seguintes cenários usando uma típica casa unifamiliar existente em Seattle sem ar condicionado, um forno a gás padrão e características de envelope relativamente eficientes como linha de base. As características de construção da casa são baseadas no modelo de protótipo do Pacific Northwest National Laboratory e nos dados da Pesquisa de Consumo de Energia Residencial de 2015. Este modelo de energia de construção baseado em física usa dados meteorológicos reais do ano da onda de calor de junho de 2021. Nosso objetivo era ver qual sistema poderia atingir uma temperatura nominal de 75°F e examinar os impactos nas contas de serviços públicos da casa.

Cenários:

Descobertas adicionais:

Enquanto mais e mais pessoas nos Estados Unidos e em todo o mundo procuram adicionar resfriamento a suas casas, é importante garantir que o equipamento de resfriamento tenha um impacto climático mínimo. Em regiões quentes com acesso crescente a AC (por exemplo, Índia), tecnologias avançadas como as demonstradas pelo Global Cooling Prize serão críticas. Em regiões historicamente amenas que enfrentam novas ondas de calor, como o Noroeste do Pacífico dos EUA, há uma oportunidade urgente de fornecer aquecimento limpo simultaneamente com resfriamento eficiente.