Com o clima de inverno chegando, o calor aumenta nos cerca de um milhão de edifícios da cidade de Nova York. A maioria das fornalhas ou caldeiras desses edifícios funcionam com combustíveis fósseis, como gás natural e petróleo; como resultado, aquecimento e água quente são responsáveis ​​por cerca de 42% das emissões totais de gases de efeito estufa da cidade.

Vijay Modi, professor do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Columbia e membro do corpo docente do Earth Institute, e seu grupo de pesquisa está estudando como descarbonizar o aquecimento. Sua solução? Bombas de calor que funcionam com eletricidade - porque à medida que mais e mais eletricidade é proveniente de energia renovável, "é muito mais fácil e acessível tornar a eletricidade verde do que fazer um combustível verde."

"Os legisladores reconheceram o valor das bombas de calor, " ele disse, "E eles fazem parte das metas de eficiência energética do governador do estado de Nova York - que até 2030, deveríamos ter 25% do aquecimento das bombas de calor. "

O aquecimento eletrificado é importante para o resto da nação, também. Para evitar os impactos catastróficos das mudanças climáticas, devemos reduzir nossas emissões de carbono a zero o mais rápido possível. De acordo com um relatório de 2018 do Rocky Mountain Institute, alcançar as metas de "profunda descarbonização" de redução das emissões de gases de efeito estufa em 75 por cento ou mais implicará, entre outras medidas, eliminando grande parte das emissões produzidas pela queima de gás natural, óleo ou propano em casas e empresas americanas para aquecimento e água quente.

O que é uma bomba de calor?

Modi descreve bombas de calor, que estão em uso desde a década de 1940, como condicionadores de ar com hardware e controles internos que permitem operar ao contrário.

Um tipo popular de bomba de calor tem uma unidade externa contendo um compressor e condensador que funciona com uma unidade interna (embora as bombas de calor também possam estar contidas em uma unidade). Em clima quente, uma bomba de calor funciona como um ar condicionado, puxando calor do ar dentro de casa e transferindo-o para fora, resfriar a casa.

Nos meses frios, ele puxa o calor do ar externo e o transfere para dentro; contra-intuitivamente, mesmo quando o tempo está frio, o ar externo contém calor suficiente para aquecer sua casa. Enquanto a maioria das bombas de calor transfere calor do ar, existem bombas geotérmicas e de água que transferem calor do solo ou de uma fonte de água próxima; outros atuam como aquecedores de água.

As bombas de calor são mais eficientes em termos de energia do que os fornos e caldeiras, pois, em vez de gerar calor, eles simplesmente movem o calor de um lugar para outro, e podem aquecer e resfriar a casa. Eles fornecem o aquecimento e resfriamento mais eficientes disponíveis, produzindo de duas a quatro unidades de calor para cada unidade de energia usada - uma fornalha a gás produz um pouco menos de uma unidade de calor por unidade de energia.

Em comparação com fornos e aquecimento de rodapé, as bombas de calor podem reduzir o uso de energia em 50 por cento. E de acordo com um estudo do Conselho de Defesa de Recursos Naturais (NRDC), ao longo de sua vida, uma nova bomba de calor de fonte de ar pode reduzir as emissões de gases de efeito estufa em 46 a 54 por cento em comparação com alternativas de gás natural.

Como fazer a transição para bombas de calor

A descarbonização do aquecimento na cidade de Nova York é um desafio devido à densidade da cidade, enorme demanda por energia, infraestrutura envelhecida, variedade de tipos de construção, e restrições de espaço. O Laboratório de Engenharia Sustentável Quadracci de Modi está pesquisando como isso pode ser feito, estudando os benefícios do aquecimento eletrizante, e abordar possíveis problemas que possam surgir.

Quando o gás natural ficou mais barato que o petróleo, muitos edifícios na cidade de Nova York foram convertidos de óleo em gás. Mas, uma vez que os custos iniciais para substituir um sistema de gás natural existente por uma solução de bomba de calor são altos, Modi duvida que a maioria das pessoas optaria por fazer isso. Em vez de, para ser econômico, retrofits podem instalar bombas de calor para serem usadas na maior parte do tempo, ao lado dos sistemas de aquecimento existentes.

Ele explicou que edifícios com uma fornalha que aquece o ar e o distribui também podem incorporar uma bomba de calor em seu circuito para aquecer o ar. Um pequeno retrofitting seria necessário. Um grande edifício alto representaria um desafio maior porque exigiria uma bomba de calor de tamanho industrial, o que seria difícil de readaptar.

As bombas de calor também podem ser mais facilmente adotadas quando os edifícios precisam adicionar ou substituir sistemas de ar condicionado ou gás natural, atualizar seus sistemas elétricos, ou fazer renovações intestinais. E uma nova construção poderia facilmente depender inteiramente de bombas de calor elétricas.

Preocupações com bombas de calor

Existem preocupações sobre o que pode acontecer se cada vez mais eletricidade for necessária para aquecimento no inverno. Atualmente, a demanda de eletricidade em todo o sistema atinge o pico no verão com o uso de ar condicionado; Modi afirma que temos a capacidade de aumentar o uso da bomba de calor até atingir um pico de inverno comparável. Chegando lá e além, os recursos eólicos podem fornecer uma solução. "Temos recursos eólicos off-shore muito bons aqui mesmo na cidade de Nova York, "disse Modi." É uma combinação muito boa para o aquecimento, à medida que temos ventos mais fortes no inverno, que permitiriam uma quantidade cada vez maior de calor proveniente da energia eólica. "

Outro problema é que a fiação elétrica de muitos edifícios pode não ser capaz de acomodar a eletricidade extra necessária para as bombas de calor, que funciona em 220/240 volts. Modi sugeriu que os condicionadores de ar de unidade de janela que funcionam em 220/240 volts poderiam ser substituídos por bombas de calor (que também esfriam). "Para a maior parte do seu aquecimento, quando está acima de zero, você pode estar bem, "disse ele. E na cidade de Nova York, pelo menos, "Isso pode ser o que 60 por cento da necessidade de aquecimento é. Além disso, você estaria reduzindo as emissões também."

As perspectivas para o futuro

De acordo com a Forbes, "A economia global do futuro será impulsionada por eletricidade e aquecida / resfriada por eletricidade - não apenas alimentada por ela."

O Rocky Mountain Institute citou vários fatores que podem ajudar a acelerar essa transição e tornar as bombas de calor mais econômicas. À medida que as bombas de calor se popularizam e os fabricantes alcançam economias de escala, os preços cairão. A tecnologia inteligente que pode ajudar a mudar o tempo de consumo de energia pode, por exemplo, permitir que as bombas de calor pré-aqueçam uma casa no início da tarde, quando as tarifas de eletricidade podem ser mais baixas e ajudam a integrar mais energia renovável à rede. O preço do carbono pode atrair mais pessoas para instalar bombas de calor.

Mesmo com nossa rede elétrica atual no estado de Nova York, Contudo, a eletrificação do aquecimento reduz as emissões de gases de efeito estufa. E com uma rede cada vez mais gerida por energias renováveis, previsivelmente, as emissões de aquecimento poderiam ser eliminadas por completo.

"Pode muito bem acontecer nos próximos 20 anos, descobriremos como tornar toda a eletricidade verde e barata o tempo todo. Então usaríamos bombas de calor o tempo todo, "disse Modi." Mas o caminho para fazer isso é complicado - à medida que fazemos essa transição, tem de ser eficaz em termos de custos. "

Para a construção de uma nova casa, o estudo do NRDC determinou que, na Califórnia, a instalação de bombas de calor elétricas em vez de sistemas de gás natural pode economizar US $ 1 para os proprietários, 500 adiantados, e centenas de dólares a cada ano em custos operacionais. Mas, uma vez que os custos iniciais para instalar ou reformar as bombas de calor podem desencorajar algumas pessoas a fazer a troca, Serviços de utilidade pública, governos, e os fabricantes precisam promover a tecnologia da bomba de calor e torná-la mais acessível. Os incentivos financeiros são essenciais. “Estamos dando incentivos muito grandes para comprar um carro elétrico, "disse Modi." Mas dólar por dólar, seria muito melhor fazê-lo para aquecimento ... porque a redução de emissões seria muito significativa pela mesma quantia de dinheiro. "

Esta história é republicada por cortesia do Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.