Att distribuera bostadsvärmepumpar i större utsträckning i USA har potential att bidra till att minska koldioxidföroreningar samtidigt som man sparar husägare pengar, enligt en ny studie av en forskare och kollegor vid University of Michigan.

Dock, i de flesta delar av landet måste elnätet bli renare och elektriska värmepumpar måste bli billigare innan dessa enheter blir både miljömässigt och ekonomiskt övertygande, säger Parth Vaishnav från Center for Sustainable Systems vid U-M:s skola för miljö och hållbarhet.

Studien publicerades online den 28 juli i tidningen Miljöforskningsbrev . De andra författarna är Thomas Deetjen från University of Texas och Liam Walsh från Carnegie Mellon University.

Vad är en värmepump för bostäder? Jag har sett dem beskrivna som i huvudsak en luftkonditionering som är något modifierad så att den kan köras i två riktningar, kyla hemmet på sommaren och ge värme på vintern. Är det rätt?

Det är helt rätt. Värme strömmar naturligtvis från varma platser till kalla platser, precis som en bil kommer att rulla nedför. Under sommaren, luftkonditioneringar flyttar värme från en kall plats (insidan av ditt hem) till en varm plats (utsidan). Under vintern, luftkonditioneringsapparater kan fungera som en värmepump och göra samma sak, förutom att den kalla platsen är utsidan och den varma platsen är ditt hem. Precis som du behöver göra lite arbete för att pressa en bil uppför, du måste göra lite arbete för att driva värmen från en förkylning till en varm plats. Det som gör värmepumpar effektiva är att du vanligtvis kan överföra två eller flera värmeenheter för varje arbetsenhet.

Värmepumpar diskuteras allmänt som verktyg för att bekämpa klimatförändringar. Hur kan elektriska värmepumpar bidra till att minska utsläppen av fossila bränslen, och vad är potentialen för deras utbredda adoption i hela USA?

De flesta bostäder i USA värms upp genom att bränna ett kolhaltigt bränsle (naturgas, propan eller olja) i huset. Att göra detta avger växthusgaser. Det finns inget enkelt sätt att eliminera växthusgaserna från denna förbränning. Till exempel, det skulle vara mycket dyrt att fånga upp små mängder koldioxid från hundratals miljoner hem och avlägsna det permanent. Dock, värmepumpar går på el, och det finns många bra och relativt billiga sätt att avkarbonisera elnätet.

Vår studie visar att om vi antar måttlig avkolning av nätet under en värmepump som installeras idag, värmepumpar skulle minska utsläppen av växthusgaser överallt. Vi borde, dock, ha två saker i åtanke. Ett, värmepumpar skulle höja uppvärmningskostnaderna för vissa hus, särskilt om vi inte beskattade fossila bränslen för den skada de gör för människors hälsa och miljön.

Andra, elproduktion från kol och naturgas producerar också skadliga föroreningar som kväveoxider, fina partiklar och svaveldioxid. I vissa delar av landet, den elektriska produktionsblandningen är tillräckligt smutsig för att utsläppen av dessa föroreningar gör tillräckligt med skada för att överväldiga fördelarna med att minska koldioxidutsläppen.

Redovisar allt detta, vår studie tyder på att byte av cirka 30% av småhus till värmepumpar just nu skulle minska skador på miljön och människors hälsa och spara hushållen pengar. Vi borde börja med att byta från resistiv elvärme, olja och propan till naturgas. De bästa platserna att börja är de delar av landet som har ett måttligt klimat.

Vi borde också städa upp nätet så snabbt som möjligt. Om vi ​​förbinder oss att göra det, våra tidigare studier visar att värmepumpar kan minska miljö- och människors hälsoskador nästan överallt i landet.

Hur var Miljöforskningsbrev studie gjord, och vad var det viktigaste fyndet?

Vi använde en databas som heter ResStock, utvecklat av National Renewable Energy Laboratory, att simulera 400 hus i var och en av 55 amerikanska städer, för totalt 22, 000 hus. Varje uppsättning hus valdes att vara representativa för bostadsbeståndet i den staden. Vi använde sedan US Department of Energy's EnergyPlus -modell för att simulera energianvändningen per timme för var och en av dessa 22, 000 hus. Vi körde två versioner av denna analys:en med värmepumpar, och en annan med vilket eldningsbränsle som huset för närvarande hade. Vi jämförde dessa två körningar för att räkna ut fördelarna och kostnaderna med att byta till värmepumpar.

För att bedöma skador på människors hälsa, vi använde integrerade luftkvalitetsmodeller som utvecklats av forskare vid Carnegie Mellon. För att bedöma skador från miljön, vi använde den sociala kostnaden för kol.

Det viktigaste fyndet var att du kunde spara pengar och minska sociala skador - just nu - genom att fördubbla andelen hem som har värmepumpar.

Hur stor andel av amerikanska hus kan ekonomiskt - i form av minskade elräkningar - tjäna på att installera en elektrisk värmepump, och hur stor andel av dessa hem kan minska utsläppen av växthusgaser genom att installera en värmepump?

Ungefär en tredjedel av småhus skulle tjäna ekonomiskt, efter redogörelse för extrakostnaden för installation av värmepumpar i förhållande till en gasugn. Alla dessa bostäder skulle minska utsläppen av växthusgaser.

Vilka är några av de främsta hindren för att uppnå utbredd värmepumpanvändning i hela USA?

Ur en husägares synvinkel, nyckelbarriären är den upplevda högre kostnaden för installation av värmepumpar. Jag säger uppfattad eftersom i många delar av landet, värmepumpar skulle mer än betala för sig själva under sin livstid. Också, om en husägare behövde byta ut en ugn och en luftkonditionering, installation av en värmepump - som kan värma och kyla - kan vara det billigaste alternativet. En annan viktig barriär är att installatörer kanske inte vet tillräckligt om värmepumpar för att informera kunderna tillräckligt.

Vad är potentialen för antagande av värmepumpar till bostäder i ett kallt väder som Michigan?

I längden, mycket bra. När det gäller deras förmåga att "göra jobbet, "Värmepumpar har blivit mycket bättre på att arbeta pålitligt och effektivt i kalla klimat. De kommer att fortsätta att förbättras. När somrarna blir varmare, det faktum att värmepumpar också kan fungera som effektiva luftkonditioneringsapparater kommer att bli mer och mer värdefulla.

Som sagt, vi borde fortsätta att investera i att göra värmepumpar billigare och effektivare. Vi borde också investera i att göra vårt bostadsbestånd mer effektivt genom att stödja väderbeständighet. Förutom det kalla klimatet, en av utmaningarna är att elnätet i Mellanvästern fortfarande är alltför beroende av kol och naturgas. Vi borde antingen övergå till källor som inte producerar koldioxidutsläpp alls, eller vi borde fånga upp utsläpp från kol- och gasverk och permanent avskilja dem.