Alors que l'hiver s'installe, la chaleur monte dans environ un million de bâtiments de la ville de New York. La plupart des fours ou chaudières de ces bâtiments fonctionnent aux combustibles fossiles tels que le gaz naturel et le mazout; par conséquent, le chauffage et l'eau chaude représentent environ 42 pour cent des émissions totales de gaz à effet de serre de la ville.

Vijay Modi, professeur au Département de génie mécanique de l'Université Columbia et membre du corps professoral de l'Earth Institute, et son groupe de recherche étudient comment décarboniser le chauffage. Sa solution ? Des pompes à chaleur fonctionnant à l'électricité, car de plus en plus d'électricité provient d'énergies renouvelables, "il est beaucoup plus facile et abordable de faire de l'électricité verte que de fabriquer un carburant vert."

« Les décideurs ont reconnu la valeur des pompes à chaleur, " il a dit, « Et ils font partie des objectifs d'efficacité énergétique du gouverneur de l'État de New York – que d'ici 2030, nous devrions avoir 25 pour cent du chauffage à partir de pompes à chaleur."

Le chauffage électrifié est important pour le reste de la nation, trop. Pour éviter les impacts catastrophiques du changement climatique, nous devons réduire nos émissions de carbone à zéro dès que possible. Selon un rapport de 2018 du Rocky Mountain Institute, atteindre les objectifs de « décarbonisation profonde » de réduction des émissions de gaz à effet de serre de 75 % ou plus entraînera, entre autres mesures, éliminer la plupart des émissions produites par la combustion du gaz naturel, l'huile ou le propane dans les maisons et les entreprises américaines pour le chauffage et l'eau chaude.

Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur ?

Modi décrit les pompes à chaleur, utilisés depuis les années 40, comme climatiseurs avec du matériel interne et des commandes qui leur permettent de fonctionner en sens inverse.

Un type populaire de pompe à chaleur a une unité extérieure contenant un compresseur et un condenseur qui fonctionne avec une unité intérieure (bien que les pompes à chaleur puissent également être contenues dans une seule unité). Par temps chaud, une pompe à chaleur fonctionne comme un climatiseur, extraire la chaleur de l'air à l'intérieur de la maison et la transférer à l'extérieur, rafraîchir la maison.

Dans les mois frais, il tire la chaleur de l'air extérieur et la transfère à l'intérieur; contre-intuitivement, même quand il fait froid, l'air extérieur contient suffisamment de chaleur pour réchauffer votre maison. Alors que la plupart des pompes à chaleur transfèrent la chaleur de l'air, il existe des pompes géothermiques et à source d'eau qui transfèrent la chaleur du sol ou d'une source d'eau à proximité ; d'autres font office de chauffe-eau.

Les pompes à chaleur sont plus écoénergétiques que les fournaises et les chaudières puisqu'au lieu de produire de la chaleur, ils déplacent simplement la chaleur d'un endroit à un autre, et ils peuvent à la fois chauffer et climatiser la maison. Ils fournissent le chauffage et le refroidissement les plus efficaces disponibles, produisant deux à quatre unités de chaleur pour chaque unité d'énergie utilisée — une fournaise au gaz produit un peu moins d'une unité de chaleur par unité d'énergie.

Par rapport aux fournaises et aux plinthes chauffantes, les pompes à chaleur peuvent réduire la consommation d'énergie de 50 pour cent. Et selon une étude du Natural Resources Defense Council (NRDC), sur sa durée de vie, une nouvelle pompe à chaleur aérothermique peut réduire les émissions de gaz à effet de serre de 46 à 54 % par rapport aux alternatives au gaz naturel.

Comment passer aux pompes à chaleur

La décarbonisation du chauffage à New York est un défi en raison de la densité de la ville, énorme demande d'énergie, infrastructures vieillissantes, variété de types de bâtiments, et les contraintes d'espace. Le laboratoire d'ingénierie durable Quadracci de Modi étudie comment cela pourrait être fait, étudier les avantages du chauffage électrifiant, et résoudre les problèmes potentiels qui pourraient survenir.

Quand le gaz naturel est devenu moins cher que le pétrole, de nombreux bâtiments de la ville de New York convertis du pétrole au gaz. Mais étant donné que les coûts initiaux pour remplacer un système au gaz naturel existant par une solution de pompe à chaleur sont élevés, Modi doute que la plupart des gens choisissent de le faire. Au lieu, être rentable, les rénovations pourraient installer des pompes à chaleur qui seront utilisées la plupart du temps, aux côtés des systèmes de chauffage existants.

Il a expliqué que les bâtiments avec une fournaise qui chauffe l'air et le distribue pourraient également intégrer une thermopompe dans sa boucle pour chauffer l'air. Peu de rénovation serait nécessaire. Un grand immeuble de grande hauteur présenterait plus de défi car il nécessiterait une pompe à chaleur de taille industrielle, qui serait difficile à rénover.

Les pompes à chaleur pourraient également être plus facilement adoptées lorsque les bâtiments doivent ajouter ou remplacer des systèmes de climatisation ou de gaz naturel, moderniser leurs systèmes électriques, ou faire des rénovations en boyau. Et les nouvelles constructions pourraient facilement compter entièrement sur des pompes à chaleur électriques.

Préoccupations concernant les pompes à chaleur

On s'inquiète de ce qui pourrait arriver si de plus en plus d'électricité est nécessaire pour le chauffage en hiver. La demande d'électricité à l'échelle du système culmine actuellement en été avec l'utilisation de la climatisation ; Modi maintient que nous avons la capacité d'augmenter l'utilisation de la pompe à chaleur jusqu'à ce que nous atteignions un pic hivernal comparable. Aller là-bas et au-delà, les ressources éoliennes pourraient apporter une solution. "Nous avons de très bonnes ressources éoliennes en mer ici même à New York, " a déclaré Modi. " C'est un très bon match pour le chauffage, car nous obtenons des vents plus forts en hiver qui permettraient à une quantité croissante de chaleur de provenir de l'énergie éolienne."

Un autre problème est que le câblage électrique de nombreux bâtiments peut ne pas être en mesure de fournir l'électricité supplémentaire nécessaire aux pompes à chaleur, qui fonctionnent sur 220/240 volts. Modi a suggéré que les climatiseurs de fenêtre fonctionnant sur 220/240 volts pourraient être remplacés par des pompes à chaleur (qui refroidissent également). "Pour la plupart de votre chauffage, quand il fait au-dessus de zéro, tu vas peut-être bien, " dit-il. Et à New York, au moins, « c'est peut-être ce que représentent 60 % des besoins en chauffage. De plus, vous réduisez également les émissions. »

Les perspectives d'avenir

Selon Forbes, "L'économie mondiale du futur sera alimentée par l'électricité et chauffée/refroidie par l'électricité, et pas seulement par elle."

Le Rocky Mountain Institute a cité plusieurs facteurs qui pourraient aider à accélérer cette transition et à rendre les pompes à chaleur plus rentables. À mesure que les pompes à chaleur se développent et que les fabricants réalisent des économies d'échelle, les prix vont baisser. Une technologie intelligente qui peut aider à décaler le moment de la consommation d'énergie pourrait, par exemple, permettre aux pompes à chaleur de préchauffer une maison en début d'après-midi lorsque les tarifs d'électricité peuvent être plus bas et aider à intégrer davantage d'énergie renouvelable dans le réseau. La tarification du carbone pourrait inciter davantage de personnes à installer des pompes à chaleur.

Même avec notre réseau électrique actuel dans l'État de New York, cependant, l'électrification du chauffage réduit les émissions de gaz à effet de serre. Et avec un réseau de plus en plus alimenté aux énergies renouvelables, les émissions de chaleur pourraient vraisemblablement être complètement éliminées.

« Il se peut très bien que dans les 20 prochaines années, nous découvrirons comment rendre toute l'électricité verte et bon marché tout le temps. Ensuite, nous utilisions des pompes à chaleur tout le temps, ", a déclaré Modi. "Mais le chemin pour y parvenir est délicat - alors que nous effectuons cette transition, il doit être rentable."

Pour la construction de maisons neuves, l'étude du NRDC a déterminé qu'en Californie, l'installation de thermopompes électriques au lieu de systèmes au gaz naturel pourrait faire économiser 1 $ aux propriétaires, 500 à l'avance, et des centaines de dollars chaque année en frais d'exploitation. Mais étant donné que les coûts initiaux d'installation ou de modernisation des pompes à chaleur peuvent décourager certaines personnes de faire le changement, utilitaires, Gouvernements, et les fabricants doivent promouvoir la technologie des pompes à chaleur et la rendre plus abordable. Les incitations financières sont essentielles. "Nous donnons de très grosses incitations à l'achat d'une voiture électrique, " dit Modi. " Mais dollar pour dollar, ce serait bien mieux de le faire pour le chauffage… parce que la réduction des émissions serait très importante pour le même montant d'argent. »

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de Earth Institute, Université de Columbia http://blogs.ei.columbia.edu.