열 펌프가 폭염에 대한 해답인 이유

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기사 제공: RMI. 작성자: Lacey Tan 및 Mohammad Hassan Fathollahzadeh

기록적인 폭염이 이번 여름 초와 이번 주에도 태평양 북서부를 태워 미국과 캐나다에서 수백 명의 목숨을 앗아가면서 많은 주민들은 예상대로 온화한 여름이 더 이상 존재하지 않는다는 것을 깨달았습니다. 과학자들은 기후 변화로 인해 앞으로 이러한 극심한 더위 현상이 더욱 흔해질 것이며 시애틀, 포틀랜드, 캘리포니아 북부와 같은 지역의 사람들이 집에 에어컨(AC)을 추가하게 될 것이라고 확신합니다.

단독 주택의 46%에 에어컨이 없는 시애틀에서는 6월 28일 기온이 108°F에 도달해 주택 내부에 위험한 상황이 발생했습니다. 그렇다면 위험한 폭염 속에서 사람들을 안전하고 편안하게 유지하고 기후 친화적이고 공평한 방식으로 증가하는 에어컨 수요를 어떻게 관리할 수 있을까요? 열 펌프는 여름에는 효율적으로 집을 시원하고 편안하게 유지하는 동시에 겨울에는 화석 연료 없이 집을 난방할 수 있기 때문에 정책 입안자와 주민 모두에게 매력적인 솔루션입니다.

RMI는 2021년 6월 3일간의 폭염 동안 시애틀 가정에 대한 여러 냉각 옵션의 성능을 모델링했습니다. 즉 공기 공급원 열 펌프(이하 열 펌프), 일반 AC 장치 및 고용량 AC 장치입니다.우리는 히트펌프가 극심한 더위 속에서도 편안하고 안전한 실내 공기 온도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 이중 연료 냉난방 시스템(AC 장치 + 가스 난로)보다 운영 비용이 연간 228달러 더 저렴하다는 사실을 발견했습니다. . 또한, 히트펌프를 가동하면 대용량 에어컨과 화로에 비해 집 전체의 CO2 배출량이 약 25% 감소한다.

우리의 결과는 히트펌프가 대용량 4톤 AC 장치보다 쾌적하고 일정한 실내 공기 온도를 유지하는 데 탁월하고 전력 소비가 적다는 것을 분명히 보여줍니다. 우리는 역사적으로 온화한 시애틀 기후에 일반적으로 사용되는 소형 2톤 AC 장치를 먼저 살펴보았지만 극심한 더위 기간 동안 안전한 실내 환경(냉방 설정점 75°F)을 유지하지 못했습니다. 이는 미리 정의된 설정점 온도를 충족하려면 고용량 AC 장치가 필요함을 의미합니다.

그러나 이 대용량 AC 장치는 일반적인 AC 장치에 비해 더 쾌적한 실내 공기 온도를 생성하지만, 아래 온도 그림에서 볼 수 있듯이 가장 더운 날(예: 6월 28일)에는 여전히 설정 온도를 충족하기 위해 고군분투합니다. 이는 극심한 더위 속에서도 안전한 온도를 유지할 수 있었던 히트펌프와 대조적이다. 또한 고용량 AC 장치는 히트펌프보다 더 많은 전력을 소비하므로 전력망에 추가적인 부담을 줍니다.

국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 BEopt 도구를 사용하여 우리는 에어컨이 없고 표준 가스 난로가 있으며 상대적으로 효율적인 외피 특성을 기준으로 하는 시애틀의 일반적인 기존 단독 주택을 사용하여 다음 시나리오를 모델링했습니다. 주택의 건물 특성은 Pacific Northwest National Laboratory의 프로토타입 모델과 2015년 주택 에너지 소비 조사 데이터를 기반으로 합니다. 이 물리학 기반 건물 에너지 모델은 2021년 6월 폭염의 실제 기상 연도 날씨 데이터를 사용합니다. 우리의 목표는 어떤 시스템이 75°F의 설정 온도를 충족할 수 있는지 확인하고 가정의 공과금에 미치는 영향을 조사하는 것이었습니다.

시나리오:

추가 조사 결과:

미국과 전 세계에서 점점 더 많은 사람들이 집에 냉각 기능을 추가하려고 하는 반면, 냉각 장비가 기후에 미치는 영향을 최소화하는 것이 중요합니다. AC에 대한 접근성이 증가하는 더운 지역(예: 인도)에서는 글로벌 냉각 상(Global Cooling Prize)을 통해 입증된 것과 같은 첨단 기술이 매우 중요할 것입니다. 미국 태평양 북서부처럼 새로운 폭염에 맞서고 있는 역사적으로 온난한 지역에서는 효율적인 냉각과 동시에 깨끗한 난방을 제공할 수 있는 시급한 기회가 있습니다.