计算不断增长的制冷能源需求

作者：Loris Pandiani， 瑞士联邦材料科学与技术实验室 编译 陈讲运

到 2050 年，空调可能占全球二氧化碳排放量的 40%。图片来源：Chromatograph / Unsplash

由于气候变化，未来几十年全球平均气温将上升。这也应该显着增加所谓的冷却度天数。它们测量高于特定环境温度阈值的小时数，在该阈值时建筑物必须冷却以将室内温度保持在舒适的水平。不断上升的价值可能会导致家庭中交流系统的安装增加。这可能会导致对冷却建筑物的更高能源需求，由于气候变化和人口增长，预计这种能源需求还会增加。

加热和冷却之间的夹缝竞赛

为了更好地了解这种增长在瑞士的规模有多大，Empa 研究人员分析了 NEST 研究和创新大楼的加热和冷却要求。“通过包括环境温度，我们能够使未来热的投影能源基础上的气候情景瑞士建筑的需求。除了气候变化，我们也采取了人口的增长和越来越多地使用AC设备的考虑， ” Empa 城市能源系统实验室的博士后 Robin Mutschler 解释说。

结果预测对冷却能源的需求将显着增加：在整个瑞士都依赖空调的极端情况下，到本世纪中叶，制冷所需的能源几乎与供暖所需的能源一样多。从数字上看，这相当于每年大约 20 太瓦时 (TWh) 用于加热和 17.5 TWh 用于冷却。计算所需的冷却能量时不考虑技术。如果这是通过反转热泵过程来提供的，例如，使用 COP 3 进行冷却，则17.5 TWh 冷却能量的电力需求约为 5.8 TWh。

NEST 住宅单元的供暖需求可与现代公寓楼相媲美。因此，如果假设瑞士建筑的平均水平与 NEST 建筑相当，那么这些数字是具有代表性的。何时会出现这种情况取决于翻新率。然而，即使在更温和的情况下，瑞士的制冷需求也会显着增加。在这种情况下，研究人员假设每年额外的能源需求为 5 TWh。

来自杜本多夫 Empa 校区 NEST 大楼的供暖和制冷能源数据为衡量瑞士未来供暖和制冷能源需求提供了基准，同时考虑了气候变化、交流设备使用的增加和人口增长。图片来源：瑞士联邦材料科学与技术实验室

对瑞士能源系统的重大影响

如今，瑞士建筑的能源需求约占总能源需求的 40%。其主要部分用于加热。这种情况可能至少会持续到 21 世纪中叶，而冷却建筑物的能源需求预计将显着增加。如果热能由也可以冷却的热泵提供，这可能会对整个能源系统，尤其是作为能源载体的电力产生重大影响。

假设目前只有少数瑞士家庭拥有空调设备或系统。然而，配备热泵的房屋数量正在增加。Empa 的研究人员估计，由于降温天数的增加，拥有降温系统的家庭数量可能会增加到 50% 以上。这可能会导致在炎热天气出现明显的需求高峰。如果是通过提供冷却的冷却能源的需求增加了5亿千瓦时将相当于约两今天的电力需求的百分之热泵. 在更极端的情况下，用于冷却的电力需求甚至可能接近当今总需求的 10%。然而，这不会在全年均匀分布，而是与可能导致需求高峰的炎热时期相关。从积极的方面来看，制冷需求与光伏系统的电力生产相对匹配。与办公楼相比，住宅楼降温的影响将明显更高，因为它们约占建筑面积的三分之二。

基于这些发现，研究人员很明显在建造新建筑时必须考虑到这些发展，并且必须充分利用被动冷却的可能性。Mutschler 说：“建筑结构不应再只关注优化热量损失，尤其是在冬天，还应该减少夏季的热量增加。” 例如，这可以通过城市规划措施以适应地区一级的气候、实施减少热量的计划或减少建筑物中的玻璃窗来实现。“此外，政策制定者还必须解决这一发展问题，并研究如何最好地满足不断增长的冷却能源需求，同时最大限度地减少对未来脱碳能源系统的影响，”Mutschler 补充道。冷却系统，这些系统已经在瑞士成功实施——例如在日内瓦。其他的正在出现，例如在楚格。