Restez au frais: Refroidissement durables pour un monde plus chaud

Cet été, des vagues de chaleur record font grimper les températures mondiales à des niveaux sans précédent, laissant des millions de personnes étouffer sous une chaleur extrême. Dans ces conditions extrêmes, les effets du changement climatique n'ont jamais été aussi vivement ressentis, catalysant des discussions urgentes sur la nécessité de trouver des solutions de refroidissement durables et efficaces.

Des vagues de chaleur sans précédent : Un problème mondial

Il fait chaud. Des températures record frappent l'hémisphère nord. De la Chine à l'Europe, en passant par l'Amérique du Nord, les gens cherchent un répit dans les centres commerciaux, les bibliothèques et les gares climatisées - ils placent même leurs draps de lit dans le congélateur pour se soulager.

Ces vagues de chaleur ne sont pas surprenantes. L'année dernière, la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) a prédit que 2024 avait 99 % de chances de figurer parmi les cinq années les plus chaudes jamais enregistrées.

Ces phénomènes ne sont pas non plus en voie de disparition. En fait, les climatologues du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) prévoient un réchauffement de la planète d'au moins 2,5 °C au cours de ce siècle, ce qui entraînera des vagues de chaleur encore plus intenses et plus fréquentes.

Ces projections nous rappellent brutalement la menace croissante que représente le changement climatique et l'importance absolument cruciale d'un refroidissement durable.

L'énigme du refroidissement : quand le refroidissement conduit au chauffage

Ce n'est un secret pour personne qu'un besoin accru de refroidissement entraîne une augmentation de la consommation d'énergie et donc des émissions de gaz à effet de serre (GES) qui ne sont pas favorables au climat. Mais ce que beaucoup ignorent, c'est à quel point les systèmes de refroidissement sont gourmands en énergie.

Rien qu'aux États-Unis, de mai à août, les systèmes de production d'électricité émettent en moyenne 147,4 millions de tonnes de dioxyde de carbone par mois, rien que pour maintenir les bâtiments du pays au frais. Cette charge d'émissions est supérieure de 13 % à la moyenne mensuelle de l'année entière, ce qui signifie que les fournisseurs d'énergie polluent davantage pour maintenir le pays au frais en été qu'au chaud en hiver. Et ce problème ne fait que s'aggraver. En effet, la demande mondiale de climatiseurs devrait s'accélérer pour atteindre plus de 5,5 milliards d'unités d'ici à 2050.

Volume mondial de climatiseurs par pays.

Fait : La Chine est en tête du classement mondial des climatiseurs, avec environ 0,8 milliard d'unités installées dans le pays. Aux États-Unis, ce chiffre est d'environ 416 millions (bien que le nombre d'unités par habitant y soit plus élevé). L'UE est un peu moins dépendante de la climatisation, mais le nombre d'unités de climatisation a plus que doublé depuis 1990.

Forte demande, réseaux surchargés, étés sales

Il est évident que l'augmentation des températures mondiales s'accompagne d'une hausse de la demande de climatisation. Mais outre l'augmentation des émissions, les systèmes de refroidissement sont particulièrement gourmands en énergie. En effet, selon le nouveau rapport de l'AIE sur le marché de l'électricité, la climatisation représente environ 10 % de la demande mondiale d'électricité, en moyenne. Dans les pays les plus chauds, la climatisation peut augmenter la demande d'électricité de plus de 50 % en été - et dans les régions les plus chaudes, elle peut représenter plus de 70 % de la demande d'électricité en période de pointe. En effet, au Texas, chaque augmentation de 1,8 °F (1 °C) de la température quotidienne moyenne au-dessus de 75,2 °F (24 °C) entraîne une hausse de 4 % de la demande d'électricité. Cette augmentation de 4 % de l'énergie doit venir de quelque part - et c'est là que réside une raison majeure, généralement non reconnue, pour laquelle les systèmes de climatisation peuvent être si sales.

Cela peut paraître surprenant étant donné qu'il faut plus d'énergie pour chauffer un espace que pour le refroidir. Toutefois, en hiver, les besoins en chauffage sont relativement réguliers et prévisibles. Dès que les températures chutent, les bâtiments ont besoin d'un chauffage continu pour maintenir un environnement intérieur confortable. Cette demande régulière signifie que les fournisseurs d'énergie peuvent planifier et maintenir un niveau de production d'énergie plus constant. En revanche, en été, les besoins de refroidissement peuvent fluctuer de manière significative en raison des variations de température tout au long de la journée et d'un jour à l'autre. Par exemple, une vague de chaleur soudaine peut provoquer une forte augmentation de l'utilisation de la climatisation, entraînant un pic de la demande d'électricité. Ces pics sont plus difficiles à prévoir et à gérer que la demande de chauffage plus régulière en hiver.

Pendant les périodes de forte demande d'électricité, généralement en fin d'après-midi et en début de soirée lorsque les besoins en climatisation sont les plus importants, les services publics peuvent avoir recours à ce que l'on appelle des « centrales de pointe » pour répondre aux pics de demande d'énergie et éviter les pénuries d'électricité (comme celles que l'on observe actuellement en Égypte et dans la région des Balkans). Les centrales de pointe fonctionnent généralement avec des combustibles fossiles, tels que le gaz naturel ou le charbon, et peuvent être mises en service rapidement pour répondre à des pics soudains de la demande. Cependant, elles sont également moins efficaces et plus polluantes, ce qui augmente l'intensité carbonique globale du réseau.

En fait, il a été démontré que, pendant les mois d'été aux États-Unis, l'intensité moyenne en carbone de la production d'électricité est d'environ 393 grammes de CO2 par kilowattheure, contre une moyenne mensuelle de 382 grammes pour l'ensemble de l'année. Cette augmentation est le résultat direct de la hausse de la demande d'énergie et de l'utilisation des centrales de pointe qui en découle.

Fait : une seule centrale électrique en Chine a brûlé environ 800 tonnes de charbon en une seule heure au mois de juin pour maintenir les habitants de Shanghai au frais.

Solutions pour réduire les émissions dues au refroidissement

Heureusement, il y a des choses que nous pouvons faire pour aider à réduire l'intensité carbone du réseau tout en gardant la tête froide :

1. Les programmes de réponse à la demande contribuent à équilibrer l'offre et la demande sur le réseau en encourageant les consommateurs à réduire leur consommation d'électricité pendant les périodes de tension du réseau. Il peut s'agir d'une démarche volontaire ou d'incitations financières. Par exemple, au Texas, lorsque la demande d'électricité a atteint un niveau record en juin de l'année dernière, l'Electric Reliability Council of Texas (ERCOT) a eu recours à des programmes de réponse à la demande et de flexibilité énergétique pour réduire avec succès la demande globale sur le réseau de milliers de mégawatts, évitant ainsi les pannes et stabilisant l'approvisionnement en électricité.

Fait : En 2022, la Corée a lancé un programme pilote permettant aux appareils intelligents de répondre automatiquement aux demandes de réduction de la demande en fonction des conditions du réseau. Ce programme a permis d'améliorer de 24 % les économies d'électricité.

2. Les programmes de Réduction des émissions automatisée (AER) s'appuient sur des données en temps réel et des algorithmes avancés pour optimiser l'utilisation de l'énergie dans les bâtiments, réduisant ainsi les émissions de carbone en donnant la priorité à des sources d'énergie plus propres. Ces systèmes ajustent automatiquement les schémas de consommation d'énergie en fonction de l'intensité en carbone du réseau à un moment donné, en veillant à ce que les bâtiments utilisent l'électricité lorsqu'elle est la plus propre et la moins chère.

Par exemple, en conjonction avec WattTime, la technologie AER de BrainBox AI utilise des informations basées sur des données pour aider à réduire l'empreinte carbone des bâtiments en faisant coïncider la consommation d'énergie CVC avec les périodes de plus faibles émissions. Cela permet aux clients de déplacer automatiquement leur consommation d'énergie vers des périodes où l'énergie renouvelable est plus abondante et où la production de combustibles fossiles est plus faible, ce qui entraîne des réductions significatives des émissions de carbone sans compromettre le confort.

Fait : l a été démontré que la technologie de l'ARE permet de réduire la consommation d'énergie tout en améliorant l'efficacité de l'exploitation des bâtiments.

3. L'ajout d'énergies renouvelables et de batteries de stockage peut réduire considérablement le besoin de centrales de pointe. En effet, les sources d'énergie Renouvelable telles que le solaire et l'éolien génèrent de l'électricité sans émissions, réduisant ainsi l'intensité carbone globale du réseau. Les émissions peuvent être encore réduites lorsque les énergies renouvelables sont couplées au stockage par batterie, qui peut aider à atténuer l'intermittence en stockant l'énergie excédentaire générée pendant les périodes de faible demande et en la libérant pendant les périodes de pointe - fournissant ainsi un approvisionnement énergétique fiable et durable.

Fait : La Californie a réalisé des investissements considérables dans l'énergie solaire et la capacité de stockage des batteries, atteignant plus de 10 000 mégawatts ces dernières années, ce qui représente une augmentation considérable par rapport aux 770 MW de 2019. Cette augmentation du stockage en batterie a permis à l'État de maintenir un réseau électrique plus propre et plus fiable.

4. Le choix de climatiseurs économes en énergie joue un rôle crucial dans la réduction des émissions. Les données du marché montrent que le climatiseur typique est moins de la moitié aussi efficace que les modèles les plus performants disponibles, ce qui prouve que les modèles plus efficaces ne sont pas nécessairement plus chers.

Fait : les consommateurs thaïlandais peuvent acheter un appareil à faible rendement ou un modèle 50 % plus efficace pour le même prix, ce qui leur permet de réduire de moitié leur facture d'électricité et d'économiser jusqu'à 2 000 dollars sur la durée de vie de l'appareil.

5. L'utilisation de ventilateurs peut sembler évidente, mais il a été démontré qu'ils réduisaient considérablement les besoins en climatisation. En effet, ils créent un effet de vent qui rafraîchit la pièce en améliorant la circulation de l'air, ce qui permet aux occupants de régler leur climatiseur à une température plus élevée tout en conservant leur niveau de confort. En fait, les nouveaux ventilateurs qui ne consomment que 1 à 8 watts peuvent compenser efficacement une augmentation de 3,3 °C (6 °F) de la température de l'air intérieur, réduisant ainsi la consommation totale d'énergie CVC (Chauffage) d'un bâtiment de 5 à 7 % en moyenne par ºF.

Fait : Desrecherches menées par le Center for the Built Environment (CBE) de l'université de Berkeley montrent que les ventilateurs de plafond peuvent améliorer le confort à des températures intérieures atteignant 30 °C avec une humidité relative de 80 %. L'étude a montré que les occupants étaient aussi à l'aise à 26-27°C (79-81°F) avec des ventilateurs de plafond qu'à 23°C (73°F) sans ventilateur.

6. Le passage à des réfrigérants à faible PRG est une autre étape cruciale dans la réduction de l'impact environnemental des systèmes de refroidissement. Les réfrigérants traditionnels utilisés dans les systèmes de climatisation et de réfrigération ont un potentiel de réchauffement global (PRG) élevé, ce qui contribue de manière significative au changement climatique. En passant à des réfrigérants à faible PRG, nous pouvons réduire les émissions de gaz à effet de serre associées à la réfrigération.

Par exemple, les hydrofluorooléfines (HFO) et les réfrigérants naturels comme l'ammoniac, le dioxyde de carbone et les hydrocarbures ont des PRP bien inférieurs à ceux des hydrofluorocarbures (HFC) conventionnels. Ces solutions de remplacement permettent non seulement de réduire les émissions directes dues aux réfrigérants, mais tendent également à être plus efficaces sur le plan énergétique, ce qui réduit encore les émissions indirectes dues à la consommation d'électricité.

Fait : L'amendement de Kigali au protocole de Montréal vise à réduire progressivement la production et la consommation de HFC au niveau mondial. En adoptant des réfrigérants à faible PRG, les pays et les entreprises peuvent contribuer à cet effort international, en réduisant de manière significative l'impact des systèmes de refroidissement sur le réchauffement de la planète.

7. La mise au point de vos climatiseurs est une pratique d'entretien cruciale qui garantit que les systèmes de climatisation fonctionnent efficacement et avec un impact minimal sur l'environnement. Les climatiseurs dont le niveau de réfrigération est faible sont moins efficaces, consomment plus d'énergie pour obtenir le même effet de refroidissement et entraînent des niveaux plus élevés d'intensité d'utilisation de l'énergie (IUE) dans un bâtiment. En outre, les appareils présentant des fuites de réfrigérant continuent d'émettre des gaz à effet de serre jusqu'à ce qu'ils soient réparés, contribuant ainsi de manière significative au réchauffement de la planète.

Fait : Selon une étude, une réduction de la charge de réfrigérant de 25 % entraîne une réduction moyenne de l'efficacité énergétique d'environ 15 % et une dégradation de la capacité d'environ 20 %, ce qui pourrait sérieusement raccourcir la durée de vie de l'équipement.

8. La mise en œuvre de normes minimales de performance énergétique (NMPE) obligatoires et de labels d'efficacité énergétique s 'est avérée efficace. Ces politiques pourraient rapidement doubler l'efficacité moyenne des climatiseurs vendus, ce qui ferait baisser les factures d'énergie et contribuerait à réduire les émissions. Associée à des bâtiments mieux isolés et à une planification urbaine soucieuse de l'énergie, l'amélioration de l'efficacité peut se traduire par une baisse des coûts de fonctionnement des climatiseurs et réduire la nécessité d'investir dans de nouvelles capacités de production d'électricité.

Fait : Dans les régions dotées de programmes de longue date, comme les États-Unis et l'Union européenne, les normes et labels européens ont contribué à réduire de moitié la consommation d'énergie des climatiseurs.

9. Lesmesures de refroidissement passif consistent à utiliser la conception des bâtiments et les caractéristiques architecturales pour réduire les apports de chaleur et améliorer la ventilation naturelle, minimisant ainsi le besoin de systèmes de refroidissement. Des techniques telles que les matériaux de toiture réfléchissants, l'ombrage naturel, l'isolation intelligente et l'emplacement stratégique des fenêtres peuvent faire baisser de manière significative les températures intérieures.

Fait : lesstratégies de refroidissement passif pourraient freiner de 24 % la croissance mondiale de la demande de capacité de refroidissement en 2050, ce qui permettrait d'économiser jusqu'à 3 000 milliards de dollars en coûts d'investissement pour les nouveaux équipements de refroidissement évités, et de réduire les émissions de 1,3 milliard de tonnes de CO2e.

10. L'adoption de technologies est essentielle pour réduire l'impact négatif des climatiseurs sur l'environnement. C'est donc une bonne chose que l'industrie de la climatisation soit témoin d'une poussée d'innovations technologiques visant à améliorer l'efficacité et la durabilité. Ces innovations vont des unités de climatisation alimentées par l'énergie solaire aux systèmes CVC alimentés par l'IA. En outre, les avancées dans les technologies de stockage thermique permettent aux bâtiments de stocker l'énergie froide pendant les heures creuses et de l'utiliser en cas de besoin, optimisant ainsi la consommation d'énergie et réduisant les coûts.

Fait : L'adoption des technologies est un aspect crucial de l'appel de l'AIE à doubler les progrès mondiaux en matière d'efficacité énergétique, comme indiqué dans sa feuille de route historique Net Zero. Selon l'AIE, doubler les progrès en matière d'efficacité énergétique permettrait de réduire d'un tiers les factures d'énergie et de réaliser 50 % des réductions d'émissions d'ici à 2030.

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