空调需求正在上升，但在不增加碳排放的前提下提供所需电力将是一项巨大挑战。
技术、审慎的政策制定以及消费者行为的改变，都能做出重要贡献。
制冷正在取代供暖成为新趋势。在需要制冷的国家，人口增长和收入上升与气候变化相互叠加，正在引发需求的转变。
在《能源政策》（Energy Policy）期刊的一篇文章中，荷兰环境评估局（Netherlands Environmental Assessment Agency）的专家在有关气候变化背景下住宅能源需求建模的研究中预测，全球供暖能源需求将持续增长至2030年，随后趋于平稳。另一方面，他们预计空调能源需求将快速攀升至2100年，并将在本世纪中叶超过供暖能源需求。
目前的情况如何？国际能源署（IEA）近期的一份更新显示，全球约有20亿台空调设备正在运行，且多数位于住宅建筑中。这些设备使空间制冷成为建筑领域用电需求增长以及满足用电高峰所需新增产能的主要驱动因素。国际能源署的《制冷》报告指出，这种能源消费形式是建筑领域增长最快的终端用途；2019年，空间制冷的能源需求（自1990年以来已增长逾两倍）造成约10亿吨二氧化碳排放，占最终电力消费总量的近8.5%。制冷报告
这些数字还将继续增长。2015年，美国能源信息署报告称，美国全国已有87%的家庭使用空调。相比之下，国际能源署表示，全球人口中仅有10%拥有空调设备，然而全球35%的人口生活在平均日气温超过25°C的国家。显然，全球仍有大量被压抑的需求，许多人尚无足够的财力或稳定的电力供应来保持凉爽。
剥夺人们冷藏食物的能力，或使住宅温度无法保持在有益健康的范围内，显然不是解决之道；但仅仅为所有这些新增消费者提供所需电力，就将是一项艰巨的挑战。而且，一旦我们开始满足这一需求，世界目前并没有真正的计划，能以不给环境带来沉重额外负担的方式满足这些消费需求。
新技术、政府政策措施以及消费者的行为都能在此做出重要贡献。我认为，实现制冷领域更可持续的能源利用有三个步骤。
1. 利用部门耦合提高可再生能源占比
部门耦合旨在通过将可再生能源从电力部门输送至其他部门，实现整个能源系统的脱碳。这一综合性方法将使电力成为未来能源供应的支柱。
就电力部门本身而言，大规模投资已使全球可再生能源发电占比在2019年超过20%。遗憾的是，这些积极进展对全球碳排放影响甚微。原因何在？大约全球碳排放的60%来自发电以外的用途。
大部分排放来自交通、建筑、工业、供暖和制冷。与电力部门相比，我们在这些部门的脱碳方面迄今取得的进展非常有限。
我们现在需要一种综合方法，使经济的所有部门实现脱碳——这是一个获得政策制定者全力支持的总体性模式。作为能源转型的关键组成部分，部门耦合正是这样一种方法。
将各部门连接起来需要两个步骤。首先，我们需要提高其他主要部门的直接电气化水平；其次，我们需要以适当的形式为这些部门提供可再生能源。
最具前景的部门耦合技术被称为“电制X”（power-to-X）。这一方法涉及通过电解及进一步的合成过程，将可再生能源产生的电能转化为液态或气态化学能源的方法。借助电制X技术，电流被用于将水分解为氧气和氢气，且整个过程完全不产生碳排放。作为能源转型的关键技术，氢气可以通过多种方式储存、加工或消耗——例如，作为利用绿色电力驱动空调系统的一种手段。
2. 数字化转型以提高效率
除了以可再生能源替代碳氢化合物之外，基于数据的能效措施还有助于减少供暖和制冷两方面的需求。
在可应用此类措施以提升建筑能效的领域中，国际可再生能源署（IRENA）指出，应采用“先进的建造与设计技术、强化的隔热措施，以及借助智能恒温器实现更佳的能源使用信息与控制”。在工业应用方面，国际可再生能源署认为，热电联产（CHP）机组等技术以及能源管理解决方案具有发展潜力。
在提升效率方面，还值得从整体角度统筹考虑，将各个组成部分视为一个系统。例如，对用于建筑制冷的冷水机组与空气分配系统采取综合方案，可以节省大量能源。
工业领域的冷冻水系统通常可以减少20%至50%的能源消耗；经实测，冷冻水系统的综合性能可低至每吨0.33千瓦。通过这种方式，位于华盛顿州西雅图的弗雷德·哈钦森癌症研究中心大幅提升了建筑性能和能源效率，并在13年间节省了约150万美元的能源成本。
另一种有效利用数据的方式，是运用数字孪生技术提升新建筑的能效。数字模拟可用于在设计中最大化被动式制冷，包括通过窗户布局、百叶窗、翼墙和太阳能烟囱实现的自然通风和穿堂风。还可以对不同材料进行模拟，例如隔热混凝土模板（ICF）或太阳能反射涂料。ICF具有较高的热效率并能限制空气渗透，可将制冷能耗降低约30%。太阳能反射涂料可涂覆于建筑外表面，以帮助减少对太阳能的吸收，从而提升建筑能源性能。太阳能反射指数大于80的涂料能够将制冷能耗降低多达20%，同时还能减缓城市热岛效应。
除了可视化建筑每个构件的全部几何数据外，数字孪生还可以包含进度安排、预算，以及有关建筑能源需求、照明、消防保护和运营的数据。因此，在动工之前即可对建筑未来的气候影响进行优化。
此外，数字孪生还可以在建筑的整个运营寿命期内持续收集数据。这些结果提供了有关物理应力、故障部件和建筑使用情况的有用细节，使设施管理人员能够通过更好地规划干预措施来降低维护成本并保持运营顺畅。
此类数据不仅有助于运营期间的优化，还能帮助设计师、建筑师和工程师规划建筑的下一代产品。这项开发工作旨在实现一个闭环，将规划的虚拟世界与建筑的实际运行表现连接起来。
3. 拧动旋钮——拯救地球
如果我们不希望制冷重蹈供暖的覆辙，就必须思考如何通过高效使用制冷系统来节约资源。为此，我们需要政治领导人推动一种新的能源供应模式，将所有部门连接为一个整体系统。我们还需要行业进一步投资，提升能效，并采用创新的数字化解决方案，例如数字孪生。
但我们每个人也可以毫不费力地作为个体做出重要贡献。只需在夏季将恒温器设定调高一些，允许稍高的温度；或在不太炎热的日子用风扇代替空调。请扪心自问：调低一度温度真的有那么大的差别吗？我们在家中消耗的能源中，约有30%用于供暖或制冷。在某些国家——例如美国——这一比例甚至超过一半。
根据美国高效节能经济委员会（American Council for an Energy-Efficient Economy）的SmarterHouse项目，每将恒温器调高1华氏度（或0.56摄氏度），我们便可节省3%至5%的空调费用。不言而喻，以这种方式减少能源消耗，所节省的不仅仅是金钱。
所以，今年夏天就拧动旋钮，为拯救地球出一份力吧。
