Tiêu thụ điện năng và hiệu suất

Tính đến năm 2018, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), 1,6 tỷ thiết bị điều hòa không khí đã được lắp đặt và dự kiến sẽ tăng thành 5,6 tỷ thiết bị vào năm 2050.[3][4] Trên toàn cầu, hiện nay, hệ thống điều hòa không khí chiếm 1⁄5 tổng năng lượng sử dụng trong các tòa nhà và việc sử dụng điều hòa không khí ngày càng tăng này sẽ thúc đẩy đáng kể nhu cầu sử dụng năng lượng.[3] Do vậy, vào năm 2018, Liên Hợp Quốc đã kêu gọi cần cải tiến công nghệ trở nên bền vững hơn nhằm giảm thiểu biến đổi khí hậu.[125][126] Việc sản xuất điện dùng để vận hành máy điều hòa không khí có tác động xấu đến môi trường, như việc thải ra khí nhà kính. Theo một cuộc khảo sát của chính phủ Hoa Kỳ năm 2015, khoảng 87% ngôi nhà ở Hoa Kỳ sử dụng điều hòa không khí và 65% trong số đó có điều hòa không khí trung tâm. Hầu hết các ngôi nhà có điều hòa trung tâm đều có bộ điều nhiệt có thể lập trình được, nhưng khoảng hai phần ba số ngôi nhà có điều hòa trung tâm không sử dụng tính năng này để giảm việc tiêu thụ năng lượng.

Những giải pháp thay thế ít tiêu thụ năng lượng hơn

Người ta nghiên cứu nhiều giải pháp thay thế cho máy điều hòa không khí liên tục có khả năng tiêu thụ ít năng lượng hơn, chi phí thấp hơn và ít tác động đến môi trường hơn. Những giải pháp này bao gồm:[127]

• Trong các tòa nhà thương mại lớn, người dùng có thể mở cửa sổ khi không khí bên ngoài đủ mát để dễ chịu hơn.
• Đặt bộ điều nhiệt ở khoảng 28 °C và cho phép công nhân mặc quần áo phù hợp với khí hậu hơn, chẳng hạn như áo thun polo và quần đùi Bermuda (quần short). Phương pháp này mang lại hiệu quả làm mát trong chương trình Cool Biz ở Nhật Bản vào năm 2005.
• Các kỹ thuật làm mát thụ động, chẳng hạn như:
• Làm mát thụ động bằng năng lượng mặt trời.
• Thông gió tự nhiên dưới và xuyên qua các tòa nhà.
• Sử dụng những cửa sổ để tạo ra hiệu ứng ống khói.
• Để không khí mát mẻ (gió lùa) vào ban đêm và đóng cửa sổ vào ban ngày.
• Sử dụng những mái che để giảm nhiệt năng mặt trời.
• Xây dựng tòa nhà hơi thấp so với mặt đất, để tận dụng sự truyền nhiệt và khối địa nhiệt mà không cần tốn điện năng.
• Bố trí cây cối, bóng râm kiến ​​trúc, cửa sổ (và sử dụng lớp phủ cửa sổ) để giảm nhiệt năng mặt trời.
• Sử dụng những vật liệu cách nhiệt để ngăn nhiệt xâm nhập vào.
• Vật liệu xây dựng sáng màu phản xạ bức xạ hồng ngoại.
• Sử dụng quạt nếu không khí thấp hơn nhiệt độ cơ thể.
• Sử dụng các phòng ở tầng hầm vốn mát mẻ tự nhiên hơn những tầng trên.
• Làm mát nguồn nước sâu.

Tiêu thụ điện ô tô

Trong ô tô, hệ thống điều hòa không khí A/C sẽ sử dụng khoảng 4 mã lực (3 kW) công suất của động cơ, do đó làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu của xe.[128]

Chất làm lạnh

Việc lựa chọn công chất (môi chất lạnh) có tác động đáng kể không chỉ đến hiệu suất của máy điều hòa không khí mà còn đối với môi trường. Hầu hết các chất làm lạnh phổ biến được sử dụng cho điều hòa không khí góp phần vào sự nóng lên toàn cầu, và nhiều chất làm lạnh khác cũng làm suy giảm tầng ozone.[129] CFC, HCFC và HFC là những khí nhà kính mạnh khi bị rò rỉ vào khí quyển.[130]

Việc sử dụng CFC làm chất làm lạnh đã từng rất phổ biến, gồm hai chất làm lạnh R-11 và R-12 (được bán dưới tên thương hiệu Freon-12). Chất làm lạnh Freon được sử dụng phổ biến trong thế kỷ 20 trong máy điều hòa không khí do tính chất ổn định và an toàn vượt trội của chúng. Tuy nhiên, khi những môi chất lạnh chứa chlor này được giải phóng một cách vô tình hoặc cố ý, chúng sẽ đến được tầng trên của bầu khí quyển.[131] Khi chất làm lạnh đến tầng bình lưu, bức xạ UV của mặt trời sẽ phân cắt liên kết chlor–carbon, tạo ra gốc chlor tự do. Các gốc chlor này đóng vai trò chất xúc tác cho phản ứng phân hủy ozone (O3) thành oxy phân tử (O2), làm suy giảm tầng ozone che chắn bề mặt Trái đất khỏi bức xạ tia cực tím mạnh. Mỗi gốc chlor tự do vẫn hoạt động như một chất xúc tác cho đến khi nó liên kết với một gốc khác, tạo thành một phân tử ổn định và kết thúc phản ứng dây chuyền.

Trước năm 1994, hầu hết các hệ thống điều hòa không khí ô tô đều sử dụng R-12 làm chất làm lạnh. Nó được thay thế bằng chất làm lạnh R-134a, không có khả năng làm suy giảm tầng ozone. Các hệ thống R-12 cũ có thể được chuyển thành hệ thống R-134a bằng cách xả hoàn toàn và thay thế bộ lọc/máy sấy để loại bỏ dầu khoáng không tương thích với R-134a.

R-22 (còn được gọi là HCFC-22) có khả năng làm ấm toàn cầu cao hơn CO2 khoảng 1.800 lần.[132] Tại Hoa Kỳ và Canada, chất tải lạnh này đã bị loại bỏ dần để sử dụng trong các thiết bị mới từ năm 2010 và sẽ ngừng hoàn toàn vào năm 2020.[133][134] Mặc dù những khí này có thể được tái chế khi các thiết bị điều hòa không khí bị thải bỏ, việc đổ và rò rỉ không được kiểm soát có thể giải phóng khí trực tiếp vào bầu khí quyển.

Tại Anh, Quy định về Ozone (Ozone Regulations)[135] có hiệu lực vào năm 2000 và cấm sử dụng các chất làm lạnh HCFC làm suy giảm tầng ozone như R22 trong các hệ thống mới. Quy định cấm sử dụng R22 làm chất lỏng "nạp thêm" để bảo dưỡng từ năm 2010 (đối với chất lỏng nguyên chất) đến năm 2015 (đối với chất lỏng tái chế). Điều này có nghĩa là thiết bị sử dụng R22 vẫn có thể hoạt động, miễn là nó không bị rò rỉ. Mặc dù R22 hiện đã bị cấm nhưng các đơn vị sử dụng môi chất lạnh này vẫn có thể được bảo dưỡng và bảo trì.

Việc sản xuất và sử dụng CFC đã bị cấm hoặc bị hạn chế nghiêm trọng do lo ngại về sự suy giảm tầng ozone (xem thêm Nghị định thư Montreal).[136][137] Do những lo ngại về môi trường, bắt đầu từ ngày 14 tháng 11 năm 1994, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (U.S. EPA) đã hạn chế việc bán, sở hữu và sử dụng chất làm lạnh chỉ cho các kỹ thuật viên được cấp phép, theo các quy tắc theo mục 608 và 609 của Đạo luật Không khí sạch (Clean Air Act).[138]

Để thay thế cho chất làm lạnh thông thường, các khí khác, chẳng hạn như CO2 (R-744), đã được đề xuất.[139] R-744 đang được sử dụng như một chất làm lạnh ở Châu Âu và Nhật Bản.[140][141] Năm 1992, một tổ chức phi chính phủ, Greenpeace, được thúc đẩy bởi các chính sách điều hành và yêu cầu một phòng thí nghiệm ở Châu Âu tìm chất làm lạnh thay thế. Việc này dẫn đến hai lựa chọn thay thế, một là hỗn hợp pha trộn của propan (R290) và isobutan (R600a), và loại còn lại là isobutan (R600a).[142][39] Vào năm 2019, UNEP đã công bố các hướng dẫn tự nguyện mới,[143] tuy nhiên vào năm 2020, nhiều quốc gia vẫn chưa phê chuẩn Tu chính thư Kigali (Kigali Amendment) của Nghị định thư Montreal.