Насос в системе отопления частного дома: как выбрать, расчет, цены в Москве

Сколько мини-сплит мне нужно для дома?

Краткий ответ? Вам потребуется 24 000 БТЕ на 1 000 квадратных футов пространства.

Но давайте разберемся с этим еще немного. Чтобы поговорить об этом, сначала нам нужно поговорить об аббревиатуре BTU . Это расшифровывается как британская тепловая единица и является стандартным измерением в отрасли отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. По сути, мы используем измерения в BTU, чтобы говорить о том, сколько тепловой энергии система может удалить из помещения. Чем больше ваше внутреннее пространство, тем больше БТЕ потребуется вашей системе теплового насоса.

Когда технические специалисты HVAC устанавливают систему с тепловым насосом в воздуховоде, они решают, сколько БТЕ потребуется вашей системе в целом, и соответственно выбирают размер.Но для бесканальной системы с тепловым насосом этот расчет выполняется для каждой секции. Для этого технические специалисты задают вопросы: сколько БТЕ необходимо в спальнях наверху? Насколько большой у вас внизу? Есть ли какие-либо серьезные препятствия или преграды, мешающие воздушному потоку?

Таким образом, вычисление того, сколько мини-секций вам понадобится, может быть довольно сложным вычислением, но вот общее практическое правило: на каждые 1000 квадратных футов пространства в вашем доме вам понадобится емкость системы (комбинированные мини-секции или центральный), способный обрабатывать 24 000 БТЕ.

Все сказанное выше, планирование стратегии мини-сплит — это работа, которую лучше доверить профессионалам: есть нюансы для определенных пространств вашего дома, таких как зоны с интенсивным движением, кухни или комнаты с большим количеством окон. (И если вы пройдете через Sealed, наши специалисты разберутся со всем этим для вас, когда они спроектируют вашу новую систему.)

Сколько стоит тепловой насос?

Стоимость системы с тепловым насосом может варьироваться в зависимости от размера вашего дома, планировки вашего пространства, места, где вы живете, а также от того, будете ли вы использовать существующие воздуховоды или устанавливать бесканальную мини-сплит-систему.Вам также необходимо учитывать стоимость профессионального монтажа. Приобретение системы климат-контроля для вашего дома — это значительные расходы в любой ситуации, и система теплового насоса не исключение.

Тем не менее, установка теплового насоса в вашем доме имеет смысл с экономической точки зрения. Прежде всего, если вы живете в подходящем районе, вы можете установить систему теплового насоса без предварительной оплаты. (Вы заплатите деньгами, сэкономленными на энергии, а если вы не сэкономите на энергии, вам не придется платить.)

Но даже если вы платите за свой тепловой насос из собственного кармана, это, как правило, отличное вложение. Они значительно сокращают ваши затраты на электроэнергию (особенно если вы также должным образом герметизируете и изолируете свой дом), и их относительно просто поддерживать. Учитывая, что ваш тепловой насос представляет собой законченное решение HVAC, которое заменит вашу систему отопления и охлаждения, это отличное пожизненное соотношение цены и качества.

Хотите узнать, подходят ли тепловые насосы для вашего дома? Позвоните нам по телефону 844-265-2164 — наши специалисты по домашнему комфорту готовы обсудить это.

Тепловые насосы для жилых домов в США: частный экономический потенциал и его выбросы, здоровье и влияние энергосистемы

Чтобы избежать наихудших последствий изменения климата, мировая экономика продолжает искать возможности для сокращения выбросов парниковых газов. Одна из таких возможностей — электрификация, когда энергоемкие виды деятельности переключаются с использования ископаемого топлива на чистую электроэнергию. В жилом секторе основным способом электрификации является замена существующих обогревателей для нефти, природного газа, пропана или неэффективных резистивных электрических обогревателей тепловыми насосами, что заменяет потребления ископаемого топлива на месте и потреблением электроэнергии.Такой переключатель может снизить выбросы парниковых газов или других загрязняющих веществ при условии, что в течение срока службы устройства электричество, используемое для его питания, будет достаточно чистым, чтобы иметь более низкие выбросы, чем при прямом сжигании ископаемого топлива.

Тепловые насосы — это реверсивные кондиционеры. Летом они действуют как кондиционеры. Зимой они реверсируют поток хладагента, поглощая тепло снаружи и отводя его внутрь здания.Электричество используется для механической работы по перемещению тепла, а не для его производства. Отношение количества тепла, которое в конечном итоге доставляется в отапливаемое пространство, к количеству энергии, поставляемой в виде электричества, обычно намного больше единицы. Даже с учетом того факта, что выработка электроэнергии за счет сжигания угля или природного газа менее эффективна, чем сжигание природного газа в домашней печи, переход на тепловой насос обычно снижает чистые выбросы парниковых газов в здании.Таким образом, во многих исследованиях изучается, в какой степени 100% внедрение тепловых насосов снизит чистые выбросы парниковых газов во многих частях мира [1].

Использование тепловых насосов для бытовых нужд, однако, имеет последствия, выходящие за рамки сокращения выбросов парниковых газов. Это может увеличить ущерб здоровью, вызванный определенными загрязнителями воздуха. Хотя бытовые печи и котлы часто производят больше чистых выбросов парниковых газов, чем тепловые насосы, они часто производят меньше вредных для здоровья загрязнителей, таких как SO ₂ , NO _x и PM _2.5 , чем производится, когда такое же количество тепла доставляется путем выработки электричества и использования его для питания теплового насоса [2]. Внедрение теплового насоса может затруднить эксплуатацию электрической сети, поскольку внедрение крупномасштабного теплового насоса может значительно увеличить пиковую потребность в электроэнергии [3]. И его частные затраты могут перевесить его общественные выгоды, потому что тепловые насосы дороже в установке, чем печи или бойлеры, а электричество часто дороже топлива, такого как природный газ [4].Учитывая эти последствия, в данном исследовании исследуются частные и государственные компромиссы при внедрении тепловых насосов, а также оценивается, как эти компромиссы меняются по мере того, как увеличивается использование тепловых насосов, тепловые насосы становятся дешевле, а электросеть становится чище.

В литературе исследуются эффекты внедрения тепловых насосов с использованием различных структур моделирования энергопотребления. Эти схемы обычно включают моделирование энергопотребления дома до и после внедрения теплового насоса. Путем проецирования оценок цен на энергию и выбросов на эти профили потребления энергии исследование оценивает затраты и / или выбросы дома как до, так и после внедрения теплового насоса.Хотя эта общая стратегия уместна, литература демонстрирует множество недостатков, которые снижают полезность метода в качестве руководства для принятия решений.

Многие исследования, например, не в состоянии изучить компромиссы между экономикой, пиковым спросом на электроэнергию, ущерб здоровью и выбросами парниковых газов или показать, как эти компромиссы влияют на возможность внедрения тепловых насосов. Ханова и Доулатабади оценивают чувствительность сокращения выбросов CO ₂ от перехода на наземные тепловые насосы к интенсивности выработки электроэнергии CO ₂ , затратам на энергию и эффективности теплового насоса [5].Управление энергетических исследований и разработок штата Нью-Йорк считает, что бытовые потребители, как правило, не видят выгоды от перехода на электрические тепловые насосы, но переход снизит выбросы CO ₂ и принесет пользу коммунальному предприятию за счет смещения спроса с летнего пика [6 ]. Ни в одном из исследований не рассматривается влияние на выбросы других загрязнителей. Уэйт и Моди оценивают влияние (частичной) электрификации отопления на пиковое потребление электроэнергии в системе, но не принимают во внимание какое-либо воздействие на окружающую среду [3].Кауфман и др. обнаружили, что при сочетании технологических усовершенствований и климатической политики тепловые насосы могут быть конкурентоспособными по стоимости по сравнению с газовыми печами в различных климатических условиях США [7]. В некоторых исследованиях изучаются аспекты этих компромиссов, но не учитываются капитальные затраты на тепловые насосы [1, 8], изменения в пиковом спросе на электроэнергию [9] и / или монетизированный ущерб от критериев загрязнителей воздуха [1, 8, 10, 11]. Без полного учета этих компромиссов трудно проанализировать плюсы и минусы различных темпов внедрения тепловых насосов, поэтому большинство исследований игнорируют это обсуждение, анализируя влияние только 100% внедрения тепловых насосов [1, 10, 12].

Еще одним недостатком является невозможность моделирования выбросов домов и электрических сетей с почасовым разрешением. Во многих исследованиях моделируется потребление энергии домохозяйствами в годовом [13] или сезонном [9] масштабе времени. Аналогичным образом, во многих исследованиях используются годовые или усредненные коэффициенты для количественной оценки выбросов из электрических сетей [1]. Без использования почасового разрешения эти исследования не могут точно зафиксировать суточные и сезонные колебания потребности в отоплении, производительности теплового насоса, выбросов в электросети или пикового спроса на электроэнергию, которые влияют на компромиссы при внедрении тепловых насосов.

Большинство предыдущих анализов также предполагают статическую сеть: их анализ выгод и затрат действителен только для электрической сети, как это было на момент анализа. Фактически, электрическая сеть США имеет [14], и — если текущие предложения по политике будут успешными [15] — будет продолжать становиться значительно чище в течение срока службы теплового насоса, установленного сегодня. В этом анализе мы учитываем быструю очистку электросети. В соответствии с «Прогрессивным» сценарием исследования Национальной Оценки Электрификации Института Электроэнергетики (EPRI) за 2018 год, мы предполагаем, что выбросы CO ₂ в электросети и ущерб здоровью снизятся на 45% и 75% в период с 2017 по 2032 год [16]; что ущерб от выбросов CO ₂ оценивается в 40 долларов за тонну [17]; стоимость и производительность теплового насоса статичны.Мы также учитываем утечку метана при добыче, транспортировке и распределении природного газа, которая затрагивает как бытовые печи, так и газовые электростанции.

Литература также неадекватно отражает разнообразие жилищного фонда, регионов электросетей и климатических условий. Многие исследования анализируют внедрение тепловых насосов путем моделирования отдельных типов зданий [2, 13, 18, 19] или нескольких архетипов зданий [10], которые не могут адекватно охватить разнообразие зданий в жилом жилищном фонде.Хотя в других исследованиях используются вероятностные методы для создания сотен или тысяч имитационных моделей зданий, чтобы более тщательно отразить разнообразие жилищного фонда, они сосредоточены на отдельных электрических сетях и климатических условиях [1, 8]. Без моделирования различных домов, регионов электросетей и климатических условий с помощью одного и того же метода моделирования эти исследования не позволяют адекватно исследовать разнообразие ситуаций, которые делают внедрение тепловых насосов столь нюансированным.

Из-за этих недостатков в литературе не полностью исследуются последствия внедрения тепловых насосов.Он не уравновешивает экономические, электросетевые, медицинские и климатические компромиссы при внедрении тепловых насосов, а также не учитывает полную стоимость и преимущества высоких темпов внедрения тепловых насосов.

В этом исследовании мы устраняем описанные выше пробелы. Мы учитываем неоднородность нынешнего жилищного фонда страны и то, как эта неоднородность взаимодействует с различиями в региональных электрических сетях и климате. Мы учитываем как капитальные, так и эксплуатационные затраты на переоборудование тепловых насосов в современные дома.Мы также оцениваем ущерб здоровью, ущерб от выбросов парниковых газов и влияние на пиковый спрос на электроэнергию. Мы оцениваем, как меняются выгоды и затраты от внедрения теплового насоса по мере увеличения проникновения теплового насоса (т. Е. Мы не предполагаем 100% проникновения). Наш анализ также признает, что в отсутствие политики скорость принятия, вероятно, будет определяться частными выгодами для пользователей. Мы учитываем тот факт, что сеть будет развиваться в течение срока службы тепловых насосов, установленных сегодня. Наконец, мы проводим анализ чувствительности, чтобы оценить влияние климатической политики (например,грамм. налог на выбросы углерода) и ускоренное снижение интенсивности выбросов в энергосистему. Для этого мы исследуем экономические компромиссы, выбросы и пиковый спрос при внедрении тепловых насосов для 400 местных репрезентативных домов в каждом из 55 городов, чтобы спросить, как затраты и выгоды от внедрения тепловых насосов меняются с увеличением проникновения. Мы спрашиваем, какой уровень внедрения тепловых насосов является экономичным с учетом сегодняшнего жилищного фонда, электросетей, цен на энергию и технологий тепловых насосов, предполагая, что домовладельцы минимизируют свои затраты.И мы исследуем, какие политики, инновации и технологические усовершенствования можно использовать для более широкого внедрения тепловых насосов.

Отвечая на эти вопросы, данный анализ заполняет пробел в исследованиях, который не позволяет полностью понять последствия широкого распространения тепловых насосов. Заполнение этого пробела в исследованиях позволяет нам лучше понять потенциал внедрения тепловых насосов и проблемы, препятствующие более высокому уровню внедрения. Это помогает определить, на чем следует сосредоточить текущие усилия по стимулированию внедрения тепловых насосов: как с точки зрения географического положения, так и с точки зрения характеристик здания.Это также помогает нам разработать прогнозы того, как новая политика и инновации могут изменить баланс выгод и затрат на электрификацию отопления.

Для количественной оценки затрат и выгод от внедрения тепловых насосов в континентальной части США мы используем пятиступенчатый метод.

На шаге 1 мы моделируем потребление энергии в жилых домах. Мы используем инструмент ResStock от NREL, чтобы создать виртуальный фонд из 400 домов для каждого из 55 городов. Мы моделируем потребление энергии в этих домах с помощью программного обеспечения для моделирования зданий EnergyPlus.В результате получено 22 000 смоделированных годовых 8760 часовых профилей потребления природного газа, мазута, пропана и электроэнергии на уровне домашних хозяйств.

На шаге 2 мы используем общедоступные данные для количественной оценки затрат на энергию, ущерба здоровью и выбросов CO ₂ этих профилей потребления. Мы умножаем потребление электроэнергии на предельные выбросы CO ₂ , факторы предельного ущерба для здоровья и цены на электроэнергию на уровне штата. Мы умножаем объем сжигания топлива в домашних условиях на уровни выбросов CO ₂ , сезонные факторы ущерба здоровью и среднегодовые цены на топливо на уровне штата.Результаты показывают годовые затраты на энергию, годовые выбросы CO ₂ и годовой ущерб здоровью, связанный с каждым из 22 000 энергетических профилей домашних хозяйств.

На шаге 3 мы вычисляем частную и государственную чистую приведенную стоимость (ЧПС), полученную в результате использования каждым домохозяйством теплового насоса. Для каждого смоделированного дома мы заменяем существующую систему отопления тепловым насосом с воздушным источником тепла. Модель EnergyPlus, лежащая в основе анализа ResStock, автоматически определяет размер теплового насоса. Мы выбираем рабочие характеристики теплового насоса (HSPF / SEER), как описано в разделе выше.Затем мы повторно моделируем энергетические профили дома и пересчитываем их затраты, ущерб здоровью и выбросы. Для каждого дома частная чистая приведенная стоимость внедрения теплового насоса равна экономии затрат на энергию за вычетом амортизированной стоимости установки теплового насоса. Для каждого дома общественная чистая приведенная стоимость внедрения теплового насоса равна базовому климатическому ущербу и ущербу для здоровья за вычетом климатического ущерба теплового насоса и ущерба здоровью.

На шаге 4 мы количественно оцениваем процент жилищного фонда, который выиграет от внедрения теплового насоса.С чисто частной точки зрения затрат сюда входят все дома, для которых внедрение теплового насоса дает положительную частную чистую приведенную стоимость. С общественной точки зрения мы также включаем любой дом, положительная общедоступная NPV которого превышает отрицательную частную NPV, т. Е. где чистая положительная (частная + государственная) ЧПС может быть достигнута за счет стимулирования внедрения тепловых насосов с помощью субсидии.

На шаге 5 мы используем почасовые профили электроэнергии в домах, чтобы количественно оценить влияние внедрения теплового насоса на пиковый спрос на электроэнергию.Для каждого из 55 городов мы используем профили электроэнергии из шага 1 для расчета совокупного спроса на электроэнергию для 400 базовых домов. Затем мы выполняем тот же расчет с использованием обновленных профилей электроэнергии для всех домов, определенных на шаге 4 как пользователей тепловых насосов. Сравнивая совокупный базовый профиль потребления электроэнергии с совокупным профилем, который включает пользователей тепловых насосов, мы можем количественно оценить, как внедрение тепловых насосов меняет профиль электроэнергии в жилых домах для каждого города, в том числе то, как внедрение тепловых насосов меняет пиковую потребность в электроэнергии в жилых домах.

Следуя этим пяти шагам, мы объединяем проверенный инструмент моделирования энергопотребления жилых зданий, общедоступные данные о стоимости, ущербе для здоровья и выбросах CO ₂ , а также экономические расчеты, чтобы определить дома на всей континентальной части США, где внедрение тепловых насосов снижает экономические затраты. стоимость и денежный ущерб окружающей среде. В разделах ниже представлены дополнительные сведения о различных компонентах этого метода.

2.1. Моделирование энергопотребления зданий

Мы моделируем энергопотребление 400 домов в каждом из 55 городов с помощью ResStock [20].ResStock — это база данных характеристик жилья. Он описывает эти характеристики жилья с помощью распределений вероятностей, которые зависят от местоположения дома, площади в квадратных футах, урожая и других характеристик. Такой подход позволяет ResStock вероятностно создать виртуальный фонд из сотен домов, распределение старинных домов, площадь в квадратных футах, изоляция чердаков, инфильтрация воздуха, эффективность HVAC, качество окон и другие характеристики точно отражают качество фактического жилищного фонда.

Затем мы загружаем эти модели домов ResStock в программу моделирования энергопотребления зданий EnergyPlus. EnergyPlus использует строительные характеристики дома и погодные данные для определения размера кондиционера / печи / теплового насоса в доме и расчета его почасового годового графика работы / профиля энергопотребления.

Другие академические исследования использовали аналогичные методы. Protopapadaki и др. [8] и Asaee и др. [12], например, используют вероятностные методы для создания большой выборки виртуальных домов для ввода в инструмент моделирования энергопотребления зданий.Некоторые исследования также используют сам инструмент ResStock [1].

Чтобы снизить вычислительные затраты на моделирование такого большого количества домов, мы предприняли два шага, чтобы минимизировать количество домов, которое нам нужно было моделировать для каждого города. Мы основали наш анализ на результатах моделирования из NREL, где 80 000 домов моделируются в ResStock и сообщаются характеристики эффективности каждого дома и годовое потребление энергии для отопления, охлаждения и других конечных целей. Во-первых, мы уменьшили степени свободы модели.Мы использовали регрессионный анализ, чтобы определить характеристики, которые мало повлияли на годовые потребности в отоплении или охлаждении. Для этих характеристик — например. эффективность посудомоечной машины, эффективность стиральной машины — мы оценили все дома одинаково. Мы также удалили редкие характеристики — например, окна с тройным остеклением, которые встречаются в очень небольшом подмножестве домов.

Во-вторых, мы использовали эти обновленные характеристики для моделирования 1000 домов для Питтсбурга, Далласа и Сан-Франциско и сравнили годовые потребности этих домов в отоплении с 4500 домами, указанными в наборе данных NREL для каждого из этих городов.Произведя случайную выборку подмножеств этих 1000 смоделированных домов, мы оценили соответствие r-квадрата между кумулятивными функциями плотности годовой потребности в отоплении и охлаждении между симуляциями NREL и нашими симуляциями. См. Результаты этих сравнений в SI (доступны на сайте stacks.iop.org/ERL/16/084024/mmedia). Мы пришли к выводу, что, моделируя 400 домов, мы можем рассчитывать уловить 88–96% колебаний годовой потребности в отоплении, которые будут отражены в модели, в которой используется 4500 домов.Мы определили, что уменьшение количества симуляций, например, до 300, значительно уменьшит это соответствие, а увеличение количества симуляций, например, до 500, приведет к увеличению вычислительных затрат без значительного улучшения подгонки. Подробнее см. SI.

Чтобы количественно оценить энергетические последствия внедрения теплового насоса, мы смоделировали каждый из 22 000 домов как с их базовой технологией HVAC, так и с модификацией теплового насоса. Мы модернизируем каждый дом воздушным тепловым насосом на 8,5 HSPF, 14,3 SEER в соответствии со стандартами Министерства энергетики [21].Энергоэффективность теплового насоса изменяется в зависимости от температуры окружающей среды, при этом более низкие температуры приводят к снижению эффективности теплового насоса. Инструмент EnergyPlus использует файлы погоды окружающей среды с хронологическими значениями нормальной температуры за каждый час. Когда тепловая нагрузка превышает мощность теплового насоса, что может происходить при низких температурах окружающей среды, когда производительность теплового насоса ниже, инструмент EnergyPlus предполагает, что тепловой насос работает как резистивный нагреватель (т. Е. С COP, равным 1).

2.2. Моделирование городов

Мы моделируем жилищный фонд 55 городов континентальной части США.Мы предположили, что климатические выбросы и выбросы из электросети будут важными индикаторами ценности внедрения тепловых насосов. Таким образом, мы выбрали города, представляющие различные климатические условия и регионы электрических сетей. Климатические регионы определены с использованием данных проекта Building America, проведенного Управлением США по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии [22]. Регионы электрических сетей определяются как субрегионы, используемые Североамериканской корпорацией по надежности электроснабжения (NERC) [23].

Чтобы выбрать города, мы начали с моделирования одного города для каждой комбинации климатического региона и региона электрической сети.Затем мы добавили дополнительные города, чтобы лучше представить (а) районы с большим населением и жилым фондом и (б) климатические / электрические регионы с большими географическими границами. Используя эти рекомендации, мы решили смоделировать жилищный фонд 55 городов, показанных на рисунке 1.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. 55 серых кружков представляют города, смоделированные в нашей модели. Города были выбраны так, чтобы представлять различные регионы электрических сетей, как определено в [23], и различные климатические регионы, как определено в [22], в пределах каждого региона электросетей.Черные линии и текст показывают границы каждого региона NERC, его название и средний климат + интенсивность ущерба здоровью (в долларах США / МВтч).

Загрузить рисунок:

Чтобы представить все 80 миллионов домов на одну семью в жилом секторе США, мы масштабируем моделированный жилищный фонд: мы масштабируем 400 смоделированных домов каждого города, чтобы представить общее количество домов в близлежащих регионах города, как определено данные из программы NREL ResStock.В больших густонаселенных регионах, таких как Сан-Франциско, Бостон и Лос-Анджелес, каждый смоделированный дом масштабируется до примерно 10 000 домов реального мира. В небольших и малонаселенных регионах, таких как Гудленд, Канзас, Карибу, Мэн и Мидленд, штат Техас, каждый смоделированный дом масштабируется до 500 домов. В среднем каждый смоделированный город представляет 1,45 миллиона домов, и каждый дом масштабируется до 3600 домов.

2.3. Ущерб для климата и здоровья

Мы рассчитываем выбросы и связанный с ними ущерб для климата и здоровья как от сжигания ископаемого топлива в каждом городе, так и от потребления электроэнергии в каждом регионе электрической сети.

Для каждого региона электрической сети мы используем коэффициенты предельных выбросов и ущерба здоровью, которые варьируются в зависимости от сезона и времени суток. Эти факторы составлены с использованием методов, разработанных Siler-Evans и др. [24], и о них сообщает Центр Карнеги-Меллона по принятию решений в области климата и энергетики (CEDM) [25]. Для выбросов CO ₂ коэффициенты указаны в килограммах-CO ₂ / МВт-ч потребления электроэнергии. Чтобы монетизировать этот ущерб, наносимый климату, мы умножаем эти факторы на социальную стоимость углерода в размере 40 долларов за тонну CO2 ₂ .Что касается ущерба здоровью, выбросы SO ₂ , NO _x и PM _2,5 монетизируются с использованием методов, разработанных Heo и др. [26], и указываются в единицах потребления электроэнергии $ / МВтч. Умножив почасовое потребление электроэнергии каждым домом на сезонный / часовой климат в электросети и ущерб здоровью, мы можем рассчитать годовой ущерб от выбросов в электрическую сеть, вызванный каждым домом.

Чтобы учесть утечку парникового газа метана в инфраструктуру природного газа, мы оцениваем количество утечки метана на МВт-ч выработки электроэнергии в каждом регионе NERC и переводим в эквивалентные выбросы CO ₂ через потенциал глобального потепления (GWP). метана.Например, мы обнаружили, что в 2017 г. штаты, входящие в западный регион (WECC) электрической сети США, потребили 1,45 млн. Кубических футов природного газа в электроэнергетическом секторе [27]. Мы предполагаем, что на каждый миллион кубических футов израсходованного природного газа в атмосферу попадает 0,023 миллиона кубических футов метана [28]. Умножив эту скорость утечки на 1,45 миллиона кубических футов израсходованного природного газа, преобразовав в тонны и умножив на GWP, равный 28 [29], мы оценим, что энергетический сектор WECC 2017 года способствовал утечке метана в размере 18.6 Mt CO ₂ -эквивалент. Разделив эти 18,6 Мт на 724 ТВтч электроэнергии, произведенной в штатах WECC [27], мы вычислим коэффициент скорости утечки метана 25,7 кг МВтч ⁻¹ . Таким же образом мы рассчитываем коэффициенты утечки метана для других регионов НКРЭ. Мы используем значение GWP за 100 лет для метана, равное 28. Хотя были предложения использовать значения GWP за 20 лет, недавние исследования показывают, что преимущества этой альтернативы через 20 лет переоценены [30].

В этом исследовании мы называем различные регионы электрических сетей с низким, средним или высоким уровнем выбросов по сравнению с другими субрегионами электросети США. Мы основываем эти различия, вычисляя средний ущерб. Как описано выше, мы рассчитываем ущерб, предполагая, что SCC составляет 40 долларов США за тонну CO ₂ [17], а для PM _2,5 , NO _X и SO ₂ , используя методы, разработанные Siler-Evans . и др. [24] и сообщается CEDM [25] в каждом регионе и классифицирует их следующим образом: <35 $ / МВтч = низкий; 35–50 $ / МВтч = средний; > 50 $ / МВтч = высокая.Для получения более подробной информации см. Рисунок 1.

Поскольку срок службы теплового насоса составляет 15 лет [31, 32], мы предполагаем, что выбросы во всех электрических сетях США уменьшатся в течение срока службы теплового насоса. Чтобы зафиксировать этот эффект, мы используем прогнозы выбросов электрических сетей из Национальной оценки электрификации EPRI [16]. Мы используем «прогрессивный» сценарий этого исследования (баланс между «консервативным» и «трансформирующим» сценариями исследования), чтобы предположить, что с 2017 по 2032 год (а) энергия угля снизится на 75% с 1200 ТВтч до 300 ТВтч и (b ) Интенсивность выбросов CO ₂ снизится на 45% с 850 фунтов МВтч ⁻¹ до 450 фунтов МВтч ⁻¹ .Мы предполагаем, что большая часть вреда здоровью от угольной энергетики [33]. Таким образом, мы предполагаем для каждого региона сети, что ущерб здоровью снизится на 75%, а выбросы CO ₂ на 45% к 2032 году. Мы предполагаем линейный тренд.

Для сжигания топлива для отопления мы рассчитываем выбросы CO ₂ , SO ₂ , NO _x и PM _2,5 , генерируемые различными технологиями отопления, и монетизируем эти выбросы с использованием коэффициентов ущерба для города. Мы используем данные Агентства по охране окружающей среды [34] для количественной оценки выбросов CO ₂ для каждого топлива для отопления.Для количественной оценки выбросов NO _x и PM _2,5 для каждого вида топлива мы используем данные Брукхейвенской национальной лаборатории [35]. Мы применяем стехиометрические расчеты, предполагая, что в выхлопных газах содержится 3% O ₂ , чтобы рассчитать килограмм выбросов на 1 миллиметров БТЕ топлива для газовых и мазутных обогревателей с различными показателями энергоэффективности. Установив линию тренда для этих данных, мы разработали линейную модель выбросов NO _x и PM _2,5 в зависимости от используемого топлива для отопления и эффективности использования энергии.Мы предполагаем, что пропан и природный газ имеют схожие характеристики выбросов. Эти расчеты аналогичны методу оценки выбросов NO _x и PM _2,5 , используемому Вайшнавом и др. [2]. Для выбросов SO ₂ мы используем данные из [36] и предполагаем, что содержание серы в мазуте составляет 0,0015% [37]. Используя эти расчеты, мы разработали серию моделей для расчета кг / ммBtu CO ₂ , SO ₂ , NO _x и PM _2.5 выбросов, генерируемых каждой из различных существующих технологий отопления, имеющихся в домах ResStock.

Чтобы учесть утечку парникового газа метана в инфраструктуру природного газа, мы оцениваем количество утечки метана в расчете на один терм природного газа, потребляемого для отопления, и преобразуем его в эквивалентные выбросы CO ₂ через ПГП метана. Мы предполагаем, что на каждый терм природного газа, израсходованный на отопление, в атмосферу уходит 0,023 терма метана [28].Используя плотность энергии природного газа, мы переводим термины в килограммы и умножаем на 28 — ПГП метана [29], чтобы рассчитать коэффициент 1,27 кг CO ₂ -эквивалента на терм израсходованного природного газа.

Чтобы монетизировать ущерб здоровью SO ₂ , NO _x и PM _2.5 , мы используем модель ущерба здоровью EASIUR. EASIUR — это модель пониженной сложности, которая использует регрессионный анализ для аппроксимации результатов более сложной модели химического переноса CAMx.Используя онлайн-инструмент EAISUR, мы вводим географические координаты каждого города, чтобы получить денежный ущерб здоровью для каждого из трех загрязнителей, представленных в единицах $ / кг. Эти данные представлены в 24-часовых профилях за три сезона. Проецируя эти профили ущерба на сезонное, почасовое потребление энергии каждого из этих видов топлива для каждого дома ResStock, мы оцениваем стоимость ущерба здоровью, вызванного сгоранием топлива. Обратите внимание, что ущерб может значительно варьироваться в зависимости от города, и что в регионах с меньшим населением и погодными условиями, которые быстро рассеивают и разбавляют концентрации загрязняющих веществ, ущерб здоровью от этих выбросов будет, как правило, ниже, потому что меньше людей будет подвергаться воздействию загрязняющих веществ по сравнению с густонаселенный город с разными погодными условиями.Чтобы монетизировать выбросы CO ₂ , мы предполагаем, что социальные издержки углерода составляют 40 долларов за тонну CO ₂ .

В ходе анализа чувствительности данного исследования мы скорректируем факторы, наносящие вред здоровью и климату для электросети, а также социальную стоимость углерода, чтобы увидеть, как они влияют на общественную чистую приведенную стоимость внедрения тепловых насосов. Что касается электросети, мы предполагаем, что ущерб, нанесенный климату и здоровью, уменьшается с одинаковой скоростью. Если, например, выбросы CO ₂ в электросети снизятся на 50% от базового уровня, мы предполагаем, что ущерб здоровью электросетей также снизится на 50%.Таким образом, например, за счет уменьшения выбросов из электрических сетей и увеличения социальных затрат на углерод чистая приведенная стоимость внедрения тепловых насосов для населения будет иметь тенденцию к увеличению. Затем для любых домов, где положительная государственная ЧПС перевешивает отрицательную частную ЧПС, мы предполагаем, что дом будет использовать тепловой насос при получении субсидии, чтобы свести частную ЧПС к нулю.

2.4. Экономика

Мы используем показатель NPV для количественной оценки общего положительного или отрицательного изменения стоимости энергии, ущерба для климата, ущерба здоровью и капитальных затрат.Мы рассчитываем чистую приведенную стоимость внедрения теплового насоса как с частной, так и с общественной точки зрения, как показано в уравнениях (1) и (2).

, где C _{энергия} — годовая стоимость электроэнергии, газа, мазута или пропана в доме, C _{здоровье} — ежегодный ущерб здоровью, вызванный критериями загрязнителей воздуха, связанных с потреблением энергии в доме, C _климат — ежегодный ущерб климату, вызванный выбросами CO ₂ , связанными с потреблением энергии в доме, а K _{тепловой насос} — чистые капитальные затраты на замену существующего обогревателя дома на тепловой насос.Кроме того, i равняется процентной ставке, а n равняется количеству лет, в течение которых рассчитывается NPV. Мы используем i = 7% и n = 15 лет, чтобы представить срок службы теплового насоса и процентную ставку, которую можно было бы получить, вложив этот капитал в другое место. В других исследованиях тепловых насосов используется тот же расчет NPV с аналогичными процентными ставками и сроками службы [2, 10].

Затраты на энергию рассчитываются путем умножения годового потребления природного газа, мазута, пропана или электроэнергии каждым домом на цену энергии.Цены на энергию представляют собой среднегодовые розничные значения, опубликованные Управлением энергетической информации США [38], и различны для каждого вида топлива и для каждого штата США. Мы предполагаем, что эти базовые цены на топливо сохранятся на протяжении всего периода исследования, хотя цены, которые видят потребители, могут вырасти в зависимости от цен на углерод, предполагаемых в некоторых сценариях. Наше предположение об исторических годовых и средних ценах по штату является ограничением анализа. Однако, учитывая потенциально огромную неопределенность будущих цен на энергоносители [39], это упрощающее допущение упрощает определение воздействия жилищного фонда, структуры производства электроэнергии, налоговой политики и технологических усовершенствований.Ущерб здоровью и климату рассчитывается по методике, описанной в разделе 2.3.

Чистые капитальные затраты теплового насоса, K _heatpump , рассчитываются, как показано в уравнении (3).

, где C _{тепловой насос} — стоимость покупки и установки теплового насоса, C _{воздуховод} — стоимость установки воздуховода, C _замена — стоимость замены существующего нагревателя на аналогичный технология.Таким образом, чистая стоимость теплового насоса K _heatpump представляет собой дополнительную стоимость замены существующего нагревателя дома на тепловой насос вместо его замены аналогичной технологией. То есть мы предполагаем, что домовладельцы, скорее всего, купят тепловой насос, когда срок их службы приближается к концу и его необходимо будет заменить на новый аналогичный обогреватель или на новую систему теплового насоса.

Капитальные затраты на тепловой насос и затраты на замену существующего нагревателя взяты из Национальной базы данных мер по повышению эффективности жилищного строительства [40].Данные о стоимости воздуховодов взяты из компиляции обзоров затрат, предоставленных [41]. Мы предполагаем, что каждая из этих затрат варьируется в зависимости от характеристик существующего дома.

Мы рассчитываем стоимость установки теплового насоса с использованием коэффициента 143,30 $ / кВт мощности во всех случаях плюс фиксированная стоимость, которая варьируется от 3300 до 4800 долларов. Для домов с существующими централизованными системами кондиционирования воздуха мы предполагаем фиксированную стоимость 3300 долларов США, которая представляет собой среднее значение, указанное для замены существующей системы теплового насоса новой системой теплового насоса.Для домов с существующими печами и плинтусами, но без централизованной системы кондиционирования, мы предполагаем фиксированную стоимость в 3700 долларов, что является средним значением, указанным для установки системы теплового насоса с нуля. Для домов с существующими котлами мы учитываем дополнительные трудозатраты по демонтажу гидравлического радиаторного оборудования и предполагаем фиксированную стоимость в размере 4800 долларов, что является самым высоким показателем для установки системы теплового насоса с нуля.

Мы рассчитываем стоимость воздуховодов как 0 долларов для домов, в которых уже есть центральные системы воздуховодов.В противном случае мы используем фиксированную стоимость, которая зависит от площади дома. Модель ResStock имеет четыре отдельных ящика для площади дома. Мы используем стоимость 1500 долларов США для домов площадью менее 1500 квадратных футов, 3000 долларов США для домов площадью от 1500 до 2500 квадратных футов, 4500 долларов США для домов площадью от 2500 до 3500 квадратных футов и 6000 долларов США для домов с площадью больше чем 3500 квадратных футов.

Мы рассчитываем стоимость замены существующего нагревателя на аналогичную технологию, используя линейное уравнение: C _замена = a + bx , где x — мощность существующего нагревателя в кВт.Уравнение зависит от базового топлива [40]. Для газовых обогревателей используем 2500 + 13,3 x . Для подогревателей жидкого топлива мы используем 4100 + 13,3 x . Для пропановых обогревателей используем 3800 + 13,3 x . А для резистивных электронагревателей мы используем 1600 + 170,6 x .

2,5. Расчет пиковой нагрузки

Мы рассчитываем изменение пиковой нагрузки в зависимости от скорости внедрения тепловых насосов для каждого города, используя четыре шага. Во-первых, мы рассчитываем частную чистую приведенную стоимость для каждого дома, когда в нем установлен тепловой насос.Во-вторых, мы сортируем дома в порядке увеличения частного NPV. В-третьих, мы объединяем профили потребления электроэнергии в домах, чтобы соответствовать интересующей нас процентной ставке по внедрению тепловых насосов. Например, в выборке из 400 домов потребность в электроэнергии при 30% -ном уровне внедрения теплового насоса будет равна потребности в электроэнергии 120 домов с самой высокой частной ЧПС, установившей тепловой насос, плюс потребность в электроэнергии других 280 домов, сохраняющих их базовая технология отопления. В-четвертых, мы вычисляем 99-й процентиль итогового агрегированного профиля электроэнергии.Мы выбрали 99-й процентиль, чтобы обеспечить некоторую свободу действий, учитывая, что многие трансформаторы и другая электроника распределительных сетей могут превышать свою номинальную мощность на небольшое количество часов в год.

Сравнивая пиковую потребность в электроэнергии до внедрения теплового насоса с пиковым спросом на электроэнергию после внедрения теплового насоса, мы можем рассчитать процентное изменение пикового спроса для различных уровней внедрения тепловых насосов.

Наш анализ пикового спроса предполагает, что дополнительное тепло обеспечивается резистивным нагревом (т.е.е. тепловой насос, работающий с COP 1). Ясно, что пиковый спрос может быть уменьшен (а частная экономика тепловых насосов может быть улучшена), если дополнительное тепло будет обеспечиваться за счет природного газа [3]. Однако использование природного газа в качестве резервного тепла противоречит цели декарбонизации за счет электрификации. На практике Уэйт и Моди [3] пришли к выводу, что при использовании тепловых насосов с двумя источниками энергии только 1% и 2% тепловой энергии может потребоваться за счет природного газа. Однако неясно, будет ли газораспределительная сеть экономически жизнеспособной при такой низкой загрузке.

Хотя существуют некоторые данные, помогающие количественно оценить стоимость, например. в долл. США / кВт — чтобы укрепить сеть для удовлетворения пикового спроса, мы решили избежать монетизации увеличения пикового спроса. Есть много распределительных и электрических сетей, у которых есть избыточные мощности по передаче и распределению. В этих городах повышенный спрос на электроэнергию может быть выгодным, поскольку он увеличивает коэффициент использования существующей инфраструктуры передачи и распределения, а более высокие пиковые потребности могут быть легко удовлетворены за счет дополнительной пропускной способности линии.Вместо того, чтобы пытаться количественно оценить резервную мощность передающих и распределительных сетей каждого города, мы сообщаем только об изменениях пикового спроса и оставляем оценку и монетизацию этой информации экспертам, работающим в конкретной ситуации в каждом городе.

3.1. Частные экономические выгоды поддерживают утроение внедрения тепловых насосов в США с 11% до 32% односемейных домов

Мы обнаружили, что 16,7 млн ​​домов — или 21% жилого фонда односемейных домов в США — могли бы сегодня получить экономическую выгоду от замены их существующий обогреватель с тепловым насосом.Добавьте к этому 8,7 миллиона домов, в которых уже есть тепловые насосы, и общий показатель внедрения тепловых насосов в США может вырасти до 32% только за счет частных экономических выгод.

Частная экономическая выгода для этих 16,7 миллионов домов составляет 7,1 миллиарда долларов в год, как показано на рисунке 2. Эта частная выгода включает 12,0 миллиардов долларов ежегодной экономии энергии за вычетом амортизированных затрат на модернизацию технологии теплового насоса. Общественная выгода от внедрения этого теплового насоса составляет 0,6 миллиарда долларов в виде предотвращения ущерба здоровью и 1 доллар.7 миллиардов предотвращенных климатических повреждений ежегодно. Годовые выбросы CO ₂ в жилых помещениях снизились на 8,3% с 506 млн тонн до 464 млн тонн.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 2. Уровень использования существующих тепловых насосов составляет 11% существующих домов на одну семью в США. Частный NPV, рассчитанный исходя из годовых и средних цен на электроэнергию и газ по штату, применения тепловых насосов положителен еще для 21% домов в США.Польза для здоровья от внедрения теплового насоса значительно различается. Климатические выгоды в основном увеличиваются с внедрением тепловых насосов: только в 1,7 миллиона домов (2,1% жилого фонда США) внедрение тепловых насосов увеличивает выбросы CO ₂ . Тем не менее, затраты на борьбу с загрязнением воздуха могут быть высокими: хотя 22,4 миллиона домов (28% жилищного фонда США) имеют затраты на борьбу с загрязнением от 0 до 200 долларов за тонну CO ₂ , существует 5,1 миллиона домов (6% жилищного фонда США) с затраты на борьбу с выбросами превышают 1000 $ / тCO ₂ .Эти оценки основаны на исторических данных о работе сети и предположениях о том, что за 15 лет эксплуатации теплового насоса выбросы CO ₂ в электросети уменьшаются на 45%, а ущерб здоровью — на 75%. Частные и социальные издержки снизятся, если сеть станет чище быстрее, чем предполагалось в нашем анализе, или если в будущем будут установлены тепловые насосы.

Загрузить рисунок:

Мягкий климат (смешанный и прибрежный) имеет наибольший потенциал для внедрения тепловых насосов, как показано на рисунке 3.В этом климате зимние температуры достаточно мягкие, чтобы поддерживать эффективную работу теплового насоса, а лето достаточно жаркое, чтобы получить значительные выгоды от высокоэффективного кондиционирования воздуха теплового насоса. С другой стороны, дома в холодном климате получают наименьшие выгоды от внедрения тепловых насосов.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. Внедрение тепловых насосов, потенциал субсидий и общественный ущерб зависят от региона электросети и температуры климата.На рисунке 1 изображена карта, показывающая различные регионы электросетей и климатические регионы.

Загрузить рисунок:

3.2. Полное внедрение теплового насоса снижает CO

Поскольку проникновение теплового насоса превышает 60%, совокупный климатический ущерб продолжает снижаться, в то время как совокупные частные расходы и ущерб здоровью стремительно растут. Если бы во всех частных домах были установлены тепловые насосы, это снизило бы выбросы CO ₂ в жилых домах до 346 Мт — сокращение на 160 Мт или 32%, что составляет 6 долларов.4 миллиарда ежегодных климатических выгод. Хотя это благоприятное воздействие на климат является значительным, оно обходится дорого: ущерб здоровью составляет 4,9 миллиарда долларов, а частные экономические издержки — 26,7 миллиарда долларов. Используя эти цифры, совокупная годовая стоимость 100% внедрения тепловых насосов в континентальной части США составляет минус 25,2 миллиарда долларов, не считая затрат на создание инфраструктуры распределения электроэнергии для удовлетворения повышенного пикового спроса на электроэнергию.

Кроме того, внедрение теплового насоса увеличивает выбросы CO ₂ на 2 человека.1% домов в США и затраты на борьбу с выбросами превышают 1000 долларов за тонну CO ₂ для 6% домов в США. Исходя из этих цифр, может быть трудно оправдать очень высокие темпы внедрения тепловых насосов.

3.3. Частные и общественные результаты обычно совпадают

Учитывая текущую электросеть, технологии и цены на энергию, всякий раз, когда дом в США заменяет свой существующий обогреватель на тепловой насос из-за частных экономических выгод, внедрение теплового насоса обычно приносит пользу общественному здравоохранению и климату. также.См. Синие незатененные части рисунка 3.

Во многих случаях внедрение теплового насоса приводит к общественному ущербу, т. Е. где общественная чистая приведенная стоимость внедрения теплового насоса отрицательна. Но в большинстве случаев это относится к домам, которые не любят тепловые насосы, т. Е. дома, в которых ЧПС частного использования теплового насоса отрицательна, и внедрение теплового насоса предположительно маловероятно. См. Красные заштрихованные части рисунка 3.

Однако бывают случаи, когда внедрение теплового насоса создает частную экономическую выгоду, но наносит ущерб обществу.См. Синие заштрихованные части рисунков 3 и 4. Это несоответствие частных и общественных результатов происходит почти исключительно для домов, которые в настоящее время отапливаются пропаном. Эффект сосредоточен в областях электрической сети с более высоким уровнем излучения и в более холодных частях областей сети со средним уровнем излучения. Пропан относительно чистый, но дорогой. Замена пропанового обогревателя тепловым насосом обычно имеет экономический смысл. Но в более холодном климате, где тепловые насосы будут работать с меньшей эффективностью, а в электрических сетях с более высокими выбросами, переключение с пропана на тепловой насос часто увеличивает ущерб от выбросов.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 4. Внедрение тепловых насосов, потенциал субсидий и общественный ущерб зависят от базового топлива для отопления, региона электросети, климатической температуры и характеристик жилья. Выводы основаны на текущем жилищном фонде, а повреждения электросети основаны на исторической сети и предположении, что эти убытки уменьшаются, как описано в разделе 2.3.

Загрузить рисунок:

3.4. Парето-оптимальная политика может расширить внедрение тепловых насосов с 32% до 37% домов.

Есть много домов, в которых внедрение теплового насоса принесет пользу обществу, но внедрение теплового насоса маловероятно, поскольку частный NPV отрицательный. Политика может стимулировать эти дома к установке тепловых насосов. Политика может, например, (а) определять дома, в которых общественная выгода от внедрения теплового насоса перевешивает частные убытки, и (б) субсидировать капитальные затраты на тепловой насос, чтобы свести частные убытки к нулю.Мы классифицируем подмножество домов, в которых возможна эта политика, как «потенциальные субсидии», как показано на рисунках 3 и 4.

Эта категория потенциальных субсидий охватывает почти каждый город в данном исследовании и включает дополнительные 3,8 миллиона домов. Такая политика будет стоить 2,6 миллиарда долларов — годовая амортизированная стоимость — 280 миллионов долларов — и увеличит выгоды для здоровья и климата на 190 и 405 миллионов долларов в год соответственно.

Как показано на рисунке 2 и подтверждено Дэвисом [11], многие дома в США могут получить стимул для внедрения теплового насоса с помощью небольшой субсидии.Однако мы показываем, что только небольшой процент этих тепловых насосов будет давать выгоды от выбросов, превышающие их стоимость субсидий.

3.5. Темпы внедрения тепловых насосов зависят от региона электросети, климата, характеристик жилья и базового топлива для отопления.

Возможно, наиболее важным показателем того, приносит ли пользу использование теплового насоса в доме, является текущее топливо для отопления. Переключение отопления дома с природного газа на тепловые насосы редко приносит пользу, особенно в холодном климате, где почти нет домов, где такое переключение имеет смысл.Если есть возможность выгодной замены нагревателей природного газа тепловыми насосами, то это будет в домах средней эффективности (1970–1989 гг.) В жарком или мягком климате.

Замена домов, в которых используются электрические резистивные нагреватели, на тепловые насосы почти всегда дает явную пользу. Замена электрического резистивного нагревателя тепловым насосом становится более привлекательной в больших (> 1500 SF), малоэффективных (<1990 г.) домах в более холодном климате и регионах с более высокими выбросами в электросетях.

Дома, отапливаемые мазутом, почти всегда приносят пользу обществу от внедрения тепловых насосов. Но это обычно приводит к частным экономическим потерям домовладельца. Почти 65% домов, отапливаемых мазутом, находятся в холодном климате, где уровень использования тепловых насосов выше 20% маловероятен, если домовладельцы будут выбирать свой режим отопления исключительно по стоимости. Наибольшие возможности для замены нагревателей жидкого топлива тепловыми насосами связаны с небольшими (<1500 SF) домами с меньшей эффективностью (<1990 г.).

Замена пропанового обогревателя тепловым насосом, как обсуждалось ранее, часто экономична для домовладельца, но ухудшает качество воздуха. Это особенно верно в электрических сетях с высоким уровнем выбросов, т. Е. MRO и RFC — где расположено почти 50% домов, отапливаемых пропаном.

3.6. Ущерб здоровью подрывает климатические преимущества в 28% возможных модификаций тепловых насосов

Внедрение тепловых насосов в США почти всегда снижает выбросы CO ₂ : только 1,7 миллиона (2,1%) домов в США внедрение тепловых насосов приводит к более высокому CO ₂ выбросов.См. Рисунки 2 и 5. Таким образом, рассматривая тепловые насосы исключительно как средство обезуглероживания, имеет смысл стремиться к очень высокому уровню внедрения.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 5. Изменение климата и ущерб здоровью, причиненный каждым домом, использующим тепловой насос. Каждая точка представляет собой один смоделированный дом. В большинстве случаев использование теплового насоса снижает ущерб, наносимый климату, но увеличивает ущерб для здоровья.Четкие линейные полосы точек в верхнем правом квадранте показывают модернизацию электрических резистивных нагревателей для отдельной электрической сети. Отношение ущерба здоровью к ущербу, наносимому парниковыми газами, довольно постоянно для конкретной электросети. Расстояние, которое проходит конкретная точка по этой линейной полосе, зависит от того, сколько электроэнергии экономится при переключении с электрического резистивного нагревателя на тепловой насос.

Загрузить рисунок:

Однако то же отношение не действует в отношении ущерба здоровью.Внедрение тепловых насосов часто увеличивает ущерб здоровью, вызванный такими загрязнителями воздуха, как SO ₂ , NO _x и PM _2,5 . По сравнению с электростанциями, бытовые печи и котлы работают при более низких температурах горения и более строгих нормах качества воздуха. То есть электростанции производят значительно больше вредных веществ, загрязняющих воздух, чем бытовые обогреватели. Хотя внедрение теплового насоса переносит загрязнение географически из городских домохозяйств в сельские районы, где, как правило, расположены электростанции и меньше людей могут подвергаться загрязнению, чистый рост загрязняющих веществ и способность этих загрязняющих веществ часто перемещаться на многие сотни миль приводит к увеличению вреда для здоровья в целом.Как показано на рисунке 5, такая ситуация — когда внедрение тепловых насосов увеличивает общий ущерб здоровью — имеет место для 47,5 миллионов домов в США, или 67% жилищного фонда без тепловых насосов. Михалек и др. [42] и Голландия и др. [43] наблюдают аналогичный сдвиг в повреждениях, когда легковые автомобили электрифицированы.

Для 26,1 миллиона таких домов климатические выгоды от внедрения теплового насоса превышают ущерб для здоровья. Это дает положительную чистую общественную ценность. Таким образом, вред для здоровья от внедрения теплового насоса часто перевешивается преимуществами для климата.

Однако есть много других домов, для которых верно обратное: преимущества для климата от внедрения тепловых насосов затмеваются ущербом для здоровья. Из 69,6 миллиона домов, в которых использование тепловых насосов приносит пользу климату, 19,7 миллиона причиняют вред здоровью, превышающий их климатические преимущества. Это дает отрицательную чистую общественную ценность.

Общественные выгоды от внедрения тепловых насосов могут быть улучшены за счет снижения выбросов в энергетическом секторе определенных загрязнителей воздуха.Это может быть достигнуто, например, за счет более строгого регулирования выбросов загрязняющих веществ на электростанциях, например. посредством обессеривания, каталитического восстановления, электростатических пылеуловителей и поэтапного отказа от угля [44].

3,7. Потребности в укреплении сети невелики, за исключением высоких темпов внедрения тепловых насосов в холодном климате.

Помимо увеличения ущерба здоровью, еще одной потенциальной проблемой для очень высоких темпов внедрения тепловых насосов является стоимость укрепления электрической сети для надежного удовлетворения более высокого пикового спроса на электроэнергию [ 8].На рисунке 6 показано, как уровень внедрения тепловых насосов влияет на пиковый спрос на электроэнергию в каждом городе. Многие города видят удовлетворяемые потребности в укреплении энергосистемы. При 100% внедрении тепловых насосов мы обнаруживаем, что в 24 из исследованных городов, представляющих 41% жилищного фонда США, пиковый спрос на жилье увеличивается на 50% или меньше. Более того, в городах с жарким климатом — где потребность в охлаждении приводит к пиковому потреблению электроэнергии, а новый тепловой насос может обеспечить повышение эффективности охлаждения по сравнению с существующим в доме кондиционером — может даже увидеть, что внедрение теплового насоса приведет к снижению пикового спроса на электроэнергию в жилищах.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 6. В жарком климате тепловой насос часто заменяет менее эффективный существующий кондиционер, что снижает общую пиковую потребность населения. В холодном климате тепловой насос часто заменяет топку или котел, работающие на ископаемом топливе, что увеличивает общий пиковый спрос населения. Определения «сторонников тепловых насосов» и «потенциала субсидий» см. На рисунке 3.

Загрузить рисунок:

Тем не менее, при 100% внедрении тепловых насосов мы обнаруживаем, что в 24 из исследованных городов, представляющих 44% жилого фонда США, пиковый спрос на электроэнергию в жилищном секторе увеличивается более чем на 100%. Эти города, как правило, находятся в более холодном климате, где тепловой насос должен регулярно работать при очень низких температурах, что снижает производительность теплового насоса.

Однако при более низких темпах внедрения тепловых насосов в большинстве городов будут заметны лишь небольшие изменения в пиковом спросе на электроэнергию в жилых домах.При показателях внедрения тепловых насосов, показанных для категорий «пользователи тепловых насосов» и «потенциальные субсидии» на рисунке 3, мы обнаруживаем, что пиковый спрос в жилищном секторе в некоторых случаях увеличивается на 40%, а в большинстве городов — менее чем на 20%. Многие распределительные сети могут иметь избыточную мощность, чтобы справиться с этим увеличением без необходимости каких-либо обновлений.

3.8. Анализ чувствительности

Наши результаты основаны на предположениях, изложенных выше и подробно описанных в разделе 2: сеть становится значительно чище в течение срока службы теплового насоса, установленного сегодня.Результаты этого анализа могут измениться, если эти допущения изменятся. В следующем разделе мы обсудим чувствительность темпов внедрения тепловых насосов к выбросам в электросети и социальным затратам на углерод, а также к стоимости и эффективности технологии тепловых насосов.

3.9. Более высокая социальная стоимость углерода должна сопровождать более чистые электрические сети.

Мы моделируем последствия внедрения тепловых насосов за 15 лет и предполагаем, что выбросы в электросети — как CO ₂ , так и загрязняющие вещества — уменьшатся с течением времени.Тем не менее, выбросы в электросети могут падать быстрее или медленнее, чем мы предполагаем. Социальная стоимость углерода — цена или экономические внешние эффекты, представляющие денежный ущерб, причиненный выбросами углерода, — также может возрасти в будущем.

Каждое из этих изменений повлияет на общественную чистую приведенную стоимость внедрения теплового насоса. Более чистые электрические сети и более высокие социальные затраты на углерод обычно будут стимулировать декарбонизацию, которую обеспечивают тепловые насосы. Рисунок 7 иллюстрирует этот эффект.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 7. Снижение выбросов из электрических сетей не может стимулировать высокие темпы внедрения тепловых насосов, если только социальные издержки углерода не увеличиваются в первую очередь. Уровень внедрения тепловых насосов включает в себя 11% существующих домов с существующими тепловыми насосами, 21% домов, в которых тепловые насосы используются только в личных целях, и дома, в которых субсидирование внедрения тепловых насосов обеспечит чистую общественную выгоду. Обратите внимание, что крайняя левая часть оси x — где средние выбросы в электросети за 15 лет приближаются к нулю — маловероятна, если вообще возможна.Полная ось x исследуется для иллюстрации.

Загрузить рисунок:

Используя наши текущие допущения о социальных затратах на выбросы углерода в размере 40 долларов за тонну, более чистая электрическая сеть с меньшим количеством CO ₂ и критериями выбросов загрязняющих веществ не стимулирует более широкое внедрение тепловых насосов. Для многих домов внедрение теплового насоса означает небольшое сокращение выбросов CO ₂ , значительный ущерб здоровью и / или большие частные экономические затраты.Все эти проблемы противоречат аргументам в пользу тепловых насосов как средства рентабельной глубокой декарбонизации.

Для преодоления этих проблем требуется нечто большее, чем очистка электросети — это требует, чтобы общество придавало большее значение ущербу, причиненному выбросами CO ₂ , т.е. более высокая социальная стоимость углерода. Однако, если и то, и другое произойдет одновременно, умеренное увеличение стоимости углерода и сокращение выбросов из энергосистемы может усилить аргумент в пользу значительного внедрения тепловых насосов.Например, если выбросы в сеть упадут на 35% ниже наших предположений, а социальные издержки на выброс углерода достигнут 300 долларов за тонну CO ₂ , то чистая выгода для общества может быть достигнута за счет использования тепловых насосов на уровне 75%.

3.10. Более низкие затраты на тепловой насос должны сопровождаться более высокой эффективностью теплового насоса

Приведенный выше анализ описывает эффекты замены базовой технологии отопления дома тепловым насосом 8,5 HSPF, 14,3 SEER. Эта замена обходится домам в среднем в 6600 долларов по сравнению со стоимостью замены существующего обогревателя на ту же технологию.Но стоимость и эффективность тепловых насосов могут меняться в зависимости от проекта, стимулов или технологических исследований и разработок.

Изменения в стоимости и эффективности тепловых насосов повлияют как на частную, так и на государственную чистую приведенную стоимость внедрения тепловых насосов. Более дешевые тепловые насосы увеличивают чистую приведенную стоимость использования тепловых насосов в обществе и сокращают экономию энергии, необходимую для того, чтобы сделать их привлекательным вариантом. Более эффективные тепловые насосы имеют более низкие затраты на электроэнергию. Рисунок 8 иллюстрирует эти эффекты.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 8. Снижение затрат улучшает влияние эффективности теплового насоса на скорость внедрения. Уровень внедрения тепловых насосов включает 11% домов с существующими тепловыми насосами и домов, в которых внедрение теплового насоса дало бы положительную частную чистую приведенную стоимость.

Загрузить рисунок:

Мы показываем, что более высокая эффективность теплового насоса действительно улучшает показатели внедрения тепловых насосов, но с уменьшением отдачи. Это уменьшение отдачи особенно заметно при более высоких затратах на установку.Например, при базовой стоимости повышение эффективности теплового насоса мало повлияет на общие показатели внедрения.

Если затраты снизятся — например. из-за технологических достижений, мягкого снижения затрат или субсидий — тогда убывающая отдача от более эффективных единиц будет менее заметной. Например, политика, направленная на покрытие некоторых дополнительных затрат на тепловые насосы с более высоким КПД, может быть эффективным способом одновременного снижения затрат и повышения эффективности.

В нашей статье представлена ​​более подробная картина преимуществ и затрат на внедрение тепловых насосов, чем в предыдущих исследованиях.Хотя прошлые исследования выявили целые регионы, где тепловые насосы приносят общественные или частные выгоды или убытки [2], мы обнаружили, что в большинстве климатов и для большинства типов домов проникновение тепловых насосов ниже, чем это социально оптимально (т. Е. Общественное + частное, ЧПС> 0). В соответствии с предыдущими исследованиями экологического воздействия отопления [2] и электрификации транспортных средств [42], мы обнаружили, что электрификация часто сокращает выбросы парниковых газов. Однако выгоды от этих сокращений могут быть сведены на нет увеличением ущерба, наносимого загрязнителями, которые вносят более непосредственный вклад в краткосрочную смертность.Предыдущие исследования показывают, что полная электрификация резко увеличит спрос на энергосистему, и предполагают, что решением может быть продолжение использования природного газа для обеспечения небольшого количества тепла [3]. Мы показываем, что, хотя пиковый спрос на электроэнергию вряд ли резко возрастет, если тепловые насосы будут использоваться только теми, кто этим экономит деньги, более высокие уровни проникновения резко увеличивают пиковую потребность в электроэнергии. Это потребует творческой адаптации электроэнергетической системы, включая распределенную генерацию и реагирование на спрос (см., Например, [45]).

Хотя наш метод моделирования дает общую картину государственных и частных затрат и выгод от внедрения тепловых насосов, он имеет два основных недостатка, которые можно было бы исправить в будущем.

Мы изучаем энергоэффективность элементарным способом. Модель ResStock предоставляет множество характеристик, по которым можно оценить энергоэффективность различных смоделированных домов, например. инфильтрация воздуха, оконный тип, утепление чердака. Тщательное исследование этих характеристик и их влияния на внедрение тепловых насосов выходит за рамки настоящего исследования.Вместо этого мы используем год постройки дома, т. Е. винтаж — как показатель энергоэффективности. Это предположение согласуется с тем, как разработан ResStock, потому что вероятность того, что случайно сгенерированный дом будет иметь высококачественную атмосферостойкость, окна, изоляцию чердака и другие качества, увеличивается, если его винтаж моложе. Винтаж — это также показатель, который политики могут легко использовать при разработке политики. Однако политическая инициатива по поощрению внедрения тепловых насосов вполне может сопровождаться стремлением улучшить качество жилищного фонда.Действительно, дома будущего могут быть спроектированы с учетом электрификации и эффективности, и это может изменить баланс выгод и затрат на тепловые насосы. В будущей работе следует оценить совокупные выгоды и затраты на такую ​​модернизацию с применением тепловых насосов.

Высокие темпы внедрения тепловых насосов, а также политика, развитие технологий и инновации, необходимые для их достижения, окажут значительное влияние на электросети и на энергетические рынки. Мы предполагаем постоянные значения цен на топливо, предельных выбросов в сеть, цен на электроэнергию и капитальных затрат на тепловые насосы.В действительности, по мере того, как скорость внедрения тепловых насосов увеличивается, а электрическая сеть становится чище, эти переменные могут изменяться по-разному. Например, затраты на тепловой насос могут снизиться из-за большей экономии на масштабе производства и опыта установщиков тепловых насосов, электрическая сеть может стать чище быстрее из-за углеродной политики, а цены на топливо могут измениться по мере снижения спроса на это топливо со стороны жилого сектора. Наше предположение об исторических годовых и средних ценах по штату является ограничением анализа.Однако, учитывая потенциально огромную неопределенность будущих цен на энергоносители [39], это упрощающее допущение упрощает определение воздействия жилищного фонда, структуры производства электроэнергии, налоговой политики и технологических усовершенствований. Более полное исследование могло бы изучить эти разные чувствительности, чтобы лучше понять неопределенность нашего решения.

Хотя эти недостатки могут повлиять на некоторые ценности наших результатов, мы не ожидаем, что они повлияют на основные выводы этого исследования.Внедрение тепловых насосов — это многогранная проблема, охватывающая несколько секторов и отраслей энергетики, но наш анализ охватывает достаточно этой сложности, чтобы дать обоснованную оценку государственных и частных затрат и выгод от внедрения тепловых насосов в США. Наконец, хотя мы пытаемся учесть тот факт, что сеть, вероятно, станет чище в течение срока службы тепловых насосов, установленных сегодня, очевидно, что существует потребность в других подходах, которые прогнозируют влияние на выбросы структурных изменений в сети [46, 47] или даже произвести альтернативные оценки выбросов от существующей электросети [48].

Применение теплового насоса хорошо сочетается с декарбонизацией. В некоторых случаях такое согласование является слабым — для 8% домов в США внедрение тепловых насосов либо увеличивает выбросы CO ₂ , либо влечет за собой очень высокие затраты на сокращение выбросов. В то время как универсальное внедрение тепловых насосов в США имеет сомнительную ценность, очень высокие показатели внедрения, составляющие 80–90%, могут рентабельно снизить выбросы парниковых газов.

Однако, учитывая текущие цены на энергоносители, прогнозы выбросов в электросети и технологию тепловых насосов, мы считаем такие высокие темпы внедрения маловероятными.С частной экономической точки зрения, мы обнаружили, что внедрение теплового насоса дает чистую экономическую выгоду для 21% односемейных домов в США. При включении домов с существующими тепловыми насосами это составляет 32%. С точки зрения общественного благосостояния, мы обнаружили, что комбинированная ЧПС для климата и здоровья от внедрения тепловых насосов положительна для 70% жилищного фонда США, не использующего тепловые насосы. Эта ставка может снизиться, если учесть стоимость укрепления электрической сети для удовлетворения повышенного пикового спроса на электроэнергию: последствия, с которыми столкнутся многие города.

Таким образом, мы находим преимущество тепловых насосов в качестве инструмента декарбонизации, но есть много препятствий для достижения высоких показателей внедрения. Однако наш анализ показывает ключевые технологии, политику и стратегические идеи для преодоления этих препятствий, причем все они применимы не только к США, но и к другим странам или юрисдикциям:

• В первую очередь обращайтесь к мягкому климату: внедрение тепловых насосов в смешанном и прибрежном климате (см. Рис. 1) свидетельствует о сильном частном экономическом потенциале и ограниченном ущербе для общества.Особенно это касается электрических сетей со средним уровнем выбросов. Более того, в городах с мягким климатом меньше шансов увидеть резкий рост пикового спроса на электроэнергию или связанных с этим затрат на укрепление сети.
• В последнюю очередь обращайтесь к холодному климату: внедрение тепловых насосов в холодном климате (см. Рисунок 1) свидетельствует о слабом частном экономическом потенциале и значительном ущербе для общества. Более того, в городах с холодным климатом более вероятно резкое увеличение пикового спроса на электроэнергию и связанных с этим затрат на укрепление сети.Исключением является установка теплового насоса для замены электрического резистивного нагревателя: такая модернизация обычно снижает затраты домовладельцев, снижает выбросы и снижает пиковую потребность в электроэнергии.
• Ускорение сокращения выбросов в энергетическом секторе: усилия по сокращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по критериям электростанций и по созданию генераторов с нулевым или низким уровнем выбросов углерода укрепят общественные аргументы в пользу внедрения тепловых насосов. Чем быстрее будут продвигаться эти усилия, тем более выгодным станет высокий уровень внедрения тепловых насосов.Там, где существующей технологией является мазут или резистивное нагревание, переход на тепловые насосы, вероятно, будет экологически и экономически выгодным даже при существующих электрических сетях.
• Возмещение затрат на технологию тепловых насосов средней эффективности: небольшое снижение капитальных затрат и небольшой выигрыш в эффективности могут значительно повысить скорость внедрения. Это может быть достигнуто с помощью таких политик, как отраслевое обучение для снижения затрат на установку, исследования и разработки для снижения стоимости технологий, субсидии, которые отдают предпочтение установкам с более высокой эффективностью, или вознаграждения, которые стимулируют чистое сокращение выбросов CO ₂ .
• Сосредоточьтесь на соответствующих нишах жилищного фонда: некоторые типы домов больше выигрывают от внедрения тепловых насосов, чем другие. Например, в США модернизация с использованием природного газа кажется наиболее перспективной в домах средней эффективности (урожай 1970–1989 годов), модернизация с использованием нефти и пропана в небольших (<1500 SF), старых (до 1990-х годов) домах, а также в электрических домах. модернизация резистивных нагревателей в больших (> 2500 SF), старых (до 1970-х годов) домах.

Целевые стратегические, технологические и политические инициативы могут способствовать широкому распространению тепловых насосов и глубокой электрификации сектора жилого отопления.По мере того, как электрическая сеть становится чище, эта электрификация приведет к большему сокращению выбросов CO ₂ .

Тепловые насосы практичны и необходимы | Письма

Ваши корреспонденты слишком мрачно относятся к тепловым насосам для домов и квартир (Письма, 20 октября). Тепловые насосы могут быть необычными для Великобритании, но они являются важной отраслью промышленности и очень широко распространены в Европе и других странах. Они используются в Канаде, где температура на улице очень низкая. Отдельные блоки могут не подходить для многоэтажных домов, но могут быть установлены на балконах.Но высотные дома составляют небольшую часть жилого фонда, а блоки могут иметь общее отопление и охлаждение с помощью крупных централизованных тепловых насосов.

Старые тепловые насосы были шумными, но на рынке появились новые модели, которые намного тише. Неверно, за исключением худших случаев, что установка тепловых насосов требует, прежде всего, утепления жилища. Подавляющее большинство домов и квартир в Великобритании уже имеют достаточную теплоизоляцию, а тепловые насосы могут работать дольше и при более низких температурах, чем газовые котлы.Лучшая изоляция существующих домов и квартир с газовым отоплением сама по себе приведет лишь к небольшому сокращению выбросов углерода. Чтобы достичь климатических целей, мы должны отказаться от использования газа.

И, кстати, водород в качестве топлива для дома, который сильно прессуют газовые компании, отвлекает. Он должен производиться либо из природного газа, который производит CO ₂ , а также может выделять метан, гораздо более мощный парниковый газ. Или это можно сделать с помощью электричества, путем электролиза воды. Но почему бы в таком случае не подавать электричество прямо в дома, для резистивного отопления или для питания тепловых насосов?
Philip Steadman
UCL Energy Institute

Ваши корреспонденты, высказывающие сомнения в отношении тепловых насосов, не обнаруживают никаких признаков того, что они когда-либо эксплуатировали их.У нас есть с 2016 года, и это одна из лучших вещей, которые мы когда-либо делали. Почему? 1) Экономия на предыдущей твердотопливной системе составляет около 800 фунтов стерлингов в год. 2) Из дома не слышно никаких звуков. 3) Система без труда справилась с температурой -10 ° C, что неудивительно, учитывая, что это шведская модель, рассчитанная на гораздо более низкие температуры. 4) Он оказался абсолютно надежным и безотказным. Что не нравится?
Paul Houghton
Towcester, Northamptonshire

В ответ читателям, скептически относящимся к планам правительства заменить наши загрязняющие газовые котлы тепловыми насосами, существует несколько мифов, которые необходимо срочно развенчать.Тепловые насосы уже работают в морозные скандинавские зимы, и они, безусловно, могут хорошо работать в квартирах. Рабочие котлы не будут сняты, но заменены, когда они сломаются, на что-то более чистое и лучшее для счетов за электроэнергию.

Генеральный секретарь ООН назвал «красный кодекс» для человечества, и тепловые насосы — единственное жизнеспособное решение для экологически чистого, энергоэффективного отопления, которое может устранить 14% выбросов в атмосферу в Великобритании, исходящих непосредственно из наших домов. В обозримом будущем запасы зеленого водорода будут настолько ограничены, что его необходимо сохранить для таких секторов, которые трудно электрифицировать, таких как сталелитейная промышленность.

Чтобы развернуть тепловые насосы с такой скоростью и в масштабе, которые необходимы для ограничения воздействия климатического кризиса, государственным инвестициям пора дать толчок частным инвестициям сейчас или никогда. Тем не менее, финансирование, объявленное на этой неделе, позволит только 0,3% домов выбрать тепловой насос, при этом большинству домашних хозяйств не будет предложена поддержка в отношении необходимой теплоизоляции и никакой дополнительной поддержки для семей с низкими доходами.

Правительство правильно признает, что насосы — это будущее чистого отопления, но в обзоре расходов на следующей неделе канцлер должен выделить все 12 миллиардов фунтов стерлингов, необходимых для эффективного, чистого и справедливого обогрева наших домов.
Кэролайн Джонс
Гринпис

В отличие от вашего писателя Гэри Беннета, мы не просто «поискали в Интернете», мы фактически установили насос источника воздуха, и он отлично работает. Мы вложили мои пенсионные деньги не только в насос, но и в необходимую изоляцию, полы с подогревом и солнечные батареи. В результате нам платят за избыточную электроэнергию, которую мы сейчас производим. Если бы такая установка была обязательной для каждого нового дома, а для более старых домов были бы выделены соответствующие гранты, мы могли бы фактически начать достигать поставленных целей и увидеть значительную финансовую отдачу к концу десятилетия.
Стивен Доррил
Холмферт, Западный Йоркшир

Майлз Бриньялл дает полезную сводку затрат на установку и эксплуатацию тепловых насосов с воздушным источником (23 октября), хотя количественной оценки недостаточно: мало кВтч в зрение. Но практические трудности и возможность более высоких эксплуатационных расходов хорошо продуманы.

Бриньял также ссылается на возможность использования водорода в качестве бытового топлива, говоря: «Водород — еще одна большая надежда.Испытания и схемы проверяют, можно ли безопасно использовать легковоспламеняющийся элемент ».

Всем нам было бы полезно помнить, что у нас есть полутора вековой опыт производства, хранения, распределения и использования городского газа: обогащенной водородом смеси, полученной путем термической обработки угля, иногда с использованием пара. Когда я сдавал экзамен в 1963 году, он был достаточно хорошо известен, чтобы быть включенным в программу химии для A-level. Проблемы с водородом в основном связаны с наличием достаточного количества безуглеродного электричества для его чистого электролиза.

Это поднимает еще один вопрос. Даже при прогнозируемом повышении эффективности для перехода Великобритании от ископаемых к электричеству для автомобилей и отопления жилых помещений (с помощью тепловых насосов или водородом) потребуется очень высокая мощность производства электроэнергии без сжигания угля, нефти или природного газа, а также огромная емкость хранения энергии. . Этот сложный аспект перехода на зеленый свет игнорируется в популярных методах лечения и не получает достаточного внимания в программных документах. Перемежаемость солнечных и ветровых систем хорошо известна, а другие системы генерации с нулевым выбросом углерода, такие как улавливание и хранение углерода, не испытывались в масштабе.Трудно представить, как можно обеспечить надежную и устойчивую безуглеродную электроэнергию без новых ядерных генераторов.
Крис Адамс
Бервин, Денбигшир

Есть мнение по поводу того, что вы читали сегодня в Guardian? Пожалуйста, напишите нам по электронной почте , и оно будет рассмотрено для публикации.

Принудительный воздух против теплового насоса в Портленде

Двумя наиболее распространенными методами обогрева вашего дома в Портленде являются принудительный воздух или тепловой насос.У каждого из них есть свои уникальные преимущества и недостатки, и мы разберем их здесь, чтобы помочь вам решить, какой метод лучше всего подходит для вас. Окончательное решение, которое вы примете, будет зависеть от размера вашего дома, его возраста и вашего доступа к различным источникам топлива, а также других проблем. Ваш стартовый бюджет также будет иметь значение. Как и будут, в конечном итоге, личные предпочтения.

Обратите внимание, что эта статья предназначена для домовладельцев, проживающих в районе Портленда, хотя большая часть того, что мы здесь говорим, применима где угодно.Однако в Портленде действительно уникальный климат, который также повлияет на ваше окончательное решение. Если вы находитесь в другой части страны, вам придется учитывать свой местный климат.

Принудительный воздух

Принудительный воздухонагреватель используется в домах на протяжении десятилетий и не показывает никаких признаков выхода из моды. Действительно, большинство домов построено с учетом системы воздушного отопления. Это включает в себя район Портленда, где многие дома были построены в середине 20-го века, когда принудительный воздух был единственным вариантом для отопления и охлаждения.

Как это работает

При использовании принудительного воздушного отопления для достижения желаемой температуры в доме вам понадобится дом, оборудованный для этого. Это означает, что в вашем доме есть система воздуховодов, по которым нагретый воздух поступает в каждую комнату. Конечно, в подавляющем большинстве зданий эта система воздуховодов уже установлена. Маловероятно, что вам придется беспокоиться об установке. Однако, если ваше здание старше, вам может потребоваться обновление.

Этот метод нагрева начинается с печи, которая производит тепло, обычно с использованием какого-либо горючего источника топлива, такого как пропан или природный газ.Также используются электрические печи. Эта печь должна быть размещена в безопасном месте внутри дома, например, в подвале, и установлена ​​таким образом, чтобы отходы, которые часто бывают токсичными, можно было вентилировать, не создавая опасности для жителей здания.

После выработки тепла двигатель нагнетателя передает нагретый воздух по системе воздуховодов. Затем он попадает в комнаты вашего здания через вентиляционные отверстия, где нагревает дом до желаемой температуры. Вся система регулируется термостатом, который включает и выключает систему в зависимости от температуры окружающей среды в здании.

Преимущества принудительного воздушного отопления

В наши дни самым большим преимуществом системы воздушного отопления является тот факт, что большинство домов и коммерческих зданий уже построены с учетом этих требований. Источники топлива, которыми они питаются, также обычно довольно легко доступны. В отличие от теплового насоса, в домах в Портленде обычно уже есть газовая магистраль, и у них, безусловно, есть электричество для питания печи.
Из-за повсеместного распространения системы приточной вентиляции также относительно недороги в установке.Они редко требуют капитального ремонта во время строительства дома.

Тепловой насос

Тепловые насосы — популярный и относительно новый метод отопления домов. Вместо того, чтобы использовать печь и источник горючего топлива, они используют внешнюю тепловую энергию извне. Используя тепловой насос, домовладельцы Портленда часто могут сэкономить большие деньги на счетах за электроэнергию в течение месяцев и лет.

Как это работает

Тепловой насос работает с использованием охлаждающих змеевиков, как кондиционер или холодильник.Эти змеевики содержат охлаждающую жидкость определенного типа; когда воздух обдувается охлаждающей жидкостью, он поглощает тепловую энергию. Затем эта тепловая энергия может передаваться внутри дома. В тепловых насосах используется наружный блок, работающий от электричества. Один из типов тепловых насосов, используемых в домах Портленда, известен как геотермальный тепловой насос. Этот тип использует геотермальную энергию земли, а не воздуха. В любом случае тепловые насосы выполняют свою работу, перемещая тепловую энергию с места на место, а не генерируя ее.

Тепловые насосы могут перекачивать воздух в разные комнаты вашего дома одним из нескольких способов. Фактически, они могут использовать систему воздуховодов почти так же, как и метод принудительного воздушного отопления. Они также могут использовать систему водяных насосов, передающих тепло в дом через пол. Мини-сплит-тепловые насосы подключаются к нескольким различным блокам в каждой комнате, что позволяет отапливать отдельные комнаты в соответствии с вашими предпочтениями. Это позволяет вам еще больше сэкономить на счетах за электроэнергию, потому что вы не будете тратить энергию на обогрев незанятой комнаты.

Преимущества теплового насоса

Как мы уже упоминали, самым большим преимуществом теплового насоса является его энергоэффективность. Для поддержания работы компонентов требуется совсем немного электричества; нет необходимости в дорогостоящих источниках топлива. Тепловой насос также универсален. Его можно установить практически в любом доме или другом здании. Возможно, лучше всего то, что ваш тепловой насос может работать как кондиционер. Когда у вас установлен тепловой насос, нет необходимости в отдельной системе охлаждения.

Самым большим недостатком является первоначальная стоимость установки теплового насоса.Обычно это намного больше, чем стоит установка более распространенной системы приточного воздуха. Даже в этом случае стоимость установки обычно окупается со временем. Еще одним серьезным недостатком является тот факт, что тепловые насосы, как правило, не работают, когда погода становится очень холодной — подумайте, намного ниже нуля, — но в относительно умеренном регионе, таком как Портленд, это обычно не имеет значения. В более холодных частях страны, таких как Восточное побережье и Средний Запад, возможно, придется рассмотреть возможность использования резервного метода отопления.

Итак, как мне выбрать?

В конечном итоге вам нужно будет провести небольшое исследование стоимости энергии в вашем районе, а также текущих затрат на установку различных систем отопления.Если вы не уверены, вам следует обратиться к специалисту по HVAC, например, из компании Watts Heating and Cooling. Они могут предложить расценки на установку, детали и обслуживание для любого из нескольких методов обогрева. Они также могут выполнить установку и поддерживать вашу систему отопления в хорошем рабочем состоянии, чтобы она могла работать на вас долгие годы.

Тепловые насосы для всего дома — The SunriseGuide

Тим Кинг

чем-то вроде новинки, а сегодня в домах и на предприятиях по всему Мэн используется более 20 000 тепловых насосов.

Хотя некоторым из нас может быть трудно понять, как именно они извлекают тепло из холодного воздуха, нет никаких сомнений в том, что тепловые насосы зарекомендовали себя как жизнеспособная и надежная альтернатива теплу, создаваемому более традиционными способами, а именно, котлами, работающими на жидком топливе. печи.

Хотя в основных компонентах теплового насоса нет ничего особенного — компрессор, конденсатор и циркулирующий хладагент — последние инновации настолько улучшили характеристики, что тепловые насосы могут эффективно отбирать тепловую энергию из холодного, отрицательного внешнего воздуха, что делает их очень полезными. жизнеспособная технология для более холодного климата.

За последние 3-4 года тепловые насосы быстро превратились в идеальное решение для майнеров, ищущих более чистый, более эффективный и менее дорогой способ сохранить тепло в своих домах зимой. В качестве дополнительного бонуса тепловые насосы
могут также обеспечить охлаждение в эти драгоценные моменты жаркой погоды летом.

Да, Вирджиния. Тепловые насосы действительно работают в штате Мэн!

«Я еще не слышал, чтобы кто-нибудь сказал, что они не были полностью удовлетворены работой своего теплового насоса», — говорит Тодд Дженест, владелец Central Maine Heat Pumps.«После завершения установки я всегда говорю клиенту, что он должен немедленно позвонить мне, если выясняется, что насос работает не так, как рекламируется, потому что это будет первый насос, который я когда-либо получил».

Компания со штаб-квартирой в Бентоне и демонстрационным залом продукции также в Уэстбруке демонстрирует устойчивый рост осведомленности о некогда «неизвестной» технологии и спроса на нее.

«Многим людям нужно сначала что-то увидеть, прежде чем они поверят в это», — говорит Дженест. «Но как только друг или сосед получает такой — и рассказывает им о том, как тихо и сколько меньше они потратили на отопление, — люди довольно быстро понимают, что это настоящая сделка.”

Являясь проверенным товаром, тепловые насосы не только предоставляют Майнерам эффективный способ доставки тепла в определенные области их домов, они все чаще устанавливают тепловые насосы в качестве основного источника отопления и охлаждения по всему дому.

В целом, один тепловой насос будет наиболее эффективно работать в домах с более «открытой» планировкой.

Однако, благодаря новым технологиям, которые повысили эффективность работы, снизили общую стоимость проекта и улучшили контроль температуры в помещении, недавнее внедрение многозонных блоков сделало возможность отопления всего дома тепловыми насосами более привлекательной, чем когда-либо прежде.

Растущая тенденция к созданию решения для всего дома

По словам Даны Фишер, менеджера жилищной программы компании Efficiency в штате Мэн, за последние три года более 20 000 домашних хозяйств в штате Мэн установили тепловые насосы.

В последнее время Fischer также заметил растущую тенденцию в отношении размеров, типа и количества устанавливаемых устройств. Все чаще домовладельцы покупают либо более крупные единицы, способные обслуживать более одной области дома, либо несколько единиц, предположительно для одной и той же цели.

«В первый год [программы скидок Efficiency Maine] около 5% тепловых насосов были многозонными моделями. К третьему году это число выросло до 20%. Люди в штате Мэн определенно начинают использовать тепловые насосы как нечто большее, чем просто одно решение для обогрева помещений », — говорит он.

Фишер также обнаружил, что в расчете на душу населения ни один другой штат в стране не устанавливает тепловые насосы с большей скоростью, чем Мэн.

Довольный этими цифрами, Фишер считает, что штат Мэн все еще находится на очень ранней стадии революции, вдохновленной тепловыми насосами.И он считает, что это хорошо как для домовладельцев штата Мэн, так и для предприятий штата Мэн.

«В настоящее время на EfficiencyMaine.com зарегистрировано более 400 зарегистрированных поставщиков, которые обладают знаниями, обучением и опытом для разработки и установки очень эффективных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха с тепловым насосом практически для любого типа жилых помещений. В отличие от других частей страны, прямо здесь, в штате Мэн, у нас уже есть квалифицированная рабочая сила, чтобы максимально использовать эту технологию ».

Такие компании, как Goggin Energy, ReVision Energy, Royal River Heat Pumps, Dave’s World в Виндхэме и MAC Heat Pumps в Бангоре, — это лишь некоторые из многих местных предприятий, сообщивших об оживленных продажах тепловых насосов за последние 18-24 месяцев.

«Менее чем за 10 лет тепловые насосы перестали практически отсутствовать и стали основным источником тепла для каждого четвертого домохозяйства в Норвегии, другом регионе с холодным климатом, где исторически мало вариантов отопления дома», — объясняет Фишер.

«Если бы то же самое произошло здесь, в штате Мэн, четверть всех жилых единиц соответствовала бы более чем 180 000 тепловым насосам. Видя воочию, какое значение может иметь тепловой насос для годового бюджета на отопление дома, я не думаю, что нереально полагать, что аналогичный показатель внедрения возможен здесь, в штате Мэн.”

Как упоминалось ранее, один из способов, с помощью которых Efficiency Maine помогает домовладельцам лучше осознавать свое энергопотребление — и побуждает их принимать меры по его сокращению, — это администрирование нескольких ценных программ скидок для потребителей, помогающих покрыть часть затрат на покупку новых, более эффективное оборудование.

В настоящее время домовладельцы имеют право на получение скидки в размере 500 долларов США на соответствующие тепловые насосы, установленные подрядчиками, связанными с Efficiency Maine.

По мере внедрения новой технологии, дающей потребителям бесканальных тепловых насосов с воздушным источником еще большую гибкость и управляемость, Фишер надеется, что сможет расширить программу, включив в нее инструменты удаленного управления температурой, такие как беспроводные термостаты, мобильные приложения и другие интеллектуальные устройства.

Чем проще домовладельцам управлять настройками температуры на нескольких тепловых насосах по всему дому, тем более привлекательной становится установка решения для всего дома.

«Эффективность Мэн установила связи со всеми основными производителями оборудования», — говорит Фишер. «Мы хотим заранее узнавать о том, что будет дальше, чтобы мы могли создавать программы стимулирования, включающие самые современные модели, как только они станут доступны».

Изменения в правилах игры: компрессоры с регулируемой скоростью

В зависимости от нескольких факторов, таких как местоположение, состояние здания, завершены ли соответствующие работы по утеплению или нет, а также текущая цена на топливо, многие тепловые насосы с воздушным источником могут подавать эквивалентное количество тепла или тепла. охлажденный воздух всего за четверть стоимости эксплуатации обычного нагревательного или охлаждающего прибора.

Одна из причин этого заключается в том, что в отличие от устройств для сжигания, таких как печь, которые могут «гореть» только при одной температуре, большинство современных тепловых насосов теперь оснащены компрессорами с регулируемой скоростью и обеспечивают гораздо более гибкие варианты комнатной температуры.

Компрессор с регулируемой скоростью может разумно реагировать на изменения спроса и включать или выключать питание в зависимости от того, что требуется для контроля температуры внутри дома. Это гарантирует, что тепловой насос всегда будет работать с оптимальным уровнем эффективности.В результате новые тепловые насосы обычно потребляют меньше энергии, дешевле в эксплуатации и, вероятно, прослужат дольше, чем модели, предназначенные для работы только на одной скорости.

Получается, хватит хватит

Самое лучшее для домовладельцев — это то, что даже когда компрессор саморегулируется, чтобы работать только на 30% мощности, никто в доме не заметит изменения уровня комфорта. Как только в доме сначала поднимается (или опускается) до комфортной температуры, для ее поддержания требуется относительно небольшое количество энергии — скажем, примерно такое же количество теплого воздуха, которое тепловой насос может создать при работе всего лишь на 30% от своей полный потенциал.

На самом деле, исследования показывают, что типичный дом редко нуждается в оборудовании HVAC для работы на полную мощность.

Данные о погоде, полученные Американским обществом инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE)
, показывают, что в среднем в большинстве мест в США погодные условия требуют, чтобы оборудование HVAC работало на полную (100%) мощность менее 5%. года.

Кроме того, ASRAE также определила, что в течение большей части года (60–80% времени) оборудование должно работать только на 75% мощности, чтобы обеспечить достаточный уровень комфорта для пассажиров.

Тепловые насосы работают умнее, а не тяжелее, чем у них

Подобно тому, как круиз-контроль улучшает топливную экономичность транспортного средства, автоматически увеличивая, уменьшая или поддерживая точное количество энергии, необходимое для того, чтобы транспортное средство оставалось на определенной скорости, компрессоры с регулируемой скоростью теперь позволяют тепловым насосам автоматически включать или выключать питание в зависимости от к тому, сколько тепловой энергии им приказано производить.

Введение компрессоров с регулируемой скоростью не только помогло значительно повысить эффективность работы, но и позволило одному компрессору теперь поддерживать до 8 отдельных внутренних вентиляционных установок.

Эти новые многозонные, многокомнатные («multi-split») тепловые насосы делают более простым и доступным, чем когда-либо, подачу теплого, комфортного воздуха с разной температурой в разные части дома. В результате многие в отрасли HVAC рассматривают технологию компрессоров с регулируемой скоростью как настоящий «поворотный момент», который еще больше повысит привлекательность тепловых насосов в самом ближайшем будущем.

Подарок, который продолжает дарить

Еще одно отличие тепловых насосов от топок на жидком или пропановом топливе состоит в том, что после установки тепловые насосы требуют очень небольшого (если вообще) обслуживания.

Большинство блоков полностью программируются, с простым в использовании контролем температуры. Тепловые насосы могут и обычно будут работать непрерывно в течение нескольких месяцев. По мере того, как технология продолжает развиваться и становится все более интеллектуальной, тепловые насосы действительно становятся прибором типа «установил и забыл».

Хотя иногда бывает трудно учесть определенную сумму в долларах на стоимости покупки отопительного прибора, который практически не требует обслуживания, бывают случаи, когда домовладельцы действительно могут взять эти сбережения прямо в банк.

Во время последующего звонка одному из своих клиентов, Джо Мейсонаве, инженер-проектировщик и менеджер подразделения тепловых насосов с воздушным источником в ReVision Energy, был рад узнать, что тепловые насосы, которые его команда установила несколькими месяцами ранее, работают хорошо. а также улучшил общий комфорт домовладельцев.

Вскоре после установки домовладельцы решили, что им больше не нужно поддерживать работающую топку на жидком топливе «на всякий случай», когда тепловые насосы перестают работать — потому что этого никогда не было.

«Они сказали мне, что тепловые насосы не только экономили им деньги на счетах за коммунальные услуги каждый месяц, но и теперь насосы приносили им деньги», — вспоминает Maisonave. «Когда я попросил его объяснить, он сказал, что, поскольку они отключили свою печь, им больше не нужно тратить 250 долларов в год только на ее обслуживание. Для него это деньги, которые могут пойти ему прямо в карман ».

Разве это не лучшие деньги? G&HM

Сколько стоит домашняя геотермальная система?

Коэффициент затрат на геотермальный тепловой насос

Средний геотермальный тепловой насос стоит от 1500 до 2500 долларов за тонну на территории обслуживания Dandelion, которая включает в себя части штата Нью-Йорк.В то время как точный размер теплового насоса определяется потребностями дома в отоплении и охлаждении, для стандартного дома на одну семью площадью 2000 квадратных футов обычно требуется 5-тонный тепловой насос (от 7500 до 12500 долларов).

Фактическая цена на тепловой насос увеличивается или уменьшается в зависимости от переменных, указанных ниже.

Размер теплового насоса

Геотермальный тепловой насос должен иметь надлежащие размеры, чтобы точно соответствовать потребностям дома в отоплении и охлаждении. Подрядчики с хорошей репутацией выполняют так называемый Manual J, отраслевой стандарт для расчета притока и потерь тепла в доме — количества тепла, теряемого через внешнюю часть дома в более прохладные месяцы, и количества тепла, полученного в более теплые месяцы.На потребности дома в обогреве и охлаждении влияет множество переменных, включая размер дома, изоляцию, количество окон, географическое положение, протечку в воздуховоде и даже ориентацию на солнце.

При разработке теплового насоса Dandelion мы стремились сбалансировать качество, эффективность и стоимость. Мы решили построить 2-ступенчатый тепловой насос, потому что он обеспечивает высокую эффективность без дополнительных затрат, связанных с насосом с регулируемой ступенью. Это означает, что наши клиенты видят более быстрый возврат своих инвестиций.

Рейтинг КПД теплового насоса

Два измерения используются для расчета эффективности геотермального теплового насоса — коэффициент полезного действия для отопления (COP) и коэффициент энергоэффективности для охлаждения (EER). COP указывает соотношение произведенного тепла к количеству энергии, использованной для его производства, тогда как EER указывает количество тепла, удаленного из вашего дома, к количеству энергии, используемой для его отвода.

Геотермальные системы обычно имеют COP от 3-5 до EER от 15-25.Тепловой насос также является единственной системой отопления и охлаждения с COP выше 1! Чем выше COP и EER, тем меньше электроэнергии (и денег!) Используется для работы машины, но тем выше первоначальная стоимость ее покупки.

В среднем эффективность геотермальных тепловых насосов составляет 400%. Это означает, что на каждую единицу энергии, используемую для питания вашей геотермальной системы, в ваш дом поступает 4 единицы тепловой энергии. Энергия не создается как часть этого процесса — когда 1 единица электричества потребляется для доставки 4, это означает, что 3 единицы энергии поглощаются из земли.

Системы сжигания, такие как масляные печи, однако, не могут достичь даже 100% эффективности, потому что они всегда доставляют меньше энергии, чем потребляют.

Пакетная система против сплит-системы

Геотермальный тепловой насос состоит из 3 основных компонентов:

Когда эти компоненты содержатся в одной коробке, она называется «упакованной» единицей. Если разделить части на отдельные коробки и установить их в разных местах дома, это называется «сплит-системой».

Дома с воздуховодами на чердаке или с низкими потолками в подвалах обычно требуют сплит-системы.

сложнее в установке, чем комплектные. В упакованном блоке все компоненты, которым необходим хладагент, собраны в одном месте, поэтому систему можно легко «заправить» хладагентом на заводе, где она изготовлена. Однако в сплит-системах эти детали должны быть соединены на месте с помощью медных трубок, где они спаяны и, наконец, заправлены хладагентом.

Из-за дополнительного оборудования, сложности и трудоемкости сплит-систем они обычно дороже, чем комплектные системы. Однако у них есть дополнительное преимущество, заключающееся в большей гибкости в отношении того, где в вашем доме расположены тепловой насос и кондиционер.

Компрессор теплового насоса Тип

Существует 3 типа компрессоров теплового насоса: одноступенчатый , двухступенчатый и регулируемый .

Одноступенчатый тепловой насос имеет только одну настройку — полную мощность.

Как только желаемая температура будет достигнута, установка выключится. Это означает, что одноступенчатые тепловые насосы не могут работать на более низких, более эффективных скоростях и часто отключаться и отключаться. Такое короткое время работы приводит к менее равномерному распределению температуры по всему дому и большей вероятности появления горячих и холодных точек.

Одноступенчатые тепловые насосы просты, поэтому их покупка и ремонт обходятся дешевле. Однако из-за своей простоты они имеют более высокие эксплуатационные расходы, чем двухступенчатые и регулируемые тепловые насосы, из-за частоты, с которой они включаются и выключаются.

Двухступенчатый тепловой насос имеет 2 уровня мощности — высокий и низкий.

Он будет циклически включаться и выключаться на низкой скорости (первая ступень) в течение большей части года, пока не станет действительно холодным / горячим и ему нужно будет перейти на высокую скорость (вторая ступень), чтобы не отставать. Он автоматически переключается между ступенями в соответствии с указаниями термостата. Устройство потребляет меньше электроэнергии на низкой скорости (что делает систему более эффективной) и работает более длительные периоды времени.Эти длительные периоды времени циркулируют и перемешивают воздух в доме, делая его более однородным и осушающим во всем. Это исключает вероятность появления горячих и холодных точек.

Как только в доме будет достигнута желаемая температура, система переключится на нижнюю ступень и продолжит работу. Это колебание позволяет дому эффективно поддерживать стабильную, равномерную температуру. Двухступенчатые тепловые насосы обычно стоят больше, чем одноступенчатые тепловые насосы, но меньше, чем тепловые насосы с регулируемой ступенью, при этом достигается средний или отличный уровень эффективности.

Тепловой насос с регулируемой ступенью может постепенно изменять уровни интенсивности.

В результате эти агрегаты редко отключаются, поддерживая постоянную температуру и превосходную эффективность. Тепловые насосы с регулируемой ступенью стоят дороже, чем одноступенчатые или двухступенчатые тепловые насосы, но могут потребовать более высоких затрат на ремонт из-за своей сложности и только среднего срока службы.

Следует отметить, что, хотя тепловые насосы с регулируемой ступенью более эффективны, чем двухступенчатые тепловые насосы, прирост эффективности при переходе от двухступенчатой ​​к регулируемой ступени является скромным по сравнению с увеличением цены на возможности с регулируемой ступенью.

Большинство бытовых тепловых насосов имеют размер от 1 (12 000 БТЕ / час) до 5 тонн (60 000 БТЕ / час). Дома с более высокой нагрузкой на отопление и охлаждение требуют более крупных тепловых насосов, а иногда и более одного. Чем больше тепловой насос, тем выше стоимость.

Тепловой насос вода-воздух или тепловой насос вода-вода

Тепловой насос типа вода-воздух подходит для домов, в которых используются воздуховоды для отопления или охлаждения, тогда как тепловой насос вода-вода совместим с домами, в которых используются системы распределения тепла на водной основе, такие как радиаторы или внутрипольное лучистое отопление. .Системы водоснабжения обычно более сложные и, следовательно, более дорогие.

В старых домах обычно есть распределительные системы, которые предназначены для подачи тепла с помощью воды высокой температуры, которую вы получаете от бойлера (180F). Геотермальные системы типа вода-вода могут обеспечивать температуру воды только до 120F, что обычно означает, что старую распределительную систему (радиаторы и т. Д.) Необходимо заменить или вообще отказаться. Эти затраты быстро накапливаются.

Тепловой насос Dandelion — это водо-воздушный насос.Это означает, что он совместим только с домами, в которых для обогрева или охлаждения используются воздуховоды.

Факторы затрат на воздуховоды

Зональный контроль

Одна зона

Несколько зон

Однозонный дом имеет отопление и охлаждение по принципу «все или ничего», то есть теплый или прохладный воздух будет распределяться по всему дому во время работы системы.Дома с несколькими зонами разделены на зоны, каждая из которых имеет свой индивидуальный контроль температуры.

Установка зонирования требует установки заслонок, платы управления зонами и дополнительных термостатов для контроля, куда направляется нагретый / охлажденный воздух из дома. Зонирование воздуховодов обеспечивает более точный контроль температуры в отдельных частях дома (например, у вас может быть отдельная зона в подвале и на основном уровне), но дополнительные компоненты увеличивают стоимость.

Использование воздуховодов

В некоторых случаях существующие в доме воздуховоды находятся в плохом состоянии или нуждаются в других модификациях.

Если в доме в настоящее время нет воздуховодов, добавление их может стоить от 5000 до 20 000 долларов или больше в зависимости от размера дома, сложности воздуховодов и других факторов.

Модернизация электрооборудования

Установка геотермального теплового насоса часто является частью «электрификации» дома.То есть переход от использования ископаемого топлива на территории к использованию электроэнергии для удовлетворения всех потребностей дома. Электрификация дома увеличивает общее количество потребляемой электроэнергии, и иногда это может привести к перегрузке основной линии или панели, которая обрабатывает электроэнергию в доме.

В этих случаях необходимо увеличить размер линии и / или панели. Это увеличение иногда незначительное и относительно обычное, поэтому стоимость будет ниже. Однако некоторые дома требуют значительного увеличения стоимости жилья.

(PDF) Воздушные тепловые насосы и их роль в энергетической системе Швеции

Воздушные тепловые насосы и их роль в шведской энергетической системе

Итаи Даниэльски *, a, Morgan Frölinga

a Экотехнологии, Департамент инженерии и устойчивого развития Девелопмент, Университет Средней Швеции,

83125 Эстерсунд, Швеция

* Автор, ответственный за переписку: [email protected], тел: +46 (0) 63-165416,

Реферат

Тепловые насосы нового производства могут обеспечить тепловая энергия наружного воздуха при низких температурах

до -20 ° C.В результате их можно было использовать в течение большинства дней в году даже в холодном северном климате

. Недостатком тепловых насосов с воздушным источником является снижение эффективности по мере того, как наружный воздух

становится холоднее, что приводит к снижению подачи тепла в то время, когда оно наиболее необходимо. Несмотря на обратную зависимость

между КПД и температурой наружного воздуха, тепловые насосы с воздушным источником были установлены в

57000 частных домов в Швеции только в течение 2010 года, что составляет 3% от общего фонда отдельно стоящих домов.

Таким образом, воздушные тепловые насосы являются самой продаваемой технологией отопления для частных домов в Швеции.

в течение 2010 г., что в 1,6 раза больше, чем количество установок геотермального теплового насоса, и в 3 раза больше, чем

, чем количество подключений отдельно стоящих домов. к централизованному теплоснабжению в течение того же года.

Подобные тенденции наблюдаются и в других странах Северной Европы.

В этом исследовании сравнивается использование воздушного теплового насоса с другими существующими коммерческими технологиями

в частных домах и анализируется влияние на использование первичной энергии, на конечное использование энергии, на производство электроэнергии

и на рентабельность домовладельцев.Было обнаружено, что преобразование существующих электрических отапливаемых отдельно стоящих домов

в Швеции на централизованное теплоснабжение с ТЭЦ на биомассе или каменным тепловым насосом

могло бы сократить использование ресурсов, что могло бы принести пользу Швеции как обществу. Преобразование

Шведских отдельно стоящих домов с электрическим обогревом на централизованное отопление или печь на гранулах может снизить потребность в электроэнергии и выровнять

нагрузочную кривую спроса на электроэнергию. Это принесет пользу коммунальным предприятиям электроснабжения, поскольку может обеспечить источник питания

.Однако экономическая эффективность является одним из наиболее важных факторов, побуждающих владельцев

отдельно стоящих домов выбирать меры по повышению энергоэффективности. По этой причине домовладельцы, скорее всего, получат выгоду от

установки тепловых насосов с воздушным источником тепла.

1. Введение

Большая часть шведских жилых домов была построена в 1960-х и 1970-х годах, при этом

новых построенных домов закончились во время нефтяного кризиса 1973 года (Статистическое управление Швеции 2012a).

До нефтяного кризиса цены на ископаемое топливо и электроэнергию были относительно низкими, а сохранение энергии в зданиях

не имело большого значения. Нефть и электричество широко использовались в качестве источников энергии

для отопления помещений и бытового водоснабжения. При более высоких ценах на ископаемые многие из

переоборудованы в биомассу и тепловые насосы. Установлено

сетей централизованного теплоснабжения, которые в настоящее время обеспечивают помещения и горячее водоснабжение 92% многоквартирных домов

и только 27% от общего числа 1.9 млн отдельно стоящих домов. Частные дома

имеют самый высокий уровень конечного потребления энергии в секторе услуг для отопления помещений и нагрева воды (Шведское энергетическое агентство

2011a) и в четыре раза выше потребление электроэнергии по сравнению с

многоквартирными домами (Статистическое управление Швеции, 2012). Электроэнергия по-прежнему является наиболее распространенной формой из

энергии, используемой для отопления и горячего водоснабжения в отдельно стоящих зданиях.