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客人博客

电动热泵可以减少加州家庭的排放

一项新的分析表明,用高效的热泵代替煤气炉可以减少一半的温室气体排放

从燃气器具切换到高效电热泵可以在加利福尼亚州显着削减温室气体排放,一个新的分析发现。(照片:Dennis Schroeder /全国可再生能源实验室)

与加利福尼亚大学伯克利大学的能量和资源集团合作编写的。

根据新的自然资源国防委员会分析​​,在加利福尼亚州使用高效电热泵而不是用于住宅供暖需求的储层需求,可以将温室气体(GHG)排放量减少到电气杂志

这使得热泵一个重要的工具为了帮助加州雄心勃勃的目标,将温室气体排放量减少40%到2030%,实现2045年的碳 - 中立,并提高市区的空气质量 - 这在该国最受污染的排名。

我们发现,在使用一整年后,电热泵产生的排放明显低于气体或电阻技术。换用热泵热水器(HPWH)每年可以减少每户50%到70%的排放,这取决于它们所取代的燃气技术的效率。同样,从煤气炉改用高效空气源热泵(ASHP)每年可以减少46%到54%的排放量。

在最近的两个报告中突出了满足气候变化的迫切需要在全国范围内国际。建筑物账户大约四分之一加州的温室气体排放,和多于一半其中来自用于空间的能量,水加热,大约90%的炉子和热水器通过气体或丙烷燃料。

水供暖技术的年排放(无负载管理)。每个技术名称都包括其效率或年度性能系数(COP)。

新分析还遵循最近的突触研究,表明清洁空间和水加热技术,如高效的热泵有可能节省加州人在安装时要花费1500美元在最好的情况下,以及之后每年数百美元的水电费。

令人印象深刻的效率

热泵使用电力来运行压缩机,从周围环境中收集和浓缩热量。然后使用热量来在罐中温暖室内空间或热水。由于电力用于在周围移动热量,而不是创造它,热泵提供的能量比操作它所需的能量增加2到四倍。

这种令人印象深刻的性能Dwarfs气体加热器(其燃料能量的60%至95%转化为热量)倍数三到五次。

它有意义的是,使用比传统气体设备更有效的加热设备,以及通过加利福尼亚州日益清洁的电力供电,可以大大减少整体排放。

然而,要全面了解情况,还需要考虑两个额外的因素:用电的时机,以及有时有多少热泵在效率较低的电阻加热模式下运行。

不管什么时候消耗,直接燃烧气体来获取热量产生的排放量都是一样的。但是电力的排放在一天中是不同的。它们在需求高峰的晚上更高,此时电力也必须由化石燃料发电厂提供,中午需求低,太阳能充足时则较低。

因此,与热泵相关的温室气体排放取决于它运行的日期的时间。

虽然热泵操作非常有效,但许多HPWHS是混合动力车:它们在热泵模式下运行大部分时间,但自动切换到电阻加热以满足大型热水绘制或环境空气温度太低。电阻加热效率低得多 - 它“仅”将100%的电能转化为热量 - 并且在使用时也会受到电网的排放强度。最先进的HPWH可以纯粹在热泵模式下运行。

为了评估排放,我们的分析同时考虑了使用时间和混合热泵在低效率阻力模式下运行的时间。

热泵的用电情况

为了更好地了解热泵排放如何根据其运行而变化,我们查看了HPWHS和空气源热泵空间加热器的每小时电力使用模式。HPWH每小时需求数据获取验证的建模研究由Ecotope,Inc。为Ashps进行,我们依赖于使用模式由能量+环境经济学(E3)出版的太平洋气体(PG&E)。在这两种情况下,我们比较了加州气候区12的数据,包括萨克拉门托。

一年中的每个小时,热泵耗电量乘以电网在该小时的温室气体排放。这些数据是E3为加州公共事业委员会准备的,作为2018年避免成本计算器(ACC)的一部分每小时排放强度加州网格上的发电。

我们使用ACC对2030年排放量的预测,是因为未来几年实施的政策将影响整个2020年代的供暖设备选择,而根据这些政策安装的热泵将再运行15至20年(2020至2045年)。因此,2030年排放是受这些政策影响的设备平均寿命排放的合理假设。

2018年ACC排放数据不包括2018年9月由加州州长杰瑞布朗签署的参议院票据100(de Leon)的影响,加州的可再生能源从2030年增加到60%至60%。

我们叠加在同一图表上的热泵使用模式和网格排放,以帮助可视化配置文件如何重合。当太阳能发电最高时,HPWHS往往会消耗最多的电力,允许它们主要使用清洁电力。另一方面,ashps,在晚上的峰值和早晨的部分峰值需求期间主要经营。这表明负载管理 - 即,激励居民在上午6点之前预热家园。- 可以最大限度地减少在高峰时段期间的操作,并导致额外的空间加热排放在高效中减少,其高效以保留几个小时。

将这些使用模式和排放概况组合在一年内所有时间允许我们计算这些技术的年度总排放量。

然后,我们将标准效率和先进高效电热泵的排放与用于空间和水加热的气体和传统电气技术进行了比较。如前所述,在使用一整年后,电热泵的排放明显低于气体或电阻技术。

关于其他国家呢?

这种分析专注于加利福尼亚州,因为金州的雄心勃勃的气候和清洁空气目标,以及可用的热泵使用模式和电网排放数据。

全国性地区,结果会因国家而异,因为热泵效率取决于局部气候条件,电网温室气体排放量因地区而异。但随着煤炭发电厂因天然气和太阳能而被燃气和可再生能源代替,由于政策和经济,我们可以预期热泵技术还能在全国范围内产生显着的排放。

接近零排放热的途径

该分析并没有试图评估将热泵运行从高排放量转移到一天中的低排放时间的益处,但我们的结果表明这种负荷管理通过预热和通过预热来进一步减少热泵排放的承诺电力便宜且清洁时预冷,可避免或最小化电力使用昂贵且高排放量。

作为清洁能源政策,如某人100年而市场力量继续增加可再生能源和无碳发电在电网中的份额,排放将继续减少。与此同时,热泵技术的效率预计将继续提高,就像过去十年一样。这些趋势将进一步减少排放,为未来接近零排放的供暖和热水铺平道路。

加利福尼亚最近通过了两笔账单,AB 3232.SB 1477.,这一点旨在使这承诺成为现实。

皮埃尔德尔福奇是一位拥有自然资源国防委员会的高级科学家,他们致力于建设脱碳。这篇文章最初发表于此NRDC专家博客并在这里重印。

22评论

  1. 彼得L.||#1

    天然气行业不会喜欢本报告/文章。

    1. 约翰·克拉克||#8

      更像是投资者(养老金,相互资金等),天然气公用事业也不会幸福。

  2. Eric Habegger.||#2

    你能听见吗?我正在玩世界上最小的小提琴。

  3. SkierPage2.||#3

    当可再生能源可用时,定时加热似乎会奖励/需要有一个大储罐,你可以装满来自清洁能源的管道热水。这使得家庭热水和空间供暖是一回事,你可以使用同样大的空气-水热泵系统,节省资金和空间。

    这不仅仅是我的扶手椅的想法,“住宅空调和管道应用指南:2016,“由代码Ace加州能源委员会,说:“热水供暖和DHW结合系统使用一个中央热水来源,如锅炉,以满足国内热水和空间供暖需求。根据供暖和家庭用水供暖负荷的不同,可以考虑采用组合式系统来同时满足这两种需求。”

    然而,在加利福尼亚而言,这种系统几乎无法获得,并且必须在一起堆放。桑德二氧化碳系统可以这样做,但桑德在其技术信息中有很多遗址。

    加州能源委员会和富有的环保客户的需求与加州暖通空调和水管工提供的需求之间存在着不匹配。

    1. 乔恩·R||#4

      您可以接近一个Chiltrix空气到水热泵加上一个热泵热水器(夏季使用)+水箱。如果有人能这样做(所有空间加热/制冷和家用热水都使用太阳能/非高峰电力)将会很有趣,以此作为概念的证明。

      1. GBA编辑器
        马丁·霍洛拉||#6

        滑雪者和乔恩,
        当然,从技术上讲,在加州的每一幢房子里安装一个大的隔热水箱是可行的——假设机械房足够大——并将水箱与太阳能热系统或连接计时器的大空气-水热泵相连。

        挑战不是技术性的。问题是,温室气体排放中的减少不足以使高硬件成本(每房间为30,000美元至30,000美元)。如果我们的目标正在减少温室气体排放,则有更好的方式来花费我们的钱。

        1. 乔恩·R||#7

          我不反对它还没有为黄金时段做好准备,但要考虑成本。基于Chiltrix的系统在成本上与其他HVAC系统相似,热泵热水器已经很常见。所以这些部件可能没有成本溢价。一个5000加仑的油箱花费不到2000美元(外加一点绝缘材料)。那还剩下什么——一些泵,控制装置,也许还有一个水-水热交换器?如你所说,在技术上是可行的。也许保费只有5000美元。

        2. SkierPage2.||#10

          *要求*是在未来十年中消除化石燃料燃烧,以保持全球升温在1.5°C以下。为降压决定获得最佳方法的爆炸。

          我假设一个大型绝缘罐比第二热泵便宜。但我在想类似的东西,就像HTP Versa-Hydro的119加仑坦克,内部热交换线圈减去其燃气锅炉,而不是Jon R的5000加仑坦克(12'x 8'?!?)。

          我将非常感谢在旧金山海湾地区的供热顾问的建议。我以为我找到了一个很有前途的工作,但他完全被工作搞得一团糟。

          1. 专家成员
            达娜·迪斯特||#11

            >“我假设一个大型隔热罐比第二热泵便宜。”

            不是一个好的假设。绝缘坦克不便宜。热泵并不是那么昂贵的。

            >“…HTP Versa-Hydro的119加仑内部热交换盘管,减去燃气锅炉"

            听起来很像119加仑的SuperStor Ultra:

            http://www.htproducts.com/superstor-ultra-waterheater.html.

            119加仑超级Ultra是2500美元的北方。热交换器有点小,但不足以用作“反向间接”,其中饮用水在热交换器线圈中,并且不能通过热交换器用CHILLTRIX泵送水有效地操作。

            这是一个大约一个巨大的互联网商店列表价格相当良好的超高效率mitsubishi fh09或fujitsu 9rls3迷你分裂,其中任何一个都有足够的容量来加热许多ca家。

            涡轮机119是真正的“反向间接”的热缓冲和热水器具有更大的热交换器。它可以在罐中使用加热系统水,在更低,更高效的温度下,用于用可逆的冷却器加热热量。但它运行了大约4次盛大,可比为2吨Chilltrix的价格:

            http://www.chiltrix.com/documents/price-list.html.

            https://www.afsupply.com/turbomax-109-instantaneous-indirect-water-heater-119-gallons-400-000-900-000-btu-117-264-kw-10-years-warranty.html

            真正的大型1000加仑保温缓冲罐只有在大气压力下运行时才“便宜”,没有饮用水。它们一直被安装在木制锅炉供暖系统中,但并不一定适合郊区的CA。

    2. 专家成员
      达娜·迪斯特||#9

      >“......使用中央热水源,如锅炉,以满足国内热水和空间供暖需求”

      >“然而,这种系统在加利福尼亚州几乎不可接受,必须坐在一起。”

      呵呵?

      燃气壁挂组合式锅炉是可获得的,尽管在加州的大盒子商店(不是大多数是一个伟大的适合空间加热端-通常超大,但不是所有)。

      冷凝气体加热器设计有适合于运行水力处理器的侧端口,该侧端口也比大多数CA中的燃气炉更容易尺寸。或者正在从不同的供应商那里从不同的供应商到被认为“......拼凑在一起”的负荷进行基本匹配?(来吧,这款东西旨在一起工作!)锅炉是否必须由同一家公司作为翅片管底板和间接热水器制造,或者也是“......拼凑在一起”吗?

      如果坚持要热泵,大金是不是不再在加州销售他们的Altherma热/热水/空调系统了?如果没有,考虑到加州的碳排放目标,他们应该继续努力。它可以是一个非常好的适合许多现有的CA家庭。

      https://www.daikin.com/products/ac/lineup/heat_pump/

      https://www.energy.ca.gov/2011广告/cec -400-2011-010/cec -400-2011-010-sf.pdf.

      https://www.energy.ca.gov/title24/2008standards/special_case_appliance/almenta_heat_pump/daikin_altharma_compoppopplication/

      三洋曾经在欧洲和亚洲拥有漂亮的二氧化碳制冷剂空气源组合系统,但在美国从未销售。三洋也是Ecocute Consortium的一部分以及桑德,但前进并设计了更完整的组合系统,而不是“将其作为读者的练习”,以设计一个周围的系统。它进入4.5kW(〜15,000 btu / hr)和9kwh(〜30,000 btu / hr)版本。他们在英国销售了许多系统,但有很多来自其他空气源热泵供应商的竞争。好的,所以这些都不是现在,从来没有在加利福尼亚省......也许三洋是十年左右的市场,或者他们刚刚被欧洲的比赛(包括Daikin)堵塞。

      1. 专家成员
        达娜·迪斯特||#12

        >“我将非常感谢旧金山海湾地区的供暖顾问的建议。”

        这家旧金山湾区的公司正在为大金阿尔瑟玛(Daikin Altherma)辐射采暖和制冷解决方案(配有热水)做广告:

        https://radiantcooling.com/messana-radiant-cooling-dand-heating -systems-www- raymagic-com-and-daikin-altherma-www-daikinac-com-2/

        这些人并不便宜(是湾区的任何承包商便宜?),但团队成员Larry Waters在他的设计组合中寻找最近的Ducted Fujitsu Mini-Split解决方案:

        https://a-1guaranteed.com/meet-the-team/

        1.5吨富士通系统在Berekeley中加热/冷却这所房子是他的成本(包括管道)约为13,000美元:

        https://www.greentechmedia.com/articles/read/what-does-it-take-ta-election-everything-in-your-home.

  4. 克雷格||#5

    在我们的加热主导区7和8中,我将坚持保温作为减少消费/温室气体的手段。遗憾的是,即使NG到BTU的能量转换率为70%,它仍然在我的公用事业账单上每美元击败电动惠普美元。当涉及到能量减少时,阿拉斯加有一些不同的限制。

    另一个悲哀的是,CCHI在当地的一项研究发现,在2013年,为一个2 × 4的木制房屋增加4英寸的绝缘材料将花费12-14K美元(在费尔班克斯进行的研究)。能源节约和回报需要几十年的时间,不符合消费者的利益或时间表。

  5. Toddedema.||#13.

    我对热泵非常兴奋,因为在这个网站上首次阅读它们,但经过大量的研究后,似乎他们对寒冷的气候没有尽可能多的意义(我住在匹兹堡,PA)。他们的效率下降,因为你低于冻结,他们最终停止工作(昂贵的三菱单位,我一直在看低至-15 * f的操作;不幸的是,匹兹堡比每年大约一次更冷) - 强迫你安装完整的备用加热系统,可从热泵更好的加热效率下抵消任何潜在的成本。

    所以 - 在加利福尼亚州去,他们有意义!但如果你住在更冷的地方,请先考虑你的气候。

    1. 删除了||#14

      “[删除]”

    2. 乔恩·R||#16

      据报道富士通迷你分裂继续前进。另一方面,我认为任何人都不能指出富士通说明下面列出的最低温度的文件不会造成任何伤害(例如,由于润滑不良而导致的寿命。

      例如:“...(XLTH)系列具有户外冷凝单元,以便在温度下工作至-15ºF”。这意味着它们没有设计以低于-15ºF。

    3. 专家成员
      达娜·迪斯特||#18

      三菱单位不会在-13F =上停止加热,这只是它们将指定它的容量和效率的最低温度。在一些未指定的温度下,比-18f冷却的大部分三菱冷气候迷你分裂会自动关闭当它冷却足够冷时,温度传感热敏电阻可能有足以干扰操作的误差,然后在返回时自动重新启动范围。在经验中,我还没有找到报告其实际发生的三菱所有者,即使它在-20f低于-20f的几次出口时,它也是所有FH系列的摘要纸张的精细印刷品。

      机场匹兹堡的所有时间记录为-22F(1994年1月19日),但自那个时间以来的任何一年都没有下降至10F。1994年是过去70年来唯一一次它在-18岁以下。大多数少年从来没有达到-10F。看:

      https://www.currentresults.com/Yearly-Weather/USA/PA/Pittsburgh/extreme-annual-pittsburgh-low-temperature.php

      在没有“备份”的匹兹堡指定三菱H2I设备非常安全。

      1. Toddedema.||#19

        谢谢马丁、达纳等人!很高兴知道-我认为他们会完全切断在-15*F,所以他们回到图纸上,连接到我的强制空气系统,而不是传统的AC +炉。

        有没有人对空气和地理热泵之间的气候交叉点进行了研究?Geo似乎对较冷的气候似乎有几个优点(在低温下更好的效率,因为它不需要电阻备份并消除所有关于它变得过于冷的人和更耐用的担忧......但也明显更昂贵的前沿,我'm不确定它是否会在常温带中保存任何能量。如果他们不太好,那么金钱可以在太阳能电池板,绝缘等上花费更好。

  6. GBA编辑器
    马丁·霍洛拉||#15

    托德,
    很多人一直保持着温暖的导管Minipplit热泵 - 没有备用加热系统 - 多年来,在位置比匹兹堡 - 菲尼斯,佛蒙特州,魁北克和缅因等地点更冷。

  7. Eric Habegger.||#17

    这是一个非常不错的文章。它谈到了使用很重要的效率的时间,但未能提及预热房屋,这些家庭将保持其温度需要平稳的气密性和结构中的绝缘度。我想你可以称之为隐含我们所知道的大多数人所知道的假设。但它导致加利福尼亚气候中非常重要的东西。

    在加州的气候中,能源消耗的高峰通常不是在冬天,而是在夏天。夏季最热的时候,每个人都开着空调,这时会出现能源消耗高峰。
    (安然(Enron)利用这一点作为其恶作剧的借口。)如果你已经建了一个可以长时间保持温度的房子,那么你也可以在夏天使用它。

    加州的干燥气候和凉爽的夏季夜晚是使用整个房子的理想选择。因此,您可以使用相同的使用时间效率来关闭夏季的交流。它需要在晚上打开窗户的勤奋,并在早上关闭它们,但它可以像其他事情一样经济地激励。它还需要一个心理适应,不需要围绕本文所倡导的冬季生活所倡导的完美内部温度一年。

    我住在一个全房风扇,在大多数房间使用天花板粉丝让我​​感到舒适。有用。我希望这项研究的人们将在西部夏天和冬天的夏天和冬天利用井建造房屋​​的热水瓶效果。

  8. Jan Juran.||#20

    嗨皮埃尔:热泵效率继续改善。我的Rheeg铂铂性能50加仑热泵热水器在3.55的均匀节点下运行。即使有很多客人,我们也从未用完热水。2018年,载体公司(印第安纳波利斯美国)推出了其新的无限9K(冷却额定容量)尺寸额定BTU导管迷你分割,室内单元40Mphaq09xa3和室外单元38mpraq09aa3,具有42的冷却模式Seer,加热HPSF为15.0。5F的最大加热容量在13K Btus时列出。https://www.utcccs-cdn.com/hvac/docs/1010/public/07/01-dls-029-01.pdf.
    https://www.carrier.com/residential/en/us/products/nessless -systems/38mpra/
    新的载体无限度似乎具有比早期产品更好的效率等级,以及3100 BTU的合理的加热调制。互联网经销商在2800美元范围内报告该对的近期定价,不包括安装。载体还提供较大的12K BTU额定冷却对,尽管较低的效率等级:室内40Mphaq12xa3加上室外38mpraq12aa3。

  9. 乔恩·R||#21

    无限38mpra;在-22°F(-30°C)上高达75%的加热容量

    虽然“达到”模糊而且警察可能很差,但它在-22F工作。看起来(完全相同的压缩机案例设计,同样-22f)Gree蓝宝石,具有无限名称。

    1. 专家成员

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