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空气源热泵是减少建筑排放的核心。他们在夏天用电把热量从房子里输送出去，在冬天把热量输送到房子里。在加热或冷却季节的过程中，热泵可以为他们消耗的每单位电力输送三个或更多单位的热量。当与风能和光伏发电的低碳电力相结合时，它们可以在没有化石燃料的情况下提供全年的舒适。
传统的热泵在温和的条件下表现最好。随着室外温度的下降，它们的效率——以及它们能传递的热量——迅速下降。低于一定的温度，通常是30-40°F，它们就不能满足房子的需要，需要补充热量。对补充热量的依赖，特别是对电阻的依赖，使热泵成为昂贵的选择。传统热泵在较低温度下的不良性能也限制了它们在较冷地区的使用。
在过去的二十年里，适合寒冷气候地区的新一代热泵出现了。许多这种“寒冷气候热泵”在0°F以下的温度下表现良好。它们提高了效率，减少了对补充热量的需求，使它们成为电基板、丙烷和燃料油的成本效益替代品。在一些地区，它们可以达到与天然气相当的运营成本。
不幸的是，公众对热泵的看法受到传统设备局限性的影响。为了建立对新技术的信心，东北能源效率伙伴关系(NEEP)和EPA能源之星计划已经建立了构成寒冷气候热泵的标准。在本文中，我将讨论这些标准，然后讨论使寒冷气候热泵在低温下工作良好的特性。
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17日评论
Jon，这篇文章很棒!我知道我将在哪里指导那些说热泵在寒冷气候下不起作用的人(不幸的是，通常是专业人士)。
我听到了对即将到来的制冷剂更换的批评，说它只是将R410-A与一种更良性但效果较差的制冷剂混合在一起，最终结果与坚持使用R410-A没有太大区别。我想这是不正确的，但我不知道如何判断。你说呢?
谢谢你,迈克尔。R-410A是R-32和R-125的对半混合。R-32具有非常好的制冷剂性能和中等的全球变暖潜能值，但本身略易燃。R-125的全球变暖潜能值要高得多，但其可燃性等级为“A1”。
未混合的R-32是R-410A的主要替代品，但由于其易燃性等级(“A2L”)，需要重新设计设备和安装程序。R-454B是另一种正在考虑的A2L制冷剂。这两种材料的热性能至少应该和R-410A一样好。
R-32和R-454B都不是完美的;他们的gwp值分别是675和466。但与R-410A (GWP = 2088)相比，它们都是朝着正确的方向迈出了一大步，不应该导致性能大下降。
我在这里更详细地介绍A2L制冷剂:
//m.etiketa4.com/article/186618
有一些(也许只有一个?)热泵热水器使用二氧化碳作为制冷剂。我认为它没有被用于空间加热/冷却的热泵是有原因的。为什么呢?
不可燃和GWP值为1是二氧化碳的明显好处!
作为一种制冷剂，二氧化碳有很多很好的特性，但对于住宅热泵应用来说，还存在一些挑战。其一，它的工作压力比HFC/HFO制冷剂高得多，因此需要对管道和其他系统组件进行重大重新设计。另一个原因是，在任何压力下，它都不会凝结在88华氏度以上，这限制了它用于冷却的用途。但是，考虑到它的环境优势，我希望我们在未来能看到更多。
二氧化碳热泵可以在超过88华氏度的跨临界循环中运行，因此不能冷凝并不是严格的限制。但更高的压力无疑更具挑战性。
本页有一个简单的压力-焓图的例子:https://www.ohio.edu/mechanical/thermo/property_tables/CO2/
使用二氧化碳作为热泵制冷剂的一个主要挑战是，它们在二氧化碳的临界点~88华氏度以上工作。对于HP, COP等于从高侧热交换器传递出去的热量除以输入到压缩机的电。对于冷凝的制冷剂，冷凝过程提取了传递热量的很大一部分。由于CO2不凝结(气体冷却器)，制冷剂需要在膨胀之前冷却到接近蒸汽压缩循环的冷侧温度，以提取等量的热量。
Stene(2007)的焓(x轴)-压力(y轴)图说明了这一点。在这种情况下，高侧温度为110摄氏度(230F)，他发现在膨胀前将温度从40摄氏度(104F)降低到10摄氏度(50F)， COP增加了约55%。Ecotope在2013年对Sanden HPWH的测试发现了类似的结果:当水箱底部的水温上升到更高的温度时，COP急剧下降。
因此，管道中的回风温度有效地限制了以二氧化碳为基础的空对空高压的效率，因为二氧化碳只能接近该温度(类似于高压水轮机下部的水温)。
有一些方法可以在膨胀前有效地从制冷剂中提取更多的焓(例如，吸力线热交换器，喷射器，有助于为压缩机供电的工作膨胀器设备)并提高循环效率，但它们增加了循环的复杂性。
对于空调来说，基于基本热力学的基于二氧化碳的系统的性能也会更差。最重要的是，非包装机组在室外机和室内机之间使用二次流体，而不是运行制冷剂管路(记住~ 100atm的操作压力!)，增加系统升力并降低效率。例如，先前的测试发现，工作扩展器可以消除大部分效率损失，尽管增加了循环的复杂性和成本。
您能否解释一下“额定输出”的概念，以及它与寒冷天气性能的关系?我在NEEP数据库中查看了一些机组，我看到的是，47度时的额定输出通常远低于47度时的最大输出。如果你把一个4吨的单位称为2吨的单位，那么你当然可以声称在5度的温度下没有输出损失。但这是一种营销解决方案，不是技术解决方案。新标准解决这个问题了吗?也许这是一个有效的方法，只要47度的转压比足够大，它就可以连续运行，避免短循环?
你好亚当,
三菱应用说明1013 (mylinkdrive.com)给出了额定与最大容量的很好的解释:
“额定容量”是在标准AHRI额定测试中观察到的系统输出容量
条件(47°F，室外加热17°F)。AHRI测试，执行AHRI-210/240，
由于测试限制，要求压缩机以恒定速度(60Hz)运行。变速设备所获得的任何优势在测试结果中都没有表现出来……”
“最大容量”是指从相对负载条件(当前室温)试图达到设定点条件(所选室温)时，单位将产生的实际输出容量。负荷要求越大，容量增加越多，直到达到机组的最大容量。在变频器驱动变速压缩机系统引入之前，最大容量等于额定容量……”
我认为你是正确的，额定容量低估了设备在47华氏度时的全部能力，这使得在温度下降时更容易保持这种输出。不同温度下的最大容量(在NEEP网站上绘制)是真实性能的更好指标。
感谢你的详细回答，以及这篇优秀的文章。在我听来是这样的:
1) AHRI需要更新他们的测试方法。任何关心性能和长期经济的人都会只关注变速设备，所以在他们目前的测试中不考虑这一点似乎是疯狂的。
2)在设定机组的尺寸时，真正重要的是它在局部加热设计温度下的输出，以及它在47度时可以调节到多低，而不是多高，以避免短周期。制造商的吨位声明或额定输出是一个模糊的起点，如果没有NEEP图表或详细的规格，您就无法真正获得做出最佳选择所需的数据。
在海拔11000英尺，10500加热日，99%的设计温度为-14的情况下，寒冷气候热泵能作为主要热源工作吗?
j·沃尔夫,
是的，只要设计师进行了热损失计算，并选择已知热输出在-14华氏度的设备。这样的设备是存在的。
编辑:我的意思是回复jwolfe1而不是Martin。
这里有一个关于降低海拔的小裂缝的问题://m.etiketa4.com/question/how-much-are-mini-splits-really-affected-by-altitude
第4篇文章有一个来自富士通的幻灯片链接，显示了降额因子:https://s3.amazonaws.com/greenbuildingadvisor.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2016/09/25014433/001%20Altitude%20Capacity%20Correction.pdf
在11000英尺的高度，你必须进行一些推断，但似乎0.67对特定的热泵来说是一个很好的估计。你可能会问制造商，对于你考虑的任何单元，降额系数是多少，但这可以让你对降额是如何工作的有一些了解。
一般来说，寒冷气候热泵与地源热泵相比如何。开采油井的费用合理吗?
地源热泵可以实现更高的效率，因为它们是从更温和的地面提取热量。在特定情况下，该费用是否合理取决于几个因素，包括电价、建筑负荷、气候、垂直与水平回路场地设计，以及退税/税收抵免的资格。一般来说，我想说，对于隔热性能好的小房子来说，这种费用很少是合理的。
精彩的文章，乔恩。喜欢深潜。你似乎对三菱的生产线很熟悉。你是否知道为什么只有少数壁挂式无管道机组(如MSZ-FS)的btu/hr等级为-5华氏度，尽管一些管道机组(SVZ和PEAD)也保证了-13华氏度的最低工作温度?在接下来的几年里，我将着手一个设计温度为-9华氏度的新建筑项目，GBA的建议往往是，带管道的系统比无管道的系统更舒适。在低于5华氏度的温度下，了解btu/hr输出似乎是相关的。谢谢。
空气源热泵的效率是否受到风寒的影响，风寒会使温度显著降低?如果他们是，这是考虑到他们的温度评级吗?
此外，在切换到空气源热泵之前，是否建议对房屋有最低的密封性?在密歇根州，我们正在翻修一栋20世纪30年代的老房子，并增加了20世纪50年代和90年代的部分。我们正在与一家公司合作进行密封和绝缘，他们估计这将使鼓风机门的测试结果从5000个左右提高(电子邮件保护)大约2500人(电子邮件保护)这栋房子是单层的，面积约1500平方英尺。我们想用管道式电动空气源热泵取代旧的油炉。
啊,
风寒不会“降低气温”。它通过带走热量来冷却较热的物体。室外制冷剂在加热模式下比环境空气温度低，因此不会受到此现象的不利影响。也就是说，我听说风仍然会降低性能，由于水分负荷和后续需要更多的除霜。希望更熟悉这个问题的人能插话。
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