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地源热泵是正确的选择吗?

为了降低系统的成本,本GBA读者建议将热交换管放置在地下室板下

地源热泵热泵需要沟渠来埋热交换管,或一个直井,增加了系统的成本。一位读者想知道是否可以将管道放置在地下室的石板下以节省资金。
图片来源:国家可再生能源实验室

本·拉什喜欢地源热泵的想法,尽管它比其他加热和冷却替代方案成本更高。

地源热泵(GSHPs)需要将热交换管埋在地下或插入井或池塘中。埋线所需的挖掘(或多钻一两口井)使得地源热泵比空气源机组更昂贵。此外,设备本身往往更昂贵。总而言之,在成本方面,地源热泵处于明显的劣势。

尽管如此,拉什认为它们是有意义的,他想知道自己是否找到了降低安装新系统成本的方法。

“为了解决第一个问题,地面回路可以在地下室下面吗?”他问问答文章在GreenBuildingAdvisor。“还需要进一步挖掘吗?”多少钱?2或3英寸的次级板泡沫绝缘是否足以将有条件的地下室与全年+/-55F(气候区5)土壤隔开?底线:这是一种便宜但有效的安装接地回路的方法吗?

“我真的很喜欢地源热泵的想法,”他继续说,“有两个理论上的原因,和一个实际的原因:A)在第5区,土壤在夏天比空气冷,而在冬天比空气热。为什么我要把热量放入90°f的空气中或者从10°f的空气中取出热量?B)土壤的容积热容约为空气的1000倍;C)在芝加哥,偶尔会因为太冷而不能用迷你水壶加热(不确定是一年三次还是三年一次,但有可能发生),但永远不会因为太冷而不能加热……

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11日评论

  1. 院长Sandbo||# 1

    在安装过程中。税收抵免是差异所在
    我现在在北卡罗来纳州安装了一个地热系统。我们使用的是水炉7系列。这是一个全面的改造,所有新的管道系统以及。我们使用水平钻孔的方法,因为我们有空间的财产。令人惊讶的是,他们如何水平钻孔,并将管道组合在一个头坑中,然后将它们带到变速泵和机组。联邦税收抵免起了作用。我有4个顶级空气源热泵系统的真实报价,除去税收抵免,地热能的安装实际上更便宜。所以,如果地面能源运营成本更低,我就领先了。最好不要在外面安装噪音很大的设备,还要考虑到热水的减温器的好处。

  2. 查理•沙利文||#2

    感谢桑德博院长
    谢谢你的报告。我很高兴听说你们有一个很好的系统,而且净成本合理。如果你愿意分享成本和尺寸的细节,很多人会很感兴趣的。

  3. Erich Riesenberg||# 3

    空气密封和绝缘
    我们在芝加哥正西的中西部的家,夏天湿热,冬天多雪,绝缘良好,用便携式空气源热泵加热。这是弗里德里希在300美元以下的时候买的。

    人们为了炫耀的权利所经历的种种令人惊讶。

    空气密封和绝缘。吃植物。

  4. 杰森花||# 4

    地理在芝加哥
    我们是芝加哥领先的能源顾问,我想说谢谢你安排和支持我与客户的反复讨论。对于历史悠久的住宅改造,地热可能是有意义的。在商业建筑上,也许值得评估。但如果你是在做肠胃康复或新建单身住宅,我们发现这通常是不值得的。

    这将是伟大的现在有这个资源指向单家庭的业主,节省我的口气讨论高性能外壳。再次感谢!

  5. 专家成员
    Dana多赛特||# 5

    负荷计算的重要性。
    当考虑像地源热泵(GSHP)这样昂贵的机械解决方案时,精确的负荷计算的重要性就上升了。对现有房屋进行热改造通常有相当多的低(er)可挂的果实,这也更具有成本效益。

    在北卡罗来纳州的dean sandbo,一个最先进的适当大小的调制空气源热泵可以达到接近平均地源热泵系统效率,系统设计风险更低。

    去年年底,对许多效率和可再生能源措施延长了30%的联邦所得税补贴,但对地源热泵系统却没有延长。该补贴将于2016年12月31日午夜结束。在那之后,该行业必须靠自己(或州和地方补贴)发展,但我不太希望在太阳能补贴到2022年完全枯竭的时候,它能像空气源热泵+屋顶太阳能那样具有成本效益。太阳能的价格同比大幅下降,空气源热泵的每一个型号都在不断改进。

    在我所在的地区(新英格兰南部),地源热泵系统的安装成本约为9000美元/吨(不含补贴),高效无管道系统的安装成本约为3.5-4K美元/吨。目前当地光伏价格为3-3.25美元/瓦,6-6.5万美元的差价可购买2000瓦的屋顶光伏,每年可提供约2300-2500千瓦时的交流电力。一个典型的2500英尺的房子将需要2- 2.5吨的无风管来加热和冷却,即使假设PV的总输出只有2000千瓦时/年,由于不利的遮阳因素,4000-5000千瓦时的电力将覆盖超过一半的加热电力使用,即使是微不足道的HPSF 10,远远超过地源热泵和无风管之间的电力使用的差异。(同类中最好的无导管机组在HSPF 13-14范围内测试,几乎涵盖了所有的电力使用。)

    在2020年之前,太阳能的安装价格将低于1.50美元/瓦,除非联邦和州的政策支持有很大的变化。在澳大利亚,这已经很便宜了(2016年对小型屋顶系统的调查显示约1.26美元/瓦),使用的是与这里相同的面板、逆变器和货架系统。在美国,没有理由不会很快达到这些价格点,尽管全国平均价格更接近3.50美元/瓦。按照1.5美元/瓦的价格差,每吨可获得4000瓦的PV,这远远超过了覆盖无管道热泵的全部加热和冷却能源的使用。

    但在很多当地市场,地源热泵比我家附近的要便宜。只有时间能证明它是否能够成功地在地源热泵成本市场的廉价光伏浪潮中冲浪。

  6. 专家成员
    Kohta上野||# 6

    IBACOS研究
    不管怎样,IBACOS似乎在建设美国下研究了这个问题。如果我没记错的话,他们研究了地下楼板下面的地源热泵管道,以及外部周围的基础开挖。我只看了执行摘要,没有看完整的报告。

    本报告介绍了一个寒冷气候项目,研究了地源热泵(GSHP)地面回路设计的替代方法。创新的接地回路设计试图通过将整个接地回路包含在地下楼板下方的开挖位置来降低系统接地回路换热部分的安装成本。本报告中提出的水平子板方法将大约减少安装费用
    2500美元/吨(奥伯格2010;(附录A)与常规直井相比。
    对于1.5吨的系统安装在寒冷的气候,2772英尺,两层楼无人居住的测试屋
    位于宾夕法尼亚州匹兹堡(以下简称匹兹堡实验室之家)的传统直井系统预计成本为17800美元,相比之下,水平次板盘管的成本为14000美元。

    根据测量数据,研究小组确定了地回路换热器
    满足了匹兹堡实验室之家的供暖和制冷需求。分析表明,地源热泵是一种有效的策略,可以充分利用地源热泵的大部分优势,而无需在气候适宜的低负荷房屋附近钻直井。由于系统设计的误差范围较低,且系统尺寸过小导致负面和复合副作用的风险更大,因此次板式换热器设计在投入生产家庭环境之前需要进行更多的验证和压力测试。

    http://www1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/building_america/heat_exchange_loop_cold.pdf

  7. Mike Nelson Pedde||# 7

    在板?坏主意
    本:马丁列举了几个很好的理由来说明为什么在你家的楼板下面安装地源热泵循环是一个坏主意。我不是专家,但我可以再补充一点,那就是管道的寿命通常设定在25年左右。我希望你的房子能撑得更久,而且把地下室拆了换管道可不是什么好玩的事。

    迈克。

  8. 专家成员
    Dana多赛特||# 8

    谢谢你举的例子,Kohta!
    “对于1.5吨重的系统,安装在宾夕法尼亚州匹兹堡市2772英尺2的两层空置测试室内(以下简称匹兹堡实验室之家),传统的直井系统预计成本为17800美元,相比之下,水平子板盘管的成本为14000美元。”

    1.5吨系统的14K美元是每吨9333美元,这是近年来典型的每吨成本,即使是在我的社区2-3倍大小的系统。

    与一个1.5吨的管道小型分体系统可能要花费7000美元相比,即使是更便宜的版本,屋顶太阳能也要花费7000美元。按照今年无补贴的3.5美元/瓦的全国平均价格,屋顶太阳能可以购买2千瓦的PV,在匹兹堡,这将提供2300千瓦时的年产量,超过了系统效率的任何差异。

    如果一个1.5吨的系统完全覆盖匹兹堡~+5F 99%外部设计温度的热负荷,设计负荷将大约是18
    000英热单位/小时。假设一个65华氏度的加热/冷却平衡点,也就是60华氏度的加热度,那么在这个平衡点以下每低一个华氏度,房子每小时需要大约300英热单位。匹兹堡每年平均有5700个基准值为65华氏度的供暖日,因此每年的平均供暖能耗约为41,mmbtu。

    在COP为1(电动踢脚板)的情况下,大约需要12000千瓦时的电力消耗,但对于一个平均COP为4.5的一流地源热泵系统,大约只需要2675千瓦时,而一个更可能相当好的地源热泵系统,平均COP为4,大约需要3000千瓦时。

    一个相当低效率的管道迷你分离器可能只提供2.5的年化COP,这将消耗4800千瓦时,而一个更好的级别的管道系统平均COP为3,只使用4000千瓦时。

    减去2300千瓦时的PV收获,CRUMMIER迷你plit + PV的净使用量只有2500千瓦时,这已经比更好的级地源热泵购买的电力少。从更好的级迷你分割中减去它产生1700千瓦时/年的购买电力,这远远低于更好的级地源热泵。

    当屋顶光伏的价格是现在的一半时(这将在2025年之前发生,甚至可能在2020年之前发生,因为它已经比其他一些第一世界国家更便宜),这就变成了不需要考虑的事情,因为地源热泵和迷你分离式热泵成本的差异可以购买足够的太阳能来覆盖一个较好的迷你分离式热泵使用的100%以上的电力,而较差的迷你分离式热泵使用的95%以上的电力。

    简而言之,GSHP必须大幅降低成本,才能与迷你拆分+ PV(无论是在年度运营成本基础上,还是在生命周期成本基础上)竞争。为了达到这个目标,需要增加额外的补贴,需要在30%的所得税补贴基础上大幅增加,仅仅是对GSHP的补贴就远远超过安装一个迷你分离器(无补贴)的花费。如果不大幅降低价格/性能,地源热泵将没有更大的规模,并将被降级为翻新或商业建筑的精品市场。

  9. 本冲||# 9

    (GBA,如果这篇文章贴在别的地方更好,请告诉我。)

    亲爱的Scott, Martin, Dana, Charlie, Peter, Dean, Erich, Jason, Kohta, Mike和其他所有人:

    -第五气候区,芝加哥西部郊区

    你能推荐一些建筑师吗?我最近意识到我们的不适合这个项目。(顺便说一下,在任何过渡期间和之后,我们当前的架构师都应该受到公平、尊重和友善的对待,这一点很重要。)

    该项目包括改造我们1900年左右的气球框架住宅。有一段时间,它被改成了两间公寓。我笨拙地把这些单元重新组合成一个家,但结果是房子里有很多小房间,而且布局不是很好。

    我很清楚,我想在外部添加坚硬的泡沫绝缘材料(因为我们无论如何都要更换屋顶和壁板),但我们首先关注的是内部的变化。当我们的注意力转移到外部绝缘材料上时,我意识到我们的建筑师没有理解或分享我对这部分项目的热情,但为时已晚。

    我曾短暂地想象过,只要有足够的研究和帮助,我就可以为他提供他需要的细节和数据——但后来意识到这是不够的。我需要一个比我更懂的人;而不是更少。在设计完成后,我们将面临更多的挑战:通过当地建筑部门的设计,找到合格的分包商,验证细节被认真遵守,当然还有其他的挑战。

    那么,你能推荐一些适合的建筑师吗?

    谢谢你!

    1. GBA编辑器
      布莱恩Pontolilo||# 10

      嗨本。

      在问答论坛中你可能会有更好的运气://m.etiketa4.com/qa.我想我没有与任何芝加哥地区的架构师合作过,不熟悉高性能程序集,但如果想到了谁,我会告诉您。

  10. 本冲||# 11

    布莱恩,
    会做的事情。谢谢。

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