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给房子供暖的两种主要方式是燃烧燃料(如。例如化石气体、燃料油、木材)或使用电力。火炉和锅炉把燃烧产生的热量分配给房子取暖。电阻加热只在有限的应用中有意义，所以热泵是用电加热的最佳方式。我喜欢热泵，已经把家里的炉子换成了两台。但让我们把事情搞清楚。说热泵比熔炉或锅炉更有效是在拿苹果和南瓜做比较。
漏掉了重要的一点
不幸的是，关于这个主题的许多文章都忽略了一个重要的问题。甚至一些有信誉的消息来源也会犯这个错误。我刚刚看了三篇比较热泵与熔炉和锅炉的文章，发现了这些关于热泵能源使用的说法:
- “效率是煤气炉的两倍多”
- “同样的产出少了三分之一的能量”
- “能量比熔炉少得多”
他们怎么能这么说呢?好吧，一个好的炉子将燃烧的燃料中95%的能量转化为房子的热量。热泵利用其输入能量将大约200 - 300%的能量以热量的形式输送到室内。让我们用一些数字来说明。
你把10万英热单位的化石天然气放进炉子里，就能得到95000英热单位的热量送到家里。你把10万BTU的电输入热泵，你就能在房子里得到20万到30万BTU的热量。如果这就是你所看到的，那么上面这些说法似乎是正确的。你把同样的10万英热单位的能量投入到两种供暖系统中。然而，热泵将2到3倍的热量输送到房子里。但是这里缺少了一些东西。
有什么秘密?
这两种类型的设备有不同的功能。火炉利用燃料燃烧产生的燃烧热。热泵利用电力驱动机械设备，将热量从一个地方转移到另一个地方。但我们需要进一步找出上面这些引文具有误导性的真正原因。
![燃煤发电厂[by stanze, from flickr.com]](https://www.energyvanguard.com/wp-content/uploads/2021/11/coal-fired-power-plant.jpg)
- 燃烧煤气或煤
- 从可控核反应中获取热量
- 驾驭叶片在风中旋转或在有水坝的河流中旋转时产生的动能
- 当来自太阳的辐射能击中光伏组件时，让电子移动
在美国，我们的很多电力仍然来自清单上的第一个。以燃煤发电为例，该电厂的效率为35%至40%。考虑到电力从发电厂到你家的损耗，你的效率下降到30%左右。燃气发电厂更好，但效率仍然只有50%左右，输电和配电损失相同。
更大的图景
当你在热泵中使用这些电时，你得到的热量大约是电能的三倍。这使净效率恢复到90%到100%的范围。这和高效炉差不多。热泵的“效率是原来的两倍多”发生了什么?
现在，输送到你家的电力不仅仅来自燃烧天然气或煤炭。一次能源的实际组合取决于你在哪里。在太平洋西北地区，大部分电力来自清洁的水力发电厂。魁北克拥有北美最清洁的电力，95%的电力来自水力发电。在怀俄明州和佐治亚州，电力不是那么清洁。
苹果和南瓜
尽管如此，直接比较说热泵比熔炉更有效是没有帮助的。为此，您将现场使用的一次能源与来自现场外其他能量转换过程的二次能源进行比较。
不要误会我的意思。我绝对不是说你应该避免热泵，因为它的净效率可能不比煤气炉好。我只是说你不能只看这两种设备的额定效率。
另一个很大的不同是公用事业公司收取的电费和燃气费是不同的。即使你有一个超级高效的热泵对抗一个旧的，低效的熔炉，熔炉可能在成本上获胜。这是因为很多地方的汽油价格非常低。
不过，好消息是电力越来越清洁随着太阳能和风能疯狂发展。所以，使用热泵有很好的理由，包括在美国的几乎每个州，它们比熔炉的碳排放更低。但选择热泵，因为它比熔炉更高效，通常不是其中之一。
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Allison贝尔斯他是乔治亚州亚特兰大的演说家、作家、建筑科学顾问，也是能源先锋的创始人。他有物理学博士学位能源先锋博客．他也是写一本关于建筑科学的书．你可以在推特上关注他@EnergyVanguard．
30的评论
不是对文章的批评，而是一些观察。
为什么不以美元/ BTUh或美元/ KWh来衡量效率呢?传统的方法是美元每热。这提供了更多的“苹果对苹果”的比较。
在白天，从太阳能光伏发电的热泵每美元产生的BTUh远远高于AFUE为96%的锅炉。在夜间，当温度降至零下19华氏度时，锅炉的工作效率要高得多。第三种选择是将太阳能加热的水储存在300加仑的缓冲罐中。
锅炉的效率来自于这样一个事实，即液体循环加热能够比空气更有效地在外壳内分配热量(由于乙二醇混合物的比重)。
在环境方面，我们需要为产生细颗粒物的能源增加更多的洗涤器。然后为电网的整体能源组合工作。
在电网方面——我们需要考虑输配电方面整体电网改进的成本。许多社区还没有准备好迁移到木材、丙烷或热油以外的其他来源。
美国控制的铜够多吗?升级基础设施。(供应链问题)。
对于住宅部分，是否有可能缩小“碳封存”的规模，这样碳就可以从锅炉中捕获，而不是释放到空气中。我们已经有了锅炉冷凝水中和器，为什么不为住宅建立二氧化碳捕获机制呢?这也可以减少住宅的二氧化碳排放，并解决部分感知问题。
kWh是能量单位，BTUh是功率单位。
我可能误解了你关于锅炉效率的观点，但有很多炉子(空气分配)的效率与锅炉相当，不是吗?
锅炉和熔炉的AFUE可以是相当的，即在95-96%范围内。AFUE是衡量发电效率的指标。
1.锅炉(热水系统)可以为家庭供暖并提供DHW。
2.炉子可以加热和冷却(A/C)家里。
3.空气转水热泵可以加热/冷却并提供DHW。
从这个角度来看，空气转水热泵无疑胜出。
重点是，我想说的是，ECM泵可以在整个房子内分配热量/冷却，运行成本比ECM风扇低。(分配效率)。
不过，好消息是，随着太阳能和风能的疯狂发展，电力变得越来越清洁。所以，使用热泵有很好的理由，包括在美国几乎每个州，热泵比加热炉的碳排放更低。但选择热泵是因为它比加热炉更高效，通常不是其中之一。”
常言道:水涨船高
我不反对你的分析。如果你将热泵与电阻加热进行比较，营销是正确的，但它被错误地应用于气体。但我对整体信息持异议。
选择热泵，因为它比燃气更有效，应该是一个因素。你的效率会随着时间的推移而提高(而且会加速而不是线性提高)。另一种选择是将95-98%的效率保持20年。你说得对，市场营销应该改进。
我们还应该注意到，许多家庭将热泵与屋顶太阳能配对。
伟大的文章。谢谢。要了解我的特定公用事业(是阿勒格尼系统的一部分的农村电力合作社)的发电资源组合，最好的资源是什么?前阵子他们发来了一份分析报告，但我想知道最新情况。我烧取暖油，所以用高效的迷你隔板取代我的锅炉是一件显而易见的事情，尤其是因为我的电网光伏系统覆盖了我用来加热的部分(但不是全部)额外电力。然而，我也在考虑电动汽车，这样的决定可能在某种程度上取决于电网的电力混合。考虑到目前所有电动汽车和卡车的巨大价格，我宁愿等一段时间，除非我的电力非常清洁，对环境有直接的好处。
美国环保署有一个“电力分析器”工具，可以让你输入你的邮政编码，并获得你所在地区的信息。
https://www.epa.gov/egrid/power-profiler#/
它运行的区域比你的公用事业更大，但考虑到电网的管理方式，这可以说是有道理的。EIA有每个州的数据https://www.eia.gov/electricity/data/state/emission_annual.xlsx对于您的公用事业公司，您可以在州PUC网站或公用事业公司自己的网站上找到数据。
当你在更换供暖系统或车辆时，预计新的硬件将使用10-20年，更有意义的是预测5-10年，并考虑我们期望电网未来的清洁程度，而不仅仅是现在的情况，所以即使现在的比较不相上下，电动是更好的选择。你们还将帮助建设我们前进所需的行业能力。
谢谢，我会去看看的。
我同意长期规划是关键，我预计每千瓦时的二氧化碳排放量会下降。然而，从短期来看，由于电动汽车价格如此之高(目前二手Model 3的价格较一年前上涨了6- 1万美元)，等待一两年也不会有太大影响
我建议你看看这里:https://app.electricitymap.org/map
这样你就能很好地了解你所连接的电网的排放强度。看起来你很可能在PJM互连上，这将使你的强度约为420克/千瓦时。
以电动汽车为例，一辆特斯拉Model 3的耗电量为151 Wh/km (EV -database)。所以420克/千瓦时* 1.05(5%的电网传输损耗)* 1.05(5%的充电损耗)，结果是70克/公里(112克/英里)。
由于汽油燃烧每升释放2300克二氧化碳，电动汽车的运行碳排放量相当于汽油汽车0.03升/公里= 3升/100公里= 78英里/加仑。
如果你知道你的年行驶里程(距离)和平均行驶里程(英里/加仑)，你就可以计算出你能减少多少排放量。为了便于比较，您可以使用这个计算器将mpg转换为CO2 g/km。
https://www.unitjuggler.com/convert-fuelconsumption-from-mpg-to-gperkmgasoline.html
求g/mi，用g/km * 1.609。
谢谢，我去看看。
在某些方面，消费者对高效电动暖通空调的投资将与对电动汽车的投资竞争，因为消费者的资金有限。比较一种投资与另一种投资的相对收益是很有趣的。
从材料来看，产生千瓦时电力所排放的二氧化碳量取决于一天中/高峰/非高峰的使用时间。我的电力合作推动电子储热(ETS)系统(Steffes)作为一种将加热负荷转移到所有非高峰时段的方式。我不认为这是有意义的，因为它的COP是1，但也许它确实有区别，只消耗峰值电力。
ETS有多大意义可能取决于你的非峰值发电组合(如果你是在优化二氧化碳)或非峰值费率(优化成本)。如果你在一个有很多核能/水力发电和便宜的非高峰电价的地区(比如安大略省)，这可能是可行的。由于一个良好的寒冷气候的空气源热泵在5华氏度时的COP可以超过2，所以你希望非高峰排放强度或成本是高峰/中高峰排放强度或成本的一半。
如果你正在考虑为水循环系统更换热源，你也可以使用像北极那样的空气转水热泵。然后你可以增加一个更大的缓冲罐来储存热量。(但你可能不得不改变你的发射器/散热器来适应更低的循环温度，这开始变得昂贵。)
几周前，当有人出售二手北极系统时，我正在寻找A2W选项。问题是发射器(高效散热器或面板和缓冲罐)非常昂贵。
我和我的农村电力合作社讨论了ETS系统。他们声称是阿勒格尼合作社的一部分，从核能和水力发电中获得大量电力，但我无法证实。非高峰系统使用单独计量的服务，仅以6美分千瓦时的速度在非高峰运行。便宜。他们使用Steffes炉——本质上是一盒砖在非高峰时段加热，然后在高峰时段释放热量(作为锅炉，热风炉或点加热器)。它们通常搭配一个绝缘良好的H20加热器，就像马拉松一样，从服务中运行。我不喜欢它的COP本质上是1的事实……然而，他们确实建议他们也会让我在高峰期充电，甚至在高峰期运行热泵(使用房子作为一个热量存储)以及斯特菲斯系统。问题是，计算是复杂的，以获得正确的加热仅使用热泵峰值，我认为你将需要一个非常紧密的高度绝缘的建筑，否则你将失去太多的能量(可能不得不过热的房子当热泵运行时)。在家工作也让这个想法变得复杂。
有人知道关于供应温度和效率的研究吗?例如，热泵系统的较低供应温度(例如，可能更稳态运行)是否比煤气炉的较高供应温度(例如，可能更稳态运行)更有效?
似乎随着供应温度的升高，系统/配电损失可能会更大，因为传热取决于温差。只是不知道是否有人研究过这个?
此外，由于空气如何通过炉膛热交换器与ASHP空气处理器热交换器，任何效率差异?
在对NREL的信息进行快速搜索后编辑:一项研究“随着送风温度的升高，效率呈指数级下降”。
Nicol[11]测量风管气流速率和温度，以确定稳态风管效率。他计算了循环效率，假设效率随着送风温度的升高而呈指数下降。
Grot和Harrje[10]给出了普林斯顿大学研究的分配系统的更多细节。他们绝缘了一个管道系统，并将其性能与未绝缘系统进行了比较:
结果发现，虽然增加风管隔热确实使地下室温度降低了约5°F，但房间寄存器的出风口温度曲线并没有发生明显变化，在正常的瞬态炉操作期间，很少有额外的热量被输送到生活区。
他们对这种现象的解释是，在住宅炉常见的短周期内，冷却送风的主要机制是传热到管道的金属。在炉子和鼓风机运行期间，风管不会向周围空间损失大量的热量，但风管金属板储存了大量的热量。这些储存的热量在风机关闭后通过传导、对流和辐射而损失掉。
管道的加热电容对何时何地从熔炉输送能量到生活空间有影响。Grot和Harrje[10]从他们的数据中得出结论:“……在间歇鼓风机运行期间，当许多管道刚刚达到最高出口温度时，鼓风机就关闭了。”他们还发现，在燃烧器运行的最初几分钟内，管道金属本身从供气中带走了相当大一部分热量。
https://www.osti.gov/servlets/purl/6444222
也许，对于空气源热泵来说，是时候用热导率(和热容)较低的材料替换金属管道了?金属管道可能是由于燃气和石油燃烧器的高温造成的。考虑在管道中使用PEX而不是铜。
我认为，当人们说他们想要一个高效的热源时，他们真正感兴趣的是运行成本最低的热源，他们不关心有多少热量从烟囱中排出，或者在发电和传输电力的过程中损失了多少能量。真正问题的答案是美元，这个答案是非常本地化的，主要与该地区不同燃料的价格和可获得性有关。
“我爱热泵”我的猜测是，如果运行成本不是问题，90%或更多的人宁愿有一个向他们吹130°空气的熔炉，而不是一个以90°移动2倍空气的热泵。
好文章!
Walta
通常情况下，炉子以较高的速度吹动，所以当它变暖时，它可能感觉不到变暖。
贝尔斯博士非常正确地指出，加热源的%效率数字只是比较它们的现场能源使用情况。正如他所指出的，这只是一幅更大图景的一小部分。然而，这也是唯一独立于其他变量的衡量标准——尤其是电力/天然气成本;以及电网/燃气网络的场外排放。但这幅画的其他部分随着地点和时间的不同而有很大的不同。(例如，安大略省的非高峰用电和德国的高峰用电。)由于这种可变性，使用点的效率%是制造商唯一可以确定发布的数字。
幸运的是，一旦我们知道我们在哪里安装设备，计算其他(成本和排放)并不太难。成本是相当简单的-加热负荷/效率*每单位能量的成本。(当然，这在使用时间计费时变得更加复杂。)
温室气体排放也是可行的。我们可以在这里找到以方便的地图格式收集的电网排放强度数据:https://app.electricitymap.org/map看起来他们拥有几乎所有美国(通过互连)、大约一半加拿大(按省份)和几乎所有欧洲(按国家)的数据。这就得到了每单位能量的温室气体。计算结果为温室气体强度*(加热负荷/效率)* 1.05。根据美国能源信息管理局(US Energy Information Administration)的数据，1.05的因素导致输配电中平均5%的损失。
天然气的温室气体有点难，因为我们应该考虑泄漏(又名。输配管网中的无组织排放)。2020年美国环保署的一项研究(Kirchgessner等人)认为这一比例约为1%。但这些都是甲烷泄漏，甲烷的全球变暖潜能值是28(也就是说，比二氧化碳严重28倍;IPCC AR5)。至少气体燃烧的温室气体强度相当直接:185克/千瓦时。所以计算结果是:温室气体强度*(加热负荷/效率)* 1.28。
举个例子，我在阿尔伯塔省，那里的电网很脏，大约450克/千瓦时。对于一个热负荷为7千瓦(约2吨)的家庭，将平均CoP为2.5(效率为250%)的热泵与95%的煤气炉进行比较，计算结果是:
电量:450克/千瓦时*(7千瓦/ 2.5)* 1.05 = 1323克/小时
气体:185克/千瓦时*(7千瓦/ 0.95)* 1.28 = 1745克/小时
所以在这种情况下，热泵的结果是更低的排放。同样值得注意的是，即使忽略了甲烷的排放，热泵仍然略微领先。(是的，你可以把CoP的变化与你所在地区每小时的历史天气数据所告知的外部温度变化考虑在内，从而使这种分析更加详细。)
我们还可以重新排列这个数学，告诉我们热泵将有更低排放的盈亏平衡CoP:
盈亏平衡CoP =(电网排放强度)g/kWh *(炉效率)* 0.0044
在阿尔伯塔省的例子中，结果是:450 * 0.95 * 0.0044 = 1.88。
美国全国平均水平为385克/千瓦时(US EIA)，盈亏平衡为385 * 0.95 * 0.0044 = 1.6
(如果你想忽略甲烷泄漏，你可以用0.0056而不是0.0044，但我们真的应该注意天然气分销网络的甲烷泄漏，因为它们是温室气体的主要来源。)
基本上，对于热泵是否比加热炉更有效这个问题，我们确实有足够的数据来找到一个合理的答案。这个答案取决于你住在哪里，但很可能是肯定的。
这里用于输配电损失的数字高得不现实。我们需要打破他们是主要问题的神话。
EIA估计，输往电网的电力中有5%是在输配电中损失的。重要的是，这是输入系统的5%的电能，而不是燃烧燃料的5%。https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=105&t=3
文章指出，T&D损失会将35%到40%的计划效率降低到30%的系统效率。这意味着14%到25%的T&D损失。相差3到5倍!
此外，煤气炉在空调方面很糟糕;)为什么只有冷凝器冷却，而可以加热?比较两种系统以及一系列能源组合的温室气体排放指数是很好的……正如其他评论所指出的，成本。
我很困惑，为什么只有电力生产和分配的低效率被考虑在内，而不是那些被炉子使用的天然气，石油或丙烷?当电力在每个阶段都受到冲击时，他们是如何保持在95%的电量的呢?
优秀的点。勘探/发现、开发、航运/运输、炼油、营销和所有其他的都不是能源“中性”的
比如上面rndvp6描述的逸散性甲烷泄漏?
在生产问题上，它们是两种不同的效率。35%到40%是将燃烧的化石燃料(如天然气)转化为电能的效率。95%这个数字是将燃烧的天然气转化为热量的效率。顺便说一句，在将天然气转化为电能的过程中，很多没有转化为电能的东西都转化为，你猜对了，热量。如果发电厂产生的热量可以通过管道输送到你家就好了....
在传输问题上，由于管道泄漏而损失的天然气数量存在争议，但可能与电力传输损失的百分比处于相同的个位数范围内。所以95%的数字可能会下降到85-90%。
这仍然是一个相当不公平的比较——95%效率的炉子或锅炉是大多数新安装或更换的吗?我对此表示怀疑。然而，几乎所有新的天然气发电能力都是联合循环，效率约为50%，而美国的煤炭发电正在下降。此外，甲烷泄漏与电力泄漏不同，因为甲烷对气候的危害更大。我认为这篇文章的结论是正确的——它可能不值得费心计算。
甚至比这还好——通用电气称其当前发电厂的联合周期效率为63-64%。50%似乎是一个合理的船队平均水平，包括老式的联合循环、简单循环和改造后的燃煤电厂。
自2000年以来，美国从煤炭转向天然气和可再生能源，使电力的排放强度(每单位能源的二氧化碳)降低了40%以上，而且仍在下降:https://emissionsindex.org/
回复Malcolm，评论#13:
我同意石油、天然气和丙烷在运输过程中都有传输损失，但将可燃燃料转化为电能的巨大损失是直接燃烧电器所不具备的。当涉及到用天然气/石油/煤炭发电时，所有的勘探、采矿、炼油、航运等仍在进行。
但是最终，一个完整的生命周期评估应该真正地决定一个系统的效率。这是一项重大的任务，很难全面完成。当然，更清洁、更高效的电网会极大地改变游戏规则。
另一个一般注意事项:文章通常是从燃气作为默认加热燃料的角度来写的。我们不要忘记许多农村社区仍然使用石油(和/或木材)取暖，通常使用的是效率远低于95%的老式炉子/锅炉。
“删除”
马尔科姆:你说得对。我应该在文章中提到气体损失，因为这确实降低了熔炉的整体效率。
一些额外的ashp“插头”
一个ng炉几乎没有控制火焰温度，3400-3600华氏度。一些熔炉有一个调节气体阀，可以以1%的增量从40%到100%。在广告中:“如果你只需要一点点热量，98会给你一点点热量”。40%的容量真的“只有一点点热量”吗?
40%的容量仍然可能提供相当高的供应温度，因为3400-3600华氏度几乎是固定的;注意较高的风机速度可能会降低供应温度-但仍然较高的供应温度等于较低的效率。
如果一个ng炉的尺寸是设计负荷的1.4倍，40%就是1.4倍设计负荷的0.56倍。如果热泵的尺寸是设计负荷的1.4倍，那么最小输出可以很容易地等于或低于1.4倍设计负荷的0.46倍。扩大的控制范围(低端)，以及较低的供应温度，使ashp(管道)比ng炉(管道)有很大的优势。
为了给这个政党泼上一盆冷嘲热讽的冷水，上面所有的讨论都假设了合理的安装。当然，为了进行有意义的计算，我们需要这样假设。但在实际操作中，系统通常不会正确安装。我都不记得上次看到尺寸合适的ng炉是什么时候了。1.4 x ?更像是需要3 -4倍的尺寸。对于小裂也是一样。在这个清单上有多少线程，房主列出了他们的承包商建议的hp系统，整个房子的尺寸是2 -3倍，个人小卧室的单个头部尺寸是5倍。这是在最小/最高设计温度下的尺寸，我们只在一年中看到几个小时。实际上，我敢打赌，大多数已安装的可变系统在大多数时间都以最小容量运行，开/关。 At minimum capacity, many/most HP systems run at higher than their advertised efficiency. That's not the case for natural gas furnaces, though the lower fan speeds do help. Throws another complication in any attempt to really compare the different systems. So once again, we get back to the idea that we need to stop burning dinosaurs, as fast as possible. Investing in new combustion equipment is locking in that decision for 20-30 years.
即使被冷嘲热讽的湿毯所覆盖，我的1x(精确大小)ASHP内心很温暖，尽管昨晚它是7华氏度;-)
而且，哇，“我敢打赌，大多数安装的可变系统在大多数时间都以最小容量运行，开/关”。
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