一股破纪录的热浪席卷了太平洋西北部地区今年夏天早些时候，造成数百人死亡在美国和加拿大，许多居民意识到他们所知道的可以预见的温和夏季已经不复存在。科学家是清晰的气候变化将使这些极端高温事件在未来几年更加普遍，促使西雅图、波特兰和北加州等地区的人们在家里增加空调(AC)。

在西雅图，46%的独栋住宅没有空调，6月28日，气温达到了108华氏度(约摄氏38度)，室内环境十分危险。那么，我们如何在危险的热浪中保持人们的安全和舒适，并以一种气候友好和公平的方式管理对空调日益增长的需求?热泵对于决策者和居民来说都是一个有吸引力的解决方案，因为它们可以在夏天有效地保持家庭凉爽和舒适，同时在冬天不用化石燃料也能供暖。

RMI为西雅图的一户家庭在2021年6月三天的热浪期间建模了几种制冷选项的性能:空气源热泵(以下简称热泵)、典型的空调机组和更高容量的空调机组。我们发现，热泵不仅能够在极端高温下保持舒适和安全的室内空气温度，而且它每年的运行成本比双燃料制冷和加热系统(空调机组+燃气炉)少228美元。此外,公司₂与大容量的空调和炉子相比，使用热泵时，整个家庭的排放量减少了约25%。

热泵让你保持凉爽和舒适

我们的结果清楚地表明，热泵在保持舒适和一致的室内空气温度方面优于大容量的4吨交流机组，消耗更少的电力。我们首先研究了一台2吨的小型空调——西雅图历来气候温和，但在极端高温事件中，它无法维持一个安全的室内环境(温度设定为75华氏度)。这意味着需要一个大容量的交流机组来满足预定义的设定值温度。

但是，即使这种高容量的空调设备产生的室内空气温度比典型的空调设备更宜人，它仍然难以在最热的一天(即6月28日)达到设定温度，如下面的温度图所示。这与热泵形成了对比，后者即使在极端高温下也能保持安全的温度。大容量的交流机组也比热泵消耗更多的电力，给电网增加了额外的压力。

情景和其他发现

使用全国可再生能源实验室的Beopt工具，我们使用典型的现有单户家庭在西雅图中使用空调，标准气体炉和相对有效的信封特性为基线建模了以下情景。家庭建筑特色基于太平洋西北国家实验室的原型模型和2015年数据的住宅能源消耗调查。这种基于物理的建筑能源模型使用6月2021日的热浪的天气数据。我们的目的是看到哪些系统可以满足75°F的设定值温度，并检查对家庭公用事业账单的影响。

场景:

• 没有交流:我们使用的是一个有煤气炉的家庭，每年燃料利用率为78%，没有空调。我们探索了室内空气温度相对于室外空气温度的上升。在这种情况下，室内空气温度与室外空气温度相比有滞后，但遵循类似的曲线，对居住者来说非常不舒服和不安全。6月28日，室内温度达到了100.4华氏度的峰值。

• 典型的交流:这个场景代表了一个典型容量的交流单元，我们期待一个西雅图家庭与前面列出的特点。从历史上看，空调在西雅图的气候中并不是必需的;然而，现在为了应对最近的热浪和不断上升的气温，这是必要的。我们添加了一个典型的2吨交流机组，带有一个2级压缩机，季节能效比(SEER)为18，在模型中保持所有其他假设不变。典型的交流机组可以将室内空气温度降低到接近75°F制冷设定点温度的水平;然而，它不能满足设定值温度。因此，这种情况对居住者来说只是稍微安全一点，不舒服一点。

• 大容量交流:我们在保持所有其他假设不变的情况下，用一个4吨高容量SEER 18交流机组和一个二级压缩机替换了典型的交流机组。与普通空调相比，这种方案的室内空气温度更宜人，但在最热的一天(6月28日)仍然难以达到设定温度，而且与普通空调相比，耗电量也更大。

• 热泵在这种情况下，我们分析了无燃气炉的变速seer22热泵。6月26日至28日，热泵产生的室内空气温度最宜人，能够始终满足设定值温度，能耗比大容量空调分别减少18.6%、15.5%和3.7%。与大容量交流机组和加热炉相比，它在加热和冷却时的能源消耗、碳排放和运行成本方面也表现得更好。

额外的发现:

• 热泵同时提供制冷和供暖，因此我们探索了它在冬季为住宅供暖的能力，并将其与标准的煤气炉进行了比较。与煤气炉相比，热泵在能源消耗、碳排放和家庭供暖的运行成本方面更有效率。通过移除火炉和安装热泵，整个房子的碳排放减少了超过10,000磅的CO_2.
• 在西北太平洋等地区，热泵是解决日益增长的制冷需求的有效和气候友好的解决方案。安装一个比大容量空调机组更节能的热泵是一项长期投资，可以减少公用事业费用，但其前期成本较高，可能成为市场采用的障碍。
• 空调需要超大，以提供可接受的室内空气温度，以防极端热浪。然而，在温带气候中，与制冷相比，加热需求高，热泵的大小适当，以处理热浪条件。
• 虽然本博客没有对此进行分析，但研究表明，天气化服务可以降低能源消耗，提高整体能源效率，是改善恶劣住房条件的一个很好的起点。由于效率的提高，结合天气因素可以缩小设备尺寸，从而节省更多的费用。它们还提供健康和安全等非能源方面的好处，这是中低收入家庭非常需要的。

一个关键的转折点

在美国和世界各地，越来越多的人希望在家中增加制冷设备，但重要的是确保制冷设备对气候的影响最小。在空调使用越来越多的炎热地区(如印度)，先进的技术，如通过全球变冷奖将至关重要。在历史上较为温和的地区，如太平洋西北地区，正在与新的热浪作斗争，现在迫切需要在提供清洁供暖的同时提供有效的冷却。

今年夏天的极端高温事件为政策制定者提供了一个明确的机会和干预点，以支持今天部署热泵，特别是在温带到寒冷的气候中。这两种系统之间的经济和能源使用情况表明，鼓励热泵不仅是为了满足对空调日益增长的需求，也是作为一种减少碳排放和实现气候行动目标的策略。一旦房主安装了他们的第一个中央空调，这就错过了让污染的化石燃料或低效的电阻加热离开家至少15年的机会。

为了让家庭更容易地实现这一转变，立法者和公用事业公司可以通过新的项目和激励措施来推动现代热泵的采用，使更多的家庭能够负担得起它们，并减少前期成本障碍。一个最近的一项联邦立法新墨西哥州民主党参议员马丁·海因里希(Martin Heinrich)提出的这项计划将通过提供高达1万美元的退税，帮助消费者过渡到全电动家庭，对中低收入家庭将提供1.4万美元的退税。该法案特别关注空间加热器、热水器和电气系统。

能效措施是电气化的关键配套措施，也应得到优先考虑，同时应采取措施确保中低收入家庭能够率先采用清洁高效的技术。

要实现我们的基本气候目标，就需要消除包括建筑在内的各个部门的排放。这意味着全国各地的政策制定者需要优先考虑向高效、现代的电子设备，如热泵的过渡。随着气候变化导致越来越极端和危险的天气条件，这些设备还可以发挥另一个重要作用:让人们在家中舒适和安全，即使在最恶劣的条件下。

齿顶高

设备选择西雅图这个分析代表典型的场景:一个家没有交流和一个家与高容量机交流。4吨SEER 18 AC代表一个客户买什么如果他们受到室内空气温度高,热浪期间要保持冷静。客户选择4吨SEER 22变速热泵的原因是，如果用作主要热源，可以提高寒冷天气的性能。这种热泵将比一个独立的AC使用更频繁，从而产生更短的回收期。我们选择不分析高容量SEER 22变速空调在我们最初的分析中,我们并不指望它代表了普通消费者的选择在这种背景下,考虑到费用和低利用率的增加其庞大的冷却能力,由于它缺乏取暖和排放热泵的好处。

正如博客中定义的那样，热泵有一个变速压缩机。我们期望SEER 22空调与变速压缩机将提供类似的舒适和能源性能的冷却。然而，热泵不仅提供制冷，而且还提供供暖。考虑到西雅图地区的大多数住宅单元都没有空调，这可能是一个有效解决供热和制冷问题的机会，因为通过热泵提供的供暖效率大约是通过炉子提供的三倍。

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莱西·谭(Lacey Tan)是落基山研究所无碳建筑部门的经理。Mohammad Hassan Fathollahzadeh是该项目的合伙人。这篇文章最初是在RMI出口并经允许在此转载。©2021落基山学院。