地源热泵与源源热泵的生命周期能量
我想知道是否有关于热泵生命周期能量的研究?典型的地源热泵的COP比空气源热泵高,但我猜,由于在回路场挖沟,回路场管道等,隐含能量的成本更大。地源热泵更高的效率最终会克服更大的隐含能量吗?我知道这里有很多变量,包括气候、场地、居住者行为等。
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数据似乎很少(或者至少是被严密保存的)。从当地的观察来看,钻孔似乎相当“柴油重”。一些来自瑞士的数据(德文):
http://www.eco-bau.ch/resources/uploads/Oekobilanzdaten/Flyer_Oekobilanzdaten_Oktober_2014.pdf
寻找“Erdsonde”->约475 MJ/m, 132 kWh每米一次能源。
最近的一个发展方向是在夏季利用太阳能热能或自由冷却对地源进行充能,从而提高热泵的COP,避免回路场的“冻结”。
规范,
你提出了一个有趣的问题。你还暗示,执行这些计算是困难的——也许是不可能的——因为有太多的变量。(有关这些计算的更多信息,请参见关于具身能量.)
成本效益计算当然比隐含能量计算简单,对于许多材料和结构决策,成本图往往与隐含能量图重叠得相当好。3万美元的投资很可能比8000美元的投资包含更多的实体能量(当然也有例外)。
在大多数(但不是所有)情况下,住宅空气源热泵安装比住宅地源热泵安装更具成本效益。
还有另一种类型的计算是有启示的:比较(a)空气源热泵系统和大到足以满足系统年电力需求的光伏阵列的成本,以及(b)地源热泵系统和大到足以满足系统年电力需求的光伏阵列的成本。许多能源顾问对住宅系统进行了这种计算,选择(a)胜出。
马丁,
谢谢,在评估技术时,用金钱作为体现能量的代理似乎是一条很好的捷径。在基本层面上,金钱和能源在某种程度上是可以互换的。
我在想钱=能量公式可能会在哪里失效。对于某些材料,这似乎不太管用,例如泡沫保温材料,规模经济和隐性补贴可能会使事情发生倾斜:纤维素的隐含能量大约是泡沫的1/25,但每R值单位的成本仅略低。另一方面,水泥所蕴含的能源比其成本所表明的要差。我猜花在人力上的钱可能比花在机器和技术上解决同样的问题上的钱更少的能源足迹。
所有关于天然材料和保持事物尽可能简单的论点。
(冒昧地说句题外话:在经济学的进步边缘,有一种有趣的观点认为,廉价化石燃料的终结可能会对经济产生惊人的影响。我们可能看到的不是由于资源稀缺而导致的价格上涨,而是价格下跌和需求下降。化石燃料创造货币,因此石油峰值将导致资本峰值和通货紧缩螺旋,而不是通货膨胀。从这个角度来看,金钱和能源之间的联系可能比我们通常想象的要紧密得多。Gail Tverberg在http://ourfiniteworld.com/她不是乐观主义者,所以我希望她是错的。)
隐含能量的计算是多层次的,但在地源热泵/源源热泵中不是一个很大的因素。地面热交换器回路(通常)比热泵本身的生命周期长得多。与大型塑料管道阵列相比,裸井系统的环内材料非常少,但即使是这些系统的隐含能量与贯穿系统的总生命周期能量相比也微不足道。成本差异的很大一部分是工程/设计时间和实施人力,而不是原材料的能源成本。提高的效率性能将在预期的生命周期内弥补能源使用方面的差异,但它不一定能弥补设计和实现成本方面的差异(尽管在某些情况下可能会如此)。
但话说回来,并不是所有地源热泵系统的性能都优于源源热泵系统。地源热泵存在很多系统未知因素和设计风险。第三方调查人员在现场测量的全泵、空气处理器、备用电源和备用热带电源,包括地源热泵系统的季节性平均COP通常在3秒,即使热泵额定为4.5-5。虽然在寒冷的气候条件下,管道式空气源热泵系统的季节性平均值通常在低2秒,但即使在美国气候5区和6区,具有最佳尺寸的一流无管道迷你裂缝现在也可以达到中等3秒。这些系统的设计风险也低得多。平均是一回事,峰值是另一回事。在-10F室外温度下,即使是最好的迷你隔板也很难达到2的COP,即使它有能力完全覆盖该温度下的热负荷。然后,地源热泵系统的尺寸为第95百分位热负荷,以弥补在低于该温度仓的室外条件下的不足,可能也只能达到2的COP(另一部分设计风险)。
“…纤维素的蕴含能量大约是泡沫的1/25,但每R值单位的成本仅略低。”
这两种说法都不完全正确——这取决于会计方法。如果将制造纤维素纸张所需的源能量折算为零,那么它的隐含能量可能是膨胀聚苯乙烯的1/25,但如果完全考虑到这一点,它的隐含能量甚至会更高。如果只使用消费后的纸张原料,那么将造纸能量计算为零可能是有效的,但当你开始使用印刷过剩、原始纤维或多次回收的纸张作为原料时,这是一个非常模糊的事情。
在露天吹制低密度应用中,以R/ft^2为基础,纤维素的安装成本约为任何泡沫产品的1/3(或更少)。但在密集填充的腔填充应用中,它的性能/$可以大大低于连续EPS护套,如果与开放式蜂窝泡沫腔填充相当,但潮湿喷涂的纤维素腔填充可以大大优于开放式蜂窝腔填充。这完全取决于应用程序。作为一个实际问题,不能完全取代开吹阁楼填充物与任何泡沫产品在任何地方接近成本效益,也不能取代刚性连续护套与纤维素。
“我猜,花在人力上的钱可能比用机器和技术解决同样的问题所花费的钱更少。”
不一定——特别是如果工人在现场,而且每个人都坐着一辆大型车辆去工地……我猜被动式房屋的劳动力所消耗的通勤能量在很多情况下会超过房屋的使用寿命。
钻井可能也没那么糟糕。我猜,钻机到我家安装地源热泵的50英里车程比钻井过程消耗了更多的燃料。即使这只是5英里/加仑,那将是20加仑柴油,这还不到一周的取暖油的价值。
如果我们扩展到对全球变暖的终身影响,而不仅仅是能源,我们还必须考虑意外制冷剂释放对全球变暖的影响。理论上,在非分离式热泵中发生这种情况的地方较少,但我个人在我的地源热泵中发生过制冷剂泄漏,我还没有听说过许多小型分离式热泵。但我的地源热泵比大多数小型裂缝都要老。我希望在它再次泄漏之前,我能把它换成以二氧化碳为基础的系统。
制冷剂泄漏也会发生在小型裂缝中。这通常是安装错误,比如没有在制冷剂管路上使用正确的扩口工具,或者在没有适当注意的情况下重新使用已经打开的扩口连接。
我一直希望低影响HFO制冷剂或CO2制冷剂热泵最终将主导这个市场,但目前看来,它似乎是R410A主导的展览。
即使是一个相当大的系统也会有20-25磅的R410A,以100年的全球变暖潜能值1725 x二氧化碳计算,相当于17-22吨二氧化碳,就20吨吧。点燃锅炉或炉子里的取暖油每加仑会产生大约22.4磅的二氧化碳,所以失去整个电荷(很少见,但确实发生过),价值约为40000 / 22.4= 1785加仑的油,或者是新英格兰一个相当好的2500' code min的房子3年的价值。
一个典型的3/4-1吨的小型分离机有大约2.5-3磅制冷剂,还有50英尺长的制冷剂管路(两边各25英尺),另外5磅。算起来,总共10磅。失去其中一种制冷剂的全部充能,造成的全球变暖相当于烧掉8-900加仑的取暖油。不是什么都没有。但如果它能坚持至少5-10年,它比化石燃烧的加热解决方案要好得多(假设相对绿色的电网资源,而不是30%的热效率亚临界煤或其他东西)。
即使它们泄漏,它们通常也不会失去全部负荷。找到并修复漏洞是很重要的。
理想情况下,在整个电荷丢失之前就能发现漏洞。我的经验是,不幸的是,不仅整个电荷泄漏了(当我们出城时),而且制冷技术花了两次额外的尝试来修复所有泄漏(其中一些可能在修复第一次泄漏时引入)。我考虑过增加一个永久安装的压力表,这样我就可以密切关注电荷,并将下一次泄漏扼杀在萌芽状态,但这也引入了系统可能泄漏的另一个地方,所以我没有这样做。
20-25磅的R-410A听起来太高了,所以我在水炉网站上查了一些数字。例如,他们的5系列水转空气装置,1吨使用2.6磅,3吨使用5.24磅,6吨使用9.4磅。水-水单位消耗较少。所以我认为Dana给出的比较是相当扭曲的——地源热泵选项实际上比迷你分割使用更少的R-410a每吨容量,不管你对单元的尺寸和数量的假设是什么。
也许20-25磅的重量是直接膨胀版本的,在整个地面回路中都有制冷剂?从制冷剂的数量和泄漏的可能性来看,这当然是一个坏主意!
我的管道源热泵在波士顿运行的加热COP至少为3
气候变化,在“需求减少”之后,可能更接近3.5。
室外机的设置,让它运行得更慢。而
空气处理机可能会把更多热量流失到地下室,因为
它碰巧在下面,事实上它是管道的,不应该
影响其性能。
_H *
查理:我提到“……一个相当大的系统……”我不是在谈论地源热泵有那么多制冷剂,也不是在比较迷你裂缝和地源热泵——我根本不是在谈论地源热泵(!),而是在解决迷你裂缝和其他热泵中的制冷剂泄漏和数量。20-25磅是用于大型分体式空调和具有长制冷剂线路运行的ashp,或者至少这是我在写这篇文章时脑海中的想法。我在寻找最坏的情况——某人家里可能有最大的热泵系统,然后缩小规模,比较一个迷你裂缝会有什么。我为造成的混乱道歉。它们都漏水,有些漏水的果汁比其他的多。很少会有超过25磅的制冷剂。
如果是自给自足的地源热泵装置,它当然会低得多,正如你正确指出的那样。在分体式系统中,通常(通常?)管路组中的制冷剂比机组本身的制冷剂多,而一个小型分体式系统中的制冷剂比地源热泵(GSHP)的两倍大也就不足为奇了。
但是没有人真正关心GSHP中有多少R410A,因为没有人拥有它!:-)(至少从整个市场的角度来看是这样的。)
本着在工作中发明统计数据的精神,美国所有住宅地源热泵中的所有R410A加起来可能不到住宅空气源热泵和空调中R410A总量的0.1%,这还不包括摇窗器和除湿器。在后院的压缩机和阁楼上的空气处理器之间有大量6-8吨的AC机组,线路有50-100英尺。
霍比特人:你是如何衡量你的系统的COP的,这是否包括你安装的平底锅加热器燃烧的能量?
丹娜:谢谢你的澄清和你的幽默。我对我的地源热泵很满意,但担心它的生命周期对气候的影响开始让人感觉有点像斯坦利轮船的主人在讨论如何获得可持续的木材来燃烧。