图片来源:eMonitor data, Alex Wilson
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在上周的博客我写了一篇关于我们新家的GE GeoSpring热泵热水器的文章——首先，我们为什么决定用电加热而不是太阳能加热(因为我们使用太阳能产生的电力和我们将要消耗的一样多)，然后我们如何决定用热泵热水器而不是其他电加热选择之一。本周，我将更多地介绍热泵热水器，以及在寒冷气候下安装热泵热水器时要注意的一些问题。
回顾上周的内容:热泵热水器(HPWH)从其所在房间的空气中提取热量来加热水。我前面描述的热泵的基础知识，以及它们如何执行这种反直觉的过程，从一个冷空间和加热什么的温暖的。我只想说，这个过程依赖于蒸汽压缩或制冷循环在冰箱、空调和用于加热和冷却房屋的热泵中使用了很长时间。
冷却器具所在的空间
对于像我们这样的房子里的高温高压制冷机来说，这意味着它冷却了它所在的空间。在夏天，这是一件好事——没有空调——但在冬天就不那么好了。在气候寒冷、没有标准供暖系统的房子里尤其如此。
在一个典型的新英格兰的房子里，地下室有一个炉或锅炉，产生大量的废热，热泵热水器可以利用一些废热，这不是很明显。供暖系统的效率越低，HPWH的影响就越不明显。
但是我们的地下室没有供暖系统。因此，我们的HPWH冷却了空间。由于天气寒冷(我写这篇文章的时候，温度大约在零下2度)，我们的地下室一直很凉爽:通常是50 -54华氏度，尽管几周前我们遇到了异常寒冷的天气，当时我们大量使用热水，温度降到了47华氏度。现在是52华氏度。
我想，如果我和妻子用很多热水的话，地下室的温度会低得多，不过我们非常节俭，我妻子经常游泳，所以她经常在游泳的游泳池洗澡。
拆东墙补西墙
在冷却其所在空间的过程中，高压pwh使加热系统更加努力地工作。我们家的供暖系统是一个小分体式空气源热泵;室内磁带安装在一楼的墙上。该系统通过非绝缘地板和地下室门将热量输送到地下室，地下室门通常是关着的，但有时是开着的。
我们的楼梯顶部也有一个风扇和管道系统，这样，如果我们需要，我们可以从房子的加热空间抽出热空气，并将其倾倒到我们地下室的机械室。伊莱·古尔德建议用这个作为备用以防地下室太冷。不过我们还没用过那个风扇，因为它太吵了。
所以我们18000 Btu/小时的三菱空气源热泵不得不更加努力地工作(并且使用更多的电)，因为它也间接地加热我们的水。自从我们一月初搬进房子以来，天气一直很冷，我们的空气源热泵一直在努力工作。我认为HPWH使我们的一楼有点凉爽，尤其是靠近地板的地方。(30多年来，我主要用木材供暖，这一直是一个非常小的问题，但用HPWH冷却我们的地下室可能会让我们的一楼比我想要的要冷一点，尤其是在接近地板的地方。)
我的朋友莱斯特·汉弗莱斯(Lester Humphreys)住在伯瑞特伯勒(Brattleboro)，他的地下室里也有一个高温高压热水器，但那里也有一个燃油锅炉。他做了一些粗略的计算，估算了一下他的水加热用了多少油，他让我看看他的数字:
“我用面积x 1/R x T的公式计算了从我们的生活空间到地下室的损失;我算出我们的热泵热水器能把地下室的温度降低3度左右，木地板的r值是2.75，地下室的天花板是1217平方英尺。这给了我每小时1314 BTU的热量损失。每天运行6小时(可能有点高)，我们的燃油系统的热效率为70%，这相当于每月2.4加仑(约合9美元)，这还不错。”
就我们的热水使用而言，HPWH的直接用电量并不是那么大:2月份为56千瓦时(kWh)，按绿山电力目前的住宅电价每千瓦时15美分计算，约值8美元。2月份，每天的平均耗电量略低于2千瓦时，有一天，当我们的两个女儿从外地来访时，我们不得不把热水器调到“Boost”模式(在这种模式下，电阻加热元件补充了热泵机制)，这一数字跳到了8千瓦时以上。
除了HPWH使用的56千瓦时外，我们的小型分体式空气源热泵供暖系统(价值约125美元)2月份使用的814千瓦时中有一部分用于水加热。我还没有算出我们2月份的总热水费用是多少，但应该可以算出来。
缓慢的复苏
另一件要记住的事情是，HPWHs的恢复速度相当慢;我想我们的恢复速度是每小时8加仑。这就是为什么更大的热水器通常与HPWHs有意义，尽管我认为50加仑的型号对我们的使用是合适的。
然而，在二月中旬，我们从纽约来的小女儿和从加利福尼亚来的大女儿和财务主管来拜访我们，我们举办了一个聚会。我们可能还可以用热水，因为我们有WaterSense管道装置和高效洗碗机，但我们的小女儿决定在我们做了很多派对准备之后去洗澡，她在浴缸装满之前就把热水用光了。
幸运的是，大多数HPWHs，包括我们的GE GeoSpring模型，都允许您更改模式。我通常开着热水器仅限热泵模式，但切换到提高那个周六的几个小时。
耗电量大幅下降(我的eMonitor显示了这一点)。在单热泵模式下，耗电量峰值约为500瓦，但在Boost模式下，耗电量跃升至5000瓦。
噪音
另一个需要考虑的问题是高压涡轮发动机的风扇和压缩机都很吵。如果我们没有地下室，不得不把热水器放在一楼，我想我是不会考虑HPWH的。地下室和一楼之间的隔音效果相当好，热水器在一个机械房间里，如果噪音太大，我们可以对天花板和墙壁进行改造。
到目前为止，噪音不是很明显，但在夏天(当空气源热泵不太可能运行时)，我们可能会发现我们可以听到热水器的声音-在这种情况下，我可能会隔离机械房间。噪音确实影响了我们的产品选择;当我在研究备选方案时，GE GeoSpring是我发现的最安静的HPWH。
底线
总之，我们对我们的热泵热水器很满意，尽管气候寒冷，而且我们的地下室没有废热源。我猜，在半年的时间里，与标准电热水器相比，我们至少可以节省60%的电，而在寒冷的月份里，我们只能节省10-20%的电。在地下室安装废热源的房主会做得更好。
Alex是BuildingGreen公司。也是《环保建筑新闻。2012年，他创立了弹性设计院。要跟上Alex的最新文章和思考，您可以注册他的推特账号。
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13个评论
天冷的时候……和干燥的
嗨,亚历克斯,
我也有地泉(已经有几年了)。我注意到一件事——尤其是在刚刚过去的这个冬天——当地下室异常干燥时，它是如何挣扎的。我们确实在家里的热泵上安装了加湿器，并试图将房子里的湿度保持在一个舒适的范围内，但似乎总有那么几天，Geospring无法从空气中吸收足够的热量。所以我们把它启动到高需求模式。这几天并不是我们经历过的最冷的日子，但似乎是最干燥的日子。
你有没有测量过地球弹簧周围的相对湿度?我想很难区分这些数据，但我真的很好奇它在寒冷潮湿的日子和寒冷干燥的日子里的表现如何。我这么想只是因为在平季的一些日子里，我的地下室并不比现在冷，但空气中有更多的水分——这是热水器性能的主要因素。
马特
我不同意打电话
我不同意把未完工的地下室称为热量损失。我理解你为什么这么做(大概是因为你没有使用这个空间)，但是每一个产生并倾倒在围护结构内的BTU都对建筑的总热量有贡献。一个未完工的地下室通过管道泄漏等方式获得热量，从而节省了楼上通过传导和对流来的热量。地下室的热量真正“浪费”的唯一方法是地下室在房子的外围。
话虽如此，将“过多”的热量注入不用作生活空间的地下室是一种低效的供暖方式。人们可以想象这样一个场景，大量的热量“流失”到地下室，地下室的温度比主要生活空间高，导致你需要比其他地方更多的运行时间，但即使这样，多余的热量也不会“浪费”。它最终会以一种让居住者非常不舒服的方式分布到信封的其余部分。即使地下室没有隔热，“流失”到那个空间的热量也不会浪费。如果它没有“丢失”到没有隔热的地下室，楼上的热量就会。
在一天结束的时候，这真的没有什么不同，你的冰箱从冰箱里取出热量，并在夏天把它倾倒在你的房子里，然后你必须用空调去除。只是规模不同而已。
比较碳足迹
亚历克斯和其他人，
我很好奇，对于一个没有太阳能电池阵列的人来说，选择热水的碳足迹是多少，也不指望很快就能得到一个。以绿山电力为例，我保守估计11%的电力供应来自化石燃料，为了方便讨论，我把它们都当作天然气。我得到的结果如下:
绿山电力公司44%的电力是从ISO-NE电网批发购买的，至少在2013年是这样。其余的供应(或多或少)来自低碳能源。2013年，ISO-NE平均51%的电力来自化石燃料发电机，几乎全部来自天然气。如果我们足够慷慨，把这些都当作天然气，并假设所有的天然气厂都是联合循环厂(实际上不是)，热效率为60%，并减少10%的线路损耗，我想我们会看到以下情况……44% x 51% x 50% = 11%的HPWH电力供应来自天然气。实际上，HPWH的供应将比这更需要化石燃料。
我发现很难把情况想清楚。我认为这可能意味着:如果HPWH对空间加热器的寄生影响小于~15%，那么HPWH与丙烷空间加热系统配对的碳足迹比丙烷热水加热器更小(将上面的11%值提高到丙烷热水器的效率低于100%)。
我真的不相信这一点——我的脑子里满是不同的方法，在不同的因素之间画出界限，我无法确定一些看起来令人信服的东西。
这里有一个替代解决方案:由于HPWH的寄生效应，每加仑额外的丙烷被空间加热系统燃烧，HPWH的碳足迹低于直燃式丙烷热水器。怎么啦？我再说一遍:我头晕目眩!
不要忘记…
…热水中一半的热量是由-FE18迷你分配器提供的，季节平均效率为300%，但白天温度较高时效率更高，当室外温度为+5华氏度或更低时，效率仅为~200%。或者你是否在考虑继续使用丙烷，尽管使用管道供暖既便宜又低碳水化合物(而且不仅适用于高r房屋)。
他们51%的化石燃料组合的ISO-NE电网效率实际上更像是50%，而不是60%。从发电机到负载的电网损耗更接近7%，而不是10%。进入ISO-NE电网的化石能源发电机组kwh主要是联合循环燃气——燃气调峰在非常低的容量系数下运行，而且它们的大部分运行都在夏季，当供暖系统关闭时，房间温度更高，给热泵一个更高的COP，其余的热量来自大自然，而不是- fe18。
随着越来越多的分布式光伏和风能发电并网，在热水器的使用周期内，它的碳足迹可能会有所改善。我们仍处于光伏海啸的前沿，如果一些公用事业公司不迅速调整其商业模式(就像今天在德国发生的那样)，这场海啸将使它们陷入困境。2013年第四季度，美国并网光伏发电的加权平均成本低于3美元/瓦，这是补贴前的全部成本，并且仍呈下降趋势。人们普遍预测，到2020年，这一数字将降至一半，其生命周期成本远低于新英格兰地区居民用电零售价格。因此，无论你把今天的混合能源归为ISO-NE电网，到2020年，也就是GeoSpring保修期的一半，它的碳水化合物含量都会显著降低。
这还没有考虑到新英格兰地区刚刚起步的风力发电行业。尽管风电在整个生命周期内的成本预计要高于1-1.50美元的光伏发电，但它将严重影响联合循环燃气燃烧器的容量系数，而不仅仅是峰值
值得下载该文档的完整版本:
http://blog.rmi.org/blog_2014_02_25_will_the_electricity_grid_become_optional
也可以看看最近的一些博客:
http://www.greentechmedia.com/articles/read/u.s.-solar-market-grows-41-has-record-year-in-2013
这:
http://www.greentechmedia.com/articles/read/this-is-what-the-utility-death-spiral-looks-like
排水热回收
嗨，Alex:你提到了est. HPWH与传统电暖炉相比，平均每年节省35%-40%的电力;你还安装了一条2英寸的灰水排水管。假设地下室天花板和下水道出口排水管之间有足够的垂直空间:一个R2-60 PowerPipe排水热回收装置，具有46%的热回收率，在大型零售商那里售价599美元(免费送货到家)。更长的R2-72型号有53%的铭牌热回收率，见http://www.renewability.com如果使用排水热回收装置，每年节省35%-40%的电力是可能的。辅助优势包括:较低的初始资金成本;更好的耐用性，因为一个PowerPipe应该比几个热水器更耐用;基本上是零维护;低噪音;在寒冷天气下，小型分体式供暖系统的压力较小;热水器磨损少;更快的热水回收。当然，你几乎可以肯定，通过CEEE 3级洗碗机和3级水平轴洗衣机，你的批量热水使用量非常低。
不可能。
丹娜，我的
不可能。
戴娜，在第二届缔约方大会上，我用暖气取暖的时间要长得多。我认为季节性COP 3对我来说是幻想。
Aj
而HPWH温暖潮湿的气候对听障人士来说是现实的。
丹娜，我赢了!
我赌1美元，你会给出答案。现在决定在哪里花我的奖金…：）
的确，随着时间的推移，电网几乎肯定会变得越来越低碳。我不太相信在不久的将来会有太阳能和风能的浪潮。我说的不是增长率，因为从无到有很容易实现高增长率。我说的是电网供应中有意义的一部分，我认为这在几年之内都不会发生。我很乐意输掉这个赌注。
就我个人而言，我将在未来几年内获得太阳能，只要我能让自己参与到一个体面的社区阵列或邻居系统的组净仪表中。我们家不会成为太阳能电池板的东道主。但我还是好奇地问。我知道热泵是现场效率最高的，但我想好好看看这些数字，以便更好地相信这些东西从头到尾真的是低碳的。
坦白说，我还是不清楚。你是工程师，有没有一个公式可以告诉我们一个阈值在这个阈值上从空间加热器寄生出来的HPWH是碳更好还是碳更差?
绝对不行，AJ!这是测量过的。
审查本文件中爱达荷州东部集群的衡量绩效(特别是增编中对该集群的讨论)。
http://neea.org/docs/default-source/reports/ductless-heat-pump-impact-process-evaluation-field-metering-report.pdf?sfvrsn=31
在增编第5页(PDF页码第119页)，他们指出:
“爱达荷州东部的现场监测表明，dhp即使在寒冷的气候下也表现良好。10个新地点的年度测量效能系数(COP)为3.0。此外，仪器显示，dhp在室外温度低至-15华氏度时仍能继续工作，在这些条件下，以接近2的COP为房屋提供100华氏度的空气。”
事实上，他们把数字四舍五入。现场监测的爱达荷瀑布/东爱达荷簇油田实际效率“仅”平均COP为2.96，而不是3.0。:-）
它们都是三菱msz - fe12na(与Alex的相同系列)，并且都是2010年或更早的年份。爱达荷州福尔斯的气候比亚历克斯·威尔逊居住的佛蒙特州南部更冷，更冷的温度对效率造成了影响。Alex的单位是-FE18，其铭牌HSPF略低于-FE12，但自4-5年前以来，新版本的效率也都有所提高。
此外，爱达荷瀑布的机组对于整个房子的负荷来说都太小了(而亚历克斯的机组对于他的高r房子来说是合适的)，而且都是改造的辅助供暖，因此可能在最大速度下花费更多的时间。以最高速度运行也会对效率产生负面影响，这一点从台架测试数据中可以看出，台架测试的fe12比爱达荷瀑布监测的更老。
http://www.nrel.gov/docs/fy11osti/52175.pdf
还要注意的是，即使在室外-10华氏度的最大速度下，-FE12也能提供约1.8的COP(与爱达荷州现场测试单元的-15华氏度性能相当)，如图9所示，第14页(PDF页码第22页)。
把所有的因素都加起来，Alex Wilson的2013年份-FE18的平均COP可能略高于3.0。
在我们这里谈论的餐巾数学级别的精度，3是最接近的整数，它将执行-我怀疑它会比3.5更好，但如果它的平均甚至低到2.8，一定是有问题的单位。
我并没有回答乔纳森的问题……
…那么他真的赢了吗?我只是指出他忽略了小分裂所支持的部分的碳，而且没有简单的答案。
ISO-NE电网上的一些非高峰千瓦时(即大部分空间供暖电力被使用的时候)甚至可以是负碳或零碳的，因为它可能会将一些原本会被丢弃的电力应用于某些用途，而不必承担启动冷电厂(或核武器)的成本。然而，热水器恢复的时间不太可能是非高峰时段，其碳足迹可能高于ISO-NE的平均水平。
我也对分布式光伏海啸的前景持怀疑态度，直到去年，观察了夏威夷发生的事情。当监管环境允许零售净计量，且光伏的生命周期成本远低于居民零售电价时，第三方拥有光伏就有足够的利润空间，而且屋顶阳光充足的房主也很容易进入这个游戏。也有0美元首付贷款的选择变得可用，这是一个更好的交易比第三方所有权或租赁的选择。这种情况首先只发生在夏威夷，因为大多数中央发电机电网都使用2号油，这使得它成为美国最昂贵的电网电力，约为36-37美分/千瓦时。(见:http://www.eia.gov/electricity/monthly/epm_table_grapher.cfm?t=epmt_5_6_a）
在联邦和地方政府的激励下，6-7瓦的总成本对第三方业主或有信用或现金的房主来说非常有吸引力，而在4美元的时候，它变得非常有吸引力，随着价格进一步下跌，它超越了不需要思考的问题，变成了压倒性的胜利。在夏威夷，他们现在正忙于管理几个地区的分布式太阳能电网的反馈，这些地区中午的输出远远超过了整个社区和子电网的中午负荷，导致了过电压状况和其他问题。这是可管理和负担得起的，其中一个解决方案是分布式电网存储(通常是电池)，以吸收多余的电力并削减PM早期的峰值负荷，但还有更多的事情要做。夏威夷发生紧急情况的唯一原因是他们没有做好准备。在加州(那里的零售住宅电价是16-17美分/千瓦时)，他们正试图保持领先地位，在全州范围内强制要求多种技术的千兆瓦级电网存储，并在电表的两侧。
现在看来，2014年美国48个州的屋顶光伏平均价格将略低于3美元/瓦——面板成本略有上升，但逆变器和软成本仍在迅速下降。2020年1.50美元/瓦的目标看起来非常现实，可能会更快实现。但即使是新英格兰地区3美元/瓦的电价，也可以很容易地节省一些钱，即使是监管机构允许第三方所有的租赁选择(基本上是所有的ISO-NE地区):http://apps3.eere.energy.gov/greenpower/onsite/solar_financing.shtml)，这是一个不断上升的趋势，在亚历克斯的质保到期之前，光伏发电很可能很容易达到电网总千瓦时的两位数。
3美元/瓦的小规模太阳能发电已经变得相当有利可图——它变得越来越容易获得零美元融资，这将在未来十年显著削减第三方所有权模式，因为它在大多数高成本市场上轻而易举地击败了租赁交易，而且已经有投资者和银行资金在追逐它。
http://solarlove.org/solar-leasing-worst-option-going-solar/
https://www.energysage.com/market/estimate/enter/
Cape Wind最近获得了更多的融资，在经历了十多年的法律挑战之后，它看起来像是一个坚实的“开端”，并且在ISO-NE地区还有其他海上风电租赁。至少其中的一部分也会在2020年之前为电网供电。该地区的总需求持平甚至下降——如果电动汽车大规模起飞，这种情况可能会改变。这个楔子的边缘现在已经出现了，但是直到锂离子电池的价格低于200美元/千瓦时，上涨的浪潮才会开始发生，只有最乐观的人才会在2020年之前发生。我们将会看到。
在我看来，图表显示不到3个COP
对我来说，当图表显示cop超过3时，供暖就不需要了。所以我认为我使用的年平均值不会接近3。我同意2 +是值得的。
我所在的地区在热泵方面有很糟糕的记录。寒冷的房屋，寒冷的空气，电力供应，以及维护费用。
有一天，我可能会知道有100个表演出色的本地迷你分裂家庭，但那一天至少对我来说还没有到来。我得四处打听一下，看看有没有漏气的压缩机。
HPWH热偷碳…
乔纳森,
要回答您的问题，请记住，从HPWH传递的热量可以分为电气负荷和空间热负荷:1/COP来自电网，1-(1/COP)来自空间热量(假设HPWH完全位于隔热良好的条件空间内)。如果空间是半空调的，比如没有供暖的地下室，你应该减少第二个因素——你可以降低地下室的温度(和对地球的损失)，而不会以BTU对BTU的方式增加空间热负荷。
在寒冷的地下室，HPWH的COP = 2(保守地说，在一个供暖周期内的平均值)，所以一半的能源来自电网，一半来自冬季的空间。
在温暖的气候下，试着弄清楚空间冷却减少交流负荷的效果。
iso -新英格兰的网格混合是准实时的
尽管近年来所有ISO-NE电力的年化组合约有50%是燃气，但由于绝对电力负荷和每BTU(英热单位)价格的变化，每日/月/季节的部分变化相当大。在这种情况下，电网运营商有一个web小部件页面，显示最近5分钟间隔内的电网混合情况(其中包括电网损失后的平均市场价格)。
http://isoexpress.iso-ne.com/guest-hub;jsessionid=66C85B665DFB116ABFFFDE05E6F6E06C
在过去的几天里，中午的混合比例大约是1/3的天然气，1/3的核能，1/6的煤炭，1/6的可再生能源。
按来源划分，可再生能源大约有三分之一是水电，其余主要是生物质能(包括木材和垃圾转化为能源的原料)，但相当一部分来自大风天的风能。在过去的5分钟里，风能在该地区总电网中所占的比例略高于1%，这个比例仍然很小，但在不断增长。尽管风电的增长率相当高，但预计该地区光伏发电的年发电量将在2年内赶超风电。
煤组分的碳足迹超过了气组分，这是由于热煤的限制，它的热效率只有燃气混合物的~2/3-3/5，而作为燃料来源的碳是每BTU的~2倍，所以在过去5分钟的混合物中，每BTU的碳大约相当于整个电网运行55%热效率的联合循环气体。一夜之间，核能部分将占据主导地位，因为负荷急剧下降，但核能不能像c.c.汽油那样迅速减少和增加，这使得午夜到凌晨5点的负荷明显低于中午的平稳期或商务午餐高峰。
所以…你洗澡的碳足迹在很大程度上取决于一天中的时间，而不仅仅是电网混合时间，当然也不是年平均值。但如果你真的想知道，你可以在淋浴前看一下5分钟的快照。
冷冻机热风与高压高压冷风的配对
我们新家的冰箱将背靠6英尺6英寸x 6英尺6英寸机械室的相邻墙壁，我们的GE GeoSpring HPWH将位于该机械室(带有百叶门)。对我来说，我可以把冰箱里的热空气排到机械室里。这两个冷凝器可以让对方开心。
我们的机械室还将安装一个天花板安装的ultimateair能量回收通风机。有没有人认为高压水轮机和备用水轮机都位于同一个小空间有什么问题?
客舱采用空气源热泵供暖。
//www.slccoatings.com/blogs/dept/qa-spotlight/designing-hvac-system-cold-climate
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