如果房屋建筑商有一种神奇的设备,可以提供无穷无尽的廉价和环保能源,那么我们就有借口继续建造房屋,而不关注他们将使用多少能源。安装了该技术的人可以以此为借口过度消费,而没有安装该技术的人则可以以设备的成本为借口。(你不认为它会便宜,是吗?)
理想情况下,这种设备应该在工厂生产,并包装在一个大小合理的盒子里,可以用卡车运到建筑工地,并用几根电线和管道连接到建筑物上。它不会吵闹、难闻、肮脏,也不会使用任何化石燃料。如果它从地球上吸收了一些热量,它似乎是在使用一种取之不尽的资源。如果大多数人不理解它是什么或它是如何工作的,那么很难说它不是一个好主意。现代地源热泵满足了所有这些要求,除了一点:它不一定节能。
让电力公司来干脏活
在我解释为什么地源热泵不是一些人想要让它们成为的神奇设备之前,让我解释一下它们是如何工作的。
想象一下,在你的院子里挖一口井,装满一桶桶水。如果你把井挖得足够深,水可能在55华氏度左右。接下来,你把桶放进冰箱冷却到50华氏度。从水中释放出来的热量会通过冰箱背面的盘管释放到家里的空气中。有了足够的水桶、冰箱和电力,你就可以冷却为你的家供暖所需的所有水。你最终会厌倦提水桶,然后你会安装一个泵来做这项工作。你刚刚发明了一个地热热泵。
地源热泵的主要卖点之一是,据称它们不使用化石燃料,这只是部分正确。的确,热泵在你的家里不燃烧任何化石燃料,但它消耗电力。换句话说,电力公司是在为你燃烧化石燃料。因此,说热泵用户用煤为他们的房子供暖也是部分正确的,因为美国大约50%的电力是由燃烧煤产生的。美国其余的大部分电力是通过燃烧石油或天然气产生的。对于那些认为燃烧煤炭和化石燃料是一个环境问题的人来说,诚实地看看哪个设备消耗更多的燃料是很重要的:煤气炉还是热泵。
热泵依赖于电网效率
根据美国能源部的数据,美国电力生产和配电系统的效率约为32%。换句话说,发电厂燃烧的燃料中大约有三分之一的可用能量被送到了客户的电表上。与高效火炉(90%或更高)相比,热泵要做到化石燃料中性,每使用1瓦电,就必须从地面提取约2瓦的热量,总共向建筑物发送3瓦的热量。在热泵额定值的语言中,这种3比1的比率被称为3的性能系数(COP)。COP是衡量热泵效率的标准指标。(有关热泵的更多信息,请参阅“热泵适合你吗”)。
制造商对地源热泵的COP等级随着地下水温度和建筑物内空气温度的变化而变化,但地下水温度在50℃时通常在3到4之间。但这些评级不包括水泵使用的电力,也不反映现实世界的地下水温度,在热泵抽取热量一段时间后,地下水温度会变得更低。
真实世界的数据在哪里?
要获得对整体情况的准确看法,需要转向实际的测量结果。令人惊讶的是,尽管在美国安装了数千台地源热泵,但显然没有人去测量随机选择的安装系统的COP并公布数据。
关于安装热泵效率的最接近现实世界的研究是由热泵行业协会与电力公司合作进行的一项小型研究,当然不是中立的一方。
为了这项研究,他们安装了新的系统,其中包括高效风扇电机和PVC管道等节能功能,并且在新系统时仍然设法挤出了仅略高于3的COP。(行业协会和公用事业公司不会分享本次研究的实际测量数据。)随着地下水温度的下降,这一COP也会下降。
我做过一些测量,我认识的人也做过一些测量。基于这些测量,我认为整个系统的COP约为2是对一个典型的、真实的、已安装系统的性能的现实估计。不幸的是,这意味着地热热泵实际上会比高效的燃气或燃油锅炉或炉子消耗更多的化石燃料。
然而,几乎没有人知道这一点,因为几乎没有人在衡量。没有衡量意味着没有人从浪费精力的错误中学习。更重要的是,这意味着许多人盲目地安装他们认为是神奇的加热和冷却设备。我们应该做的是奖励那些试图改进这些缺点的制造商和安装人员。相反,我们只是继续重命名热泵,使它听起来不那么技术性,并避免暗示系统实际上使用任何能源。热泵已经成为地热、geoexchange,有时甚至geocomfort.
更诚实的做法是承认热泵使用电力,这在大多数情况下意味着燃烧的燃料比在家里燃烧天然气的设备消耗的燃料要多。承认这一点可能会导致找出什么,如果有的话,可以做些什么来减少电力热泵的使用量。与此同时,随着热泵不再被视为魔法,人们的注意力可以转移到建筑节能上。任何对减少建筑能耗感兴趣的人都可以关注使用良好的隔热和空气密封,精心设计的通风系统,遮阳窗户,密封燃烧设备,以及每个房间的恒温器。
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