用热泵为历史建筑供暖
19世纪50年代的Colonial是热泵系统的好候选人吗?
特别是空气源热泵无管minisplits,正成为人们的首选暖通空调为越来越多的建筑商和房主提供了选择。紧密、绝缘良好的房子是特别好的候选者,因为加热和冷却系统相对简单。
但实际上呢老房子?热泵技术的情况是否同样令人信服?
这是柯蒂斯提出的问题这个问答论坛帖子大约4000平方英尺。这栋建于19世纪50年代的住宅位于纽约哈德逊河谷(气候区5b)。他的目标是尽可能减少化石燃料的使用。
“既然房子需要一个满的改造(包括一个新的暖通空调系统),我们希望转移到一个全电动热泵系统,”柯蒂斯写道。
这所房子需要一个新的屋顶,包括屋顶平台,所以柯蒂斯可以在那里进行大规模的改造,在护套上下安装隔热层。在地下室,他打算再加两个。从地板喷到托梁的泡沫。然而,由于房屋内外的历史细节,墙壁上的空洞不会得到同样的关注。另外,在一楼的大部分地方,灰泥和外墙之间都是砖。
一旦绝缘改造完成,并完成手动J计算,他就会对他的选择有更多的了解。但是他的暖通空调承包商猜测他需要安装备用的丙烷暖气,这是柯蒂斯想避免的选择。
柯蒂斯说:“我很好奇,人们对仅用热泵就能给我们的房子供暖有什么想法,更普遍的是,当谈到比较成本、效率和舒适度时,人们对更大、更老的房子和热泵的体验是什么。”
这就是本期重点问答节目的开始。
让你的备用热电
jrpritchard说,包括备用热量是一个好主意,但没有理由非得是一个燃烧化石燃料的系统。
“有什么原因可以解释为什么你不能合并电力备份吗?他写道。“大多数传统品牌,如伦诺克斯、特灵或开利,都提供可以接受热包的空气处理器,这些热包可以作为备用或补充热量。”
三菱(Mitsubishi)和富士通(Fujitsu)的品牌在低温下表现更好,三菱提供的空气处理器很容易接受电热包,他补充说,他总是为艾奥瓦州的客户提供某种形式的备用热量,艾奥瓦州也是气候区5。
威廉·莫尔斯说,考虑煤气炉的唯一原因是柯蒂斯担心停电。否则,像富士通(Fujitsu)或三菱(Mitsubishi)的高质量迷你裂也能很好地解决这个问题。
莫尔斯说:“只要根据需要加入电力备份就可以了。”“即使在那里,如果需要什么,为什么不等等看呢?”与此同时,如果你担心,你可以买一些便宜的1500瓦的加热器。”
莫尔斯补充说,另外两个可以考虑的想法是增加一个好的备用发电机,除了提供应急热量外,它还可以保持冰箱的运行,以及为重建的屋顶安装太阳能电池板。
丙烷有利有弊
为了选择最好的备用热量,查理·沙利文建议柯蒂斯考虑它的三个用途:
- 备用热在断电时应能工作。
- 当热泵不能工作时,它应该工作。
- 当热泵不能跟上需求时,它应该是补充热量的来源。
使用丙烷(LP)的炉子需要电力,这意味着当电力下降时,它不是一个好的热源。而且可能还不包括第二种情况。
沙利文说:“我有点喜欢手头有足够的电暖器来解决这个问题,因为这样你的备份是真正独立的。”“如果你的设计计划覆盖几乎所有的情况,只是想要一些额外的功能,增加电加热条更便宜,让你不必在现场存储LP气体。”
当停电时,只有两个热源可以工作——一个是木炉,一个是发电机,他补充说,“一个可能的理由是,一箱LP可以满足你的发电机和加热需求,如果发电机只运行风扇而不是热泵,它可以更小。”
效果取决于房子的布局
暖通空调承包商猜测,柯蒂斯将需要一对5吨重的热泵,杰伊·托马斯认为这有点不对头。但主要的问题是热泵在老房子里是否有效。
托马斯写道:“根据你的平面图,小裂缝在老房子里效果很好。”“我有一栋1920年的房子,面积和你的差不多,气候区也差不多,我在一楼的两侧有两个18000 Btu/小时的迷你裂缝,还有一个12000 Btu/小时的裂缝,用于处理二楼和三楼的供暖。”
托马斯还想知道房子里有没有壁炉。他在壁炉上安装了一个燃气插孔,这是他的备用热量来源,也减少了热泵效率下降时的运行成本。
托马斯说:“当我搬进来的时候,我们配备了25万Btu的蒸汽和热水。“现在,我们似乎只需要在空气密封、阁楼隔热和边梁上进行工作,就可以在99%的水平上减少约36-40,000条迷你裂缝。”
《GBA》的读者Evantful告诉Curtis,根据他自己的经验,微裂可以达到目的。Evantful还住在纽约州,位于6号气候区边缘的一座20世纪50年代的农场里,那里有一些但不是很多隔热材料。将近三年前,他把自己已经用了30年的油炉换成了两台三菱(Mitsubishi)的油炉,额定功率分别为12,000和9,000 Btu/h,从那以后,他就只靠它们来经营家里的生活。
Evantful说:“在2018/2019年冬季,艾伦维尔的气温为-13和-14,是有记录以来第二低也是最冷的最低点,白天的最高气温为个位数。”“在任何时候我们都不需要补充备份,这是在我们仍然拥有所有原始的单层玻璃窗户的时候,我的大部分空气密封工作还没有完成。”
停电时,Evantful使用一台7500瓦的发电机来管理小裂缝、热水器、照明、插座和冰箱。
看看过去的取暖费账单
Dana Dorsett说,把两台5吨重的热泵(能够产生120,000 Btu/小时的热量)的估计称为“有点少”可能是轻描淡写的。他建议柯蒂斯根据他已经拥有的记录,对他的取暖需求进行一个基于燃料的计算。(多塞特解释了他的技巧在本文中。)
与此同时,多塞特说,这样大的房子不太可能需要那么多的热量,除非房子都是没有防风窗的单层玻璃窗户,而且温度会降到零下10华氏度。
多塞特说:“在空气密封和绝缘(包括地下室墙壁)和安装低电磁风暴(或更换窗户)之后,它应该减少到6-7吨,甚至可能更少。”“将整个房子的重量控制在5吨以下是可能的,但需要进行大量的分析和工作。”
多塞特说,柯蒂斯可能会考虑的另一种选择是通过管道的地源热泵(GSHP)蒲公英公司,尽管正确的大小是至关重要的。即使按照纽约的电费,热泵的设计负荷为99%,在严寒天气使用辅助电热条,也比热泵加化石燃料热源更好。
多塞特说:“对于前者,辅助热量只需要弥补所需的差异,就不会失去优势。”“大部分热量将来自地源热泵,其COP(性能系数)约为4,而采用双燃料方法时,热泵必须关闭,化石燃烧器承担全部负荷。
“在COP为4的情况下,丙烷热可能永远不会像地源热泵那么便宜,即使是排名第二的石油通常也更贵,即使在目前疫情后的低油价下也是如此。”柯蒂斯回答说,他曾考虑过地源热泵,但认为它太贵了。但当他的暖通空调承包商建议他在三个热泵之外安装一个丙烷锅炉时,他说情况可能并非如此。
我们专家的意见
Ross Trethewey补充道:
当设计和安装得当时,微型裂缝热泵可以有效地为旧房子供暖,但在许多情况下,需要对建筑进行升级。建筑的热围护结构非常重要,包括屋顶隔热、墙体隔热、地下室隔热和窗户u值/太阳得热系数。也许同样重要的是建筑物的漏风率。如果建筑漏水,这个小裂缝将很难让居住者感到舒适。
我的建议是对这栋建筑进行风机门测试,就像它现在的样子。这将建立建筑物的基准漏风率,并可用于规范Manual J和现有燃料账单数据。当对屋顶和地下室墙壁进行隔热升级时,房主应该尽可能多地对建筑物进行密封。在这项工作完成后,可以进行另一次鼓风机门测试。新的漏风数据,以及任何其他建筑升级,都可以输入Manual J,以更准确地确定加热(和冷却)系统的大小。
在确定了适当的负荷后,就可以选择和设计合适的小型裂隙,无论是地源(地热)热泵还是其他供暖系统。对于空气源热泵,一定要选择一个寒冷气候的版本,一个可以处理该位置的预期温度范围。它还应该包括一个平底锅加热器,以融化在除霜模式下从室外线圈流入平底锅的任何剩余水。此外,请务必将机组安装在预期的雪线之上,使用地面安装支架或墙壁支架。
![柯蒂斯家的阁楼](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2022/12/05153455/Spotlight-attic.jpg)
除霜模式会在室内造成舒适问题,特别是对于绝缘/气封不良的家庭,因为热泵在除霜过程中不会产生任何热量,实际上暂时运行在冷却模式,从内部窃取一些热量来温暖室外的线圈。这就是为什么在这种应用中通常建议使用备用加热源。电风管加热器是解决除霜舒适问题的常用方法。它还提供了一个温度的提升,当需要时,和安心的室外热泵机组在冬天发生故障。这种类型的系统需要管道系统,因此通常安装在一楼的空气处理系统上,该系统在地下室的天花板上运行。这也被动地补充了二楼,因为浮力推动热量上升。
地源热泵是这种应用的一个很好的解决方案,因为与空气源热泵相比,地源热泵提供了更高的效率。此外,它们没有除霜或任何户外设备,这意味着它们对环境的影响更小,不需要风扇,更安静,也没有选址问题。但是它们的安装成本更高,需要足够的院子空间来打井,并且需要一个更熟练的安装团队(司钻,暖通空调承包商等)。
在东北部,许多老建筑都有一个现有的强制热水底板或铸铁散热器系统。对于隔热/气密不佳的家庭,或对微型裂缝系统的有效性感到担忧的房主,我们建议他们保留现有的供暖系统。这可以让人安心,也可以在室外温度降至热平衡点以下时提供补充热量(热泵不能再为建筑物供暖的室外温度)。
业主还应考虑以下问题:
- 如果目标是全电动住宅,目前家中安装了哪些燃气电器,房主是否愿意拆除它们(煤气炉、燃气壁炉等)?如果更换为电动版本(感应灶台、电壁炉等),当前的电力服务是否支持这些新的电力负载,或者是否需要电力服务升级?
- 该地区是否容易发生公用事业停电?如果是这样,备用发电机或能源存储系统(与太阳能或风能相连的家用电池)可能值得考虑。如果加热系统是燃气,发电机的尺寸将比电力加热系统小得多。
- 生活热水是如何生产的?如果首选全电动解决方案,空气源热泵热水器可能是一个不错的选择。然而,要认识到问题1和问题2。
一般来说,为了拥有一个舒适的室内环境,以微型裂缝作为唯一的热源,升级大型旧建筑的热围护结构和空气密封可能会非常昂贵。我们经常看到这样的家庭采用双燃料混合动力方法,将现有的天然气基础设施和微型裂缝结合起来。燃气设备提供备用空间供暖、家庭热水、烹饪和壁炉供暖,而小裂缝提供了大部分空间供暖和空调。小型燃气发电机可以在停电时为房屋提供备用电源。本例中的电气业务不需要升级。这种类型的系统还可以对冲能源价格波动,因为房子可以用电力(热泵)或燃气锅炉或炉子加热。双燃料方法似乎为这些类型的应用提供了舒适、成本和干扰的良好平衡。
先前发表于GreenBuildingAdvisor.com。斯科特·吉布森是《绿色建筑顾问》的特约撰稿人良好的住宅建筑杂志。Ross Trethewey是一名专业工程师,是公司的创始人和首席工程师TE2工程在马萨诸塞州波士顿。这是一家专注于高性能建筑的咨询公司。他是电视节目“This Old House”和“Ask This Old House”的家居技术专家。为了清晰起见,GBA读者的评论可能被略加编辑。要查看原文,请使用文章顶部的链接。