電熱泵使用的能源比熔爐少得多,而且也可以為房屋降溫——這是它們的工作原理

圖片 加熱還是冷卻? 我兩者都做。 FanFan61618/Flickr, CC BY-SA

為幫助遏制氣候變化,拜登總統設定了降低美國溫室氣體排放的目標 到 50 年比 52 年的水平低 2005%-2030%. 實現這一目標將需要盡可能多地將化石燃料動力活動迅速轉換為電力,然後從風能、太陽能、水電和核能等低碳和無碳資源中發電。

人們的建築 生活工作 在消耗大量能量。 2019年,商業和住宅建築佔 超過七分之一 的美國溫室氣體排放量。 新的加熱和冷卻策略是這個難題的重要組成部分。

幸運的是,有一項現有技術可以做到這一點:比熔爐效率高三到四倍的電熱泵。 這些設備通過將熱量傳入和傳出建築物,而不是通過燃燒化石燃料,在冬天為房屋供暖,並在夏季為房屋降溫。

作為一名專注於 可再生和清潔能源, 我學習 住宅能源使用 以及減緩氣候變化意味著什麼 工業化發展中國家. 我認為用清潔、可再生的電力為建築物供電是一項重要的戰略,也可以為消費者省錢。

熱泵從外部吸入空氣,利用室內外空氣的溫差為建築物供暖。 許多還提供冷卻,使用幾乎相同的機制。

熱泵通過移動熱量而不是空氣來工作

美國的大多數供暖系統使用以天然氣或電力為動力的強制通風爐,或者在某些情況下 取暖油. 為了加熱建築物,系統燃燒燃料或使用電力來加熱空氣,然後將熱空氣通過管道吹入各個房間。

一個熱泵 更像冰箱,它從冰箱內的空氣中提取能量並將這些能量傾倒到房間中,使內部更涼爽。 為了加熱建築物,熱泵從 室外空氣 or 從地面 並將其轉化為房子的熱量。

它的工作原理如下:極冷的流體通過熱泵室外機的盤管循環。 該流體以熱量的形式從周圍空氣中吸收能量,周圍空氣比流體溫度高。 流體蒸發,然後循環到壓縮機中。 壓縮任何氣體都會加熱,所以這個過程會產生熱量。 然後蒸汽穿過熱泵室內單元中的盤管,加熱建築物。

在夏天,熱泵反向運行,從房間獲取能量並將熱量轉移到室外,即使外面更熱——基本上,就像一個更大版本的冰箱一樣。

比熔爐更高效

熱泵需要一些電力才能運行,但數量相對較少。 現代熱泵系統可以以熱量的形式傳輸三到四倍於完成這項工作所消耗的電能的熱能 - 而房主為此付費。

相比之下,將能量從一種形式轉換為另一種形式,就像傳統的加熱系統那樣, 總是浪費一些. 燃燒石油或天然氣以在熔爐中加熱空氣,或使用電加熱器加熱空氣都是如此——儘管在這種情況下,發電時會產生浪費。 大約三分之二的發電廠用於發電的能源是 過程中迷失.

改造 住宅商業建築 使用熱泵可提高加熱效率。 當與從化石燃料轉向可再生能源相結合時,它會進一步降低能源使用和碳排放。

走向電動化

成長 限制化石燃料的使用積極的政策推動熱泵銷售 在美國和國際上。 目前全球有 5% 的供暖系統使用熱泵,到 2030 年這一比例需要增加到三分之一,之後還要高得多 2050的淨零排放.

在供暖需求相對較低的溫暖地區,熱泵的運行成本比熔爐便宜。 稅收抵免、公用事業回扣或其他補貼也可能提供激勵措施以幫助支付前期成本,包括聯邦激勵措施 被拜登政府恢復.

在極端寒冷的氣候下,這些系統有一個額外的內部加熱器來提供幫助。 該裝置效率不高,並且會顯著增加電費。 住在寒冷地區的人可能要考慮 地熱熱泵 作為替代。

這些系統利用了冬季地面溫度比空氣溫暖的事實。 地熱系統從地球收集熱量,並使用與空氣源熱泵相同的流體和壓縮機技術將熱量傳遞到建築物中。 它們成本更高,因為安裝它們涉及挖掘以將管道埋在地下,但它們也 減少用電量.

新的,較小的“微型分體式熱泵系統 除了最冷的氣候外,其他地方都能很好地工作。 這些系統不需要管道來使空氣穿過建築物,而是連接到壁掛式裝置,加熱或冷卻單個房間。 它們易於安裝,可以有選擇地用於單個公寓,這使得改造大型建築變得更加容易。

即使有最好的加熱和冷卻系統, 安裝適當的絕緣材料並密封建築洩漏 是減少能源使用的關鍵。 您還可以嘗試使用恆溫器,看看在讓每個人都感到舒適的同時,您可以為您的家加熱或冷卻多少。

安裝在壁爐上的迷你分體式熱泵室內機。 一個新的迷你分體式熱泵系統。 羅伯特·布雷查 CC BY-ND

為了幫助確定熱泵是否適合您,您的電力供應商是一個很好的信息來源。 許多公用事業公司提供家庭能源審計,可以確定經濟高效的方法,使您的家庭更加節能。 其他好的來源包括 美國能源部美國節能經濟委員會. 隨著推動社會電氣化的步伐加快,熱泵已準備好發揮核心作用。

關於作者

Robert Brecha,戴頓大學可持續發展教授

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這篇文章最初出現在 談話

談話

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