编者按:这是里德·鲍德温(Reid Baldwin)关于他在密歇根州林登(Linden)建造房子的一系列客座博客之一。你可以阅读他的整个博客在这里．

这篇文章涉及暖通空调系统的两个部分，采暖和空调。通风问题将在另一篇文章中讨论。

在密歇根州，大多数人安装了天然气强制空气炉和空调。那些愿意花钱购买高级系统的人可以考虑地板辐射采暖。然而，高度隔热的房屋与典型的房屋有一些不同，这可能会改变哪种类型的供暖和制冷系统是合适的。

那些将隔热和气密性发挥到极致的房屋，比如那些符合被动式房屋标准的房屋，通常会采用不同类型的加热和冷却系统，比如一两个无管微型分体式热泵。在隔热方面，这座房子处于典型房屋和被动式房屋之间的中间地带。所以，我们的系统是否应该像典型的房屋，像被动式房屋，或者其他的选择，并不是很明显。(好吧，也许对于那些不像我这样倾向于过度思考这些事情的人来说，这是显而易见的。)

高度隔热的房屋比普通房屋的供暖需求要低得多。为什么他们不使用普通住宅使用的同类型系统的小型版本呢?主流暖通空调设备制造商并不试图服务于高度绝缘的房屋市场。所提供的设备尺寸范围是基于典型的房屋热负荷。事实上，大多数安装在典型房屋中的设备都相当大。

在高度隔热的房子里散发热量更容易，因为热量没有那么快散失。这就带来了一些可能性。然而，许多人喜欢的地板辐射采暖的温暖感觉在高度绝缘的房子里就不那么明显了。

对零能耗家庭感兴趣的人更喜欢全电力系统，这种系统可以由光伏板提供。具有讽刺意味的是，在低负荷的家庭中，花更多的钱购买高效设备不太可能得到回报。那些花了额外钱买隔热材料的人可能希望通过减少在加热和冷却设备上的花费来收回一部分成本。

第一步:计算负载

对于任何类型的设备，第一步是计算设计热负荷和冷负荷。热负荷包括由于传导而通过墙壁、窗户、天花板等损失的热量，也包括由于漏风和强制通风而损失的热量。对于我的位置，设计热负荷是在室外温度为7°F的情况下计算的。虽然气温会比这更低，但很少会长时间低于这一水平。

设计热负荷忽略了各种内部热增益，如通过窗户获得的太阳能增益，壁炉的使用，电器和人员。当室外温度低于设计温度时，这些热量的增加以及房屋的热质量可以维持室内温度。此外，加热设备的尺寸通常至少比设计热负荷大一点。

设计热负荷为34000英热单位/小时。在室外温度为88°F的情况下，设计的冷却负荷为18000 Btu/小时。设计冷负荷确实包括一些内部增益。

我考虑的第一个选择是地源热泵(有时被称为地热热泵)。热泵不是通过燃烧燃料来产生热量，而是移动已经存在的热量。将一英热单位的热量从寒冷的地方转移到温暖的地方需要能量，但是，如果温差足够小，它只需要不到一英热单位的能量。

地源热泵的优点是热量是从地面转移的，理论上，地面的温度是恒定的，适中的。热量是由流经地下管道的流体从地下提取出来的。在夏季，同样的过程被用于将热量传递到地下以提供空调。不幸的是，来自固体地面的热量传递不是很有效。为了传递足够的热量，必须埋下大量的管道，这很昂贵。即使这样，由于热量被提取，管道附近的污垢温度也不是恒定的。绿色建筑顾问上的一些文章劝阻了我，这些文章发现地源热泵相对于现代空气源热泵的额外效率不值得额外的成本。

迷你分头怎么样?

这让我想到了我考虑的下一个选择:迷你分体式热泵。它们从外部空气中转移热量。传统上，空气源热泵在寒冷气候中不受欢迎，因为当外界温度降低时，其容量和效率就会下降。然而，技术进步使它们成为一种实用的寒冷气候替代品。一种无管道的迷你空调直接向房间提供空调空气，而不是通过管道吹气。这提高了效率，但需要在墙上安装设备，这引起了审美问题。

另一个问题是热量如何从这些单元分配到其他房间。通过一个小的管道网络，一个管道小隔间可以为几个房间服务。管道装置放弃了一点效率，但改善了热量分配。超级隔热房屋的建造者喜欢迷你小屋的一点是，它们的容量很小——低至每小时6000英热单位。它们使用电力而不是天然气，如果你想使用光伏板实现净零排放，这是很好的。然而，在密歇根州，电力比天然气贵得多。

一个相关的选择是空气-水热泵，如Chiltrix系统。而小分流依赖于室外机和室内机之间的制冷剂管道，空气-水热泵保留室外机内的所有制冷剂。热量通过水管在室内机和室外机之间传递。这使得更小的室内单元成为可能。除了这种区别之外，空气-水热泵的优点和缺点与微型分体式热泵相似。

燃料成本是决定因素

最终，燃料价格的比较使我相信，天然气解决方案比电力解决方案更有意义。一些低负荷住宅的建筑商利用天然气价格相对较低的优势，安装了空间供暖和家庭热水系统(有时称为组合系统)。生活热水由高效的天然气热水器供应，如HTP凤凰轻型热水器。热水通过水循环空气处理器的盘管循环，提供空间加热。然而，试图让当地承包商报价并安装一个综合系统被证明是困难的。

最后，我决定采用传统的天然气炉。大多数公司在大多数型号中提供的最小尺寸，包括他们的调制型号，是60,000 Btu/小时。(一个例外是加拿大的一家公司Dettson该公司销售的调制炉的起价为每小时1.5万英热单位。由于不熟悉当地承包商，我最终排除了这个选项。)然而，一些两级高效炉的输入容量为40000英热单位/小时。低阶段输出容量为25000 Btu/小时，高阶段输出容量为39000 Btu/小时，与房屋的热负荷匹配良好。最小的空调机组是1.5吨，这是一个很好的匹配冷负荷。

英国人说，美国人可以指望做正确的事情，但只有在他们尝试了其他所有事情之后。我想我愿意采用传统的解决方案，但只有在我排除了所有其他可能性之后。

运行供气和回气管道

在确定了中央强制空气炉和空调后，需要安装管道来将空气分配到整个房子。传统的方法是在每个窗户下的地板上放置供应寄存器。然而，对于低热负荷的家庭，来自国家可再生能源实验室、能源部和能源之星的文章建议使用紧凑型管道系统。在一个紧凑的管道系统中，位于内墙高处的供气寄存器将空气穿过天花板吹向窗户。

我们试图将这种理念应用到我们的房子中，但遇到了一个问题:我们的内墙相对较少。当我和暖通空调承包商在房子里走着讨论管道的位置时，我了解到我们可用的墙壁比我想象的还要少。他解释说，与地板托梁对齐的墙壁无法从下面进入，因此不适合安装管道。我希望我在设计平面图的时候就能理解这些限制。在大多数情况下，我们最终在窗口下使用寄存器。

我们选择设置三个区域:一楼，二楼和地下室。然而，一楼的一些房间将成为二楼区域的一部分。这将使两个区域的热负荷接近相等。办公室往往会和二楼的主卧室同时从窗户获得太阳热量，所以把它们放在同一个区域是有意义的，尽管它们在不同的楼层。