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是的，热泵在明尼苏达州工作。还有阿拉斯加、佛蒙特和安大略。今天我要告诉你们明尼苏达州明尼阿波里斯市的一所房子，在过去的四个冬天里，它都是用热泵供暖的。这是加里·尼尔森的家，他是能量温室该公司生产的“明尼阿波利斯吹风机门”和“管道爆破器”用于测试家庭和管道系统的漏风情况。
首先，固定建筑围护结构
正如你对一个过去几十年一直在量化渗透率的人所期望的那样，纳尔逊的房子是相当密不透风的。他在同一所房子里住了很长一段时间，并且对它进行了不止一次的改造——最近一次是在2017年进行了大规模的翻修。他们于2017年11月搬回了房子，从那时起就一直在使用热泵。
以下是该附件的当前状态:
- 渗透速率:50帕斯卡(ACH50)下每小时换气1次，50帕斯卡(cfm50)下每分钟500立方英尺
- 墙壁:R-30至R-40
- 天花板:R-50
- 楼板:旧部分为R-0，新增部分为R-20，楼板下方有泡沫
- 窗户:三层玻璃，氩气填充，三层低辐射涂料
对外壳进行大量改进的结果是，热负荷非常低。他没有参加正式宴会负荷计算但他确实知道装修前自己用了多少热量。他的供暖系统包括一个北极星热水器(化石燃气)和一个空气处理器来分配热量。他发现，当室外温度为-10°F时，该系统几乎连续运行99%设计温度，他从热水器获得的热量为17000 BTU/小时。然后他计算出，他的外壳改进所带来的负荷减少将被翻新过程中增加的额外负荷所抵消，所以他认为他需要一个容量为18,000 BTU/小时的热泵。
因此，他安装了一台容量为18,000 BTU/小时的富士通导管微型裂热泵。因为他了解热传导和明尼阿波里斯的天气，他把这个热泵安装在没有辅助热．真的!
加热性能
冬天2017 - 18这是翻新后的第一个冬天，明尼阿波利斯的最低温度是零下15华氏度。系统运行得非常好。即使室外温度比设计温度低5°F, 18k热泵也能使房子保持在72°F的设定值。
冬天2018 - 19例如室外温度降至零下27华氏度。房子的温度降到了华氏62度，但当时他们在澳大利亚。尼尔森告诉我，如果他们在家里，他们可能会用体温和烘烤一些饼干来让房子接近设定值。
当然，Nelson会测量和记录一切，所以他也知道热泵能泵出多少热量以及效率如何。在-27°F的寒流期间，他计算出热泵容量为8597 BTU/hr(2.52千瓦)，功耗为1834瓦(W)。性能系数为2.52 ÷ 1.834 = 1.37。相比较而言,电阻热的性能系数为1．
当温度上升到-17°F时，热泵输出上升到13000 BTU/hr，功率消耗到1959 W。由此产生的性能系数接近2，或者是电阻所能提供的两倍。(想想一些暖通空调技术人员告诉人们这样做切换到应急暖气当室外温度下降到30°F!)
冬天2019 - 20如他没有什么了不起的报告。他们没有任何冷到需要任何辅助供暖的天气。
冬天2020 - 21这个冬天又一次考验了他不使用辅助供暖的决定。以下是他写给我的:
冷却性能
尼尔森的热泵尺寸刚好适合供暖。在明尼阿波利斯这样的地方，这意味着它对于冷却来说太大了。明尼阿波利斯也很潮湿，结果是房子可以很容易地保持在设定值温度，但没有足够的除湿。在经历了两个闷热的室内空气之后，他于2020年夏天安装了一台Ultra-Aire除湿机。因此，在降温季节，他“享受到了更好的湿度控制”。
是的，在明尼苏达州，热泵可以承担负荷
加里·尼尔森是个聪明人，他知道如何计算热量传递。他了解自己房子的供暖需求。他能阅读并应用热泵性能的规范。在过去的四个冬天里，他在自己家里证明了热泵在寒冷的气候下工作得很好。他的热泵的大小接近加热负荷，甚至安装系统没有任何形式的备份热。是的，他需要一些额外的热量来应对这几天不同寻常的阴冷天气，但他使用的40千瓦时的补充电阻热量可能会使他的电费增加约5美元。
如果你已经做好了准备工作，就没有理由害怕在寒冷的气候中安装热泵。您不需要像Nelson那样在尺寸上保持保守，您可以安装辅助加热装置，以覆盖那些罕见的天气事件，这些天气事件使热泵难以提供所需的所有热量。
使用热泵是一个好主意，特别是如果你正在更换燃气加热系统。与化石天然气不同，电力越来越清洁一直都是。
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Allison贝尔斯他是乔治亚州亚特兰大的演说家、作家、建筑科学顾问，也是能源先锋的创始人。他也是能源先锋博客,是写书．你可以在推特上关注他@EnergyVanguard．
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45的评论
好文章，期待新书，这样我就可以把它放在Sigenthaler书籍和手册j旁边。好奇的是，DHW是用什么。新的空气-水热泵可以冷却、加热并产生DHW。用于加热的水只需要83至103华氏度，因此120华氏度的DHW需要更多的BTU。
比尔，加里有一个GE GeoSpring热泵热水器，你可以在上面的照片中看到他身后。通用电气已经停止生产。
谢谢你的夸奖!
是的，热泵在明尼苏达州工作
一些做的,许多冷了就关机。随着备份电阻热的广泛采用，对电网的负面影响将使夏季峰值负荷看起来微不足道。
他还知道热泵抽了多少热量
他怎么知道的?精确测量热量输出并不容易。
> -17°f，…由此产生的性能系数接近2
有各种各样的型号，但在我看来，富士通在+5F (NEEP)时测量的COP为2.0。所以COP = 2在-17华氏度听起来非常乐观。
乔恩，加里给他的热泵连接了很多电线和管子来监测温度，压力和相对湿度。他还在系统里永久安装了能量温室真流。当你知道空气流速、温度变化和湿度变化时，计算产生的热量就很简单了。
在那个温度下，我的迷你裂缝是1.3度。现在，这是一个senville单位，所以不如富士通。然而，当温度降至零度以下时，该系统从约600cfm降至约400 cfm。我错误地假设在零度以下的温度下气流是一样的，在纠正错误后，cop从2上升到1.3。
>“…COP = 2在零下17华氏度听起来太乐观了。”
同意，但是“……近2…是被指控的，而不是…警察= 3……”．
“……差不多……”这部分是主观的——在一些人的心目中，COP为1.5是合格的，而在另一些人的心目中，COP为1.8(对于同类空气源热泵来说仍然是一个可信的数字)。
乔恩和达纳，我应该从一开始就输入实际的数字，我猜，但我确实包括了你可以用来计算-17°F的COP的数字。
输出功率= 13000 BTU/hr × (1kw / 3412 BTU/hr) = 3.81 kW
输入= 1,959 W = 1.959 kW
Cop = 3.81 / 1.959 = 1.94
接近2的意思是非常接近2。
现在，这是否正确是另一回事。加里确实告诉我，“这看起来很令人印象深刻。我相信制造商的数据只会下降到-5，而我的数据与他们的-5及以上的数据非常吻合。”
很高兴能看到更多收集到的COP数据。包括确切的型号，这样我们就可以找到制造商的数据。
制造商列出的少数COP点能否准确地线性外推较低的温度?这里的数据表明，从5华氏度下降到-17华氏度与-17华氏度下降到-27华氏度之间的COP退化斜率可疑地不同。
别忘了，室内温度在62华氏度时的供热能力比在72华氏度时的供热能力要大得多，我想象的效率也是如此。可惜没人想坐在62F的房子里。：）
新时代的热泵可能正是我们需要强调的非常高效的建筑围护结构。这对没有天然气电网的家庭来说确实具有经济意义，在明尼苏达有很多这样的家庭。如此多的风力发电正在增加，在可预见的未来，ND和SD的电价可能会稳定。
我99%的设计温度是相对温和的0°F。在过去的六个冬天里，我们的富士通热泵从来没有遇到过跟上寒冷天气的问题。我很惊讶，在非常低的温度下，COP的水平与报道的一样高，但听起来他在数据收集方面很有条理。即使偶尔需要一些补充热量，也不是什么大问题。
显然，关键是一个坚固、高效的外壳，因为它可以让你在偶尔的寒流中巡航，而内部温度不会下降太多。
如果他正在运行烤箱为房子产生热量，因为他的供暖系统连续运行了4天没有达到设定值，感觉他真的应该安装辅助供暖。
电烤箱备用的唯一缺点是手动操作。如果他们不在家，只要事情不冻结，谁在乎它不能达到设定值呢?要发生这种情况，热泵必须完全故障，如果主人不在时煤气炉故障，MN的其他每个家庭都面临着同样的风险。
他应该安装备用暖气
或者可能是一个更大的四位一体热泵，这样冬天的负荷可以完全满足，夏天可能不需要除湿机。
一定要做正确的手动J/S。
>>在经历了两个闷热的室内空气之后，他在2020年夏天安装了一台Ultra-Aire除湿机<<
我知道我过于简单化了，但除湿机基本上就是一台带小风扇的交流电。在这种情况下使用超大的AC并不是不寻常的情况。我认为把空调的设定值调低，然后手动把风扇转速调得很低(使其无法达到设定值)应该有用。
我在问题中说过很多次，人们有点期待微型裂缝只是“工作”，但它们只是制造出来的物品，他们不了解周围的情况。使用它们的AC，我倾向于离开设定值和管理舒适的风扇速度。当然，如果自动设置完美的话会很好，但在他们达到50:1的调低比例和与国家气象局的wifi集成之前，我们可能不得不处理偶尔按下遥控器上的按钮。
如果我不去管我那辆22k的三菱汽车，有时会在闷热的客厅里醒来，它最终会在半夜放弃，关闭压缩机。如果我把风扇调低了，我必须记得在早上把它调高，否则到下午三点左右它就跟不上了。
同意，流行的和错误的观点是，超大尺寸的空调提供劣质的湿度控制(与正确和小尺寸的热泵相比)。但几乎完全是CFM/吨。只要做到这一点，即使是2倍超大尺寸的逆变器热泵也能正常工作。
Jon R -只是想补充一点，我经常看到你对AC设备和除湿相关线程的评论，我很欣赏你对这件事的看法。你提到的实地调查(佛罗里达的一些机构?)很有帮助，但超出了我的知识范围，你很好地简化了它。
我现在住在4c，在那里我不必考虑除湿，但当我妻子把我搬回南方时，我可能会向你寻求建议!
马克斯,
我同意。我从Jon那里学到了很多关于湿度和压差的有用知识。
这是因为该规则适用于固定容量的系统，而不是可变容量的系统。
你能告诉我更多关于每吨CFM正确尺寸的信息吗?
我现在正纠结于这个问题试图为我们在6区建造的房子设计一个管道热泵。安装人员想要更大的，这样暖气的大小就合适，我倾向于小一点，这样AC的大小就合适，并根据需要使用木炉。但如果更大的单元可以很好地用于冷却，那就太好了。
除湿机的不同之处在于它不会冷却空间。这不仅仅是风扇速度的问题。如果负载是100%潜在的，那么单靠空调可能无法控制湿度。我的热泵与峰值加热和冷却负荷相匹配。不管我在热泵上使用什么设置，我仍然无法在很多时候将湿度保持在60%以下。
不记得三菱是否能测量湿度。据我所知，美的只有一个载体单元可以。
意识到你的设备越专注于去除湿度，就会消耗越多的能量，效率就会直线下降。此外，你的身体内部会有更多的水分，也会有更多的机会滋生霉菌。这就是他们不这么做的原因。为了去除湿度，机组必须通过高压缩机速度产生低制冷剂温度，并在接近0过热度的情况下运行。
很高兴看到明尼苏达州这样寒冷地区的性能结果，但是类似的系统在温尼伯这样寒冷的气候区如何表现。有什么见解吗?
温尼伯的设计温度约为-33℃。这低于任何住宅热泵的工作范围。但是，请记住，平均每年只有1%的时间处于或低于这个温度。一个好的，寒冷气候热泵仍将处理大量的加热负荷。补充热量将是一个好主意，以弥补时间，当它不能跟上。
嗨,特雷弗
我目前正在卑诗省北部建造两座小房子，它们使用了温尼伯的北极热泵。他们说在零下20摄氏度时，他们的COP是1.7。此外，作为零下25度以下的备用系统，我使用了一个内置电锅炉的储气罐，同样由北极公司提供。水循环热水为住宅供暖，预热生活热水，加热厨房排气，这些空气都来自储气罐。
NeilT,
我在明尼苏达州北部，设计温度为-30摄氏度/-22华氏度。我们有一所房子，在过去的两个冬天里，它一直在运行三菱中央管道系统(PVA多位置空气处理热泵之一，24000 BTU)，带有集成电静压加热器。在去年冬天的极地涡旋期间，气温有近10天没有超过零下18摄氏度/0华氏度，这位房主说，气温从未比家里的设定点下降超过2摄氏度。他们说，空气源热泵切断温度和电静压加热器之间有轻微的滞后，但没有重大的舒适性问题。
空气源热泵的一个问题是室外机下方有大量凝结。三菱表示，这是不正常的，但这是它在运营的两个冬天都发生过的事情，这是我们必须解决的不希望出现的情况。
兰迪,
你提到的房子是高度绝缘的，非常密封。就像加里·尼尔森(Gary Nelson)在明尼阿波利斯的房子(来自改造)一样。为了在明尼苏达的寒冷气候下热泵取得良好的效果，建筑围护结构必须是高性能的。
谢谢，伟大的信息和提醒“电力越来越清洁”。是否有机会知道平方英尺和立方英尺，以及它是单层还是多层房屋(以了解外表面面积平方英尺/立方英尺，占地面积等)和附属车库?(我太懒了，不想从“50帕斯卡下每分钟500立方英尺”中退出立方英尺，但也许我会试试，比如1个ACH, 500立方英尺/分钟= 60分钟/小时x 500立方英尺/分钟= 30,000立方英尺，一小时换一次气，因此室内体积为30,000立方英尺，假设10英尺的天花板可以产生3,000平方英尺的房子?)在明尼苏达州，3,000平方英尺的室内体积为18,000 BTU/小时?
每分钟500立方英尺，50帕斯卡
AFAIK，一个有风的日子(比如20英里每小时)可以在大约一半的房子内产生50帕斯卡。假设250 CFM，外面是温和的0F。仅渗透负荷就达到19440 btu/小时。然后打开厨房的排气扇，把它翻倍……
在得出任何结论之前，我想从尼尔森的房子里看到更多的数据。
嗯，所以在一个平静的日子里进行鼓风机门测试;-)或者，在多种风条件下进行多个鼓风机门测试，以查看风对滑块等东西的影响，也许是空气动力学被动屋的一个论点，在主轴上始终指向风。
有趣的是，这个案例和评论中讨论的案例都使用了管道系统。我希望无管道系统是这里的首选(并且性能更好)系统。任何想法吗?我正在为哈德逊谷(东海岸- 4/5区)考虑这一点，并假设无管道是实现零度以下温度性能的唯一方法。
戴夫,
我对这个不太了解。你能详细说明为什么没有管道会影响寒冷天气的表现吗?
我所看到的一切都表明，带导管的迷你裂缝和无导管的迷你裂缝在性能上是相似的。再多一点能量让空气流通。
你会在管道系统中损失能量，但如果是在生活空间中，这可能无关紧要。否则，行集越长，系统的效果就越差。
我绝对不是这方面的专家，这就是为什么我把它写成一个问题。但除了固有的损失，你会发现即使在最好的管道系统，HSPF和SEER评级的小裂缝比中央(管道)热泵要高得多。很难找到HSPF为10的中央热泵，这是一个经过认证的寒冷气候热泵。与我交谈过的暖通空调承包商也都这么说(不过不要总是相信他们说的话)。不管怎样，我很想知道是否有人研究过这方面的信息。
这是个有趣的问题。幸运的是，我只是一个学术的，因为我们这里的气候是如此温和。
如果你进入NEEP数据库:
https://ashp.neep.org/ !/ product_list /
你可以找到大量——确切地说，数千种——HSPF > 10的中央导管模型，一些> 12。
[也在问答中发布]:如果明尼苏达州不需要辅助电热，我甚至需要在新奥尔良安装加热条吗?这与75美元左右的加热灯丝成本无关，更多的是关于即使4.5千瓦的加热灯丝也会很快耗尽电池备用系统的电量。注意:运行电烤箱似乎是作弊。
与问答中相同的答案:对你来说，拥有它们的唯一原因是，如果你的热泵出现机械故障——压缩机或制冷剂泄漏——这些热条可以在高昂的电费下，在你等待服务的时候保持房子温暖。但如果控制失败，它们也会在你不知情的情况下自动启动，消耗大量能量。我要么安装它们，让断路器关闭，在紧急情况下需要你手动操作来激活它们，要么省略它们。
“对你来说，安装它们的唯一原因是，如果你的热泵出现机械故障——压缩机故障或制冷剂泄漏——这些热条可以在你等待维修的时候，以高昂的电费保持房子温暖。”
带热的另一个原因是为了在除霜周期中舒适。这是导管热泵的一个常见特征，在除霜过程中与带材热接触，以避免将温热/冷空气吹出寄存器。
但是4.5千瓦(~15,000 BTU/小时)的带材热量足以覆盖洛杉矶大多数代码或比代码更好的代码房屋的实际设计热负荷。在热泵带材控制和带材本身之间安装一个开关，以便在热泵故障时启用它，这不是疯狂的，也不是一个巨大的成本增加器。
新奥尔良这所房子的冷暖负荷有没有用Manual-J仔细计算过?大多数安装的空调和热泵对于实际负荷来说都太大了，安装一个合适大小的调制热泵可能是世界上最好的，即使在除霜过程中没有带热。
查理:我楼上(卧室)有暖气条，所以在我等待压缩机维修的时候，如果楼下没有暖气，我就不会冻伤。
黛娜:我没有想到在除霜循环中使用电热条!据我所知，那些只是压缩机风扇关闭的寒冷天气的空调循环，如果风扇条关闭，它确实会把冷空气吹进去，我保持当前的风扇关闭。我想我还是买条绷带吧这样在解冻过程中就不会被冷空气卡住了。如果我们切换到备用电池，我总能把它们锁在外面……如果我醒着的话。
一旦我确定了承包商，手动J就会完成。他们对免费估算的吨位进行了大致估计，但两位决赛选手都表示他们将进行完整的计算。他们知道我知道。
COP令人印象深刻，我在这里没有比-17F低很多的，所以我会得到2.0或更多。包括吹风机吗?如果是这样，这是一个独特的空气处理程序和什么规格?
我在整篇文章中寻找的一件事是富士通的型号。我错过了吗?我不是唯一一个想知道的人。
我对那个警察半信半疑。假设它是1.37。我这么说是因为在这样的温度下实际的气流可能会减少。此外，在这样的温度下，压缩机必须非常努力地工作。
哇,令人印象深刻!请问为什么富士通胜过三菱管道热泵?
我计划在55312号建造一座高度绝缘的柱架房屋(1600英尺^2)。
极端的温度会抑制微型分裂系统有效工作的能力。极高或极低的室外温度使空调难以排出或吸收热量，导致性能和效率双双下降。
通常情况下，这种下降在炎热的夏季是察觉不到的，但急剧的温度下降会极大地影响迷你裂缝在冬季的加热和冷却能力。
https://www.minisplitwarehouse.com/category/hyper-heat-negative-22
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