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与加州大学伯克利分校能源与资源组的Anna Brockway合作撰写。
根据自然资源保护委员会发表的一项新的分析，在加利福尼亚州使用高效电动热泵代替天然气来满足住宅供暖需求，可以将温室气体(GHG)排放减少一半或更多电学杂志．
这使得热泵一个重要的工具帮助加州实现到2030年将温室气体排放量减少40%、到2045年实现碳中和的雄心勃勃的目标，并改善其城市地区的空气质量——这些地区是美国污染最严重的地区之一。
我们发现，在一整年的使用中，电动热泵造成的排放明显低于气体或电阻技术。改用热泵热水器(HPWH)每年可使每个家庭减少50%至70%的排放，这取决于它们所取代的气体技术的效率。同样，从煤气炉切换到高效空气源热泵(ASHP)，每个家庭每年可以减少46%到54%的排放。
这一分析是在最近的两份报告中提出的，报告强调了应对气候变化的迫切需要在全国范围内而且在国际上．建筑占了大约四分之一加州的温室气体排放量，以及超过一半其中，大约90%的火炉和热水器是用天然气或丙烷作为燃料的，这些能源来自于空间和水加热。
这项新的分析还遵循了Synapse最近的一项研究，该研究表明，清洁空间和水加热技术，如高效热泵，具有节约能源的潜力加州人的安装费用超过1500美元在最好的条件下，之后每年数百美元的水电费。
令人印象深刻的效率
热泵使用电力来运行压缩机，压缩机收集并集中周围的热量。然后，这些热量被用来加热室内空间或水箱中的热水。因为电是用来传递热量的，而不是产生热量，所以热泵传递的能量比运行它所需的能量大2到4倍。
这种令人印象深刻的性能使燃气加热器(仅将其燃料能量的60%至95%转化为热能)相形见绌3至5倍。
使用比传统天然气设备效率高得多的加热设备，并使用加州日益清洁的电力为其供电，可以显著减少总体排放，这是有道理的。
然而，为了获得全貌，重要的是要考虑两个额外的因素:用电的时间和多少热泵有时在效率较低的电阻加热模式下运行。
无论什么时候消耗天然气，直接燃烧天然气取暖产生的排放量都是一样的。但是电力的排放量在一天的过程中是不同的。在需求高峰的晚上，当电力也必须由化石燃料发电厂提供时，它们会更高，而在需求低而太阳能充足的中午，它们会更低。
因此，与热泵相关的温室气体排放取决于它在一天中运行的时间。
虽然热泵运行非常高效，但许多HPWHs是混合动力的:它们大部分时间在热泵模式下运行，但当环境空气温度过低时，会自动切换到电阻加热以满足大量热水需求。电阻加热的效率要低得多——它“只”将100%的电能转化为热能——而且还受到使用时电网排放强度的影响。最先进的HPWHs可以完全在热泵模式下运行。
为了评估排放，我们的分析考虑了使用时间和混合热泵在低效率阻力模式下运行的时间。
热泵用电量
为了更好地理解热泵的排放是如何随着运行时间的不同而变化的，我们研究了HPWHs和空气源热泵空间加热器的每小时用电量模式。HPWH小时需求数据来自有效的建模研究由Ecotope, Inc.执行。对于ashp，我们依赖使用模式摘自《能源+环境经济学》(E3)出版的《太平洋天然气与电力》(PG&E)。在这两种情况下，我们比较了包括萨克拉门托在内的加州第12气候区数据。
一年中的每个小时，热泵用电量乘以该小时电网的温室气体排放量。该数据由E3为加州公用事业委员会准备，作为2018年避免成本计算器(ACC)的一部分，估计了成本每小时排放强度加州电网的发电量
我们使用了ACC对2030年排放的预测，因为未来几年实施的政策将影响整个21世纪20年代的加热设备选择，根据这些政策安装的热泵将再运行15至20年(2020年至2045年)。因此，对于受这些政策影响的设备的平均寿命排放量，2030年的排放量是一个合理的假设。
2018年ACC排放数据不包括加州州长杰里·布朗于2018年9月签署的参议院第100号法案(De Leon)的影响，该法案到2030年将加州的可再生能源目标从50%提高到60%。
我们将热泵使用模式和网格排放叠加在同一个图表上，以帮助可视化它们是如何重合的。HPWHs往往在太阳能发电量最高的白天消耗最多的电力，这使得它们主要使用清洁电力。另一方面，ashp主要在晚高峰和上午部分高峰需求期间运行。这表明，负荷管理——即激励居民在早上6点和下午5点之前预热他们的房屋——可以最大限度地减少高峰时段的运行，并导致额外的空间供暖减排，这些家庭的效率足以保持数小时的热量。
结合这些使用模式和一年中所有时间的排放情况，我们可以计算出这些技术的年排放总量。
然后，我们比较了标准效率和先进高效电热泵与用于空间和水加热的燃气和传统电技术的排放。正如前面提到的，在一整年的使用中，电动热泵比气体或电阻技术的排放量要低得多。
其他州呢?
这项分析主要集中在加州，因为加州雄心勃勃的气候和清洁空气目标，以及可用的热泵使用模式和电网排放数据。
在全国范围内，结果因州而异，因为热泵效率取决于当地的气候条件，电网温室气体排放量因地区而异。但由于政策和经济原因，煤电厂被天然气和风能、太阳能等可再生能源所取代，我们可以预计热泵技术也将在全国范围内产生显著的减排效果。
通往接近零排放热量的途径
这一分析并没有试图评估将热泵运行从一天中的高排放时间转移到低排放时间的好处，但我们的结果表明，这种负荷管理有望在电力便宜和清洁时通过预热和预冷进一步减少热泵排放，从而避免或最大限度地减少电力昂贵和高排放时的使用。
如清洁能源政策等某人100年随着市场力量不断提高可再生能源和无碳发电在电网中的份额，排放量将继续减少。与此同时，热泵技术的效率预计将继续提高，因为它已经在过去十年。这些趋势将进一步减少排放，为接近零排放的热能和热水的未来铺平道路。
加州最近通过了两项法案，AB 3232而且某人1477年，旨在使这一承诺成为现实。
Pierre Delforge是自然资源保护委员会的资深科学家，致力于建设脱碳。这篇文章最初发表于NRDC专家博客并经允许转载于此。
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22日评论
天然气行业不会喜欢这篇报道/文章。
更像是燃气公用事业的投资者(养老金、共同基金等)，他们不会高兴的。
你能听到吗?我在拉世界上最小的小提琴。
当可再生能源可用时，定时加热似乎会奖励/需要一个大的储存罐，可以装满清洁能源的热水。这使得家庭热水和空间供暖成为一回事，你可以为这两个系统使用相同的大型空气-水热泵，节省资金和空间。
这不仅仅是我的想法，“应用指南:住宅暖通空调和管道2016”，由能源代码Ace为加州能源委员会创建，说:“水力循环供暖和DHW系统结合使用一个中央热水来源，如锅炉，以满足家庭热水和空间供暖需求。根据供暖和生活用水供暖负荷的不同，可以考虑采用组合系统同时满足这两种需求。”
然而，这样的系统在加州几乎是无法获得的，必须拼凑起来。桑登二氧化碳系统可以做到这一点，但桑登在其技术信息中有很多附带条件。
加州能源委员会和富有的环保客户的需求与加州暖通空调和水管工提供的需求之间存在不匹配:-(
你可以用Chiltrix空气到水热泵加热泵热水器(夏季使用)+水箱。看到有人这样做会很有趣(所有空间加热/冷却和家用热水与太阳能/非高峰电力)作为概念的证明。
滑雪者和乔恩，
当然，在加州的每个房子里都放一个大的隔热水箱在技术上是可行的——前提是机房足够大——并把这个水箱连接到太阳能热系统或一个连接计时器的大型空气-水热泵上。
挑战不是技术上的。问题是，温室气体排放量的减少还不足以抵消高昂的硬件成本(每套房子2万至3万美元)。如果我们的目标是减少温室气体排放，我们有更好的花钱方式。
我不反对它还没有准备好进入黄金时段，但对成本有意见。基于Chiltrix的系统可以在成本上与其他HVAC系统相似，热泵热水器已经很常见了。所以这些部件可能没有成本溢价。一个5000加仑的油箱花费不到2000美元(外加一点绝缘)。那还剩下什么——一些泵，控制器，也许还有一个水-水热交换器?如你所说，技术上是可行的。也许只有5000美元的溢价。
“要求”是在未来十年内消除化石燃料的燃烧，以将全球变暖控制在1.5°C以下。物有所值是决定到达目的地的最佳方式的关键。
我认为一个大的隔热罐比第二个热泵便宜。但我想的是像HTP vs - hydro的119加仑油箱，内部热交换线圈减去燃气锅炉，而不是Jon R的5000加仑油箱(12' x 8' ?!?)
如果您能推荐我担任旧金山湾区的供暖顾问，我将不胜感激。我以为我找到了一个很有前途的人，但他工作太忙了。
“我认为一个大的隔热罐比第二个热泵便宜。”
这不是一个好的假设。大型绝缘水箱并不便宜。热泵并不那么昂贵。
>“…HTP Versa-Hydro的带有内部热交换盘管和燃气锅炉的119加仑油箱
听起来很像119加仑的SuperStor Ultra:
http://www.htproducts.com/superstor-ultra-waterheater.html
119加仑的SuperStor Ultra售价超过2500美元。虽然热交换器有点小，但不够好，不能用作“反向间接”，即饮用水在热交换器盘管中，并且不能有效地使用Chilltrix泵水通过热交换器。
这比网上商店标价的非常好的超高效率三菱FH09或富士通9RLS3迷你分压器贵了大约1000美元，这两种都有足够的容量为许多加州家庭供暖。
Turbomax 119是一个真正的“反向间接”热缓冲器和热水器有一个更大的热交换器。它可以使用水箱中的加热系统水，在一个更低，更有效的温度下，用可逆冷却器加热热质量。但它的售价约为4000美元，与2吨重的Chilltrix的标价相当:
http://www.chiltrix.com/documents/price-list.html
https://www.afsupply.com/turbomax-109-instantaneous-indirect-water-heater-119-gallons-400-000-900-000-btu-117-264-kw-10-years-warranty.html
真正大的1000加仑以上的绝缘缓冲罐只有在没有饮用水的情况下在大气压力下运行才“便宜”。它们一直被安装在木质锅炉加热系统中，但并不一定适合加州郊区。
>“…使用中央热水来源，例如锅炉，以满足生活热水和空间供暖的需求。”
<剪断。
“然而，这样的系统在加州几乎是无法获得的，必须拼凑起来。”
嗯?
燃气壁挂式组合式锅炉在加州各地的大卖场都能买到。(并不是说大多数的组合式锅炉都非常适合空间加热——通常都是超大的，但不是所有的。)
冷凝式燃气热水器设计有适合运行水力-空气处理器的侧端口，也比加州大部分地区的煤气炉更容易正确地确定尺寸。或者正在进行来自不同供应商的空气处理器的基本匹配，以考虑负载“…拼凑起来”?(拜托，这东西是用来一起工作的!)锅炉是否必须与翅片管底板和间接热水器由同一家公司生产，还是也“…拼凑起来”?
如果坚持要用热泵，大金公司的Altherma热/热水/空调系统不是已经在加州销售了吗?如果没有，考虑到加州的碳排放目标，他们应该追上去。它可以非常适合许多现有的CA住宅。
https://www.daikin.com/products/ac/lineup/heat_pump/
https://www.energy.ca.gov/2011publications/CEC-400-2011-010/CEC-400-2011-010-SF.pdf
https://www.energy.ca.gov/title24/2008standards/special_case_appliance/altherma_heat_pump/Daikin_Altherma_CompOpApplication/
三洋曾经在欧洲和亚洲有一个很好的二氧化碳制冷剂空气源组合系统，但从未在美国上市。三洋和桑登也是EcoCute联盟的一员，但他们先设计了更完整的combi系统，而不是“把它留给读者作为练习”，围绕它设计一个系统。它有4.5kw (~15,000 BTU/小时)和9kwh (~30,000 BTU/小时)两种版本。他们在英国销售了许多系统，但有很多来自其他空气源热泵供应商的竞争。好吧，所以这些东西现在没有，在加州也从来没有……也许三洋在这方面领先市场10年左右，或者他们只是在欧洲被竞争对手(包括大金)击败了。
“如果您能推荐我担任旧金山湾区的供暖顾问，我将不胜感激。”
这家位于湾区的公司正在宣传大金Altherma辐射加热和冷却解决方案(附带热水):
https://radiantcooling.com/messana-radiant-cooling-and-heating-systems-www-raymagic-com-and-daikin-altherma-www-daikinac-com-2/
这些人并不便宜(湾区有便宜的承包商吗?)，但团队成员拉里·沃特斯(Larry Waters)在他的设计作品集中有体面的富士通(Fujitsu)最近的管道迷你裂缝解决方案:
https://a-1guaranteed.com/meet-the-team/
他在伯克利的这栋房子里安装了一套1.5吨重的富士通(Fujitsu)供暖/制冷系统，安装成本(包括管道)约为1.3万美元:
https://www.greentechmedia.com/articles/read/what-does-it-take-to-electrify-everything-in-your-home
在我们的供暖主导区7和8，我将坚持使用绝缘材料作为减少消耗/温室气体的一种手段。不幸的是，即使NG到btu的能量转化率为70%，在我的水电费账单上，它仍然超过了一美元的电力HP。阿拉斯加在能源削减方面有不同的限制。
另一个令人遗憾的是，CCHI的一项当地研究发现，在2013年，为2x4的木杆房屋增加4英寸的绝缘材料将花费12- 1.4万美元(在费尔班克斯进行的研究)。节能和回报需要几十年，而不是典型的消费者的兴趣或时间范围。
自从我第一次在这个网站上读到关于热泵的文章以来，我就对它感到非常兴奋，但经过大量的研究，它们似乎对寒冷的气候没有多大意义(我住在宾夕法尼亚州的匹兹堡)。当温度低于冰点时，它们的效率就会下降，最终停止工作(我一直在看的昂贵的三菱机组的工作温度只有-15*F;不幸的是，匹兹堡每年比这更冷一次)——迫使你安装一个完整的备用加热系统，这抵消了热泵更好的加热效率所节省的任何潜在成本。
所以，去加州试试吧，在那里它们是有意义的!但如果你住的地方更冷，首先要考虑你的气候。
“删除”
据报道，富士通的迷你分拆仍在继续。另一方面，我不认为有人能指出富士通在一份文件中说，在列出的最低温度下运行不会造成任何伤害(例如，可能会由于润滑不良而降低寿命)。
例如:“……(XLTH)系列具有室外冷凝机组，设计用于低至-15ºF”的温度。这意味着它们不能在-15ºF以下运行。
三菱的机组不会在-13华氏度停止加热，这只是他们指定的容量和效率的最低温度。在一些不确定的温度，比-18F更冷的三菱寒冷气候迷你分裂将自动关闭，当它足够冷时，温度感应热敏电阻可能有一个错误，足以干扰操作，然后自动重新启动，当它回到范围内。根据我的经验，我还没有发现任何三菱车主报告说，实际上发生了这种情况，即使它下降到零下20华氏度以下，但这是在所有FH系列的提交表的细则中。
匹兹堡机场的历史最低记录是零下22华氏度(1994年1月19日)，但从那以后的任何一年都没有低于零下10华氏度。1994年是过去70年里唯一一次降到零下18华氏度以下。大多数年份甚至从未降至零下10华氏度。看到的:
https://www.currentresults.com/Yearly-Weather/USA/PA/Pittsburgh/extreme-annual-pittsburgh-low-temperature.php
在匹兹堡指定三菱H2i设备是非常安全的，没有“备份”。
谢谢马丁，丹娜等人!很高兴知道-我认为他们会完全切断-15*F，所以他们回到绘图板上，连接到我的强制空气系统，而不是传统的AC +炉。
有人研究过空气热泵和地球热泵之间的气候交叉点吗?Geo似乎在寒冷气候下有几个优势(在低温下效率更高，因为它不需要电阻备份，并且消除了对它变得太冷的所有担忧)和更耐用…但前期成本也要高得多，而且我不确定它是否会在正常温度范围内节省任何能源。如果它们没有那么好，这些钱可以更好地花在太阳能电池板、绝缘材料等上。
托德,
多年来，在比匹兹堡冷得多的地方，如明尼苏达州、佛蒙特州、魁北克和缅因州，许多人一直使用无管道微型热泵来保暖，没有备用供暖系统。
这是一篇很好的文章。它谈到了使用时间的效率，这是很重要的，但没有提到预热一个家庭，将保持其温度需要一定程度的气密性和结构绝缘。我想你可以把它称为一个隐含的假设，我们大多数人都知道这是必须的。但它导致了一些对加州气候非常重要的东西。
在加州的气候中，能源使用高峰通常不会发生在冬季，而是在夏季。能源消耗高峰出现在夏天最热的时候，那时每个人都会打开空调。
(安然以此为借口，为自己的诡计开罪。)如果你已经建造了一个可以长时间保持温度的房子，那么你也可以在夏天使用这个资产。
加州干燥的气候和凉爽的夏夜是使用全屋风扇的理想之地。所以你可以用同样的使用效率在夏天关掉空调。这要求人们晚上开窗，早上关窗，但这可以像其他事情一样得到经济上的激励。这也需要一种心理适应，不需要一个完美的室内温度一年四季，就像这篇文章所提倡的冬季生活。
我住在一个全屋风扇和使用吊扇在大多数房间让我舒适。它的工作原理。我希望做这项研究的人能把建造良好的房子的热水瓶效应联系起来，以便在西方的夏天和冬天都能利用它。
你好，皮埃尔:热泵效率不断提高。我的Rheem白金性能50加仑热泵热水器在3.55的均匀能量因子运行。即使有很多客人，我们也从不缺热水。2018年，开利公司(总部位于美国印第安纳波利斯)推出了全新的Infinity 9K(冷却额定容量)尺寸BTU无导管迷你分体式，室内机40MPHAQ09XA3和室外机38MPRAQ09AA3，冷却模式SEER为42，加热HPSF为15.0。5华氏度时的最大加热容量为13K btu。https://www.utcccs-cdn.com/hvac/docs/1010/Public/07/01-DLS-029-01.pdf
https://www.carrier.com/residential/en/us/products/ductless-systems/38mpra/
新的Carrier Infinity似乎比以前的产品有更好的效率评级，加上合理的加热调制，低至3100 BTU。互联网经销商报告称，这对眼镜最近的价格在2800美元左右，不包括安装费用。开利还提供了更大的12K BTU额定冷却副，尽管效率等级较低:室内40MPHAQ12XA3和室外38MPRAQ12AA3。
∞38 mpra;高达75%的加热能力在-22°F(-30°C)
虽然“到”是模糊的，COP可能很差，但它是在-22F下工作的。看起来就像(完全相同的压缩机外壳设计，相同的-22F)格力蓝宝石无限的名字。
有传言说它们实际上是美的子公司:
https://www.carrier.com/carrier/en/us/news/news-article/carrier__midea_launch_residential_ductless_hvac_joint_venture_in_north_america.aspx
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