图片来源:GE电器
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上周我写过“混合式”热水器这是一种相对较新的热水器类型，包括储液式和即热式两种型号。本周我将介绍另一种类型的热水器，它也(令人困惑地)被称为“混合”:热泵热水器。这些产生超过两倍于任何其他类型的电热水器(存储或即热式)的每单位电力消耗的热水。
在接下来的几年里，你会听到很多关于热泵热水器的信息，因为新的联邦法规将于2015年生效，要求大型电热水器具有热泵功能——下文将详细介绍。
为什么值得仔细考虑水加热
在深入研究热泵热水器以及它们的工作原理之前，有必要花一分钟来谈谈为什么我最近在这篇博客中如此关注热水器。作为住宅能源消耗的一部分，水供暖在过去几十年里变得越来越重要。
根据美国能源部(U.S. Department of energy)的数据，1978年，水供暖约占家庭平均能源消耗的14%，而空间供暖占66%。到2005年，这两个比例分别变成了20%和41%。我认为这并不是因为我们的热水器消耗了更多的能源，而是因为我们的房子隔热性能更好，我们的供暖系统效率更高。
在一个超高效的被动式住宅建筑(按照德国的低能耗住宅标准建造，该标准在美国越来越受欢迎)，水供暖是房屋中最大的能源消耗者并不罕见，而且它可能是空间供暖的两倍。
电阻vs.热泵水加热
直到最近，几乎所有的电热水器都依赖于电阻热量。电流通过一种具有高电阻的特殊元件，电流直接转化为热。电转化为热的效率几乎是100%，尽管电储存式热水器的热损失总是导致整体效率低于100%。(注意，如果我们在看主要的或源发电厂用来发电的能量，效率要低得多。)
热泵热水器是非常不同的。电不会直接转化为热;相反，它已经习惯了移动从一个地方到另一个地方的热量。这是违反直觉的，因为热量是从一个较冷的地方(热水器所在的房间空气)转移到一个较热的地方(储水罐中的水)。
这个看似神奇的过程的发生是因为一个专业制冷剂流体在一个闭环中交替凝结和蒸发。这个过程依赖于相变捕获和释放大量热量的制冷剂。
关于制冷剂循环的详细解释超出了本博客的范围。相信我，这是有效的。(这和冰箱的基本原理是一样的，它会从隔热盒里提取热量，然后把它倒进厨房。)
最终结果是，每消耗1千瓦时(kWh)的电力，就会产生2千瓦时或更多的热水。的能源因素这通常被认为是效率的衡量标准，市场上大多数热泵热水器的能量系数为2.0到2.5，而100%高效的电阻热水器的能量系数仅为1.0。
人们对这些热水器的兴趣越来越大
有一些热泵热水器已经在市场上出现了几十年，但它们从未真正成为主流。然而，在过去的几年里，这一切都发生了变化，因为包括A.O.史密斯、Rheem和GE在内的最大的热水器制造商都推出了热泵热水器。
标准的电热水器没有运动部件，而热泵热水器有压缩机(压缩制冷剂蒸汽使其凝结成液体)和风扇(使室内空气通过热交换器循环，以便从中提取热量)。
比其他热水器噪音大
请注意，这些机械部件会产生噪音，通常比冰箱的声音要大得多。我检查过的热泵热水器的噪音等级从55到65分贝(dB)，这是一个很大的变化范围(65分贝是55分贝的十倍)。大多数冰箱的温度为40-50分贝。
如果你对噪音特别敏感，而且没有一个隔音的地方来安装它，热泵热水器节省的能源可能不值得。
新的热水器法规要求热泵热水器
新的联邦法规该法案将于2015年4月16日生效，要求大于55加仑的电热水器的能量因子接近2.0。所需的确切能量因子是基于一个计算存储容量的公式，但对于该类别中的所有尺寸，所需的EF都接近2——这是一个只能通过热泵技术实现的性能水平。
2015年4月，小型热水器(55加仑以下)的能量系数要求也在上升，但仍将保持在1.0以下，并且可以通过非常绝缘的电阻热水器实现。
热泵热水器从房子里抢走热量
因为热泵热水器从它们所在的空气中提取热量，大多数安装都在一定程度上增加了加热负荷。如果你有一个昂贵的燃料，如基板电，并且在一个寒冷的气候和一个重要的供暖季节，热泵热水器可能没有意义。
当有大量废热时，比如在地下室，那里有一个油或煤气炉或锅炉，这些热水器就有很大的意义。
规模很重要
热泵热水器有不同的尺寸:我所知道的产品从40加仑到80加仑不等。对于大多数家庭来说，更大的尺寸是有意义的，主要是因为热泵热水器加热水的速度非常慢——通常每小时只有8加仑。
大多数热泵热水器都有不同的设置来调节备用电阻元件的容易程度。对于较大的型号，用户可以在更多的时间在仅热泵模式(最经济)下操作它们。的第一个小时评级会给你一个恢复时间的感觉，但热水器的设置有很大的不同。
我的下一个热水器可能是一个热泵模型
我很确定我们会在我们正在装修的房子里安装一个热泵热水器。考虑到今天市场上的情况，我可能会选择通用电气GeoSpring热水器，一个50加仑的型号，安静10分贝，成本是德国制造的节能领导者的一半，Stiebel Eltron．我还会看Rheem混合动力和A.O.史密斯·沃特克斯与GeoSpring具有相同的能量因子(2.4)——尽管噪音将是最大的决定因素。GeoSpring是唯一一款美国制造的热泵热水器。
在15美分/千瓦时的电力成本下，热泵热水器的运行成本将大大低于效率最高的冷凝丙烷热水器(我们在佛蒙特州南部没有天然气)——即使丙烷价格降至每加仑2美元(远低于目前的价格)。在有天然气的地方——假设天然气的价格仍然很低——热泵热水器在经济方面将难以竞争。
热泵热水器吸引我的一大原因是它们可以使用光伏(太阳能电力)系统供电。我们的新地方将是零能源的，我们希望在家里完全避免使用化石燃料。
要知道，热泵热水器并不便宜。我上面提到的GE GeoSpring价格约为1,200美元(含安装费用)，而Stiebel Eltron型号的价格约为2,500美元。与电阻热水器不同，热泵模型需要冷凝排水，这可能会增加成本。相比之下，一个标准的电或储气热水器只需几百美元。
Alex是BuildingGreen公司．和执行主编环保建筑资讯．他最近还创建了弹性设计院．要跟上Alex的最新文章和思考，你可以注册他的推特账号．
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28日评论
更正和注释
Rheem单位的EF只有2.0。
虽然我还没有看到新的通用电气设备投入使用，但我已经在家里安装了旧型号的设备。我想大概是55分贝。这是响亮的。在我看来，我所见过/听到的唯一一个在地下室以外的地方安装的可接受的噪音水平的机组是AirGenerate的机组(额定为2.4EF和48dB)http://www.airgenerate.com/products/hybrid
我们的经验
我们在阿灵顿被动屋安装了一个
http://www.statewaterheaters.com/lit/spec/res-elec/SRXSS00109.pdf
80加仑，81英寸，真是个庞然大物。它的额定值为2.4EF，不知道分贝是多少，但当压缩机打开时，它很吵。冷凝水的数量也超过了我们的预期(可能是因为它是在一个全新的地下室，混凝土板仍然干燥)。从概念上讲，我喜欢它，效率、空调和除湿都很棒。但噪音是个大问题。我认为人们最终可能会因为这个原因只在电动模式下使用它。我想墙壁可以做更多的隔音来防止这种情况。
另一个问题是位置需要在一个相对较大的开放空间。这个需要750立方英尺。不太适合小房子。
典型的政府“一刀切”思维
我开始翻阅那份冗长的文件(126页)，寻找一些关于热泵热水器没有意义的情况的讨论，但由于它的长度和无聊的性质，我中途放弃了。如果在这个国家的大部分地区确实有意义的事情被强加给每个人，即使在没有什么意义的地方，那将是一种耻辱。我的猜测是，在一些地区，人们只会安装平行的30或40加仑的普通热水器来提供容量。
另一个想法
再想想这个问题。对热泵热水器的批评之一是它们确实增加了冬季的供暖负荷。所以，很多人在冬天干脆把压缩机关掉。
在大多数被动式住宅项目中，干衣机没有排气口。他们通常有一个冷凝烘干机，这消除了另一个渗透，但更重要的是，烘干机产生的热量被用来在冬天加热房子。在夏季，这种布置会增加冷负荷。
我认为将热泵热水器与冷凝干燥机放在同一空间以利用热量可能是有益的。这可能有助于“平衡”这些机器产生的额外负载。
回复罗杰·林
按照同样的思路，你可以把热泵WH放在冰箱后面，它可以更稳定地释放热量。需要一些仔细的平面图安排，在这样一个家庭的中心部分，噪音当然仍然是一个问题。
气候
正如你们中的一些人所说，气候造成了很大的影响。我正在改造房子的时候安装了一个——评分员说它会让我的HERS分数降低一些，而且它应该能调节我车库的温度……在那里噪音不会有什么不同。我告诉水管工选择一个——50-60加仑，并强调可靠性和服务问题。我会告诉你们进展的。
这些笨蛋正在
这些烂人连北方都被强制了吗?
是时候进行另一场革命了。
停止全球抱怨!
我安装了一个Smith/State/Whirlpool/Kenmore/Voltex/Craftmaster(都是同一个单元)，发现它比老的(中国的)Geospring声音大得多。我怀疑我还会这么做。更新的Geospring(肯塔基州)更安静。我听说明年1月将推出80加仑的Geospring车型。它来得越快越好。
我对AirGenerate的延展性以及48分贝的额定功率、2.4 EF和66加仑的油箱很感兴趣。据说它还有一个更大的松下压缩机(名义上是10,000 Btuh，远高于通用电气的6,000 Btuh)，但它们是中国制造的，我的印象是它们的销量只是通用电气和其他公司的一小部分。较大的压缩机应该在热泵模式下更快地恢复，但也可能导致周围房间的更深的冷却。
其他一些想法:
为了最大限度地利用最有效的热泵模式，最好是稍微大一点的高压水电厂。第一小时额定值非常重要，但请记住，仅使用压缩机，完全或几乎完全耗尽的高压水电厂将需要几个小时才能完全恢复，并且大多数不能将初始回收热量仅集中在双元件储能电阻罐加热器的经典方式上的罐容积的上三分之一。
对于那些抱怨强制采用HPWH的人来说，2.0 EF要求仅限于55加仑及以上的油箱。80% -90%的存储式电热水器市场由50加仑或更少的水箱组成。只有那些大房子才会受到更高的环保要求的影响，有一个合理的理由认为，那些更富裕的家庭应该首当其冲，使这项技术成为主流。
对那些抱怨在北方强制部署的人…你可能听过这样一句话:“南方将再次崛起!”所以下来吧!开玩笑的……即使在北方的“Ki-Ki- cripes”气候区“Ki-Ki- cripes这里很冷”，HPWH也将在夏季提供有用的冷却和除湿，并收集典型的北方地下室中相邻锅炉和熔炉释放的废热。
那些在东北和中西部的人应该关注进步的西北，特别是NEEA，即西北能效联盟。教育部考试中心一直在研究、测试并公布在北方气候区的高压水轮机的测试结果，希望推动制造商开发出更适合北方气候的模型。他们的标准包括气流的延展性，在远低于45度的环境温度下工作的能力，以及降低噪音。虽然我正好在阳光明媚的南方，HPWH在车库中以远高于公布的EF运行，但我为NEEA的工作鼓掌。
非常有用的帖子，谢谢
非常有用的post Curt，谢谢你先生。
排风热泵热水器适用于北方气候
瑞典的好家伙(大约30年前)开发了排气空气热泵热水器，它将排气通风与热泵、储水箱、用于液体循环加热的循环泵和水箱中的电备用加热元件结合在一起。热泵从废气中“回收”能量。排气气流始终在~65-75F，因此热泵的COP季节性变化不大。如果需要，储水箱可用于家庭热水负荷以及空间加热。我知道美国人在90年代在某种程度上研究了这些，但我不认为有什么结果。
我读到过，瑞典绝大多数新住宅都安装了这种装置。
这里有一个瑞典产品的例子，它也在英国销售:http://www.nibe.co.uk/Home-Owner/NIBE-Heat-Pumps/Exhaust-air-heat-pumps/Exhaust-Air-Heat-Pumps/
不幸的是，这种联系已经失效。
尼尔斯,
以下是时光倒流机的链接:
NIBE排气式空气热泵
对John Semmelhack的回应
约翰,
这些尼伯单元是一种“魔盒”。有关更多信息，请参见被动屋的“魔盒”．
排风热泵
是的，我同意尼伯单元的说法。
我的主要观点是，热泵热水器还有其他的设计概念(特别是在寒冷的气候下)，不涉及在冬天抢夺空间热量....两种主要的概念类型是:1)排风式HPWH, 2)分体式HPWH(如日本的“生态可爱”)。我个人认为，我在其他国家看到的这些产品对我来说太花哨太贵了……通常是因为他们还集成了空间供暖。但我认为这些概念很吸引人，产品也不必那么花哨。
例如，我想看到AirGenerate(已经为管道设置了单元)提供了一个设计为排风HPWH的模型....更小的气流(根据房屋的通风量定制)，更小容量的压缩机，更大的水箱，价格相同。
全年数学正确吗?
“在15美分/千瓦时的电费下，热泵热水器的运行成本将比效率最高的冷凝丙烷热水器(我们在佛蒙特州南部没有天然气)便宜得多——即使丙烷价格降至每加仑2美元(远低于目前的价格)。”
这取决于房子使用的加热燃料，以及加热系统的效率。如果这是一个丙烷燃烧的加热系统，在运行成本上的唯一“节省”是在(相对短暂的)VT冷却季节，你可以使用热泵热水器来降低直接使用丙烷的水加热。
如果丙烷的价格飙升，那么运行电阻电罐(或电阻电空间加热)就更便宜了。如果丙烷价格跌至2美元以下，用冷凝丙烷加热水就更便宜了。
用2美元/加仑的丙烷和90%的冷凝热水器，2美元就能得到82-830000BTU的热量。用一个0.90EF电阻的电罐，每千瓦时你可以得到~3070 BTU，所以大约需要(83000/3070=)27kwh才能等于一加仑丙烷的产量。15美分/千瓦时，相当于4美元的丙烷(大约是去年冬天的价格)。而2.0 EF的热水器，相当于2美元的丙烷，即使在凉爽的季节也能洗一洗。
如果使用4美元的丙烷，在加热季节(假设是高效的丙烷加热系统)，在冷凝丙烷/电罐/HPWH之间几乎是一场清洗，在冷却季节甚至可以节省更多的夏季费用，但如果丙烷达到5美元，那么用热泵热水器加热热水的年度费用比用电罐要多。
但如果丙烷价格涨到5美元，那就不清楚你是否应该把钱花在热水器上，也许应该先考虑用无管道的迷你分离器至少部分加热(取代冷凝燃烧器中燃烧的3美元的丙烷，高效的迷你分离器的回报相当短，只有15美分的电费)，之后热泵热水器就开始具有经济意义了。
在佛蒙特州，大多数家庭的供暖能源消耗将远远超过41%的全国平均水平，但在高r的房子里可能就这么低了。把钱花在减少空间供暖成本或大幅减少丙烷的使用上，仍然胜过仅在夏季节省的热泵热水器。
丙烷价格
我对丙烷价格没有长期经验，但我认为这与汽油和柴油燃料成本有关……换句话说，短期内丙烷价格回到2美元以下的可能性很小。
为HPWHs做好准备，但不是为这些家伙
很明显，这些在寒冷的气候下卖不出去:
1.750立方。英尺需要100平方英尺。专门的房间。(价值4000 - 10000美元的房产)
2.冬天那个房间会很冷。
3.噪音
4.冷凝物
5.它们不会比传统的罐式加热器持续更长的时间，但更换成本是传统的三倍。
对于问题1-4，已经有商业上可用的解决方案:
http://www.rheem.com.au/Products/domesticproducts/heatpumpmpsseries/rheemheatpumpsmpsseries
下一个!
凯文，我刚读了一打
凯文，我刚看了一打糟糕的评论…不断地发生噪音故障……
对于那些比较成本的人来说，
对于那些比较成本的人，我们不要忘记在供暖季节，如果HPWH在包膜内，你是在用空间热量加热水。HP只是把它移到油箱里。在我的情况下，它会在地下室，在密歇根这里有近8个月的供暖季节，这种冗余会让我感到有点疯狂。特别是如果我最后用空气源热泵供暖的话。COP的COP是什么??
难怪他们还不卖到美国
AJ,
显然，一家美国公司Rheem正在利用澳大利亚人作为分离HPWHs的小白鼠。是的，他们可能很吵，但噪音是在外面。冷却和冷凝物也是如此。所以我预测，在寒冷的气候条件下，分离式系统将取代今天的高高压whs。
安迪,
COP的COP并不像一开始看起来那么疯狂。空间加热HP将热量带入室内，COP为4。然后HWHP将热量放入储罐，COP为2.5。
总体COP等于倒数和的倒数，即1/(0.25+0.4)= 1.5
1.5的COP可能有点乐观，所以如果是我的话，我会用电阻来计算DHW。它非常安静，不容易出现问题，第一成本便宜300%，不会在你的房子里制造一个寒冷的区域，COP为1.0。
但没人住的地下室是个好地方。一旦HPWH将地下室的空气降低到48华氏度，热量就会开始从地面流入地下室。瞧，你有一个便宜的地源热泵。
凯文，我认为你是手臂
凯文，我认为你是在编造事实或拙劣的假设(PP)之类的。我有一个地下室，冬天没有暖气。地窖在一个供暖的房子上面，中间没有绝缘。
气温下降到33度，冬天有两个月低于38度!这是在没有HWHP进一步散热的情况下。
在我看来，在这种情况下使用这些设备是纸上谈兵的梦想，与现实相距甚远。我知道这不是为了我在GBA上发布的这些年来我一直在监视的那个家。
最后，在我工作的地方，我测量过很多次冬天的地下水温度都没有达到50度。典型的42-46度。
我确实认为在南方，这个想法很好，理由很充分。为了地球的利益，在我生活的地方应该禁止他们。
谢谢
凯文,
我半开玩笑地说COP中的COP，但还是要谢谢你的方程式。我一直在用一种困难得多的方式(不要问)得到答案。此外，大金还开发了一种可以加热水的分离式系统，但我还没有深入研究它的细节。
AJ,
把地窖隔离起来。
如果…
每年有2个月的高压水电厂不能在北部地下室以热泵模式运行?
另外10个月(甚至只有6-8个月)，它可以以比传统加热器更高的效率运行，并提供有用的冷却或至少除湿。如果替代方案是以每加仑3美元以上的价格燃烧丙烷，同时将非常寒冷的室外空气吸入CAZ，那么HPWH看起来就会越来越好。
不是两个月。他们
不是两个月。它们是昂贵的玩具。
对AJ Builder的响应
我同意你的观点，这不是北方气候的解决方案。
你说:“最后，在我工作的地方，我测量过很多次冬天的地下水温度都没有达到50度。通常是42-46度。”
你觉得没有暖气的地下室也会是这样吗?好吧，即使在42华氏度，地下室对于这样的小型热泵来说也是一个合理的热源。
地热加热泵热水器?
我们的新家正在建造中，我的建筑工人/水管工最近告诉我，如果我安装热泵热水器而不是电热水器，我将获得300美元的税收抵免。他们给我推荐了AO Smith的网站，我有三个女儿，我想我们会选择他们最大的80加仑的车型。它将安装在一个大地下室，便于冷凝水排水沟到我的污水坑，在一堵墙后面，距离完成的地下室区域至少25英尺，所以我想任何排水/声音问题都不会成为我做决定的因素。
是否有一个合理准确的公式，使用电价来估计这些设备的“盈亏平衡点”，以便我可以严格地仅根据成本来确定收益/成本?
谢谢。
对David huntton的回应
大卫,
你评论的标题是“地热加热泵热水器?”如果你计划有一个“地热”系统-更准确地称为地源热泵-那么你不需要热泵热水器(这是一种空气源热泵)。
你已经有一个热泵了。地源热泵可以指定为一个家庭提供所有的空间供暖和生活热水。这是通过一个减热器来完成的。
如果你的地源热泵承包商没有向你解释这一点，或者没有意识到这个事实，是时候选择另一个承包商了。
如果你确实想要一个单独的热泵热水器——假设你没有地源热泵——那么我建议你阅读以下文章:
热泵热水器成熟了
ACEEE关于水加热的信息页
在上面链接的第二份文件中，你会注意到，ACEEE已经计算出热泵热水器的生命周期成本相对较低。在你的情况下是否会是这样，取决于你家庭的热水使用水平，以及安装热水器的房间的特点。
地源热泵生活热水?
没有与地源热泵配套使用的机组?减温器不能100%满足生活热水需求。尤其是在供暖季节。在那几个月里，减温器的效率不是很高。在热泵的冷却模式下，减热器变得更加高效。也许在炎热的气候下，人们可以依赖于100%的热水。但是在西北地区:根据我们的MasterGeoPro安装程序:不可能!所以这个建议适用于西北气候和更冷的气候…但是关于内置地源热泵的热水箱:我认为单独将其与地循环泵连接起来的复杂性使得这些设备不可能上市。然而，这将满足空间需求。 We are installing a WaterFurnace NSW 18 dedicated Domestic Hot Water producing heat pump. Hooked up to our standard 50 gallon el cheapo super standard, few years old run of the mill hot water tank. ONLY concern I have there is the short cycling of the 18000 Btuh heat pump on a 50 gallon tank, 2 people in the house... 120 - 125F delta T. But I do not think a smaller heat pump exists. NICE thing is that all is separate. Tank leaks: tanks gets replaced. I hope for the people having to go Air to Water heat pump hot water tank, that the mechanical can be fully serviced/replaced independent of the tank...
但是减热器的想法是:房子的隔热程度越高，用于生产氢氢钨的热量就越少。错误的路线。关于减温器的合理性的大争论。投资回报还可以，但不是很好…在炎热的气候?可能更好。
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