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人们通常认为，使用高效热泵供暖比使用其他设备供暖的碳足迹更低(通常情况下确实如此)。但是你怎么知道呢?
算算吧!
我所在州的电力设施排放了多少二氧化碳?
自从环保局颁布了清洁能源计划(CPP)在美国，至少在目前，美国人可以对用电产生的碳排放量做出合理的估计。
但首先，我们来了解一下不同燃料的碳排放基础知识。美国能源部下属的能源信息机构已经进行了调查列了一个简短的清单显示源燃料每百万BTU (MMBTU)的二氧化碳磅数。清单上最常见的空间加热燃料是:
加热油:161.3磅/MMBTU
丙烷:139.0磅/MMBTU
天然气:117.0磅/MMBTU
暖气设备效率问题
为了达到一个合理的苹果对苹果的比较的初步估计，重要的是要考虑加热设备的效率。较好的燃油设备的AFUE(效率等级)约为87%，而比平均水平更好的丙烷或天然气燃烧器的AFUE(效率等级)在95%以上。因此，在调整了设备效率后，碳排放数字看起来是这样的:
加热油:161.3 / 0.87 = 185.4磅/MMBTU
丙烷:139.0 / 0.95 = 146.3磅/MMBTU
天然气:117.0 / 0.95 = 123.2磅/MMBTU
要确定热泵编号以进行比较，请从热泵的HSPF规格(效率等级)开始。HSPF值可以通过将HSPF值除以3.412(每瓦时电中的Btu数)转换为效率百分比。例如，HSPF为8.0的热泵的效率为235%。
如果热泵的热负荷大小合适，HSPF额定值将合理接近气候区4的实际使用效率。在区域3和较暖的地区，使用效率可能略高于HSPF，而在区域5和较冷的地区，使用效率可能略低于HSPF。您可以假设一个0.85乘数来确定每个气候带的热泵效率的退化比4区冷。(这个经验法则也有例外，但对这个主题的详细研究超出了本文的范围。)
例如，如果热泵的HSPF为11.3，则安装在气候6区(比气候4区冷两个区)时，热泵的“调整”效率将大致如下:
0.85 x 0.85 x HSPF 11.3 = 8.2
HSPF的单位是每瓦时的btu，但是电力是以千瓦时(=1000瓦时)为单位计量和计费的。因此，HSPF为8.2意味着按季节平均计算，每使用千瓦时可提供8,200 BTU。由此，我们可以计算出每MMBTU交付的千瓦时输入:
1,000,000 / 8200 = 122千瓦时/MMBTU
每个州的公用事业公司都有碳排放目标
与此同时，人民党已经做到了为每个州制定碳排放目标(佛蒙特州除外，该州因缺乏化石燃料发电而被豁免)。碳排放目标包括2012年每兆瓦时(Mwh = 1,000千瓦时)的预估碳强度，以及在没有CPP的情况下对2020年的预测，以及在有CPP的情况下对2030年的预测。
那么，让我们来比较一下热泵在气候6区的表现如何密歇根，一个碳强度中等的网格状态:
2020年预测(不含CPP): 1588磅/兆瓦时= 1.588磅/千瓦时
1.588磅/千瓦时× 122千瓦时/MMBTU = 193.7磅/MMBTU
在这种情况下，热泵的碳足迹比燃烧#2取暖油的87%的高效加热设备略高。(燃油设备的碳强度为185.4磅/MMBTU。)当你把空气处理器、泵和燃烧器所消耗的电力包括在内时，这可能是一笔损失。但热泵的碳足迹远高于燃气设备的123.2磅/MMBTU。
但假设密歇根州在CPP下实现了2030年的目标(记住，到2030年，2016年安装的热泵将达到预期寿命的一半以上)，热泵将达到1169磅/兆瓦时，或1.169磅/千瓦时。
到那时，热泵的碳足迹将为:
1.169磅/千瓦时× 122千瓦时/MMBTU = 142.6磅/MMBTU
这比燃烧2号油的设备好得多，与凝结丙烷的146.3磅/MMBTU相当，但仍远高于天然气。
但是作为比较，看看部分缅因州位于气候6区:
2020年预测(不含CPP): 736磅/兆瓦时= 0.736磅/千瓦时
0.736磅/千瓦时× 122千瓦时/MMBTU = 89.8磅/MMBTU
热泵在“低碳水化合物”州是有意义的
很明显，在这种低碳电网的状态下，热泵是“低碳水化合物”，远远超过任何燃烧常见化石加热燃料的设备。将来热泵的碳含量会更低。
很明显，在一些州怀俄明对于高碳电网，即使电网达到了2030年的CPP目标，热泵也比不上燃烧天然气的冷凝设备。但这并不是说用其他方式就不可能达到这个目标。在放松电力管制的州比如密歇根，就有可能从更环保的来源购买电网供电。通过经纪人购买的100%可再生能源方案或直接购电协议将为热泵提供基本上为零碳的电力。
怀俄明拥有非常有利的风能资源——如果有一个100%风能的零售市场，这些资源就可以得到开发——但怀俄明的州监管机构推动垂直整合公用事业，还没有将电力市场脱钩。怀俄明州还缺乏对表后(住宅)光伏发电的净计量，因此，在监管框架改变之前，即使该州达到了其CPP目标，怀俄明州的大多数热泵的碳足迹也将高于冷凝气体。
这并不是一个关于正在发生的事情的精确模型;这只是一个合理的粗剪。有很多因素可以提高或降低供暖系统的效率，一个州内的地方公用事业单位每兆瓦时的碳排放量通常比全州平均水平高得多或低得多。但作为快速估计，这比猜测要好得多。
Dana Dorsett一生都对能源政策、建筑科学和家庭效率感兴趣。他目前是马萨诸塞州的一名电气工程师。
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34个评论
是上游碳
上游碳是否包括在二氧化碳计算中，据我所知，天然气有一些生产和分配碳输出
大小合适吗?
我记得有几篇GBA的文章认为，超大的Mini -splits实际上提高了季节效率，因为变速单元更多的时候在更有效的区域运行。列出的COP是平均值，它根据负载而变化。我认识到，在任何其他类型的设备中，尺寸过大通常被认为是一件坏事。Mini分裂效率提高的问题是否得到了解决?
上游碳显然不包括在内。
美国能源情报署(EIA)给出的每来源燃料MMBTU磅碳的短清单没有这些微妙之处，只有纯粹的化学成分。2号精炼油也有大量的温室气体排放，这取决于所使用的原料。
用于火力发电的化石燃料的上游碳足迹也不包括在EPA的数据中。
有许多方法可以尝试改进模型，但尚不清楚这些改进是否会减少而不是增加误差。这种方法只是一阶粗略估计。设备的可用AFUE和可用HSPF也将与测试性能有相当大的差异，空气处理器、泵和燃烧设备的控制所使用的功率也是如此，管道和管道的分配损失可能随着系统设计和执行而有很大差异(例如:安装在绝缘上方通风阁楼上的泄漏管道)。
还有一个问题是，你所在的州是否真的能达到或超过CPP目标。在风能和太阳能成本快速下降的原始经济学方面，许多或大多数州很可能会超过他们的2030年CPP目标。CPP目标是在风能和太阳能的税收抵免延长至2022年之前发布的，这将在短期内推动光伏和风能的快速建设，但在税收抵免后的情况下，光伏和风能将是迄今为止最便宜的新能源形式。投资银行拉扎德(Lazard) 2015年的平均成本分析表明，即使在税收补贴之前，太阳能的公用事业规模已经与联合循环天然气相当，而风能已经比所有化石燃料便宜:
https://www.lazard.com/media/2390/lazards-levelized-cost-of-energy-analysis-90.pdf
在新的延长税收抵免方案中，我预计大多数州将在2025年或更早实现2030年的目标，而且不会就此止步。
当碳足迹的粗略数字接近时，使用你最好的判断。当它们不是很近的时候方向是很清楚的。显而易见的是，现场光伏发电足以覆盖热泵所使用的电力，使其净无碳。但是，在西弗吉尼亚州这样的高碳水化合物电网上安装PV比在低碳水化合物重水的华盛顿州影响更大:
https://www3.epa.gov/airquality/cpptoolbox/west-virginia.pdf
https://www3.epa.gov/airquality/cpptoolbox/washington.pdf
迷你分割加上可再生能源是有道理的
这篇文章很好地解释了在没有可再生能源的情况下，迷你隔板的碳足迹，并提到了电网级别的绿色电力来源。Mini split的最大优势之一是它们很容易与可再生能源相结合。迷你裂缝可以很容易地与太阳能光伏在房子里配对，以获得零碳足迹。用最清洁的化石燃料在最高效的设备上燃烧是不可能达到零排放的。
PV上的Mini-Split
从一个EE到另一个EE只是一个切线的想法。虽然一个人可能生活在一个以高碳燃料发电为基础的地区，但他可以在他们的房子上或旁边安装光伏(可能在怀俄明州等一些州除外)，并用无碳(忽略面板和逆变器的制造)产生的电力为他们的迷你隔断供电。
我相信你想到了——只是普通读者不太清楚。
尺寸过大的小裂口有时是个问题(@ David Jones)
虽然放大50%有时可以提高迷你分割的效率，但前提是它不是太大，以至于大部分时间都在循环开/关，而不是随着负载调节。调制范围不是无限的，有些模型比其他模型有更大的调低范围。
在99%的外部设计温度和+47F (HSPF中定义的温度，在此温度下测量最小和最大容量)下运行热负荷计算是个好主意。如果提交表中列出的最小容量@+47F明显高于计算负载@+47F，则迷你分割可能过大，无法达到效率数字。
例如，3/4吨的三菱可以调制到1600 BTU/小时@ +47F，开关比例为11:1，而容量稍高的富士通3/4吨只能调制到3100 BTU/小时@ +47F，开关比例为7:1:
https://meus.mylinkdrive.com/files/MSZ-FH09NA_MUZ-FH09NA_Submittal.pdf
http://www.fujitsugeneral.com/PDF_06/Submittals/9RLS3HSubmittal.pdf
即使富士通的HSPF值比三菱的高，如果你在+47F的热负荷是2000 BTU/小时，你实际上使用三菱会做得更好，因为富士通会在室外高于冰点的时候开/关。但如果你在+47F的热负荷是4000 BTU/小时，你可能会更好地使用富士通。
回复David Jones和C.B.(评论#4和#5)
大卫·琼斯和c.b.，
在这个国家的某些地方，你可能会尝试通过光伏系统运行你的无管道微型裂缝。这在夏天(用于空调)比在冬天(用于空间供暖)更有效，除非你住在亚利桑那州。
在寒冷多云的北方各州，你的迷你裂缝在冬天(用于空间供暖)所需的电力将主要来自电网。
不幸的是，当你需要空间供暖时，太阳却无法照射。
PV和Mini分裂
马丁,
去年12月，我的公司刚刚在康涅狄格州完成了一栋1400平方英尺的HERs -12住宅。我们有净计量的CT，这使得我们可以全年发电，以抵消冬季的几个月。(我意识到模糊数学，因为电网电力是由化石燃料产生的)。
虽然我们今年确实有一个温暖的冬天，但我们发现房子的性能超过了模型。7.6千瓦的光伏系统提供了足够的电力，可以在大多数日子里为房子供暖。整个冬天我们只有两周电力短缺(以周为单位)。我们仍然在阴天/雪天和晚上使用电网。
所以我们确实使用了化石燃料供电的电网，但我们用光伏发电抵消了我们的使用，现在房子正在积累相当大的电力信用。从碳足迹的角度来看，我认为在任何电器中燃烧任何化石燃料都不可能与之竞争。
在过去，我一直主张先用太阳能热水，然后用高效燃气设备来弥补太阳能热水的不足，最后再用太阳能光伏发电。如今，随着光伏发电成本的降低和空气源热泵的简单性，我认为全电动住宅是有意义的。
对David Jones的回应
大卫,
我是并网光伏系统和净计量的忠实粉丝。听到你成功的消息我很高兴。
然而，事实是，一个具有良好热包层的房子在阳光明媚时通常不需要空间热。在阳光充足的情况下，通过南侧窗户获得的太阳能热量通常会阻止供暖系统的运行。
供暖系统在傍晚启动，在阴天也会运行(这时太阳热量不会通过窗户获得)。
当然，这一基本规则也有例外。在冬天非常寒冷、阳光充足的日子里，你经常需要在清晨的几个小时里取暖。但在冬天的早上9点之前，太阳在天空中升起的高度并不足以产生有用的电力。
我想说的是:在北方气候条件下，对空间热量和光伏发电的需求是不同时的。所以这个无管道的小裂缝主要从电网获得电力。
"运行微型分离PV"那一套。
这可以在有适度热负荷和像样的冬季阳光的地方工作，但只有大质量的建筑，你最好有一个木柴炉或其他东西作为备份。
最近，我在德克萨斯州的一个城市中与一个没有电网的人散步并交谈，讨论如何利用热质量优化房屋设计，这样他就可以在冬天的白天在某种程度上使这个地方过热，而在早晨，用一个迷你裂缝作为主要热量，用一个小木火炉作为冰雹资源，在25华氏度的清晨仍然舒适。我无法说服他选择夯土或土坯的解决方案——他倾向于浇筑带有外部泡沫的混凝土，带有传统外观的砖饰面，符合他所在城市社区的外观。(他所在的社区既有天然气电网，也有电网，但他坚持不接入电网，而不是因为改变电价结构而受到影响。不过，他将负责城市供水和下水道。)
在怀俄明州东部或内布拉斯加州，大质量建筑方法甚至可能是合理的方法，但在多云、多雪或更冷的地方，它变得更加困难。但是网络计量几乎在任何地方都适用。
大部分来自电网
马丁,
同意在每分钟的基础上，电力主要来自电网。
然而，所有的电网电力都是由光伏发电抵消的，这虽然不完美，但似乎比简单地从电网购买而不抵消要好。
文章的结论是，与最好的天然气设备相比，迷你分离器可以减少碳足迹(如果电网供电足够清洁的话)。更进一步，从碳排放的角度来看，完全使用光伏发电似乎比不使用光伏发电的迷你分割更好。除非我遗漏了什么?
我考虑过将特斯拉存储系统与PV和min分割结合使用。这可以消除对电网的所有依赖，但我认为碳收益会很小，因为光伏发电返回到电网正在取代化石燃料能源。
这将是一个基于网络的计算器的好主意
至少对于那些有兴趣，但没有足够兴趣(或信心)自己做计算的人来说……
电网发电与光伏发电的碳经济
在一个高碳水化合物的电网环境中，你能为你的星球做的最好的事情就是保持电网连接，因为你在电网上投入的每千瓦时都会减少大量的高碳水化合物输入。当电网可用时，保持离网会使用更多的资源(如电池)，这对环境有影响，通常会在一定程度上导致你自己的光伏阵列的电力减少(超过你需要的电量，没有足够的电池来打包)。pv -电池-逆变器比pv -逆变器-电网的损耗更大。
如果电网运营商可以控制电池，并可以使用电池为电网提供频率控制或线路电压稳定等辅助服务，则用于电网捆绑系统的仪表电池是有意义的，但对光伏业主来说没有财务意义，除非他们正在根据峰值功率消耗评估需求费用。需求收费在商业费率结构中是常见的特征，但在住宅中极为罕见(尽管我相信亚利桑那州有一家公用事业公司从住宅光伏业主那里收取需求费用)。在像澳大利亚这样的市场，居民收费很高，没有零售净计量，有时在计量电池背后有财务上的理由，这可能是特斯拉(以及其他六家电池制造商)最大的市场。在CT，电网可靠性高，净计量是在零售，它永远不会笔-购买一辆2千瓦的本田作为飓风事件的备份更有意义。
根据纽约目前正在进行的监管修订，可能很快就会出现这样的结构，即汇总的仪表资源可以被投标到辅助服务、容量和本地化的边际价格批发市场，但这一天还没有到来。
离网与并网
丹娜，你说得对。作为一个脱离电网生活了41年的人，我完全同意。与离网光伏相比，并网光伏对地球(和房主的钱包)更有利。
PV和minisplit
我们也有PV，铭牌10千瓦系统，和微型芯片。刚刚安装了一个GE Geospring 50加仑热泵电动(“混合”)热水器，我们打算在热泵模式下使用。看看吧:http://pvoutput.org/intraday.jsp?sid=43549
对Robert Opaluch的回应
罗伯特,
你是正确的，AFUE等级不考虑供热分配系统所使用的能量(风扇或泵所使用的能量，或分配系统中的能量损失)。
然而，AFUE评级做考虑与排气相关的能量损失(烟囱损失)和通过炉套或锅炉套的能量损失。
夸大燃烧化石燃料用于家庭供暖的效率
感谢Dana对GBA和高性能建筑行业的众多贡献。
化石燃料炉或锅炉不能为家庭供暖。它加热空气或液体。热量分配系统被用来在建筑中传递热量。我看到最低限度的绝缘管道与绝缘悬挂，位于低绝缘(或未绝缘)的地下室外墙。虽然这些管道本身可以被称为散热器，但也要考虑加热系统散热器。散热器沿着隔热性能差的外墙安装，通常位于窗户下面。另一种(通常是泄漏的，不绝缘的)风管也不能有效地输送加热空气。把热量从火炉或锅炉转移到可居住的房间的效率是多少?有多少进入了地下室，爬行空间，还有多少穿过外墙?窗户下加热的对流损失是多少，在加热房间之前，通过窗户到室外的对流损失是多少? Granted, too tough to measure or even estimate precisely. But we could design a realistic, cost-effective high efficiency distribution system to estimate losses to add to the furnace or boiler efficiency number. The point being: Furnace burning efficiency is a vast overestimate of the heating efficiency of heating homes with fossil fuels.
我认为公平地说，公众被这些化石燃料的取暖效率数字所欺骗。他们的目的是比较炉的替代品，而不是估计家庭供暖系统的效率。我们需要考虑整个家庭供暖系统的效率，而不仅仅是炉子或锅炉的效率。这似乎不包括在计算化石燃料系统效率和微型裂缝。
无管道的小裂缝将温暖的(或冷却的)空气倾倒到生活空间的中心点。简单,直接。没有复杂的热量分布通过地下室，爬行空间等。
另一个相关的观点是:你必须排出那些有毒的化石燃料燃烧副产品。化石燃料系统的烟道，特别是砖石烟囱有热量损失。这些损失也不包括在化石燃料效率计算中，但应该包括在内，这是化石燃料燃烧系统的必要组成部分。对于小裂口不需要。
在加入一些合理的热量分配系统损失和化石燃料烟道热损失的估计后，我们可以对化石燃料加热系统与微型裂口的效率进行更真实的“苹果对苹果”比较。你能补充一些粗略的估计来做这些调整吗(假设他们还没有包括在内)。我自己没有任何定量估计。
顺便说一句，我不喜欢微型供暖系统(没有双关的意思)，但在我看来，由于很多原因，它们比化石燃料家庭供暖系统要好得多。
化石燃料排放损失
Martin，谢谢你的及时更新!
因此，我假设AFUE等级包括从烟道排出的加热空气造成的损失，但不包括通过烟道结构(及相关结构)本身的传导损失，或沿那些密封不良的砌体烟囱的对流损失。除了排出的空气外，建筑物的热量也通过烟道流失。可能是次要的，但与砖石烟囱可能更多。它的额外负担是化石燃料(和木材燃烧)加热系统。不适用于不产生有毒气体作为副产品的微裂(或其他电)加热。
化石燃料的棺材里有那么多钉子，只是它们不肯死!: -)
PV与加热类型的相互作用
就碳影响而言，我不认为安装光伏和化石燃料加热和热泵加热之间的选择是相互关联的。从化石燃料改为热泵将增加电力公司的负荷，电力公司将通过燃烧更多的燃料来应对。假设没有安装PV，热泵将我的需求从5增加到10。如果PV输出15单位，需求会从-10增加到-5。(我使用的是虚构的数字，没有特定的单位作为说明。)我的热泵将公用事业的碳排放量增加了5倍，无论它们的组合是什么，与我是否安装PV无关。我的PV系统将公用事业的碳排放量减少了15倍不管它们的组合是多少，这与我是否有热泵无关。
可能会有一些监管政策的相互作用。例如，在一个净计量计划下，我被允许安装的PV量将受到我选择的加热燃料的影响。
热泵与PV的选择有关
里德
在大多数净计量规定下，目标是光伏系统的规模覆盖但不超过需求。你不会有这样的情况PV生产15单位而你的需求是5或10单位。
如果你燃烧化石燃料取暖，就会产生碳。如果你使用一个小型的太阳能电池板加热，并通过光伏系统产生所需的电能，你不会向大气中添加任何额外的碳。
回复#16和#19
罗伯特:正如博客文章中所述
“有很多因素可以提高或降低供暖系统的效率……”
在以下情况下，AFUE测试是净系统效率的合理近似:
答:对于99%的设计负载，系统尺寸不超过1.7倍
B:供暖系统(包括热量分配)完全在有条件的空间内。
这些条件通常在现场无法满足，是的，电能使用量不包括在内(尽管在最糟糕的系统设计中，电能使用量相对较小)。但只要满足这两个条件，其余部分就在某种程度上属于测量误差的“统计噪声”。烟道损失(与烟道类型无关)被100%登记为损失，尽管根据烟道的路径(外部与内部)，可能会有一些热量从烟道回收到有条件的空间。在过去的40年里，烟道的对流空转损失通过自动烟道阻尼器等的设计被减轻到不到总源燃料能量的1%，这些确实在AFUE测试中得到了考虑。
对于大多数化石燃烧器，AFUE测试数字非常接近设备的稳态燃烧效率，只要你不短循环，即使3倍的超大尺寸也不会改变热风设备的性能。与热风锅炉相比，水循环锅炉因尺寸过大而造成的效率损失更为明显，而调节锅炉则不那么明显。
所以，效率数字不是一个骗局，这是一个粗略的苹果对苹果的比较，当合理的假设得到满足。但这很容易搞砸。
调节热泵的HSPF数值实际上比AFUE数值更容易被压碎，并且比热空气化石燃烧器对尺寸过大问题更敏感(如#6所述)。使用效率对室内和室外线圈的放置也很敏感，而且比化石燃烧器对堵塞的过滤器更敏感。不适当的充电水平也会与所述效率产生很大差异。证明得越白痴，白痴就越有创造力。与化石燃烧解决方案相比，迷你分裂可能不太容易搞砸，但它们远不能幸免。
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Reid:网格组合在一天的过程中不是静态的。在供暖季节，大多数寒冷气候地区的夜间需求较低，所使用的电力来自效率较高的慢速基载发电机或必须不断运行的核武器。在夏季的太阳能输出时间内，通常有高空调需求，以低效率快速上升的石油或天然气峰值来满足。一般来说，PV输出抵消了白天较高的碳水化合物组合，而加热模式下的迷你分段使用的碳水化合物组合大多较低。如果你有足够的PV来覆盖你的热泵的总功率使用，你是在用夜间的碳消耗来换取类似或更高的日间碳减少。
但这种组合每天、每周、每年、各地都在变化。在以冷却为主的美国南部，由于该地区普遍采用电阻加热，电网负荷的绝对峰值出现在夜间。在加热模式下，一个小的分裂可能会有一些更高的碳，而PV并没有抵消那么多，但它仍然抵消了白天平均更高的碳水化合物电网组合。
在ISO-NE电网区域内的新英格兰地区，某一天超过一半的夜间电网供应来自零碳水化合物来源，但全年平均来看，仅天然气就占到总电网供应的一半以上，但主要来自热效率约50%的联合循环天然气。如果你把同样的气体放在冷凝锅炉里燃烧，它的效率将达到95%。但是，如果将联合循环发电机50%的效率转化为热量，并将其转化为COP为2.5的热泵，那么它的净热效率将达到125%。(这就是为什么当你运行博客中概述的粗碳计算时，它会出现优势——在所有新英格兰州都有微小的分裂。)但如果你用光伏发电来抵消白天发电厂使用的新英格兰天然气，你的净碳足迹至少目前是负的。
随着光伏发电越来越普遍，白天的混合将主要变成光伏发电，因此在未来15年，它抵消的碳将比现在少。CA-ISO“鸭子”曲线或HECO“尼斯湖水怪曲线说明了这一点。
http://blog.rmi.org/blog_2013_10_29_renewables_bird_problem
http://dqbasmyouzti2.cloudfront.net/assets/content/cache/made/content/images/articles/HECO_NessieCurve_Backfeed_544_408.jpg
如果并且当你所在的州在平均冬季中午产生的光伏电力超过了总电网负荷，安装光伏将不再抵消你的供热用电。但当那一天到来的时候，用中午的剩余电量(有时是负的批发电价)给电动汽车充电，而不是用化石能源通勤，将对碳排放和现金都有利。对大多数州来说，这一天还有十多年才会到来。
天然气对大气的贡献
作为房主，我们通常不能选择使用哪种燃料。选择通常是电力(光伏或公用事业供应)和某种形式的天然气或液体化石燃料。电力的碳足迹取决于用于发电的煤、天然气或水力的混合。在化石燃料中，天然气已被成功地作为最“绿色”的选择进行营销。煤显然是肮脏的东西。
天然气主要是甲烷，而甲烷虽然寿命较短，但对大气的破坏是碳的18到54倍。甲烷从气井和油井中出来，经过清洁后，直接输送到管道系统中。涉及数千个管件。泄漏量还没有系统地研究过，但现场测试在某些情况下显示了大量泄漏。天然气在用于发电和供暖时完全有可能和煤一样危险。
同时进行PV的绝缘、升级和安装。
对#21的回应
假设用于运行热泵的每千瓦时产生X个碳，而屋顶光伏系统产生的每千瓦时减少的碳产量为y。达纳在第21条中的论点是X不等于y。这并不与我的观点有争议。我的观点是X不依赖于我的屋顶上是否有光伏系统Y不依赖于我是否有热泵。
增量式混合
本文分析方法中的一个简化假设是使用公用事业的平均发电组合。真正重要的是增量混合——如果增加额外负载，公用事业将更多地使用什么。如果这个区别很小，化简是可以的。如果这个区别很大，那么分析就过于简化了。
试图计算出增量组合要复杂得多，因为它随一天中的时间变化，可能还有一大堆其他因素。我怀疑大多数公用事业是否有确切的数字。我们可以从短期或长期来看增量混合。在短期内，问题是:以公用事业公司目前的发电资产，他们将更多地使用什么来应对额外的负荷?大多数类型的可再生能源都是不可调度的，所以他们不能使用更多的可再生能源。如果负荷是可预测的，他们可能会让基本负荷装置运行得更艰难一些。否则，它们就会以峰值植物作为回应。从长远来看，问题是:额外的负荷将如何影响电力公司建造新(或淘汰旧)发电资产的决定?如果额外的负荷主要是在晚上，他们就不会用更多的太阳能来回应。
环保署并没有忽视甲烷泄漏(@吉姆·贝格)
石油和天然气工业释放的甲烷量正在被系统地研究，环保署对泄漏的监管也在收紧。
https://yosemite.epa.gov/opa/admpress.nsf/f0d7b5b28db5b04985257359003f533b/e5f2425e2e668a2b85257ea5005176fa !OpenDocument
但规定仍然有效:“同时，隔离、升级和安装光伏。”
从成本效益的角度来看，效率(所有类型的效率，包括建筑物的热性能)仍然远远低于光伏发电。小规模光伏发电仍然比大多数其他形式的批发电力更贵，但正迅速跨越零售成本边界。面对分布式太阳能的高市场渗透率，未来几年将会确定零售净计量是否/何时失去可行性。
回应23
里德
使用净计量，除了抵消从电网中使用的电力外，您无法实际地将电力投入电网。热泵证明/允许你使用PV。没有热泵意味着没有电力消耗，这意味着没有能力将电力送回电网。净计量不允许您使用PV来抵消其他人使用的单位能源。它只允许您对所使用的单元进行网格补偿。
当然这不是一个高精度的模型!(@ Reid)
永远不会有足够的数据来估计电网能源使用的精确重叠，每分钟都进入一个州内特定位置的特定热泵。简化假设是为了对它的位置做出粗略的判断。在风力大但碳含量高的州，增量电力有时是风能(特别是在Xcel的领域，他们已经掌握了使用风能而不是气体峰值器来跟踪负载的艺术)有时是天然气(通常是联合循环，而不是峰值器)或其他东西。
联合循环燃气发电厂很容易用于管理夜间平均负荷的增加，这是由于电网中热泵的普及，这使得它更接近于电网的平均混合，而不是更少。高峰植物使用增加的论点本质上是不真实的。夜间峰值使用通常用于频率调节，有时用于处理负荷预测的短期意外变化。电网运营商在预测中考虑了天气因素(以及总供热负荷)，然后在未来一天的市场中出价。除非出现严重的运力不足，否则高峰期很少出现在前一天的市场上。在供热为主的状态下，有时接近发电容量极限的电网负荷峰值是夏季空调负荷峰值，而不是冬季供热负荷峰值。
峰值电厂最终将会消失——现在更快了，因为最高法院支持了FERC第745号命令，该命令允许在批发电力市场投标汇总需求响应。在需求响应和引入少量电网存储之间，峰值容量因素一直在稳步缩小。David Crane(大型商业发电公司NRG的前首席执行官)最近预测，美国建造的最后一个峰值电厂将在2020年之前投入使用，这一预测是在FERC命令745决定之前做出的。提供与峰值器相同的网格服务，并结合需求响应和网格存储，成本更低(且响应更快)。
没有简化的假设，估计是不可能的。正如我所说，“这并不是一个精确的模型;这只是一个合理的粗剪。”电力使用的实际碳足迹不会是粗略估计的两倍或一半，除非CPP目标得到了显著的突破(事实上，在一些或大多数州，这在经济上是可能发生的)。在15-25年的炉膛或锅炉的使用寿命中，事情可以(也将会)发生变化，人们可以在以后重新评估。
用屋顶光伏发电抵消电力消耗确实抵消了联合系统的碳足迹，即使由于负载和产生的电力之间的时间位移，碳的精度没有达到1-1。这与通过电力零售商购买可再生能源来抵消碳排放大致相同。的确，这与它是热泵还是燃气燃烧器无关——人们也可以用光伏或可再生能源PPA来抵消燃气燃烧器的碳足迹，但即使在高碳水化合物州，它也会是一个更大的阵列，并且需要非常高的用电量。
顺便说一句:NREL最近发表了一份分析报告，显示美国40%的电力可以来自分布式屋顶光伏发电:
http://www.nrel.gov/docs/fy16osti/65298.pdf
这并不是对未来的预测，只是技术上的可行性。但随着光伏发电成本持续无情地下降，一旦监管障碍被清除，它很可能会成为现实。相对于CPP时间线目标，时间尺度可能相当快，这当然会使整个粗略的分析变得毫无意义。
如果有人有比我更好的水晶球，我能看看吗?
协议
就像在这样的论坛上经常发生的情况一样，争论远远多于分歧。
大卫，如果你读了我第19篇文章的最后一段，你会发现我同意使用热泵增加了我被允许安装的PV的数量。我的观点是，这是由法规和公用事业政策驱动的，而不是物理学。从物理的角度来看，我的PV系统并不关心我是否有热泵。
Dana，我并不想暗示使用平均代混合而不是增量混合会使分析没有用。我想知道我们在这个假设下损失了多少准确性。我明白我们需要简化假设以使分析可行。在我们根据分析做出决定之前，我们应该批判性地评估假设。
我正试图用这种分析来帮助我做决定。我选定了传统的煤气炉来取暖。我的下一个决定是使用纯空调还是指定空调所需容量的热泵(这远远小于我的设计热负荷)。热泵可以让我在一年中的某些时候灵活地用电加热。我已经得出结论，在目前的天然气和电力价格下，热泵永远不会有效到为我节省能源账单上的钱。下一个问题是它是否会减少我的碳足迹。这个分析说可能不是，至少没有把PV加入分析。
这种水平的准确性一开始就不存在。
在大多数市场中，热泵的夜间碳足迹略低于白天的使用。在目前的光伏部署水平下，电网昼夜碳足迹之间的差异通常并不大，但随着更多的光伏进入电网，这种差异将会演变。
ISO-NE电网运营商在网上发布电网组合，每5分钟更新一次，同时更新每日负荷预测、局部边际价格等:
http://www.iso-ne.com/isoexpress/
现在是中午的间歇期，部分低于上午和下午的峰值，因为表后PV没有被计量并在LMP出售，其中约40%来自天然气。馅饼中的水力和天然气馏分都随着需求/负荷的变化而变化，但天然气馏分的波动最大，几乎所有的都是联合循环。现在的快照很容易在午夜看起来和现在一样。可再生能源的比例随着风能的变化而变化，在晴朗的日子里，可能有1%来自完全计量的电网规模的太阳能(点击可再生能源标签查看细分)，但这一比例正在逐年增加。但在一个一般的7月的下午晚些时候，通常有2/3的电力曲奇是燃气，但在同一天的午夜，这一比例可能会下降到一半或更少。在冬季，AM电网峰值负荷发生在您使用调制热泵看到的热负荷峰值之后，并且在PV开始交付之后。
你会看到在像今天这样的晴天在新英格兰有一些CAISO鸭子或者HECO尼斯湖水怪如果你看那页上的系统负载图的话。其中只有一部分来自于表后光伏，但在十年后，在像今天这样冷热负荷低的晴天，中午的下降将更加明显。
但这是完全的区域混合-你必须咨询你当地的公用事业公司，以确定他们的电力来自哪里。
用热泵而不是直接的交流电通常是值得的。即使它不足以覆盖你的空间加热负荷，它通常可以提供100%的平季负荷，通常比HSPF数字显示的效率更高(除非你的平季包括+17F室外温度或更低)。在新英格兰，许多使用燃油空间供暖的人都购买了迷你隔断来抵消每加仑4美元的石油，即使在99%的外部设计温度下，迷你隔断的容量只能满足一半的负荷，他们也能在大部分供暖季节保持温暖。
增量混合和使用时间
事实证明，ISO-NE发布了增量碳排放数据，甚至按昼夜进行分类，但不是按小时进行分类。2014年是最近的一年。
http://www.iso-ne.com/static-assets/documents/2016/01/2014_emissions_report.pdf
实际上，晚上比白天更糟糕:白天931磅/兆瓦时，晚上949磅/兆瓦时(晚上10点到早上8点)。夜间的平均排放量/千瓦时几乎肯定更好，很大程度上是因为对核能的严重依赖，但边际永远不会是白天或晚上的核能，因为只要有可能，它就会全速运行。你可以在第15页看到，边际发电量通常是天然气(72%)，这解释了日夜相似的数字，但有时是煤(8%)，有时是石油(4%)，有时是水力或抽水水力。我的猜测是，夜间的边际排放量比白天多，白天的水力排放量比夜间多，这就解释了夜间边际排放量略高的原因。但这种差异很小，不值得担心——主要问题是两者都以气体为主，而且两者大致相同。
在新英格兰，与热源决定更相关的是冬季和夏季边际率的差异。图5-7，第25页，也在下面，显示冬季的速率为1200，而夏季为825左右。在第13页，解释了其中的原因:冬季使用更多的煤和石油，因为天然气价格在冬季更高，因为管道堵塞。此外，由于冬季降雨量减少，可用的水力也会减少。
在新英格兰地区，以1200冬季边际率计算，达纳的计算结果为146磅/百万英热单位，与丙烷相当，比直接使用天然气差，比直接使用取暖油好。缺乏各州的边际数据，这使得热泵成为一个很好的选择，而石油将是替代品，可能也是一个与丙烷相比的好选择，因为我们可以期待未来的低碳电网。
在新英格兰，在天然气和热泵之间做出决定有点滑稽，因为如果你选择天然气，你就会导致管道堵塞，这是导致电网运营商转向煤炭和石油的原因。因此，仅仅独立地看待两者是站不住脚的。然而，一旦您开始谈论添加PV，这显然是有益的，因为管道阻塞时间尺度足够长，PV贡献的每日时间并不重要。通过增加光伏发电，您可以减少冬季电能消耗，从而帮助ISO-NE能够在不依赖煤炭和石油的情况下满足管道容量内的电力需求。
进化的速度很重要
2014年的分析数据已经过时，因为ISO-NE地区的核能和燃煤发电都已经关闭，风能和联合循环天然气的使用也在增加。即使是CPP下的2020年一切如旧的预测也可能被证明是夸张的。现在FERC第745号命令已经解决，需求响应对冬季燃气管网限制的影响也将在2020年之前变得明显。
将冬季天然气峰值负荷天然气供应限制问题视为管道容量问题是错误的，因为这种想法会导致政策转向更昂贵和财务风险更高的解决方案——更多的管道。现场存储是一种更便宜、更有针对性的方式来管理峰值燃气电网负荷，这种负荷是由热泵的高功率使用与空间加热设备的高燃气使用同时驱动的。但请注意，即使是最好的燃气燃烧器，为空间供暖提供的热效率也将在90%左右的百分比范围内，而联合循环电厂可能会达到50%左右。但是，在一个相当低的COP为2的热泵的杠杆作用下，50%的净热效率变成了100%的微型分离器，这是冷凝气体无法达到的数字。
以马萨诸塞州为例，现任州长查理·贝克(右)和他的能源部长马修·比顿(Matthew Beaton)一直在推动进口水力发电解决该州能源电网拥堵和碳足迹问题，他们从魁北克和新不伦瑞克购买水力发电(这两个地区通常都有大量剩余)，而不是建造更大规模的天然气电网。这比建造管道更便宜、更快速，而且具有竞争力的边际负荷价格，并将降低冬季现货价格和当地发电机的天然气可用性。这并不是板上钉钉的事情，对能源未来的不同愿景存在利益竞争，但这是几个解决方案之一，可以在2025年之前将MA降低到2030年CPP目标以下。世界上最大的海上风电开发商丹麦天然气公司(Dansk Olie og Naturgas)提出的海上风电项目，以及还未完全消亡的Cape wind项目，也可能在这段时间内大幅减少一夜之间的碳足迹。
总之，未来还没有写下来——立法决策仍然很重要，过于关注边际负荷的碳足迹可能很快就会失去意义，因为自动化需求响应将成为缓解电网约束(天然气和电力)的最便宜资源。
说句题外话，马萨诸塞州能源部长马特·比顿(Matt Beaton)在马萨诸塞州建造了第一批经过认证的被动式房屋之一，由2.5吨重的多劈开加热:
http://verdecodesigns.com/beaton_story.pdf
同意，边缘并不是全部
同意，边际分析并不是全部。正如Reid所指出的，ISO-NE报告讨论的是短期(如逐小时)边际分析，还有长期边际分析——关于建造什么的决定。还有对未来短期边际分析的预测。我怀疑，即使平均碳分析相对于2014年发生了变化，边际碳分析可能没有变化。但正如你所指出的，未来的自动化需求响应替代方案将改变这一局面。(我不太确定如何评估增加一个负荷的边际碳影响，而减少其他负荷是直接影响——我猜是边际发电机在负荷转移的一小时内的排放，这有点棘手。)
在新罕布什尔州，有人对在通往马萨诸塞州的路上有一条额外的传输线不感兴趣，但我希望他们能达成妥协。需求响应可以考虑到可再生能源的很多变化，但一些新的传输方式也会容易得多。我认为环保主义者应该促进新的传播，而不是反对它。
2014年是历史，但还不是古老的历史。
2015年2月寒流期间导致天然气和电力批发现货价格飙升的天然气供应限制不会再次发生，或者至少不会以同样的方式发生。极端寒冷事件期间的边际碳可能会激增几个小时，因为更多的2号喷气机峰值会弥补缺口，但在2018年6月1日之后，需求响应市场应该能够照顾大部分(甚至全部)。
我也不热衷于长距离输电线路的解决方案，但它可能是几个可能的祸害中较小的一个。新英格兰清洁电力线路VT已经得到了FERC的批准，可能会建成，并将为相当多的边际MA峰值负荷服务。我预计缅因州电力快线从马萨诸塞州东部到缅因州的海底连接器也可能会建成，但我对北部通道的前景有点怀疑，除非新罕布什尔州的人们比天然气管道扩建更支持它。对于环保主义者来说，观察当地生态系统受到的破坏，有点像问你是宁愿被踩脚还是被踢屁股。从大气碳排放的角度来看，利用现有过剩的水力发电显然比为天然气发电厂提供能源更好(或者在燃料容量增加的情况下建造更多的天然气发电厂，使现有的核武器相对于天然气更具竞争力)。
http://www.enr.com/ext/resources/Issues/National_Issues/2016/March-2016/07-March/Canadian-Transmission-Map.png?1457021334
冬季燃气电网连接的一个近乎理想的解决方案是大规模部署热电微型联合发电机，但这将花费更多的时间来安装。热电联产的输出功率将随着热负荷的增加和下降，并将应用目前为空间供暖预留的一部分燃气电网容量，并在适当的高峰时段将其投入电网，用于热泵和电阻式空间加热器。
热泵越来越好
自2001年以来，我们已经成功地使用了分离式ASHP，我注意到美国/加拿大在过去5-10年里取得了重大的技术进步。11.3的HSPF示例是可以的，但是类领先现在是13+。作为参考，我们01年的型号是HSPF 8.5，在4区，仍然强大的涡旋压缩机。目前使用的普通煤气炉的效率也达不到95%。
Copeland终于宣布了其25+ SEER, 13 HSPF的变速涡旋压缩机的V2版本，现在可变容量降至铭牌的20%。希望他们也改善了寒冷天气的噪音问题，并为更紧凑的家庭提供1-2吨的型号。这一主流进步将大大提高热泵在许多地区的采用，假设他们定价正确。迷你分割很好，但更广泛的采用需要更好的分割单元来适应住房存量。
最近的其他改进包括CO2高压制冷机、家庭反向循环制冷机、汽车旅馆/酒店热泵ptac和更好的高压whs。再加上Wi-Fi恒温器，它可以告诉你你使用了多少能量，并区分热泵和备用电阻的使用。所以现在你有了关掉备份条的心理动机。我花了很长时间才明白如何进入老式开利机的隐藏设置，关闭浪费时间的带子。安装HP时没有HVAC技术人员的指导。出乎意料的是，2.5吨的容量仅凭热泵就足以为南澳大利亚州提供99.9%的冬季供暖时间。设计温度是9华氏度，但胶带要到零下3华氏度才会起作用，而且只会持续一小段时间。家是1982年左右的双层和适度紧凑。
在美国中西部的许多地区，冬季的夜晚，风能可以为热泵提供动力，取代旧的煤炭能源!看到实际的边际碳产量会很有趣。
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