热泵是未来的发展趋势还是只是大量的热空气?

2024-09-30 16:31来源:本站编辑

英国2800万户家庭的供暖产生了该国近五分之一的温室气体排放,因此,在数十年依赖燃气和燃油锅炉之后,如果政府希望实现其气候目标,英国家庭将需要打破对化石燃料的依赖。

对于大多数家庭来说,传统供暖系统的替代品可能是电动空气源热泵。

人们对这项鲜为人知的技术有不同的看法。有些人相信热泵可以在气候行动中发挥至关重要的作用,然后有怀疑论者声称他们的好处是很多热空气。介于两者之间的是数以百万计的人,他们手头几乎没有明确的信息,他们面临着一些高风险的财务决策。

“热泵革命”正在加快步伐:上个月有消息称,英国已经通过了25万个经认证的热泵装置的里程碑,据说2024年将成为“破纪录的一年”。本周(9月23日至29日)是热泵周,在周一的工党会议上,能源大臣埃德·米利班德(Ed Miliband)宣布了一项“家庭升级革命”,旨在使该国的住房更清洁,运行成本更低,这项技术也得到了推动。

空气源热泵看起来像一个大型空调机组,工作原理与冰箱相反:它从空气中获取热量,并使用制冷剂气体和压缩机将温度提高到足以加热流经我们家庭散热器的水。你可以在这里阅读更多关于热泵如何工作的信息。

《卫报》调查了主要的说法、反说法和灰色地带,以区分神话和现实。

说法:热泵比燃气锅炉运行起来更昂贵

an illustration showing homes, a heat pump and a gas boiler, and a silhouette of a man scratching his head

热泵价格昂贵。在英国,预计大多数家庭将选择空气源热泵,其购买和安装的平均成本略高于1.25万英镑,是燃气锅炉成本的四到五倍。

为了弥补这一差距,政府通过锅炉升级计划向家庭提供7500英镑的补贴。但批评人士表示,即使有了补贴,家庭也可能面临更高的能源账单,因为在英国,用于运行它们的电力成本大约是天然气价格的四倍。

那么研究怎么说呢?专家们发现,平均而言,热泵比燃气锅炉效率高得多,它能将1单位的电力转化为2.5至5单位的热量。相比之下,由于一些热量通过烟道损失,燃气锅炉通常为每个燃气单位产生0.9至0.95单位的热量。

这种效率的技术指标被称为季节性能系数(Scop),根据研究,任何Scop大于3的热泵的运行成本都将与效率为85%的燃气锅炉相匹配。

由政府支持的独立研究机构Energy Systems Catapult对750户家庭进行的一项研究发现,热泵的范围通常为2.9,这意味着它们的运行成本略高于燃气锅炉。独立咨询机构“节能信托”(Energy Saving Trust)进行的另一项研究表明,与使用新的A级燃气锅炉相比,每年的成本要高出14英镑。

不过,没有必要接受更高的账单。研究还表明,一种专门为热泵用户设计的新型能源关税可能会使平衡向有利于热泵用户的方向倾斜。Octopus Energy和Ovo Energy都发布了为热泵量身定制的低于平均水平的关税,这将使热泵的运行成本低于燃气锅炉,即使Scop得分远低于2.9。

声明:热泵在冰点温度下不能工作

women walk their dogs on a crisp winter morning with frost on the ground

在挪威,三分之二的家庭安装了热泵,那里的冬季平均温度为零下7摄氏度,但这并没有缓解英国人的担忧,他们担心热泵无法在英国相对温和的冬季为家庭供暖。

事实上,数据公司Electrify Research去年秋天对英国、德国、法国和美国的4000多名成年人进行的一项调查发现,超过40%的英国人认为热泵无法应对这一挑战,而德国、美国和法国的这一比例分别为36%、35%和26%。

但现实世界的数据反驳了这些担忧。在上面提到的Energy Systems Catapult的研究中,政府资助的示范项目分析了750台热泵在两年时间里在该国一些最冷的日子里的性能,这些日子的平均日温度低至零下6摄氏度。

研究发现,热泵需要在寒冷的温度下更加努力地工作,但它们仍然表现良好。在气温降至零下6摄氏度期间,效率等级从平均2.9下降到2.44,这意味着运行成本将上升到略高于燃气锅炉,但只是在这些时期。

科学表明,热泵可以在冬季温度下工作。但糟糕的建议和安装甚至会颠覆最令人鼓舞的科学发现。ESC的主管理查德·哈尔西(Richard Halsey)说:“我们研究的一个关键发现是,正确的设计和安装是提供适合其所在家庭的热泵的核心。”

声明:热泵不能安装在老房子里

A row of red-brick Victorian terrace houses in south London.

人们认为热泵只在现代建筑中有效,这引发了人们的担忧,即英国大量维多利亚时代和二战前的房屋将破坏政府到2028年每年安装60万套热泵的目标。

能源和公用事业联盟(EUA)是一个代表燃气锅炉制造商的贸易机构,它与四家燃气网络公司合作,于2021年委托撰写的一份报告称,对于多达54%的使用燃气供暖的英国家庭来说,热泵是不切实际的。

现实世界的经验再次证明这是错误的。据专家介绍,有些家庭不适合安装热泵,比如没有户外空间的高层建筑,但预计大多数家庭都能使用热泵。

之前提到的这项为期两年的研究包括了全国各地的家庭——从苏格兰东南部和纽卡斯尔到英格兰东南部——以测试在现有家庭中大规模推广热泵的技术和实际可行性。研究发现,包括维多利亚时代的排屋和20世纪60年代的公寓在内的房产都可以成功安装热泵。

ESC报告称:“该项目尚未确定任何特定类型或年龄的房产不能成功安装热泵。”“认为英国有特定的家庭原型不适合使用热泵的说法,并没有得到项目经验和数据的支持。”

需要注意的是:户外空间有限的公寓或露台住宅可能需要考虑壁挂式或屋顶热泵。对于所有类型的房屋,都需要在内部留出空间来放置热水箱,通常是旧锅炉的位置。对于老旧的建筑,可能需要进行其他升级,比如阁楼和墙壁隔热,或者用更大的型号和地板下供暖取代旧的散热器。

声明:我将需要花很多钱来隔热我的家

a worker lays loft insulation

提高房屋的隔热性能只会有助于提高能源效率。热泵的性能也是如此。但专家认为,有一种误解认为,这些需要侵入性和昂贵的家庭升级才能正常工作。

2021年为能源安全和净零排放部(Department for Energy Security and Net Zero)进行的一项研究发现,向极低甚至零碳家庭供暖的转变可以“无需进行广泛的深度改造工作”。

报告称,“家庭改用电供暖的成本远低于公认的智慧”,而且“不会对舒适造成威胁”。此外,温室气体排放量将“因此大幅下降”。

ESC的研究发现,大约15%的房屋需要进行一些节能升级,但在大多数情况下,这是阁楼隔热层,成本不到1000英镑,并且可以在最小的破坏下完成。只有“少数”房屋需要空腔墙隔热(成本约为2700英镑)或更换旧门。

从事家庭供暖创新研究的慈善机构Nesta的副主任安德鲁·西森斯(Andrew Sissons)说:“隔热本身就是一件好事,但你的家不需要隔热才能安装热泵。”他补充说,一个隔热良好的家庭可以使热泵更有效地运行,但更重要的是要确保安装正确大小的热泵和散热器。

简而言之:如果你住在一个暖气能让房间保持舒适温暖的家里,那么在安装热泵之前,你很可能不需要进行任何额外的保温。但是,如果你能负担得起投资于低成本的措施,如防通风、双层玻璃和阁楼隔热,从长远来看,你将以较低的账单收回这笔钱。

索赔:我的热泵可能会对邻居产生噪音

a man presses a pillow to his ears

热泵被设计安装在室外,从空气、地面或水中提取热量。在人口稠密的地区,这可能意味着在一个相对较小的地方有几十个热泵风扇嗡嗡作响。一种设备通常会发出40到60分贝的持续嗡嗡声——与冰箱或洗碗机的嗡嗡声差不多——但它们中的许多会构成噪音滋扰吗?

热泵噪音的主要来源是吸入空气的风扇和通过增加气体压力来提高制冷剂温度的压缩机。对噪音污染的担忧很难反驳,因为有限的推广意味着,到目前为止,很少有大量热泵相互靠近工作的实际例子。

今年早些时候,一位读者写信给《卫报》(Guardian)抱怨说,他夏天住在一个开发区,那里的八套房子都安装了热泵,噪音给他造成了影响。“如果你晚上坐在花园里,那是一个恼人的、持续不断的噪音来源,”作者说。

噪音测试咨询公司Apex Acoustics的主管杰克·哈维-克拉克(Jack harvey - clark)表示,《卫报》读者的体验可能是由于安装不当,或者使用了更老、噪音更大的热泵型号。他说:“现代热泵可以更安静,适当的放置——远离物业边界——可以进一步减少噪音影响。”

他的建议吗?如果家庭采取缓慢而稳定的方式来供暖,他们将避免让热泵超负荷工作。过度使用它会增加噪音,也会降低效率和成本效益。

哈维-克拉克说:“我相信许多英国人都试图像操作燃气锅炉一样操作热泵——打开和关闭它们——但它们不能像燃气锅炉那样快速地为房屋供暖,所以它们需要不断地运行。”

说法:热泵可能导致停电

People walking in complete darkness at Clapham Junction station in Lo<em></em>ndon during a power cut.

英国实现其气候目标的计划在很大程度上依赖于电气化经济。到2040年,热泵和电动汽车预计将使英国的电力需求增加一倍以上。

热泵预计也会对电网的运行方式产生重大影响。一段时间的寒冷天气可能会导致数百万家庭的用电需求激增。但是对于电网运营商来说,这些挑战是否太大了?家庭是否可以期望通过停电来换取更环保的能源系统?

国家电网ESO (NESO)是国家电网的分支机构,负责平衡英国的电力供应和需求,它对该国实现其气候目标的各种潜在途径进行详细的年度预测,并对电力供应和电力需求的预期变化进行分析研究。这些蓝图表明,英国应该有足够的电力供应来维持照明,但热泵、电动汽车和电池也可以帮助英国更好地利用现有的电力。

例如,当电力需求较低时,家庭和企业可以在夜间为电动汽车或电池充电,这有助于防止日用电量峰值攀升过高。当电力需求达到峰值时,这些能量存储可以通过将电力释放回电网来帮助维持照明和热泵的运行。

运营区域电网和主要输电线路的苏格兰电力公司(ScottishPower)创建了一个由人工智能驱动的电力网络“数字双胞胎”,以模拟到2045年电力网络可能发生的变化。其中一项重要发现是,灵活使用热泵可以帮助到2045年将其对峰值需求的贡献减少32%,从而更容易保持能源网络的稳定。

负责管理伦敦和英格兰东南部部分地区电网的英国电网公司(UKPN),已经开始监控那些在电动汽车充电器、太阳能电池板或电池旁边安装了电加热设备的家庭的实时数据,以了解热泵对电网的影响。

毫无疑问,对于电网运营商来说,保持供电将比过去更加棘手,但如果继续仔细建模和升级,我们没有理由相信热泵在未来会导致更多的停电。

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