住宅热泵能否成为气候解决方案的一部分？

教师问答

根据密歇根大学研究人员及其同事的一项新研究，在美国更广泛地部署住宅热泵有可能有助于减少碳污染，同时还能为房主节省资金。

然而，密歇根大学可持续发展系统中心的帕思·瓦什纳夫( Parth Vaishnav)表示，在美国大部分地区，电网必须变得更清洁，电热泵必须变得更便宜，才能使这些设备在环境和经济上都具有吸引力。环境和可持续性。

该研究于 7 月 28 日在线发表在《环境研究快报》杂志上。其他作者是德克萨斯大学的 Thomas Deetjen 和卡内基梅隆大学的 Liam Walsh。

什么是住宅热泵？我已经看到它们被描述为本质上是一种经过稍微修改的空调，以便它可以在两个方向运行，在夏天为家庭降温，在冬天提供热量。那是对的吗？

完全正确。热量自然地从炎热的地方流向寒冷的地方，就像汽车会下坡一样。在夏季，空调将热量从寒冷的地方（您家的内部）转移到炎热的地方（外部）。在冬天，空调可以像热泵一样工作，做同样的事情，只是冷的地方是外面，热的地方是你的家。就像你需要做一些工作来推动汽车上坡一样，你需要做一些工作才能将热量从寒冷的地方推向炎热的地方。使热泵高效的原因在于，您通常可以为每个工作单位传递两个或更多单位的热量。

热泵被广泛讨论为帮助应对气候变化的工具。电热泵如何帮助减少化石燃料排放，它们在美国广泛采用的潜力有多大？

美国的大多数家庭都是通过在房屋内燃烧含碳燃料（天然气、丙烷或石油）来取暖的。这样做会排放温室气体。没有简单的方法可以消除这种燃烧中的温室气体。例如，从数亿个家庭中捕获少量二氧化碳并将其永久封存将是非常昂贵的。但是，热泵依靠电力运行，并且有许多好的且相对便宜的方法可以使电网脱碳。

我们的研究表明，如果我们假设在当今安装的热泵的整个生命周期内电网适度脱碳，热泵将减少各地的温室气体排放。然而，我们应该记住两件事。第一，热泵会增加一些房屋的供暖成本，特别是如果我们不对化石燃料对人类健康和环境造成的危害征税的话。

其次，煤和天然气发电也会产生有害污染物，如氮氧化物、细颗粒物和二氧化硫。在该国的某些地区，发电组合非常脏，这些污染物的排放造成的损害足以抵消减少二氧化碳排放的好处。

考虑到所有这些，我们的研究表明，现在将约 30% 的单户住宅改用热泵将减少对环境和人类健康的危害，并为家庭节省资金。我们应该首先从电阻电加热、石油和丙烷转向天然气。最好的起点是该国气候温和的地区。

我们也应该尽快清理网格。如果我们承诺这样做，我们之前的研究表明，热泵几乎可以减少全国各地的环境和人类健康危害。

环境研究信函研究是如何完成的，最重要的发现是什么？

我们使用由国家可再生能源实验室开发的名为 ResStock 的数据库来模拟美国 55 个城市中每个城市的 400 间房屋，总计 22,000 间房屋。每套房屋都被选为代表该城市的住房存量。然后，我们使用美国能源部的 EnergyPlus 模型来模拟这 22,000 所房屋中每一所房屋的每小时能源使用量。我们运行了该分析的两个版本：一个使用热泵，另一个使用房屋当前拥有的任何加热燃料。我们比较了这两次运行，以计算改用热泵的收益和成本。

为了评估对人类健康的损害，我们使用了卡内基梅隆大学研究人员开发的综合空气质量模型。为了评估环境危害，我们使用了碳的社会成本。

最重要的发现是，您现在可以通过将拥有热泵的家庭比例增加一倍来节省资金并减少社会危害。

有多少美国家庭可以从安装电热泵中获得经济利益（以减少水电费的形式），以及有多少家庭可以通过安装热泵减少温室气体排放？

在考虑到安装热泵相对于燃气炉的额外成本后，大约三分之一的单户住宅将在经济上受益。所有这些房屋都将减少温室气体排放。

在美国实现广泛采用热泵的主要障碍是什么？

从房主的角度来看，主要障碍是安装热泵的成本较高。我之所以这么说，是因为在该国的许多地方，热泵在其整个生命周期内都可以收回成本。此外，如果房主需要更换炉子和空调，安装一个可以加热和冷却的热泵可能是最便宜的选择。另一个关键障碍是安装人员可能对热泵了解不足，无法充分通知客户。

在像密歇根这样寒冷的天气状态下，住宅热泵采用的潜力有多大？

从长远来看，非常好。就其“完成工作”的能力而言，热泵在寒冷气候下可靠、高效地工作方面做得更好。他们将继续改进。随着夏天越来越暖和，热泵还可以作为高效空调的事实将变得越来越有价值。

也就是说，我们应该继续投资使热泵更便宜、更高效。我们还应该投资于通过支持气候化来提高我们的住房存量。除了寒冷的气候，挑战之一是中西部的电网仍然过于依赖煤炭和天然气。我们应该要么转向根本不产生二氧化碳排放的来源，要么我们应该捕获煤和天然气工厂的排放并永久隔离它们。 编译 陈讲运