Система отопления в частном доме: Отопление частного дома – какое лучше выбрать?

Отопление частного дома

Автономная система отопления – сердце частного дома. Задуматься о том, какое отопление частного дома будет лучше и эффективнее необходимо уже на этапе строительства дома.

Водяная система отопления частного дома по праву считается самой безопасной и незамысловатой. Принцип действия водяной системы отопления прост: котельное оборудование нагревает воду, которая в дальнейшем циркулирует по трубам, разнося горячую воду к радиаторам, которые излучают тепло в воздух, и комнаты нагреваются.

Циркуляция воды в системе отопления может происходить естественным путем т.е. за счет разности температур «верха» и «низа». Проходя круг по системе отопления температура воды падает и более нагретая котлом вода вытесняет. Либо циркуляция осуществляется при помощи насоса.

Разводка системы отопления в частном доме – важный вопрос, который повлияет на выбор материала, труб и принципиальной схемы их прокладки. Существует разнообразные варианты устройства системы отопления:

• Однотрубная система водяного отопления;
• Двухтрубная система отопления;
• Лучевая разводка системы водяного отопления;
• Отопление теплым полом без использования радиаторов.

Однотрубная система водяного отопления

Особенностью работы однотрубной системы отопления частного дома является последовательное соединение трубами отопительных приборов. Вода нагретая котлом, при помощи насоса, последовательно двигается по системе, перетекая из одного радиатора к другому и проходя весь круг возвращается в котел где догревается до установленной на котле температуры и опять начинает циркуляцию. Главная особенность которую необходимо учитывать при выборе данного типа системы отопления, что эффективность ее работы напрямую зависит от скорости циркуляции в системе, т.к. в первый радиатор попадает вода с самой высокой температурой и последовательно продвигаясь от радиатора к радиатору постепенно остывает, таки образов в последний радиатор поступит уже вода с меньшей температурой, что может сказаться на разности температур в разных помещениях дома. Установка циркуляционного насоса снизить риск дискомфорта, ускоряя проток в системе.

Также при однотрубной системе отопления невозможна установка радиаторных термостатов, т. к. уменьшая проток в радиаторе автоматически снизиться температура во всех последующих.

Двухтрубная система отопления

Принцип действия такого устройства системы отопления в том, что прогретая вода из котла попадает в подающую линию которая подходит к каждому радиатору, а остывшая вода из радиатора попадает в обратную, отдельно проведенную, линию.

Данный тип системы отопления пришел на смену однотрубной системы водяного отопления и обладает большим количеством преимуществ: температура во всех радиаторах одинакова, есть возможность установки радиаторных термостатов, возможно полностью перекрыть один из радиаторов без полной остановки работы системы отопления.

Лучевая система водяного отопления

Лучевая система отопления загородного дома по праву считается самой эффективной и высококачественной, нагретая котловая вода поступает к каждому отопительному прибору отдельно, регулировка температуры осуществляется через коллектор, что обеспечивает наиболее эффективное распределение тепла по системе отопления.

С лучевой разводкой, системы отопления прогревается намного быстрее, в сравнении с описанными выше. Одной из самых главных преимуществ — это отсутствие многочисленных стыков, труба отопления от коллектора к радиатору цельнотянутая. Данный тип системы водяного отопления самый распространенный для многоэтажных загородных домов- дает возможность поэтажного и по комнатного регулирования комнатной температуры.

Помимо преимуществ эффективности, монтаж лучевой системы отопления позволит реализовать любые дизайнерские решения по отделке, т.к. трубы отопления можно спрятать в пол или в стены.

Отопление теплым полом без использования радиаторов

Водяной теплый пол – набирает популярность в последние годы, не только как дополнение к радиаторному отоплению, но и используется как основная система отопления без радиаторов. Доказать ее эффективность очень просто. Излучение тепла происходит по всей площади его укладки, что равномерно нагревает комнату, создавая комфортный микроклимат.

Регулировать температуру также можно по средствам коллектора или комнатных регуляторов (Multibox). Теплопроводность современного оборудования для напольного водяного отопления обладают высокой теплопроводностью и отопит Ваш дом без использования радиаторов.

Какое отопление частного дома лучше – помогут разобраться менеджеры компании «Немецкое тепло». За годы работы нашими специалистами накоплен огромный опыт по монтажу системы отопления загородных домов в Твери и Тверской области. Цена на отопление частного дома «под ключ» можно узнать обратившись к менеджерам компании или отправить запрос на предварительный расчет по электронной почте.

Система отопления в частном доме

Кроме того, дом, оставленный надолго без отопления, быстро ветшает и начинает разрушаться. Лишенные обогрева в зимний период стены бесконечно испытывают циклическое промерзание и оттаивание. Начинает сыпаться штукатурка, здание дает трещины.

Вот почему система отопления в частном доме является его важнейшей инженерной системой, и ниже мы рассмотрим способы ее обустройства и составляющие компоненты.

 

Принцип функционирования отопления частного дома

Рассмотрим схему работы на примере наиболее распространенной системы водяного отопления. Используемая в качестве теплоносителя вода поступает в дом от централизованной отопительной сети (из теплотрассы) или от собственной автономной котельной. Подаваемая прямому трубопроводу в отопительные радиаторы либо в систему «теплый пол» горячая вода посредствам приборов отопления нагревает воздух в помещениях и, уже охлажденная, возвращается по обратному контуру для повторного цикла нагрева.

Компоненты, составляющие отопительную систему:

1. Автономная котельная либо теплоцентраль.
2. Подводящие и отводящие трубопроводы.
3. Отопительные пристенные радиаторы.
4. Система теплый пол (по желанию домовладельцев).

Все части отопительной системы взаимосвязаны и функционируют только комплексно.

 

Трубопроводные контуры систем отопления в частном доме

Существуют три способа построения трубопроводной сети системы отопления внутри частного дома:

1. Последовательное включение всех отопительных батарей в одну трубу, по которой теплоноситель поступает в первый радиатор, и по ней же из последнего уходит обратно в систему.
2. Двухтрубная схема разводки трубопроводов.
3. Коллекторная схема. Она подразумевает установку распределительной коллекторной группы, от которой теплоноситель по отдельным трубопроводным контурам поступает в разные комнаты внутри дома.

Первый способ приемлем для небольших, одноэтажных частных домов, имеющих малое количество отдельных помещений. Где радиаторов не так уж много и их все можно нанизать, как бусины на нитку, на одну трубу.

Для больших частных домов и загородных коттеджей в несколько этажей такой способ не приемлем. В этом случае более эффективна будет двухтрубная или коллекторная разводка трубопроводов с построением разветвленной, радиальной их сети.

Если говорить о материале труб, то сталь постепенно уходит в прошлое, так как подвержена коррозии из-за повышенной температуры, давления внутри системы, а так же заполнения системы воздухом в летний период. На смену стальным пришли пластиковые трубы (металлопласт, полипропилен, сшитый полиэтилен), не подверженные ржавчине и имеющие малые тепловые потери.

 

Отопительные радиаторы

Основное их назначение – передача тепла от теплоносителя воздуху внутри дома. Чтобы грамотно разместить радиаторы, необходимо выполнить определенные теплотехнические расчеты. С их помощью можно учесть объем отапливаемого помещения, размещение оконных проемов и внешних стен и правильно выбрать мощность батарей и их расположение.

Основные типы радиаторов отопления:

• Чугунные;
• Стальные панельные;
• Стальные трубчатые
• Алюминиевые секционные;
• Биметаллические секционные.

Все они имеют свои преимущества и недостатки.

Как видите, система отопления в частном доме представляет собой довольно сложную инженерную сеть, правильное обустройство которой требует профессионального подхода.

Цена монтажа отопления частного дома под ключ

На чем сэкономить при монтаже и эксплуатации отопления в доме

Отопление частного дома – неотъемлемая часть его функционирования. Продумать организацию отопления лучше всего на самых ранних этапах строительства – при разработке проекта. Это сделает разводку системы отопления и монтаж оборудования более удобным, качественным и экономичным. Если же дом уже построен, успешно справиться с поставленной задачей помогут современные технологические решения. Кроме того, рекомендуется обратить внимание на рациональный подход к созданию системы отопления в частном доме, — цена ее проектирования, монтажа и дальнейшей эксплуатации может быть снижена за счет использования многих факторов. Особое внимание стоит обратить на предложения по установке отопления дома «под ключ».

Важнейший вопрос, возникающий при выборе отопления в частном доме – цена. Зависеть она может от нескольких факторов:

— общей отапливаемой площади;

— доступного источника теплоэнергии и используемого теплоносителя;

— выбранного оборудования и комплектующих;

— способа организации горячего водоснабжения и пр.

Имейте в виду, заказывая монтаж отопления в частном доме — цена на него в первую очередь складывается из двух факторов: непосредственной стоимости оборудования и комплектующих, а также монтажных работ. Наиболее экономичный с точки зрения последующей эксплуатации вариант – газовое отопление с водяным теплоносителем. Система водяного отопления образует замкнутый контур, внутри которого циркулирует горячая вода. Для нагрева воды устанавливается газовый котел. От котла выполняется разводка труб, в комнатах устанавливаются радиаторы. Двухконтурный котел устанавливается для одновременного нагрева воды в системе отопления и водоснабжения. При выборе одноконтурного котла горячее водоснабжение организуется путем дополнительной установки бойлера или газовой колонки. Цена отопления в частном доме ниже на монтаж электрического котла, но выше при дальнейшей эксплуатации системы. Монтаж газового отопления, как правило, дороже, но полностью окупается буквально через год после установки за счет более дешевой стоимости природного газа.

Самым оптимальным с точки зрения понесенных расходов является отопление «под ключ» — поручение всех работ по созданию инженерной системы одному подрядчику.

Отопление частного дома «под ключ»: цена и другие преимущества

В современных условиях жесткой конкуренции проектно-монтажные организации стремятся привлечь клиентов выгодными условиями сотрудничества.

Одна их таких схем – комплексный монтаж отопления в частном доме, цена на него в итоге оказывается ниже, чем поэтапный заказ проектирования и установки у разных подрядчиков. Подобная услуга получила название «отопление дома под ключ».

Какое бы вы не выбрали отопление частного дома, цена на его монтаж «под ключ» будет выгодно отличаться от стоимости отдельных этапов работы, выполняемых различными подрядными организациями. Кроме того, дополнительным преимуществом комплексного создания системы отопления в доме является высокое качество реализации проекта и личная ответственность подрядчика за конечный результат. В цену отопления частного дома «под ключ» может не включаться цена проектирования или же на него предоставляется значительная скидка. Аналогичная скидка может быть предоставлена в целом на работы по монтажу системы отопления «под ключ».

Заказывая отопление частного дома «под ключ», вы получаете качественный результат по оптимальной цене.

Монтаж отопления в частном доме, цены

Выполняем монтаж котельных «под ключ», в том числе:

1. Комплектацию и поставку оборудования и материалов, если предусмотрено договором на монтаж котельной в частном доме. Работаем с оборудованием для систем отопления и котельных различных производителей, не ограничиваем Заказчиков в выборе.
2. Приемку в монтаж оборудования, приобретенного Заказчиком, если предусмотрена работа с оборудованием клиента.
3. Монтаж напольных и настенных котлов на различных видах топлива: газе (магистрально и сжиженном), дизеле, дровах, угле, пеллетах и электричестве. Выполняем монтаж котлов различных производителей: Vaillant, Baxi, Buderus, Viessmann, Beretta, Protherm, Thermona, Dakon, Rapido, ZOTA, Rinnai, РусНит, Kiturami, Electrolux и других. Монтаж котла отопления включает: установку, крепление, подключение гидравлическое, к топливной линии и к дымохлоду.
4. Установку на котлы съёмных горелок различного типа: газовых, дизельных, пеллетных.
5. Монтаж бойлеров косвенного нагрева, включающий установку и подключение к контуру теплоснабжения (от котла) и магистралям горячего, холодного водоснабжения и линии рециркуляции. 
6. Установку устройств безопасности, измерения и контроля: групп безопасности котла и бойлера, термометров, манометров, обратных клапанов.
7. Монтаж запорной арматуры, кранов запорных и сливных, редукторов и фильтров.
8. Установку магистральных коллекторов, гидравлических разделителей и насосных групп заводской готовности Meibes, включая: монтаж на стене или на опорах, крепление, подключение к котловой магистрали и магистралям теплоснабжения (отопления, теплого пола, вентиляции, бассейна и т.п.).
9. Монтаж циркуляционных насосов отопления, теплого пола, как в насосные группы, так и отдельно, на котловой контур и линию рециркуляции горячей воды.
10. Монтаж дымоходных систем различных конфигураций, с естественным и принудительных дымоудалением, индивидуальных и групповых, из пластиковых коаксиальных труб и дымоходов из нержавеющей стали.
11. Монтаж автоматики котельной различной конфигурации, включая блоки погодозависимого управления, дистанционного управления, сервоприводы, датчики, устройства контроля по GSM-связи.
12. Электрические работы в котельных, включая прокладку кабелей питания и управления (в кабель-каналах), подключение котлов, блоков управления, циркуляционных насосов, различных датчиков (в том числе наружной температуры).
13. Пуско-наладку котельных, программирование встроенной и дополнительной автоматики, настройка параметров различных контуров котельной (отопление, теплый пол, бойлер, вентиляция и т.п.).
14. Монтаж трубопроводов в котельной.

На заметку: статья «Что нужно знать о современной котельной?»

Выполняем монтаж систем отопления и водяных теплых полов, в том числе:

1. Монтаж приборов отопления, включая панельные, секционные и трубчатые радиаторы, дизайн-радиаторы, напольные и встроенные в пол конвекторы. Работаем с любыми производителями, среди которых Kermi, Zehnder, Mohlenhoff, Irsap, Rifar, BiLUX, Kampmann, Licon, Varmann, Arbonia, EVA, Sira, Изотерм, КЗТО, Purmo, Сунержа. В монтаж входит прокладка подводящего трубопровода (вне зависимости от длины)  крепление на стену, на пол или в пол,  гидравлическое подключение к трубопроводам отопления через присоединительный комплект (запорную арматуру).
2. Монтаж распределительных коллекторов отопления, включая установку и крепление коллектора, подключение к отводам трубопроводов и к магисталям отопления или теплого пола. В установку входит также монтаж коллекторного шкафа, встроенного или наружного. Устанавливаем коллекторы различных производителей Rehau, Valtec, Oventrop, Luxor.
3. Монтаж магистральных трубопроводов (стояков) отопления и теплого пола, включая выполнение прессовых соединений на поэтажных отводах. Используем трубопроводы из различных материалов – металлопластика, полиэтилена и полипропилена.
4. Монтаж подводящих трубопроводов к радиаторам (входит в стоимость монтажа радиатора).
5. Утепление магистральных и подводящих трубопроводов трубчатым утеплителем Энергофлекс.
6. Укладка основания под водяной теплый пол, в качестве которого используем маты из пенополистирола «Экопол».
7. Монтаж петель теплого пола различной конфигурации, в соответствии с проектом теплого пола.
8. Балансировка системы отопления и теплого пола, обеспечение их устойчивой и равномерной работы.
9. Установка ручных и автоматических устройств управления отоплением и теплым полом, включая терморегуляторы («термоголовки») на радиаторы — для ручной регулировки, комнатные термостаты и сервоприводы — для электронного управления.
10. Гидравлические испытания трубопроводов, приборов отопления и петель теплого пола.

На заметку: статья «Что нужно знать о системе отопления?»

Выполняем монтаж внутреннего водопровода и канализации:

1. Системы водоснабжения монтируем в соответствии с проектом, по коллекторной или тройниковой (тупиковой) схеме, с рециркуляцией горячей воды через водорозетки или полотенцесушители.
2. Монтаж внутренней канализации различных типов – самотечного и напорного, с соблюдением уклонов согласно проектной документации.
3. Монтаж точек водоснабжения с подводкой трубопроводов (входят в монтаж точки), установкой и креплением водорозетки (тупиковой или проходной). Установка смесистелей в монтаж точки водоснабжения не входит.
4. Монтаж сборных распределительных коллекторов водопровода, с установкой, сборкой, креплением, установкой шкафа (встроенного или пристроенного) и подключением к отводящим трубопроводам и магистралям водопровода. Устанавливаем коллекторы Rehau, Valtec, Oventrop, FAR.
5. Укладка магистральных и подводящих трубопроводов водоснабжения различных марок Rehau, Valtec, Oventrop.
6. Утепление магистральных и подводящих трубопроводов водоснабжения трубчатым утеплителем Энергофлекс.
7. Установка водосчетчиков, запорных и сливных кранов, встроенных боксов для смесителей и гигиенических душей.
8. Монтаж трубопроводов естественной и напорной канализации, их утепление.
9. Установка канализационно-насосных станций (КНС), инсталляций для встроенных унитазов.
10. Монтаж точки канализации, включающий подводку трубопроводов канализации диаметром 50мм и крепление вывода на стену. Установка сантехники (умывальников, унитазов) в монтаж точки не входит.
11. Установку канализационных трапов и душевых лотков.
12. Испытания трубопроводов канализации проливом, а трубопроводов водопровода – давлением (опрессовка), в соответствии с требованием нормативных документов.

Проверенные схемы монтажа системы отопления в частном доме

Автор Евгений Апрелев На чтение 7 мин Просмотров 5.5к. Обновлено 14.05.2018

Каждый застройщик рано или поздно встает перед выбором (СО) будущего дома. С экранов телевизора и рекламных билбордов на него «выливается» огромный объем информации, о новых способах обогрева, которые являются всего лишь маркетинговыми ходами продавцов. В этой публикации будут описаны рабочие схемы систем отопления в частном доме, их плюсы и минусы, рассмотрены вопросы выбора для загородного дома.

[contents]

Разновидности и способы  

Как известно, существует три основных варианта автономного обогрева собственного жилища: водяная, воздушная и электрическая системы. На практике все происходит следующим образом:

• Если постройка находится недалеко от газовой магистрали, то вопрос, как правило, решается в пользу водяного обогрева с установкой газового котлоагрегата.
• Если подключить газ нет возможности, то большинство застройщиков приобретают твердотопливные теплогенераторы с водяным контуром.
• Если газ провести невозможно, а котлоагрегат на твердом топливе неприемлем из-за низкой степени автоматизации, то в большинстве своем, обустраивается все та же водяная система отопления, но в комплекте с электронагревателем.

И только в том случае, когда по каким-либо причинам эти варианты не подходят, застройщик выбирает электричество, и уж тем более воздух, в качестве теплоносителя. Почему большинство выбирает водяную СО дома? Потому что это самая отработанная и эффективная технология решения вопроса. Но эффективность водяного обогрева зависит не только от качественных материалов и оборудования с высоким КПД. Очень важно выбрать правильный вариант разводки. Устройство системы отопления в частном доме предполагает наличие строго определенной схемы прокладки и подключения трубопровода, радиаторов и другого оборудования.

Варианты монтажа

Сегодня, специалисты различают две технологии создания СО:

• Схема в частном доме предполагает подсоединение всех батарей (входом и выходом) к одной трубе, которая одновременно является и подающей и обратной.

Данная методика применяется еще с начала прошлого века. Некоторые специалисты считают, что такая технология получила популярность после Великой Отечественной войны, как альтернатива при нехватке материалов. Хоть многие специалисты пророчили отказ от нее еще в 70-х годах XX столетия, она успешно применяется и в наши дни.

• При в частном доме вода поступает в батареи по одной трубе, а возвращается в котлоагрегат по другой.

Такая технология считается наиболее современной, благодаря которой удается значительно повысить эффективность работы СО, но требующей более сложного монтажа и гидродинамических расчетов. Несмотря на это, сегодня практически все многоквартирные дома, офисные и общественные здания оснащаются СО, выполненной по данной технологии.

Выбор или частного дома зависит от множества факторов: площади и архитектуры помещений, этажности здания, оборудования, задействованного в СО.

Однотрубная

Данная схема водяного обогрева представляет собой замкнутый контур, включающий в себя котлоагрегат, магистральный трубопровод, приборы теплообмена (радиаторы, регистры), расширительный бак. В гравитационных СО циркуляция теплоносителя происходит благодаря разной плотности нагретой и охлажденной воды.

Принцип работы обогрева с естественным движением воды в контуре следующий: Нагретый в котле теплоноситель поднимается по стояку, в верхней части которого установлен расширительный бак. После этого, вода попадает в разгонный , благодаря которому создается необходимое для циркуляции давление.

Данная разводка СО не предназначена для многоэтажных строений и одноэтажных домов большой площади.

Совет: Независимо от наличия и высоты разгонного коллектора, для хорошей циркуляции теплоносителя рекомендуется создания уклона магистрального трубопровода 5°; на подающей ветке к радиаторам; на обратке – в сторону котлоагрегата.

При механической циркуляции воды, в разгонном коллекторе нет необходимости, его функцию выполняет циркуляционный насос. Он монтируется на обратке контура, непосредственно возле котельной установки.

На рисунке представлен вариант однотрубной СО с горизонтальной разводкой и принудительной циркуляцией . Данная схема успешно применяется для одноэтажных построек, с количеством радиаторов 5-7 шт.

Достаточно популярна вертикальная однотрубная СО с верхней разводкой, предназначенная для построек с несколькими этажами. Может иметь следующие реализации:

• Гравитационная, открытая.
• Закрытая с принудительным перемещением.

Чтобы ответить на вопрос, какая система отопления эффективнее однотрубная или двухтрубная, необходимо их детальное изучение.

Двухтрубное исполнение

Основной конструктивной особенностью обогрева частного дома с таким способом исполнения является то, что каждый из радиаторов подключается к разному трубопроводу: подачи и обратки. Именно это, по словам многих «профессионалов», значительно увеличивает стоимость отопительной системы. На самом деле такая конструкция позволяет сэкономить на количестве фасонных изделий и на диаметре магистральных трубопроводов.

Существует несколько схем реализации двухтрубного обогрева:

• Горизонтальная.
• Вертикальная, с верхней разводкой.
• Вертикальная, с нижним подводом теплоносителя.

В свою очередь, горизонтальное двухтрубное исполнение может иметь три реализации:

А. Тупиковая или встречная.
В. Попутная.
С. С лучевым распределением или коллекторная.

На рисунке А видно отличие однотрубной системы отопления от двухтрубной, несмотря на похожую горизонтальную реализацию.

Конструктивно, простейший горизонтальный двухтрубный контур выглядит так: От теплогенератора отходит труба подачи теплоносителя, которая входит в каждый радиатор. Остывший теплоноситель из батарей отводится по второй трубе – обратке, которая и возвращает его в котлоагрегат.

Циркуляцию воды обеспечивает циркуляционный ; расширительный бак компенсирует расширение теплоносителя при его нагревании; предохранительный клапан обеспечивает защиту от высокого давления в контуре; запорная арматура на радиаторах служит для демонтажа последних; воздухоотводчик необходим в верхней точке контура для предотвращения завоздушивания системы.

Горизонтальные типы СО актуальны для одноэтажных построек. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки:

• Тупиковая разводка имеет небольшой расход дорогостоящей трубы. Недостатком является большая протяженность контура.
• В попутной легко реализуема регулировка работы СО. Недостатком является большой расход материала.
• В коллекторной разводке каждый отопительный прибор подключен к котлу своей парой труб, подачей и обраткой, благодаря чему обеспечивается простота регулировки нагрева конкретного радиатора. Недостатком является большой расход труб и достаточно сложный их монтаж.

Вертикальные двухтрубные СО с нижней и верхней разводкой прекрасно себя показали в двух – трехэтажных частных домах. При верхней разводке, теплоноситель по трубопроводу подачи поднимается в наиболее высокую точку контура, после чего распределяется по обратным стоякам, проходит через все радиаторы и возвращается в котельную установку. Основным достоинством верхней разводки является создание более высокого давления в контуре.

При вертикальной нижней разводке подача теплоносителя осуществляется из магистрали, расположенной под полом нижнего этажа или в подвале дома. Далее, теплоноситель перемещается по вертикальным стоякам и установленным на них радиаторам. Поднимаясь в верхнюю точку, остывшая вода в батареях по обратному стояку поступает в котлоагрегат. Преимуществом такого подхода является более высокая температура теплоносителя, поступающего в радиаторы. Недостатком – возможное завоздушивание контура.

Выбор лучшей схемы для частного дома

Теперь, когда есть общие представления о видах обогрева и вариантах подключения контура, осталось решить, что выбрать, однотрубную или двухтрубную систему отопления?

Существует мнение, что первые экономичнее, проще в монтаже и ремонте и требуют для реализации меньшего количества материалов. На самом деле эти достоинства достаточно спорны. Например, при работе такой СО в конечные на ветке батареи поступает теплоноситель уже остывший в предыдущих. Для поддержания необходимой температуры воздуха в помещениях, находящихся в конце контура, необходимо наращивать число секций, а это дополнительные затраты. И все это на фоне полной невозможности автоматизации, которая будет отвечать за поддержание температурного баланса, необходимого для комфортного проживания.

В двухтрубной, температура теплоносителя, который подводится к батареям одинакова, поэтому нет нужды наращивать число секций дальних радиаторов в контуре. Разделение веток подачи и обратки дает возможность автоматизации, посредством использования термостатических вентилей.

Важно! На самом деле и однотрубная и двухтрубная разводка имеет право на существование. Следует понимать, что выбор за застройщиком, но сделать правильный выбор схемы отопительной системы частного дома поможет только опытный специалист.

схемы и оборудование, их плюсы и минусы

Система отопления является важной инженерно-технической сетью, она критически важна для жизнедеятельности наших соотечественников, так как зимой в наших широтах бушуют морозы, поэтому отопление в частном доме должно быть сделано на «отлично». В этой статье мы рассмотрим все существующие варианты обогрева частных домов, их достоинства и особенности. Приведенная ниже информация поможет вам понять, какое отопление лучше для частного дома именно в вашем случае, а также избежать распространенных ошибок.

Виды тепло- и энергоносителей для систем отопления в частном доме

Отпление в частном доме по типу используемого энергоносителя может быть:

• Электрическим.
• Газовым.

По типу теплоносителя:

• Водяным.
• Воздушным.

Каждую из систем отопления подробно разберем в следующих разделах.

Классификация и особенности водяного отопления с газовыми или электрическими котлами

Изложенная ниже классификация соответствует одновременно всем видам котлов, в качестве теплоносителя для которых применяется жидкость. Это могут быть газовые, электрические, твердотопливные и пр. генераторы теплоты. Система отопления частного дома может обладать двумя видами циркуляции:

1. Естественной (природной). Она возникает вследствие разницы температур и плотности теплоносителя в подающем трубопроводе и обратном. Горячие массы воды стремятся вверх, в то время как холодные — вниз. Нужно сказать, что такой метод циркуляции в наше время не имеет должной популярности. Объясняется это его недостатками, такими как медленный разогрев теплоносителя, а также требовательность к уклонам трубопроводов. Если на каком-либо участке будет малейший контруклон, то циркуляция рабочей среды будет невозможна. В таком случае подключение новых приборов отопления (например, при достройке помещений) практически исключена, так как будет нарушаться гидравлический баланс. Особых проблем доставляет пользователям естественных систем циркуляции воздух, который скапливается в трубопроводах и нарушает циркуляцию.
2. Принудительной. Предполагает использование насосного оборудования. Этот вид считается современным, так как использование циркуляционного насоса решает все возможные проблемы, которые присущи предыдущему виду. Монтаж отопления в частном доме возможен даже своими руками, потому что не нужно соблюдать уклоны трубопроводов.

Система отопления может быть открытой и закрытой. В первом случае используется открытый расширительный бак, во втором — закрытый. Открытый тип является пережитком прошлого и применялся при использовании естественной циркуляции. Открытые расширительные баки плохи тем, что они позволяют теплоносителю контактировать с окружающей средой.

Не все материалы это приветствуют, потому что это приводит к коррозионным процессам.

Что касается схемы расположения трубопроводов, то здесь все довольно просто. Вы можете выбрать для своего частного дома схему:

• Однотрубную. В таком случае отопительные приборы подключены последовательно один за другим. Такая схема великолепно подойдет для одноэтажного дома.
• Двухтрубную. Характеризуется наличием двух магистралей – подающей и обратной. Подключение каждого радиатора в ней индивидуально. Есть варианты, при которых оба трубопровода располагаются наверху, внизу, либо подающий наверху, а обратный — внизу. Двухтрубная схема отопления частного дома — идеальный вариант для построек с двумя и более этажами.

Если уже вспомнили про приборы отопления, то у вас есть широкий выбор. Ориентироваться необходимо на располагаемый бюджет, а также характеристики системы. Вы можете приобрести радиаторы следующих типов:

• Чугунные. Это старая добрая классика, которая нам известна еще со времен советского союза. Яркими ее представителями являются чугунные секционные радиаторы МС140. Они характеризуются низкой стоимостью, неприхотливостью к качеству теплоносителя, а также долговечностью. Но к недостаткам относится их низкая инерционность, которая не позволяет качественно выполнять регулировку температуры в помещении.
• Алюминиевые. Обладают высокой ценой и великолепной тепловой отдачей. Не рекомендуется их использование с металлическими трубопроводами, потому что это может привести к окислительным реакциям и уменьшению срока их эксплуатации.
• Стальные. На втором месте в ценовой категории после чугунных. Их существует большое множество: панельные (штампованные), трубчатые и секционные. Категорически не допускается их использование в открытых системах отопления, так как они быстро поддаются коррозии.
• Биметаллические. Являются золотой серединой по соотношению цены и качества. Исходя из названия, можно догадаться, что они выпускаются из двух видов металлов, для этого используется сталь и алюминий. Из стали создается внутренний сердечник, который находится в алюминиевом кожухе. Такой симбиоз позволяет их использовать в системах с большим давлением и добиваться высокой теплоотдачи. Также биметаллические радиаторы не боятся гидравлических ударов.

Подключение электрического котла

Читайте также: Утепление фундамента изнутри и снаружи: материалы, методы и технологии

Электрическое отопление частного дома

В большинстве случаев электрическое отопление в частном доме устанавливают тогда, когда нет подключения к газовой сети, а также в качестве резервного вида.

На заметку!На рынке теплотехнических товаров присутствуют котлы, которые могут функционировать одновременно на газу и электричестве, газу и твердом топливе, а также твердом и жидком. Это привлекательно тем, что в случае перебоя подачи одного энергоносителя можно использовать резервный, который есть в доступности.

Электрическое отопление частного дома имеет такую классификацию:

1. Системы отопления с электрокотлами.
2. Инфракрасный обогрев.
3. Теплый пол.
4. Индукционное отопление.

Давайте рассмотрим более подробно каждый из этих пунктов.

Отопление электрическими котлами

Отопление частного дома может комплектоваться электрокотлами, они в свою очередь могут быть двух типов:

• Электродными. Принцип работы заключается в пропуске электрического тока через воду между двумя электродами. За счет этого происходит нагрев жидкости.
• С ТЭНами. В корпус для нагрева рабочей среды устанавливается несколько ТЭНов, в зависимости от режима работы, могут работать несколько или все сразу.

Электрические источники теплоты характеризуются широким выбором мощностей, что позволяет их использовать как для обогрева небольших коттеджей, так и больших загородных домов. В зависимости от мощности, они изготовляются однофазными (220В) и трехфазными (380В). Подключение их незамысловато и позволяет провести отопление своими руками.

К преимуществам такого оборудования можно отнести:

• Небольшие размеры.
• Легкость монтажа и управления.
• Эффективное регулирование температуры.
• Есть возможность подключения наружных датчиков температуры.
• Тихая работа и высокий КПД.
• Экологическая безопасность.
• Доступная цена.

Что касается недостатков, то можно выделить следующие:

• Большие счета за электричество.
• Срок использования ТЭНа составляет пару лет, затем он покрывается накипью и выходит из строя.
• Монтаж системы отопления с электрическим котлом требует качественной проводки, которая должна быть подобрана с необходимым запасом.
• Требовательность к параметрам сети. Если у вас «скачет» напряжение, то такие источники теплоты будут работать некачественно или вообще не будут.

Инфракрасный обогреватель

Инфракрасный обогрев

Инфракрасное отопление частного дома получило популярность относительно недавно, но за это время себя хорошо зарекомендовало. Заключается принцип работы этого метода в том, что электрическая энергия преобразовывается благодаря кварцевым излучателям в инфракрасные лучи. Отличием этого способа является нагрев предметов, а не воздушных масс.

Согласитесь, что в районе шкафов с вещами или книгами вам не особо нужен обогрев, но зато без него не обойтись возле дивана или компьютерного стола. Приборы инфракрасного отопления изготавливаются в напольном варианте, стеновом, а также подвесном.

К преимуществам можно отнести экономичность, которая по сравнению с применением электрокотлов — на треть меньше. К тому же инфракрасное отопление частного дома можно создать своими руками при наличии минимальных познаний в электротехнике.

Недостатком является разница температуры в различных зонах помещения, что не всегда позволяет чувствовать себя комфортно. Подключение “теплого” пола

Электрический «теплый пол»

Такая система отопления частного дома имеет вид тонких кабелей, которые установлены в пол. При прохождении электрического тока по ним, выделяется тепло, которое нагревает окружающие предметы и сам пол. Укладываться нагревательный элемент может по-разному: полосами, зигзагами, волнами и пр.

Система “теплый пол” может устанавливаться в стяжку или под напольное покрытие для различных типов помещений. В целях экономии можно покрывать не всю площадь комнаты, а только необходимые пространства. К источнику питания – электросети, подключается с помощью электронного регулятора. Он задает необходимый режим обогрева и, при достижении заданной температуры, отключает обогрев.

Достоинства:

• Быстрый и понятный монтаж.
• Долговечность.
• Возможность зонального обогрева.
• Скрытая установка, «дружит» со всеми напольными покрытиями.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость электроэнергии и требовательность к параметрам сети.

Индукционное отопление

Индукционное отопление в частном доме со временем становится все более популярным. Изначально такие источники тепла подтвердили свою состоятельность на промышленных объектах, но со временем стали использоваться и при индивидуальном обогреве.

Принцип работы основывается на электромагнитном поле, которое возникает вследствие пропуска электрического тока через катушку. Внутри нее располагается металлическая труба, которая нагревается за счет контакта с электромагнитным полем. Через нее пропускается теплоноситель, который нагревается и уходит в систему теплоснабжения.

Индукционное отопление можно создать своими руками, оно не сложнее обычного электрического. Но особое внимание нужно уделить правильному выбору мощности.

Достоинства таких котлов:

• Надежность. Если установлена качественная автоматика, то может работать в полностью автономном режиме весь отопительный сезон.
• Работает с множеством теплоносителей. Это может быть вода, масло и пр.
• КПД более 90% в зависимости от модели.
• Длительный термин использования. При правильной эксплуатации может достигать трети века.
• Легкая установка и неприхотливое обслуживание.

Недостатки:

• Высокая стоимость.
• Некоторые модели при эксплуатации сильно шумят.

На заметку!Высокая стоимость индукционной системы отопления частного дома во многом объясняется дорогой автоматикой котла. Но тут нужно учитывать, что от ее качества будет зависеть не только эффективность работы источника тепла, но и длительность его эксплуатации. На практике бывали случаи, когда дешевая автоматика выходила из строя и у котла плавился металлический сердечник по которому циркулирует и нагревается вода.

Газовый счетчик

Газовое отопление частного дома

Газ – это наиболее экономически выгодный энергоноситель, даже несмотря на его высокую стоимость. Он обладает высокой калорийностью, что позволяет за условно один и тот же объем топлива, например, газа или угля, получить большее количество теплоты. В теплоэнергетике этот показатель называется энтальпией.

Выполняется монтаж отопления на газу в соответствии со СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» от 26 июня 2003г, а также СП 89.13330.2012 «Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76».

Все работы должны проводиться по ранее согласованному плану с компанией-поставщиком газа. Подключение источника теплоты выполняется в присутствии представителей поставщика или их силами.

Особое внимание уделите выбору котла, так как на рынке представлено множество моделей, как от отечественных, так и заграничных компаний. Если вы нуждаетесь в отоплении, то для вас подойдет одноконтурный котел, но если нужна и горячая вода для бытового применения, то двухконтурный источник теплоты вам в помощь.

Преимущества газового отопления в частном доме:

• Большой выбор оборудования, как по мощности, так и по функциям.
• Надежность в работе. Устройство газового котла настолько простое, что вероятность его выхода из строя в отопительный период маловероятно, но это при условии периодических осмотров.
• Качественная регулировка. Именно этот пункт во многих случаях является основополагающим. Системы автоматики, применяемые в современном газовом оборудовании, позволяют выполнять обогрев дома без вмешательства человека. Владельцу потребуется только выставить параметры температуры.
• Компактность. В продаже есть множество настенных и напольных моделей.
• Длительный срок использования.

Недостатки:

• Зависимость от компании поставщика газа.
• Установка должна выполняться в соответствии с разработанной документацией и по согласованию с поставщиком.
• Необходим периодический осмотр котла и вентиляционной системы.

Выбор теплоносителя

Теплоноситель – вопрос, который также заслуживает более подробного изучения. Что можно использовать в качестве его:

1. Воду. Является наиболее актуальной рабочей средой и используется в 90% всех систем отопления. Она имеет великолепные характеристики, такие как вязкость и теплопередача, а также отличается экологической чистотой. Немаловажным фактом является и ее дешевизна. К недостаткам можно отнести низкую температуру замерзания и появление накипи.
2. Этиленгликоль. Является антифризом на основе этиленгликоля и относится к среднеценовой категории. Неоспоримым преимуществом является низкая температура замерзания (-600С), что позволяет его использовать в загородных домах, где обогрев периодический. Также его применение не оставляет накипи на внутренних поверхностях оборудования и трубопроводов. Но несмотря на это, этиленгликоль не получил широкого распространения из-за своей высокой токсичности.
3. Пропиленгликоль. Как и предыдущий теплоноситель является антифризом и обладает великолепными характеристиками. Он замерзает при температурах больше -700С, а также имеет низкую химическую активность. В отличие от этиленгликоля он полностью безопасен для здоровья людей и может использоваться в жилых домах. Его доля составляет немного меньше 10% от общего количества теплоносителей. К недостаткам можно отнести его высокую стоимость.

Наши соотечественники предпочитают водяное отопление из-за его неоспоримых достоинств. В случае ремонтных работ вода сливается через дренажные устройства в канализацию, а после устранения неполадок заполняется снова. По желанию может применяться водоподготовительная установка.

Она удаляет соединения кальция и магния из воды путем их замещения катионами натрия или аммония. Вследствие этого вода становится более высокого качества и в процессе эксплуатации не возникает накипи. По факту многие владельцы частных домов предпочитают экономить на этом оборудовании.

Паровое отопление

Что касается парового отопления, то его использование для жилого фонда категорически запрещено. Это связано с его недостатками, которые будут рассмотрены ниже. В качестве генератора теплоты используется паровой котел, который нагревает воду до закипания.

Пар является теплоносителем, который выполняет функцию обогрева. Паровое отопление будет неплохим решением для складов, сараев, гаражей.

Преимущества:

• Улучшенная теплоотдача отопительных приборов, благодаря высокой эффективности пара по сравнению с водой.
• Быстрый прогрев помещений.
• Простота запуска даже после длительного простоя.

Недостатки:

• Короткие термины использования.
• Проблематичность регулировки и как итог неравномерный обогрев дома.
• Шумность в работе.
• Высокая температура на поверхности труб и радиаторов, которая приводит к ожогам при касании.

Монтаж отопления в частном доме с теплоносителем паром запрещается следующей нормативно-правовой документацией: СНиП 41-01-2003 и СНиП II-35-76. Нагреватель воды

Система «теплый пол» с жидким теплоносителем

Может использоваться как дополнение к стандартному отоплению или в качестве самостоятельного обогрева. В качестве теплоносителя может использоваться любой, который описан в разделе «Выбор теплоносителя». Система «теплый пол» работает в паре с котлом, который выполняет нагревательную функцию. Подсоединяться к нему она может напрямую или через коллектор.

Преимущества:

• Возможность совместного использования со стандартным обогревом.
• Возможность зонального обогрева.
• Длительный срок эксплуатации.
• Качественное регулирование.

Недостаток один – большое гидравлическое сопротивление из-за специфики монтажа змейкой, что влечёт за собой покупку более мощного циркуляционного насоса. Сделать такое отопление своими руками в частном доме не составит особых проблем.

Пример упрощенного расчета водяной системы отопления

Для точных расчетов необходимо высчитывать теплопроводность ограждающих конструкций, она будет зависеть от материалов, из которых они сделаны. Это непростая задача для неспециалиста, поэтому есть возможность пользоваться усредненными данными, которые дают более-менее точные результаты. Поэтому разберем простой вариант расчета котла и количества секций радиаторов.

Например, нам необходимо вычислить требуемую мощность котла для дома с площадью 200м2. Для этого воспользуемся формулой Q=(S×M)÷Qu, где Q – мощность котла, Qu – мощность на 100м2, равна 10кВт (устанавливается СНиПом 41-01-2003),S – площадь дома, M – коэффициент зависящий от местности, в средней полосе равен 1,5. Получаем Q=(200×1,5)÷10=30 кВт. К этому результату можно добавить 10% запас мощности. В итоге для покупки потребуется отопительный котел с мощностью не менее чем 33 кВт.

Теперь перейдем к подсчету количества секций батарей. Для расчета нам нужно обязательно знать тепловую мощность одной секции, в среднем она равна 200Вт в зависимости от вида. Это число и возьмем. Соблюдая условие, что Qu равно 10кВт на 100м2, получаем: N=200м2÷100Вт\м2=2м2.

То есть одна секция отопительного прибора может обогреть 2 квадратных метра площади. Так как общая площадь дома равна 200м2, то нам потребуется 100 штук секций. Распределяться они будут в зависимости от габаритов комнат, при условии 2м2 на одну секцию. Установка радиатора

Читайте также: Планировка частного дома — основа проекта будущего жилья

Процесс монтажа системы отопления

После того как выбрана схема отопления частного дома и вы определились с мощностью котла и количеством секций радиаторов, можно переходить к монтажным работам. Они имеют такую последовательность:

• Изготовляется бетонное основание для напольного источника теплоты, если эта модель настенная, то крепятся кронштейны. Чаще всего это происходит в подвальном помещении или кладовке. Единственное условие – отсутствие высокой влажности. К месту монтажа должны подходить электрические коммуникации, которые нужны для систем автоматики.
• Продумать местонахождение дренажа для слива теплоносителя при необходимости проведения ремонтных работ.
• Установка отопительных приборов в каждой комнате. Важное условие – расстояние от подоконника до прибора и от пола до него должно быть не менее 100мм. Зазор от стены до батареи не менее 30мм. Это обеспечит наиболее качественную циркуляцию воздушных масс через прибор.
• Следующий этап — обвязка отопительных приборов и котла, установка запорной арматуры. В качестве труб лучше применять полипропиленовые аналоги. Они соединяются методом пайки и имеют длительный срок эксплуатации. Обвязка начинается от источника теплоты и идет к радиаторам. Не забудьте в самой высокой точке установить кран для спуска воздуха из системы, а в нижней дренажный вентиль.
• Для экономии топлива можно установить внешний датчик температуры, который соединяется с автоматикой котла или термостатические клапаны на каждом приборе. Так вы сможете регулировать температуру в своем доме. Лучше использовать датчик, но его настройкой должен заниматься специалист, так как многое зависит от количества комнат находящихся в тени или на солнце. Это делается для того, чтобы не получить недогрев в холодных комнатах и перегрев в теплых.
• На завершающем этапе система заполняется водой, если нет утечек, делается пробный розжиг котла. При повышении температуры теплоноситель имеет свойство расширяться и если есть слабые места на соединительных участках трубопроводов, то это сразу будет заметно.

Система воздушной вентиляции

Воздушное отопление дома

В нашей стране оно не пользуется большой популярностью, хотя имеет хорошую эффективность. Подача нагретого воздуха в помещения производится по специальным вентиляционным каналам, которые могут располагаться в полу или потолке. Воздушное отопление дома состоит из таких элементов:

• Теплогенератора. Для этих целей может использоваться отопительный котел, работающий с помощью любого энергоносителя.
• Воздуховодов. Выполняют доставку теплого воздуха от теплогенератора в помещения.
• Приточного вентилятора. Выполняет перемещение воздушных масс.

Часть воздуха для функционирования оборудования может браться с улицы, а часть с помещений. Монтаж системы отопления этого типа лучше доверить профессионалам, потому что самостоятельная установка довольно трудоемка.

Преимущества:

• Высокий КПД – до 90%.
• Не нужно тратиться на радиаторы.
• Возможность использовать совместно с кондиционированием.
• Хорошая регулируемость за счет низкой инерционности воздушных масс.

Недостатки:

• Устанавливается во время строительства строений.
• Нуждается в периодическом наблюдении и обслуживании.

Печь

Печное отопление

Относится к воздушному отоплению, потому что обогрев происходит благодаря нагретым воздушным массам, которые циркулируют по каналам расположенным в стенах. Хорошо тем, что позволяет сделать отопление частного дома своими руками, при условии, что владелец недвижимости знаком хотя бы немного с кладкой кирпича.

Печь обычно изготовляется на дровах или угле и ее принято устанавливать посредине дома, так как в таком случае тепло будет передаваться еще и лучевым способом. Будет идеальным выбором для небольших построек, например, дач.

Преимущества:

• Доступность.
• Возможность использовать твердый вид топлива – не надо связываться с компаниями поставщиками природного газа.
• Простота эксплуатации.
• Долговечность.

Недостатки:

• Нужна периодическая очистка дымовых каналов, так как они засоряются.
• Затруднительность регулировки.
• Нуждается в присутствии человека для периодического подбрасывания топлива.
• Печное отопление может обогреть небольшое здание, так как нагретые воздушные массы медленно циркулируют.
• Неэкономичность.

Различия индивидуального обогрева от централизованного

Почему наши соотечественники так стремятся к индивидуальному отоплению? Давайте разбираться. Для этого рассмотрим преимущества индивидуальных систем отопления:

1. Высокая эффективность. Ни для кого не секрет, что тепловые сети изношены более чем наполовину. Это приводит к перебоям в их работе, а также высоким тепловым потерям, которые порой составляют 70%. Только вдумайтесь в эту цифру, две трети тепла уходит в атмосферу, но мы за него платим. В системах отопления частных домов таких проблем нет.
2. Качественная регулировка. Вы можете быстро подстраиваться под температуру внешней среды, в то время как районной котельной это делать проблематично. За счет своевременной регулировки достигается хорошая экономия на энергоресурсах, порядка 20%. К тому же, если вас часто не бывает дома, вы можете задать режим работы на минимальном уровне, что позволит еще больше экономить. Также вы можете начинать отопительный сезон, когда необходимо именно вам.
3. Полная независимость от районной котельной. Вас перестанут интересовать проблемы перебоев в их услугах.

Установка батареи центрального отопления

Заключение

В этой статье мы рассмотрели все виды индивидуального отопления, их достоинства и недостатки. Какое отопление лучше для частного дома именно в вашем случае — решать вам, но желательно перед этим ознакомиться и с нормативной документацией. Вся информация в этой статье призвана помочь вам определиться с выбором.

Как рассчитать отопление частного дома | Danfoss

В ходе расчета вырисовывается понятная схема расположения всех элементов отопительного оборудования, а также составляется смета расходов, необходимых на его покупку и монтаж.

Алгоритм расчета отопления коттеджа

Расчет системы отопления начинается с уточнения параметров дома и отапливаемых помещений:

• общая площадь коттеджа;
• число этажей;
• количество отапливаемых помещений на каждом этаже, включая цокольный.

Предстоит также определить, где будет располагаться котел: в подвале или на первом этаже.

На втором этапе составляется поэтажный план системы отопления. Для всех комнат каждого этажа определяются виды и количество приборов отопления (например, один или два радиатора и система «теплый пол»). Соответственно, в проект включаются коллекторы радиаторов и теплых полов, отвечающие за правильное распределение теплоносителя.

Для каждого отопительного прибора можно предусмотреть отдельные параметры подключения:

• боковое или нижнее, левое или правое расположение подключения;
• разводка выполнена в полу, стене или коробе;
• диаметр патрубков;
• материал и диаметр фитингов.

Если планируется оснастить отопление системой автоматизации, следует уточнить вид термостата для управления приборами, тип клапана и конфигурацию обвязки радиатора.

Для управления теплым полом можно выбрать механический или программируемый регулятор как проводного, так и беспроводного типа. В зависимости от площади отапливаемого помещения, напольная система включает в себя одну, две или более петель (каждая петля рассчитана на то, чтобы обогревать до 15 м2 площади).

Основной элемент системы умного отопления – котел, работающий на газе, твердом или жидком топливе. Если предполагается, что он будет отвечать дополнительно за горячее водоснабжение, в расчет включается второй контур (подготовки горячей воды). Дополнительно агрегат оснащается теплообменником, трехходовым вентилем переключения режимов, циркуляционным насосом и автоматикой.

Для того чтобы рассчитать отопление в доме и ускорить подготовку проекта отопительного оборудования, используйте конфигуратор, разработанный специалистами компании Danfoss. Расчет отопления дома в этой программе позволяет точно определить комплектность, расположение и стоимость оборудования.

Прощай, газовые печи? Почему электрификация — это будущее домашнего отопления

Это стереотип, но это правда — зимы в Канаде холодные. И многие из нас остаются поджаренными, сжигая ископаемое топливо, такое как природный газ, в наших печах или котлах, питающих наши радиаторы.

Стремясь сократить выбросы парниковых газов и достичь целей по снижению глобального потепления, Великобритания предложила запретить отопление на основе ископаемого топлива в новых домах к 2025 году . Города в штатах Калифорния , Вашингтон и Массачусетс также пытаются постепенно отказаться от природного газа.

Если ваш дом подключен к системе централизованного теплоснабжения, где коммунальное предприятие поставляет тепло напрямую, вы можете использовать различные более экологичные источники энергии.

Но если ваш дом полагается на собственную индивидуальную систему отопления, как это делает большинство, каковы альтернативы ископаемому топливу и будут ли они работать в более холодных частях этой страны?

Вот посмотрим поближе.

Насколько влияет отопление зданий на выбросы CO2?

Выбросы от отопления и электричества обычно объединяются в статистику выбросов.Из-за этого мы не смогли найти точную разбивку пропорции только по нагреву. Но вот что мы знаем.

Около 45 процентов выбросов в Канаде приходится на сжигание ископаемого топлива для производства энергии, включая тепло и электричество — это немного больше, чем транспорт (28 процентов), сообщает Климатический центр прерий. Из них около половины приходится на дома, магазины, школы и другие частные и общественные здания. Другая половина — это промышленность.

Около 70 процентов энергии, используемой в жилищном секторе, поступает из ископаемого топлива, согласно оценке 2014 года, .Печи с принудительной подачей воздуха и водогрейные или паровые котлы с радиаторами, которые чаще всего работают на ископаемом топливе, таком как природный газ, составляют большую часть первичных систем отопления в Канаде, сообщает Статистическое управление Канады .

Насколько важно обезуглероживание отопления?

«Очень важно», — сказал Фин Макдональд, руководитель программы строительства с нулевым выбросом углерода Канадского совета по экологическому строительству, некоммерческой организации, которая защищает и сертифицирует зеленые здания.По его словам, в таких провинциях, как Британская Колумбия, Онтарио и Квебек, электрические сети которых не производят больших выбросов, сжигание ископаемого топлива в зданиях представляет собой самый большой источник углекислого газа.

Это, безусловно, случай Ванкувера, где более половины выбросов парниковых газов происходит от зданий, сказал Брэди Фот, городской инженер по зеленым зданиям.

В то время как люди могут быть обеспокоены тем, что машина простаивает в течение 10 минут, Фаут говорит, что «ваш дом в основном простаивает весь день.»

Проблема не только в газе, который он сжигает. Природный газ или метан — парниковый газ, улавливающий тепло гораздо эффективнее, чем углекислый газ, вызывая гораздо большее глобальное потепление на молекулу, — также утекает из всей распределительной системы, которая использовалась для По словам Фота, доставляют газ в дома и печи людей.

Использование природного газа для отопления приводит к выбросам не только из-за его сжигания, но и из-за утечек через систему. (Тим Бойл / Getty Images)

Как можно сократить выбросы от отопления домов или исключено?

Здания, отапливаемые ископаемым топливом, могут сократить часть своих выбросов за счет снижения потребности в отоплении за счет таких вещей, как лучшая изоляция и повторное использование «отработанного» тепла.

Но для того, чтобы добиться больших результатов, экологическое строительство стремится к электрификации отопления.

«Единственное топливо, которое мы действительно можем сделать на 100% углеродно нейтральным, — это электричество», — сказал Макдональд.

Вот почему городские власти Ванкувера пытаются разработать правила и стимулы для домовладельцев электрифицировать отопление своих домов.

«Конечная цель — нулевые выбросы», — сказал Фаут, чья работа заключается в разработке политики, поощряющей «зеленую» модернизацию домов на одну семью в Ванкувере.

В провинциях с электросетью, основанной в основном на гидроэнергетических, ядерных или других источниках энергии, не связанных с ископаемым топливом, таких как Онтарио, Квебек и Британская Колумбия, замена газовой печи на электрическую систему отопления может почти полностью устранить выбросы из дома.

В некоторых провинциях, таких как Альберта и Саскачеван, электроэнергия в основном вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива. На данный момент домовладельцы, которые хотят сократить выбросы при отоплении, должны выйти за рамки электрификации и также установить экологически чистые источники энергии, такие как солнечные батареи.

Какие есть варианты электрического отопления дома?

• Обогреватели плинтуса — наиболее распространенный вариант, используемый в Канаде. Они питаются от электрического нагрева сопротивлением, как ваш тостер и духовка. Электрические печи с принудительной подачей воздуха, электрические конвекционные обогреватели и Электрические излучающие полы также используют электрический резистивный нагрев.

• Тепловые насосы намного более эффективны, потому что они просто передают тепло в ваш дом, а не генерируют тепло.Есть два типа:

  • Тепловые насосы с воздушным источником , которые отбирают тепло из воздуха. (Да, он может работать, даже когда на улице очень холодно, точно так же, как ваш морозильник может использовать свой тепловой насос для охлаждения до -18 C на кухне с 20 C.)

  • Тепловые насосы наземного источника , которые потребляют тепло от земли и иногда называются геотермальными тепловыми насосами , геотермальными тепловыми насосами или . Однако Макдональд говорит, что отрасль пытается отойти от названия геотермальной энергии, так как ее путают с геотермальной выработкой энергии .

Каковы плюсы и минусы нагревателей плинтуса и других нагревателей электрического сопротивления?

Обогреватели для плинтусов популярны, потому что они очень дешевы и просты в установке.

Однако те и другие электрические резистивные нагреватели очень неэффективны.

«Это как если бы у вас дома целый день работал тостер… что приводит к большим счетам за электричество», — сказал Фаут.

По этим причинам обогреватели плинтуса часто популярны в квартирах, сдаваемых в аренду, когда домовладельцы устанавливают их, а арендаторы оплачивают стоимость электроэнергии.

Этот дом в Эдмонтоне — это «чистый ноль энергии», что означает, что он производит столько же энергии, сколько потребляет, используя солнечные батареи на крыше. Он также не производит выбросов от отопления, поскольку использует тепловой насос с воздушным источником тепла и горячей воды. (Cooper & O’Hara / Builtgreen Canada)

Тем не менее, можно снизить стоимость небольшого дома, сделав здание более герметичным и лучше изолированным.

Дэвид Тернбулл, бывший застройщик и нынешний менеджер Enerspec Energy Consulting, сказал, что его компания построила комплекс таунхаусов в Эдмонтоне, где единицы были относительно небольшими и были настолько хорошо изолированы, что «почти можно было обогреть дом с помощью двух фенов». В этом случае отопление плинтуса имело финансовый смысл.

Когда имеет смысл установка теплового насоса?

Тепловые насосы намного более эффективны, чем электрическое сопротивление. И Макдональд, и Фаут говорят, что от теплового насоса можно получить 300-процентную эффективность, то есть вы можете получить три киловатта тепла на каждый киловатт потребляемой электроэнергии.Они особенно эффективны весной и осенью.

Однако Макдональд говорит, что тепловые насосы, как правило, производят тепло при более низкой температуре, чем сжигание ископаемого топлива, и поэтому не нагревают здание так быстро.

Это означает, что здание должно быть герметичным и хорошо изолированным, чтобы не допустить утечки тепла и снизить «тепловую нагрузку», прежде чем вы должны рассматривать это как вариант — и тем более чем дальше на север вы идете.

Это подвал демонстрационного нулевого дома в Оттаве.Вместо топки установлен тепловой насос для холодного климата и система рекуперации тепла сточной воды. (Фотография Гордона Кинга)

Faught говорит, что тепловые насосы с воздушным источником могут нагревать воздухонепроницаемое, хорошо изолированное жилище до комфортной температуры, пока на улице не опустится примерно до -10 ° C. В местах с более холодными зимами может потребоваться установка обогревателей для плинтусов с использованием обычных тепловых насосов с воздушным источником. Однако некоторые производители представили на рынке тепловые насосы для холодного климата, которые, по их словам, могут выдерживать внешние температуры до -25 C или -30 C.

Одним из больших преимуществ тепловых насосов является то, что они не только обогревают дома, но и могут их охлаждать. .

Фактически кондиционеры технически являются тепловыми насосами. Отличие тепловых насосов от отопления домов в том, что они могут работать в обратном направлении.

В чем разница между воздушными и наземными тепловыми насосами?

Воздушные тепловые насосы дешевле и проще в установке, но менее эффективны и дороже в эксплуатации. Это связано с тем, что температура земли имеет тенденцию оставаться стабильной круглый год — в ней содержится больше тепла зимой и больше «прохлады» летом, чем в воздухе.

Однако грунтовые тепловые насосы, как правило, намного дороже — и требуют больше места — для установки, потому что необходимо копать глубоко, чтобы получить стабильную температуру под землей.

Аня Кания-Ричмонд с мужем и детьми стоит перед их сертифицированным «пассивным домом» в жилом комплексе EchoHaven на северо-западе Калгари. В доме нет печи. Он нагревается пассивной солнечной энергией, при необходимости дополняется электрическими радиаторами. (Дэйв Уилл / CBC)

Это может быть особенно дорого в местах, где земля является коренной породой, — сказал Тернбулл.По его словам, это более экономично, если вы строите на глине или песке, особенно если вы все равно копаете — например, для парковки.

А как насчет солнечной энергии?

Солнечная энергия полезна для производства зеленой энергии для работы таких устройств, как тепловые насосы, в провинциях с электросетью на ископаемом топливе.

Однако есть также солнечная тепловая энергия, где тепло собирается напрямую, а не путем выработки электроэнергии.

Солнечное сообщество высадки драконов в Окотоксе, Альта., представляет собой проект централизованного энергоснабжения, в котором используется солнечное тепловое отопление с подземным хранилищем. (Майк Ридвуд / Natural Resources Canada)

Макдональд сказал, что это обычно дороже, чем другие варианты, и требует много места для солнечных панелей. Поскольку большая часть тепла собирается летом, его тоже нужно где-то хранить.

«Если у вас есть бассейн — отлично», — сказал он. Если у вас есть наземный тепловой насос, теоретически вы также можете хранить тепло в его подземном контуре теплообмена.

Тернбулл и Фаут считают, что солнечная технология не совсем готова для отопления индивидуальных домов в Канаде (хотя солнечное тепловое отопление с накоплением было успешно протестировано для централизованного теплоснабжения в Окотоксе, Альта).

Что с этим делают правительства?

В Канаде федеральное правительство проводит общественных консультаций по предлагаемым изменениям в Национальном строительном кодексе и его Национальном энергетическом кодексе для зданий. Некоторые юрисдикции, такие как Ванкувер, также разрабатывают свои собственные правила и стимулы для поощрения электрификации, особенно в новых домах.

В городском отчете о реагировании на чрезвычайные климатические ситуации предлагается, чтобы к 2025 году все новые и заменяемые системы отопления и горячего водоснабжения были с нулевыми выбросами.

«Мы хотим двигаться в полностью электрическом доме без газопровода», — сказал Фаут.

Тернбулл говорит, что правительствам необходимо запланировать поэтапный отказ от ископаемого топлива в отоплении домов.

«Мы неизбежно выберемся из них».

Как тепловые насосы помогают домовладельцам бороться с изменением климата

Если вы похожи на меня, то знаете, что избавление от машины — одно из лучших действий, которые вы можете сделать для защиты климата, и что вы никогда этого не сделаете.Это страна, ориентированная на автомобили, и время, ориентированное на автомобили. Но в 2019 году на частные автомобили и легкие грузовики, на которых обычные люди ездят по работе, по магазинам и на отдыхе, приходилось около 15 процентов использования ископаемого топлива в США. Электромобили пользуются большим спросом, но менее 1 процента энергии, используемой для транспортировки, поступает из электричества. Личный транспорт вносит большой вклад в выбросы углерода в Америке; также труднее всего сдаться.

Но обмен автомобиля с бензиновым двигателем на электрический (автобус или поезд) — не единственный способ, которым обычные граждане могут внести свой вклад в сокращение использования ископаемого топлива.У декарбонизации есть два столпа: во-первых, выработка электроэнергии из энергии, которая не выделяет углерод, — возобновляемых источников, таких как ветер, солнце и геотермальная энергия, вместо ископаемого топлива. Это требует законодательных и нормативных изменений. Во-вторых, используйте электричество, чтобы вести как можно большую часть личной жизни.

Вот где обычные люди, такие как вы и я, могут внести свой вклад. По крайней мере, 7 процентов ископаемого топлива в США используется для чего-то довольно банального: жилых помещений и нагрева воды. Иными словами, внесение относительно небольших, дешевых и простых изменений в систему отопления домов в Америке может сократить использование ископаемого топлива почти так же, как снятие с дорог половины всех частных автомобилей.Если вы хотите принести пользу планете как можно скорее, замените стареющую газовую печь новым электрическим прибором.

Отапливать здание можно разными способами. Бойлер нагревает воду и пропускает ее через радиаторы, обогревающие комнаты. Печь передает тепло воздуху, который затем выталкивает через вентиляционные отверстия в жилые помещения.

В большинстве американских домов эти устройства работают на ископаемом топливе. В зависимости от вашего географического положения и возраста вашего дома и его систем эти виды топлива могут включать дистиллятный мазут (в основном все еще используется на северо-востоке), пропан (распространен в сельской местности) или природный газ (распространен повсюду).Каждый из них при сгорании выделяет в атмосферу углекислый газ.

Но котлы и печи — не единственный вариант. Вместо нагрева воздуха тепловые насосы перемещают тепло из одного места в другое, преобразовывая вещество, называемое хладагентом, между его жидкой и газовой формами. Ваш холодильник — это тепловой насос. Так кондиционер. Оба этих устройства перекачивают тепло в обратном направлении: теплый воздух поглощается змеевиками хладагента и откачивается. Холодильник и кондиционер перемещают тепло только в одном направлении.Но тепловой насос может делать и то, и другое, а это означает, что один и тот же прибор может нагревать зимой — даже в очень холодном климате — и охлаждать летом. («Тепловой насос» — ужасное, сбивающее с толку название для этих устройств.)

Тепловые насосы существуют уже несколько десятилетий, но раньше они не были очень эффективными, особенно в очень холодную погоду. Это меняется. Теперь некоторые тепловые насосы для холодного климата могут эффективно передавать тепло при отрицательных температурах. В самые холодные дни может потребоваться печь на жидком или газовом топливе (или другие резервные источники тепла), но в остальные дни ваше тепло может быть электрическим.

В штате Мэн отсутствие газовой инфраструктуры облегчило государству стимулирование электрификации систем отопления домов. Центральное кондиционирование воздуха в этом штате — редкость, а установка теплового насоса бесплатно добавляет прохладное кондиционирование воздуха. Электросеть штата Мэн уже очень чистая, и эти новые тепловые насосы намного эффективнее оконных кондиционеров.

Майкл Стоддард, исполнительный директор Efficiency Maine Trust, государственной организации по энергоэффективности, сказал мне, что за последние семь лет компании Mainers было продано более 60 000 тепловых насосов.Некоторые майнеры были обожжены высокой стоимостью топочного мазута — товара, цена которого колеблется. Спонсируемые государством программы скидок для потребителей, в том числе программа, которая предлагает возврат до 1500 долларов при покупке тепловых насосов, также способствовали недавнему внедрению этих устройств. Стоддард опасался, что участие в государственных программах стимулирования может прекратиться, потому что люди не захотят тратить деньги во время пандемии. «Вместо этого количество участников увеличилось вдвое, — сказал он. Люди застряли дома, у некоторых из них были лишние деньги, учитывая их льготы по стимулированию и сокращение расходов.А в некоторых частях штата Мэн летом все еще может нагреваться до 90 градусов по Фаренгейту.

Мотивирует ли само сокращение выбросов углерода Mainers использовать тепловые насосы? «Я уверен, что ответ заключается в том, что он развивается», — возразил Стоддард. Но даже если жители выбирают экологически чистую энергию, не имея в виду декарбонизацию, успех таких программ стимулирования, как Efficiency Maine Trust, помог штату выдвинуть более агрессивные политические предложения. За несколько недель до нашего разговора Стоддард сказал мне, что штат Мэн только что завершил разработку нового плана действий по борьбе с изменением климата, и декарбонизация систем отопления была среди трех его основных рекомендаций по смягчению последствий.«Теперь все говорят об этом, как будто это просто то, что мы должны сделать», — сказал он.

В других странах переключиться на тепловой насос сложнее. Природный газ загрязняет меньше, чем дистиллят, и он не страдает от колебаний цен на сырьевые товары, которые помогли домовладельцам отказаться от топочного мазута на северо-востоке. По словам Пола Камути, главного специалиста по технологиям и стратегии компании Trane Technologies, производящей системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, более 60 процентов рынка жилой недвижимости США уже оснащены кондиционерами.Это означает, что преимущество дополнительного кондиционирования воздуха от переключения теплового насоса не распространяется на многих американских домовладельцев.

Даже в этом случае у электроэнергетических компаний есть сильные стимулы для перевода домовладельцев на электрическое отопление: они могут продавать им больше электроэнергии, во-первых. И они могут быстрее реализовать свои собственные цели по декарбонизации. По обеим этим причинам муниципальный коммунальный округ Сакраменто (SMUD) в центральной Калифорнии принял одни из самых жестких в стране льготных стимулов для тепловых насосов, до 3000 долларов на обогреватели с тепловым насосом и 2500 долларов на водонагреватели с тепловым насосом.По словам Скотта Бланка, стратегического бизнес-планировщика SMUD по электрификации и энергоэффективности, стимулы могут сделать окупаемость почти мгновенной.

Программа водяного отопления была самой популярной, вероятно, потому, что этот стимул обеспечивает наибольшую выгоду при наименьших затратах для домовладельцев и подрядчиков. Электризация воды и обогрев помещений все еще незнакомы многим людям, и Бланк предположил, что предоставление им повода опробовать технологию может подогреть их, так сказать, для других преобразований газа в электричество.Отопление помещений с помощью теплового насоса вполне жизнеспособно в центральной Калифорнии, где температура не так часто опускается ниже нуля. Даже без стимулов замена кондиционера и печи одним тепловым насосом может сэкономить много денег в долгосрочной перспективе, поскольку тепловой насос может выполнять работу и того, и другого.

Как и в случае с Мэном, Сакраменто использует успех своих программ электрификации для изменения корпоративной стратегии и государственной политики. Энергетический кодекс на 2023 год в настоящее время разрабатывается в Калифорнии, и он упрощает внедрение электрических устройств.Регулировка базовых значений разумной потребности в энергии может освободить место для электрификации большего количества домашних устройств. А упрощение монтажа электроприборов для строителей побуждает их рекомендовать более чистые электроприборы. В дополнение к прямому сокращению выбросов углерода каждая установка теплового насоса имеет дополнительный эффект на жизнеспособность изменений политики.

Вам также не нужно сразу избавляться от старой бытовой техники. «Чтобы достичь наших целей по обезуглероживанию, нам не нужно вынимать чей-то совершенно хороший водонагреватель», — сказал мне Бланк.«Нам просто нужно заменить его на электрический, когда он погаснет». Это лекарство легче проглотить домовладельцам, которые могут думать о дополнительных затратах на преобразование электроэнергии как о небольшой надбавке над деньгами, которые они в любом случае собирались потратить на замену устройства. Скидки и льготы делают сделку более приятной.

Sacramento Power не сжигает уголь и работает примерно на 50 процентов без выбросов углерода, во многом благодаря гидроэнергетике. Бланк подсчитал, что новый дом, подключенный к электросети, может снизить выбросы углерода с 2.От 5 до 1,1 тонны углерода в год, а дома 1978 года может упасть с 5,2 до 2,5 тонны. Поскольку 80 процентов региона использует природный газ для отопления помещений и нагрева воды, электрификация может существенно сократить использование ископаемого топлива.

К сожалению, многие американцы до сих пор не доверяют электрическим и возобновляемым источникам отопления. Некоторые обвинили в повсеместном отключении электроэнергии в Техасе во время сильного шторма в этом месяце отказ ветряных турбин, но это неверно: штат по-прежнему в значительной степени полагается на энергию природного газа для производства электроэнергии.И даже газовые печи требуют электричества для работы, что делает эти приборы не менее ненадежными, если электричество отключается на длительное время, как это было на большей части штата. В условиях изменения климата газ — это не столько ответ, сколько еще одна проблема. «Электрификация зданий и транспортных средств при переходе на экологически безопасную чистую электроэнергию в то время как адаптация нашей инфраструктуры к изменяющемуся климату будет сложной задачей», — сказал мне Дэвид Померанц, исполнительный директор Института энергетики и политики.«Но полагаться на газ в изменяющемся климате было бы очень сложно и ». Электроэнергия — это основа всего, что мы делаем, что делает повсеместную реформу сети и инструментов, которые ее используют, еще более актуальной.

Вместо этого мы тратим энергию на прославление электромобилей. Для Суперкубка этого года General Motors потратила миллионы на звездную рекламу, посвященную ее амбициозным планам в отношении электромобилей. Это было удивительно, но не лишним. Менее удивительно, что во время большой игры не показывали рекламу тепловых насосов.Даже если доверие к электросети можно улучшить, электрическое отопление столкнется с одной большой проблемой: отказ от природного газа не так привлекателен, как солнечные батареи или электромобили. Если вы не подрядчик или фанат систем отопления, вентиляции и кондиционирования, вы, вероятно, не особо задумываетесь о своих системах отопления и охлаждения. Они спрятаны на чердаках, подвалах и в подсобных помещениях, спрятаны на крышах или во дворах. Эти машины остаются почти полностью незамеченными, если только они не сломаются. Никто не хвастается своим новым водонагревателем, когда друзья приходят по дороге, чтобы показать Tesla в гараже.

В отличие от солнечных батарей, чистая модернизация бытовой техники также не дает социальных сигналов — соседи не могут таращиться на ваш более зеленый дом, и вы не можете гордиться тем, что прохожие замечают это. Как сделать тепловой насос сексуальным? «Не знаю, — признался Бланк. «Думаю, самое близкое, что у нас есть, — это кулинария». Он имеет в виду голубое пламя печи, единственное место в доме, где житель может видеть, слышать и чувствовать природный газ в процессе работы. Приготовление пищи на плите настолько важно для оправдания использования газа в доме, что промышленность, работающая с ископаемым топливом, вложила ресурсы в сохранение привлекательности бытовых приборов.

Даже руководители SMUD чувствовали себя защищенными от кухонного газа. «Вы никогда не избавитесь от моей газовой плиты», — вспоминал их слова Бланк. Поэтому он купил им портативные индукционные плиты (разновидность электрической плиты, которая передает тепло непосредственно посуде), чтобы продемонстрировать, что современное электрическое нагревание для приготовления пищи не похоже на старые катушки с проволокой, которые они, возможно, помнят с 1950-х годов.

На приготовление пищи на природном газе приходится только 2% потребления природного газа в жилищах — намного меньше, чем отопление помещений и воды.Тем не менее, переход с газовой варочной панели на электрическую индукционную может иметь существенное, если не сказать иное, влияние. С одной стороны, это полезно для здоровья: зажигание открытого газового огня в вашем доме приводит к загрязнению окружающей среды, которое может обострить астму. Но с точки зрения устойчивого развития кухня — это то место, где у людей возникает эмоциональное отношение к природному газу. Голубое пламя, плещущееся над прочными чугунными решетками, придает приготовлению ощущение силы и контроля, как грохот карбюраторного двигателя в маслкаре — при вождении.

Это делает индукционную варочную панель Tesla в движении по обезуглероживанию природного газа. Это устройство, которым вы можете похвастаться, а также показать своим друзьям и семье, что электричество так же хорошо, как и газ для приготовления пищи, если не лучше. «Когда я впервые получил индукцию, — сказал мне Бланк, — я устроил вечеринку и пригласил всех своих друзей».

Брайан Кин построил целую организацию вокруг этой идеи. SmartPower, некоммерческая информационно-пропагандистская и маркетинговая компания в области возобновляемых источников энергии, помогает муниципалитетам и коммунальным службам заинтересовать своих граждан и клиентов экологически чистой энергией.«Американцы слушают, что делают друзья и коллеги. Это точка давления, — сказал мне Кин. А когда дело доходит до энергии, после того, как вы предприняли какие-либо действия, будь то установка интеллектуального термостата или замена топки, лучше всего сказать другу или коллеге, что вы это сделали. По словам Кина, это особенно важно для возобновляемых источников энергии в доме, потому что с ними не ассоциируется никакая торговая марка. Никто не знает, какая у них печь или водонагреватель. «Нет ни кока-колы, ни пепси.

SmartPower провела серию маркетинговых кампаний по внедрению солнечной энергии по всей стране, многие из которых представляют собой более финансируемые и более формальные версии вечеринок Blunk с индукционной печью. Иногда они проводят блочные вечеринки, когда панели поднимаются на первую крышу в районе, или устраивают домашние вечеринки с объявлением счета за коммунальные услуги (правда!). Раньше люди хотели ждать, пока технология станет широко распространенной, но Кин считает, что в дом вошла текучесть образа жизни и технологий. «Apple всегда выпускает новый iPhone», — говорит он домовладельцам; водонагреватель ничем не отличается.«Вы можете подождать или просто купить эту. Он будет работать 20 лет ». В среднем по кампаниям было обнаружено, что программы SmartPower по солнечной энергии увеличивают уровень использования солнечной энергии в муниципалитете почти на 1000 процентов.

Камути, руководитель компании Trane по оборудованию HVAC, согласен с тем, что изменение восприятия отопления и охлаждения за последнее десятилетие было драматическим. «Я напрямую связываю это с доступностью онлайн-информации», — сказал он мне. Люди по-прежнему спрашивают дилеров, торговцев или подрядчиков, что им следует покупать, что делает стимулы для этих агентов со стороны государства и коммунальных предприятий чрезвычайно важными.«Но люди заходят в Интернет и спрашивают, есть ли лучший выбор», — сказал Камути. «Мы начинаем заводить с ними отношения».

Есть несколько уроков для домовладельцев. Во-первых, есть выгода от пропаганды обновлений дома в вашем квартале, на рабочем месте и в вашей семье. Некоторые люди заинтересованы в чистой энергии как таковой, но гораздо больше людей мотивированы тем, что делают что-то полезное для своих сообществ. И сокращение выбросов положительно влияет на местную окружающую среду, а не на глобальную.Во-вторых, менее эффективные, но более заметные обновления, такие как индукционные варочные панели или солнечные водонагреватели, могут стать воротами к отказу от природного газа. В конце концов, никто не думал, что им нужен или нужен термостат с подключением к Интернету, прежде чем на сцене появился Nest. Но он был стильным и функциональным, и многие развертывания умного дома начинались с этого маловероятного начала.

Если вы строите новый дом, проще полностью отказаться от природного газа. Отсутствие газовой линии сэкономит тысячи долларов и предотвратит установку газовых приборов.Но для существующих домов вам следует отказаться от идеи, что солнечная крыша или электромобиль — единственный путь вперед. Замените газовую плиту и покажите ее друзьям или в Instagram. Блог, подкаст или публикация на Facebook об этом, чтобы человеческий опыт появлялся в результатах поиска, когда люди отправляются на охоту за своими собственными продуктами. Если срок службы вашей газовой печи, кондиционера или водонагревателя подходит к концу, замените их тепловым насосом. А если нет, запланируйте сделать это, когда он выйдет из строя. Если вы живете в крупном населенном пункте, делайте это раньше, потому что ваши действия будут быстрее направлять коммунальным предприятиям и правительствам сигналы о том, что ситуация меняется.Если вы хотите внести свой вклад в сокращение выбросов углекислого газа, сделайте все возможное, чтобы избавиться от газа, который вы используете в своем доме, а не только от того, который вы заправляете в машину.

Жизнь с автономной пространственно-временной системой отопления дома: исследование пользовательского опыта (UX) с помощью подхода смешанных методов, основанного на продольных технологиях

https://doi.org/10.1016/j.apergo.2017.06.017 Получите права и содержание

Основные моменты

•

Пользовательские стратегии внедрения интерфейса автоматизированного управления отоплением в социально-технический домашний контекст.

•

Поддержание комфорта — лучший показатель взаимодействия, чем отклонение от теплового комфорта.

•

Ограниченная, мотивированная проактивность в системных коммуникациях — лучшая стратегия для получения информации от пользователя.

•

Устранение нарушений и поддержание немедленного комфорта в качестве основных мотиваторов для взаимодействия.

•

Несоответствие ожиданий и реальности вызывает переход от мониторинга к изменению состояния системы.

Реферат

Растущие потребности в энергии оказывают давление на внутреннее энергопотребление, но можно добиться экономии за счет домашней автоматизации и привлечения пользователей к их поведению в области отопления и энергопотребления. Целью данной статьи является изучение пользовательского опыта (UX) проживания с автоматизированной системой отопления в отношении опыта управления, понимания системы, возникающих температурных режимов и взаимодействия с системой, поскольку эта область недостаточно исследована в существующих домах. настройка посредством расширенного развертывания.Мы представляем продольное развертывание квазиавтономной пространственно-временной системы отопления дома в трех домах. Пользователям было предоставлено приложение для управления смартфоном, связанное с самообучающимся алгоритмом нагрева. Представленные здесь обширные качественные и количественные данные позволили комплексно изучить UX. В статье основное внимание уделяется ключевым аспектам UX-жизни с автоматизированными системами отопления, включая (i) внедрение интерфейса управления в социальный контекст, (ii) то, как бдительность пользователей в поддержании предпочтительных условий преобладала как лучший индикатор чрезмерного использования системы. чем грубое отклонение от теплового комфорта, (iii) ограниченная, но мотивированная проактивность в инициируемых системой коммуникациях как лучшая стратегия для получения обратной связи от пользователя, когда вывод не удается, и (iv) две основные мотивации для взаимодействия с интерфейсом — устранение нарушений, когда они отсутствуют house и поддержание немедленного комфорта, что в последнем случае ставит под угрозу поведение проверки, которое может переходить к поведению изменения состояния системы в зависимости от несоответствий.В заключение мы подчеркнем сложный социотехнический контекст, в котором решения по температуре принимаются в зависимости от ситуации, и призываем к более целостному, ориентированному на UX подходу при проектировании автоматизированных домашних систем с учетом взаимодействия с пользователем.

Ключевые слова

Опыт пользователя

UX

Дизайн

Взаимодействие человека и компьютера

Hci

Пространственно-временное отопление

Приложение

Интерфейс

Продольное

статей 0)

© 2017 Авторы.Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Монтаж системы отопления в частном доме • Vides Tehnika

Производитель, установка и состояние общих коммуникаций дома — три фактора, которые следует учитывать при планировании установки системы отопления в частном доме.

КАЧЕСТВО = КОМФОРТ И УСТОЙЧИВОСТЬ

Еще один реализованный проект системы отопления частного дома с установкой теплового насоса «земля / вода» (BWS-1-12kW) с оборудованием немецкого производителя «Wolf GmbH».

Монтаж отопительного оборудования осуществлен в сотрудничестве с нашим партнером, компанией по установке инженерных коммуникаций, ООО «Tiga B».

Основные принципы работы систем отопления в большей или меньшей степени известны и понятны многим. Самое главное при планировании строительства системы отопления частного дома — это правильный выбор оборудования и качественный монтаж, ведь он обязательно будет касаться функциональности оборудования и срока его службы.Очень важно выбирать опытных мастеров, знающих, с высоким чувством ответственности за свою работу. Конечно, есть еще один немаловажный фактор — в доме правильно просчитать и проложить коммуникации. Можно установить лучшую систему отопления, но она не будет работать должным образом и не даст желаемого результата, если общая система дома спроектирована неправильно. »

Специалист по теплоснабжению SIA« Vides Tehnika »Айгарс Мурашко.

Решения по теплоснабжению, которые мы предлагаем нашим клиентам, реализуются в сотрудничестве с признанными во всем мире поставщиками — Wolf GmbH, Siemens, Grundfos, Buderus, Reflex Winkelmann GmbH, Viessmann, Oventrop GmbH & Co.KG, Honeywell, Tecofi, IRSAP S.p.a., Kampmann Group u.c.

Выбор системы отопления, безусловно, является важным решением, поскольку необходимо учитывать множество различных нюансов. Необходимо определить принципы работы, плюсы и минусы каждой системы, собрать информацию о ней, но перед принятием решения мы рекомендуем проконсультироваться с отраслевыми экспертами. Наш специалист по теплоснабжению Айгарс Мурашко проконсультирует и найдет подходящие решения для ваших пожеланий и возможностей: https: // videstehnika.lv / en / contacts /

Закон Нью-Йорка о тепле: право съемщиков на отопление и горячую воду

В холодную ночь дома в Нью-Йорке есть ли более успокаивающий звук, чем шипение радиатора? Но звук шипения радиатора — это не просто сезонное удовольствие; это ваше право как арендатора. Согласно закону г. Нью-Йорка о тепле, домовладелец должен обеспечивать отопление и горячую воду. Читайте полное изложение того, как этот закон работает в Нью-Йорке.

Дитмас Парк

2011 Ньюкирк-авеню

2 099 долл. США Без платы

кровати @ 1.5xСоздано в Sketch. 2 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Brownsville

140 Восточная 93-я улица

1 900 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch.2 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Проспект Леффертс Гарденс

285 Хоторн-стрит

2150 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 2 | ванна @ 1.5xСоздано в Sketch. 1

Парк Слоуп

130 Park Place

2 000 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. Студия | [email protected] Создано в Sketch.1

Flatbush

200 Linden Boulevard

2 099 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 1 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Парк Слоуп

Проспект 470

2200 долл. США Без платы

кровати @ 1.5xСоздано в Sketch. 1 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Форт Гамильтон

185 Морской проспект

1700 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch.1 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Flatbush

1526 Нью-Йорк Авеню

2383 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 2 | ванна @ 1.5xСоздано в Sketch. 1.5

Flatbush

1526 Нью-Йорк Авеню

2200 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 2 | [email protected] Создано в Sketch.2

Bay Ridge

333 86-я улица

2 100 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 1 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Flatbush

724 Восточная 27-я улица

2250 долл. США Без платы

кровати @ 1.5xСоздано в Sketch. 3 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Кенсингтон

217 Восточная Седьмая улица

1 525 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch.Студия | [email protected] Создано в Sketch. 1

Когда в Нью-Йорке жаркий сезон?

Официальный отопительный сезон Нью-Йорка начинается 1 октября и продлится до 31 мая. В течение этого периода владельцы недвижимости должны обеспечивать жильцов теплом и горячей водой на следующих условиях:

• День: С 6:00 до 22:00, если наружная температура опускается ниже 55 градусов.Требуемая внутренняя температура составляет не менее 68 градусов по Фаренгейту.
• Ночь: С 22:00. и 6 часов утра, минимальной температуры наружного воздуха нет. Требуемая внутренняя температура составляет не менее 62 градусов по Фаренгейту.

Некоторые арендодатели и владельцы недвижимости не всегда соблюдают этот закон. В предыдущие сезоны жары жильцы подали тысячи жалоб в Департамент сохранения и развития жилищного фонда.

Если вы окажетесь среди этого участка, по закону «вам разрешено удерживать арендную плату», — говорит Джастин Ла Морт, адвокат по жилищным правам в Бруклине.Однако он предупреждает, что в таком случае домовладелец может подать на вас в суд за неуплату. «Таким образом, главный вопрос, — говорит Ла Морт, — заключается в том, следует ли вам удерживать арендную плату».

Что делать, если у вас нет тепла и горячей воды?

La Mort рекомендует в первую очередь немедленно связаться с арендодателем. В договоре аренды должны быть указаны шаги, которые необходимо предпринять, чтобы должным образом сообщить о повреждениях и необходимом ремонте. Если возникла чрезвычайная ситуация, позвоните арендодателю, чтобы как можно скорее известить его о вашей проблеме, а затем отправьте письменное уведомление — электронная почта в порядке.Сохраните копии всей письменной корреспонденции для своих записей.

Если арендодатель не решит проблему в разумные сроки, вы имеете право связаться с 311 и сообщить о нарушении. На этом этапе вы также имеете право подать на него в суд за нарушение гарантии пригодности для проживания и можете начать рассмотрение дела HP в жилищном суде. Процедура HP («HP» означает «жилищная часть») — это процесс, с помощью которого вы можете заставить арендодателя произвести необходимый ремонт. Для получения конкретной информации о возбуждении дела HP посетите веб-сайт жилищного суда.Суд действительно взимает плату за подачу документов, но он может делать исключения для арендаторов, которые не могут их себе позволить. Обратите внимание, что Жилищный суд Нью-Йорка открыт для рассмотрения чрезвычайных ситуаций во время COVID-19, в том числе для восстановления основных услуг, таких как отопление и горячая вода.

Долина Манхэттена

172 Западная 109-я улица

2200 долл. США Без платы

кровати @ 1.5xСоздано в Sketch. 2 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Yorkville

313 Восточная 95-я улица

2400 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch.1 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Южный Гарлем

91 Западная 119-я улица

2 000 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 1 | ванна @ 1.5xСоздано в Sketch. 1

Два моста

112 Мэдисон-стрит

1750 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 1 | [email protected] Создано в Sketch.1

Нижний Ист-Сайд

87 Ludlow Street

1 900 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 2 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Sutton Place

325 Восточная 54-я улица

1 696 долл. США Без платы

кровати @ 1.5xСоздано в Sketch. Студия | [email protected] Создано в Sketch. 1

Кипс-Бэй

225 Восточная 25-я улица

2200 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch.1 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Центральный Гарлем

272 West 139th Street

2400 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 2 | ванна @ 1.5xСоздано в Sketch. 1

Inwood

4848 Бродвей

1 696 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 1 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Yorkville

236 Восточная 80-я улица

2 012 долл. США Без платы

кровати @ 1.5xСоздано в Sketch. 1 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Yorkville

302 Восточная 83-я улица

1895 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch.Студия | [email protected] Создано в Sketch. 1

Ленокс Хилл

1482 Йорк-авеню

2154 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 1 | ванна @ 1.5xСоздано в Sketch. 1

Что вам понадобится, когда вы явитесь в суд:

• Имя и адрес арендодателя
• Имя и адрес управляющего агента (если он есть)
• Полностью заполненные бланки жилищного суда
• Переписка между вами и вашим арендодателем по вашим вопросам
• Квитанции за услуги, если вы сами оплатили ремонт отопления или горячей воды
• Завершенный запрос на осмотр (если вы хотите, чтобы ваша арендуемая недвижимость была осмотрена)

Хотя обстоятельства могут вынудить вас произвести необходимый ремонт самостоятельно, не удерживайте арендную плату для оплаты этих расходов.Адвокат Стивен Смолленс советует вместо этого подать на арендодателя в суд. «[Это] гораздо более быстрый способ добиться справедливости, чем ожидание судебного иска за неуплату ренты».

[Этот пост был обновлен и переиздан.]

Остров Рузвельта

546 Main Street

1 530 долл. США Без платы

кровати @ 1.5xСоздано в Sketch. Студия | [email protected] Создано в Sketch. 1

Ленокс Хилл

447 Восточная 78-я улица

2150 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch.1 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Восточный Гарлем

234 Восточная 116-я улица

2 025 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 2 | ванна @ 1.5xСоздано в Sketch. 1

Долина Манхэттена

212 Западная 109-я улица

2 700 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 2 | [email protected] Создано в Sketch.1

Ленокс Хилл

307 Восточная 78-я улица

2200 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 2 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Ленокс Хилл

307 Восточная 78-я улица

1 900 долл. США Без платы

кровати @ 1.5xСоздано в Sketch. 1 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Yorkville

1604 Первая авеню

2350 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 1 | ванна @ 1.5xСоздано в Sketch. 1

Верхний Вест-Сайд

208 Западная 80-я улица

2 550 долларов США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. 1 | [email protected] Создано в Sketch.1

Адская кухня

340 West 48th Street

2 322 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. Студия | [email protected] Создано в Sketch. 1

Восточный Гарлем

233 Восточная 111-я улица

1 675 долл. США Без платы

кровати @ 1.5xСоздано в Sketch. Студия | [email protected] Создано в Sketch. 1

Вашингтон Хайтс

1070 Saint Nichlas Avenue

1895 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch.2 | [email protected] Создано в Sketch. 1

Утюг

19 Восточная 21-я улица

2 063 долл. США Без платы

[email protected]Создано в Sketch. Студия | ванна @ 1.5xСоздано в Sketch. 1

(PDF) Эффективные системы отопления и охлаждения для домов с низким энергопотреблением

Том 7, номер 4 35

дома с низким энергопотреблением станут возможными благодаря дальнейшему развитию таких технологий поколения HVAC и power

, а также предоставлению большего общественные стимулы, улучшение правил и стандартов строительных норм

, или в результате значительного увеличения стоимости традиционных источников энергии

.Несмотря на эти требования, рынок таких систем растет во многих странах —

попыток, и он будет продолжать расти в будущем.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

1. Wemhöner, C. 2009. Низкоэнергетические здания и системы, Заключительный отчет IEA HPP Annex 32, http: // www.

application32.net/pdf_version/IEA_HPP_Annex32_Publications.pdf.

2. Доверие по энергосбережению, Отчет об испытаниях малых ветряных электростанций в домашних условиях, 2009 г., http://en.wikipedia.org/wiki/

Energy_Saving_Trust.

3. EnerGuide, Министерство природных ресурсов Канады, Управление энергетической эффективности, 2008 г., http://oee.nrcan.gc.ca/energuide/

index.cfm.

4. Устройства рекуперации тепла из дренажа в воду, www.google.ca.

5. Минея В. 2007. Экономичные системы отопления и охлаждения для домов с низким энергопотреблением. Задача I: современное состояние,

Первый промежуточный отчет Канады, Международное энергетическое агентство (МЭА), Программа тепловых насосов (HPP), Приложение

32, май.

6. Министерство природных ресурсов Канады, Управление энергетической эффективности, 2010 г. http: // oee.nrcan.gc.ca.

7. Канадская ипотечная и жилищная корпорация (CMHC), 2009. EQuilibrium: Новое жилье для меняющегося мира

. http://www.cmhc-schl.gc.ca.

8. Чен, YX, Athienitis, AK, Berneche, B., Poissant, Y., Galal, KE 2007. Проектирование и моделирование

интегрированной фотоэлектрической-тепловой системы и аккумулирования тепла для солнечного дома, 2-й канадский

Конференция по строительству солнечных батарей, Калгари, 10-14 июня.

9. Канданедо, Дж., Минеа, В., Афиенитис, А. К. 2008. Дома с низким энергопотреблением в Канаде: национальные инициативы и достижения

, Приложение 32 МЭА, Международный семинар, Цюрих, май.

10. Minea, V., Chen, YX, Brendan O., Candanedo J. 2009. Экономичные системы отопления и охлаждения для домов с низким энергопотреблением

— Оценка системы и мониторинг полей, Официальный отчет Канады, International Energy

Агентство, Программа тепловых насосов, Приложение 32, Задача 2 и Задача 3, октябрь.

11. Дуарон М., О’Брайен, В., Афиенитис, А. К. 2011. Энергетические характеристики, комфорт и уроки, извлеченные

из солнечного дома с почти нулевым потреблением энергии, Транзакции ASHRAE, стр. 585-596.

12. Хайнц, А., Риберер, Р. 2008. Оценка системы и мониторинг полей, Промежуточный страновой отчет Австрия МЭА

ГЭС, Приложение 32 Задача 2 и Задача 3, Грац, апрель, Австрия.

13. Андресен, И., Докка, Т.Х., Лексоу, Т.Е. (2008). Новый норвежский стандарт сертификации энергосберегающих

и пассивных домов, Proceedings of Passivhaustagung, апрель, стр.541-546, Нюренбург, Германия.

14. Стене, Дж. 2006. Тепловые насосы на CO2 в жилых помещениях для комбинированного отопления помещений и нагрева горячей воды — проектирование системы

, процедуры испытаний и расчет SPF, отчет № TR A6102, SINTEF Energy Research, NO.

15. Стене, Дж. (2008). Приложение 32 IEA HPP — 1) Анализ системы теплового насоса на CO2 для домов с низким энергопотреблением и пассивных домов

, 2) Полевые испытания интегрированной системы теплового насоса на пропане в пассивном доме, отчет SINTEF Technical

TR A6676, Тронхейм, май , НЕТ.

16. Айей, Т., Вемхонер, К., Дотт, Р., Хубер, Х., Хельфененгер, Д., Келлер, П. (2007). Метод расчета для

сезонной производительности компактных тепловых насосов и проверка, Заключительный отчет Швейцарского федерального офиса

Energy, Муттенц, Швейцария.

17. Мерфи Р. В., К. К. Райс, В. Д. Бакстер и В. Г. Крэддик (2007a). Встроенный тепловой насос с воздушным источником

для домов с почти нулевым потреблением энергии: отчет о состоянии технологий, ORNL / TM-2007/112, июль, США.

Тепловые насосы для жилых домов в США: частный экономический потенциал и его выбросы, здоровье и влияние энергосистемы

Чтобы избежать наихудших последствий изменения климата, мировая экономика продолжает искать возможности для сокращения выбросов парниковых газов. Одна из таких возможностей — электрификация, когда энергоемкие виды деятельности переключаются с использования ископаемого топлива на чистую электроэнергию. В жилом секторе основным способом электрификации является замена существующих нагревателей нефти, природного газа, пропана или неэффективных резистивных электрических нагревателей тепловыми насосами, что заменяет потребления ископаемого топлива на месте на использование электроэнергии.Такой переключатель может снизить выбросы парниковых газов или других загрязняющих веществ при условии, что в течение срока службы устройства электричество, используемое для его питания, будет достаточно чистым, чтобы иметь более низкие выбросы, чем при прямом сжигании ископаемого топлива.

Тепловые насосы — это реверсивные кондиционеры. Летом они действуют как кондиционеры. Зимой они реверсируют поток хладагента, поглощая тепло снаружи и отводя его внутрь здания.Электричество используется для механической работы по перемещению тепла, а не для его производства. Отношение количества тепла, которое в конечном итоге доставляется в отапливаемое пространство, к количеству энергии, поставляемой в виде электричества, обычно намного больше единицы. Даже с учетом того факта, что выработка электроэнергии за счет сжигания угля или природного газа менее эффективна, чем сжигание природного газа в домашней печи, переход на тепловой насос обычно снижает чистые выбросы парниковых газов в здании.Таким образом, во многих исследованиях изучается, в какой степени 100% внедрение тепловых насосов снизит чистые выбросы парниковых газов во многих частях мира [1].

Использование тепловых насосов для бытовых нужд, однако, имеет последствия, выходящие за рамки сокращения выбросов парниковых газов. Это может увеличить ущерб здоровью, вызванный определенными загрязнителями воздуха. Хотя бытовые печи и котлы часто производят больше чистых выбросов парниковых газов, чем тепловые насосы, они часто производят меньше вредных для здоровья загрязнителей, таких как SO ₂ , NO _x и PM _2.5 , чем производится, когда такое же количество тепла доставляется путем выработки электричества и использования его для питания теплового насоса [2]. Внедрение теплового насоса может затруднить эксплуатацию электрической сети, поскольку внедрение крупномасштабного теплового насоса может значительно увеличить пиковую потребность в электроэнергии [3]. И его частные затраты могут перевесить его общественные выгоды, потому что тепловые насосы дороже в установке, чем печи или бойлеры, а электричество часто дороже, чем топливо, такое как природный газ [4].Учитывая эти последствия, в данном исследовании исследуются частные и государственные компромиссы при внедрении тепловых насосов, а также оценивается, как эти компромиссы меняются по мере того, как увеличивается использование тепловых насосов, тепловые насосы становятся дешевле, а электросеть становится чище.

В литературе исследуются эффекты внедрения тепловых насосов с использованием различных структур моделирования энергопотребления. Эти схемы обычно включают моделирование энергопотребления дома до и после внедрения теплового насоса. Путем проецирования оценок цен на энергию и выбросов на эти профили потребления энергии исследование оценивает затраты и / или выбросы дома как до, так и после внедрения теплового насоса.Хотя эта общая стратегия уместна, литература демонстрирует множество недостатков, которые снижают полезность метода в качестве руководства для принятия решений.

Многие исследования, например, не в состоянии изучить компромиссы между экономикой, пиковым спросом на электроэнергию, ущерб здоровью и выбросами парниковых газов или показать, как эти компромиссы влияют на потенциал внедрения тепловых насосов. Ханова и Доулатабади оценивают чувствительность сокращения выбросов CO ₂ от перехода на наземные тепловые насосы к интенсивности выработки электроэнергии CO ₂ , затратам на энергию и эффективности теплового насоса [5].Управление энергетических исследований и разработок штата Нью-Йорк считает, что бытовые потребители, как правило, не видят никакой выгоды от перехода на электрические тепловые насосы, но переход снизит выбросы CO ₂ и принесет пользу коммунальному предприятию за счет смещения спроса с летнего пика [6 ]. Ни в одном из исследований не рассматривается влияние на выбросы других загрязнителей. Уэйт и Моди оценивают влияние (частичной) электрификации отопления на пиковое потребление электроэнергии в системе, но не принимают во внимание какое-либо воздействие на окружающую среду [3].Кауфман и др. обнаружили, что при сочетании технологических усовершенствований и климатической политики тепловые насосы могут быть конкурентоспособными по стоимости по сравнению с газовыми печами в различных климатических условиях США [7]. В некоторых исследованиях изучаются аспекты этих компромиссов, но не учитываются капитальные затраты на тепловые насосы [1, 8], изменения в пиковом спросе на электроэнергию [9] и / или монетизированный ущерб от критериев загрязнителей воздуха [1, 8, 10, 11]. Без полного учета этих компромиссов трудно проанализировать плюсы и минусы различных темпов внедрения тепловых насосов, поэтому большинство исследований игнорируют это обсуждение, анализируя влияние только 100% внедрения тепловых насосов [1, 10, 12].

Еще одним недостатком является невозможность моделирования выбросов домов и электрических сетей с почасовым разрешением. Во многих исследованиях моделируется потребление энергии домашним хозяйством в годовом [13] или сезонном [9] масштабе времени. Аналогичным образом, во многих исследованиях используются годовые или усредненные коэффициенты для количественной оценки выбросов из электрических сетей [1]. Без использования почасового разрешения эти исследования не могут точно зафиксировать суточные и сезонные колебания потребности в отоплении, производительности теплового насоса, выбросов в электросети или пикового спроса на электроэнергию, которые влияют на компромиссы при внедрении тепловых насосов.

Большинство предыдущих анализов также предполагают статическую сеть: их анализ выгод и затрат действителен только для электрической сети, как это было на момент анализа. Фактически, электрическая сеть США имеет [14] и, если текущие предложения по политике будут успешными [15], будет продолжать становиться значительно чище в течение всего срока службы теплового насоса, установленного сегодня. В этом анализе мы учитываем быструю очистку электросети. В соответствии с «Прогрессивным» сценарием исследования Национальной Оценки Электрификации Института Электроэнергетики (EPRI) за 2018 год, мы предполагаем, что выбросы CO ₂ в электросети и ущерб здоровью снизятся на 45% и 75% в период с 2017 по 2032 год [16]; что ущерб от выбросов CO ₂ оценивается в 40 долларов за тонну [17]; стоимость и производительность теплового насоса статичны.Мы также учитываем утечку метана при добыче, транспортировке и распределении природного газа, которая затрагивает как бытовые печи, так и газовые электростанции.

Литература также неадекватно отражает разнообразие жилищного фонда, регионов электросетей и климатических условий. Многие исследования анализируют внедрение тепловых насосов путем моделирования отдельных типов зданий [2, 13, 18, 19] или нескольких архетипов зданий [10], которые не могут адекватно охватить разнообразие зданий в жилом жилищном фонде.Хотя в других исследованиях используются вероятностные методы для создания сотен или тысяч имитационных моделей зданий, чтобы более тщательно отразить разнообразие жилищного фонда, они сосредоточены на отдельных электрических сетях и климатических условиях [1, 8]. Без моделирования различных домов, регионов электросетей и климатических условий с помощью одного и того же метода моделирования эти исследования не позволяют адекватно исследовать разнообразие ситуаций, которые делают внедрение тепловых насосов столь нюансированным.

Из-за этих недостатков в литературе не полностью исследуются последствия внедрения тепловых насосов.Он не уравновешивает экономические, электросетевые, медицинские и климатические компромиссы при внедрении тепловых насосов, а также не учитывает полную стоимость и преимущества высоких темпов внедрения тепловых насосов.

В этом исследовании мы устраняем описанные выше пробелы. Мы учитываем неоднородность нынешнего жилищного фонда страны и то, как эта неоднородность взаимодействует с различиями в региональных электрических сетях и климате. Мы учитываем как капитальные, так и эксплуатационные затраты на переоборудование тепловых насосов в современные дома.Мы также оцениваем ущерб здоровью, ущерб от выбросов парниковых газов и влияние на пиковый спрос на электроэнергию. Мы оцениваем, как меняются выгоды и затраты от внедрения теплового насоса по мере увеличения проникновения теплового насоса (т. Е. Мы не предполагаем 100% проникновения). Наш анализ также признает, что в отсутствие политики скорость принятия, вероятно, будет определяться частными выгодами для пользователей. Мы учитываем тот факт, что сеть будет развиваться в течение срока службы тепловых насосов, установленных сегодня. Наконец, мы проводим анализ чувствительности, чтобы оценить влияние климатической политики (например,грамм. налог на выбросы углерода) и ускоренное снижение интенсивности выбросов в сеть. Для этого мы исследуем экономические компромиссы, выбросы и пиковый спрос при внедрении тепловых насосов для 400 местных репрезентативных домов в каждом из 55 городов, чтобы спросить, как затраты и выгоды от внедрения тепловых насосов меняются с увеличением проникновения. Мы спрашиваем, какой уровень внедрения тепловых насосов является экономичным с учетом сегодняшнего жилищного фонда, электросетей, цен на энергию и технологий тепловых насосов, предполагая, что домовладельцы минимизируют свои затраты.И мы исследуем, какие политики, инновации и технологические усовершенствования можно использовать для более широкого внедрения тепловых насосов.

Отвечая на эти вопросы, данный анализ заполняет пробел в исследованиях, который не позволяет полностью понять последствия широкого распространения тепловых насосов. Заполнение этого пробела в исследованиях позволяет нам лучше понять потенциал внедрения тепловых насосов и проблемы, препятствующие более высокому уровню внедрения. Это помогает определить, на чем следует сосредоточить текущие усилия по стимулированию внедрения тепловых насосов: как с точки зрения географического положения, так и с точки зрения характеристик здания.Это также помогает нам разработать прогнозы того, как новая политика и инновации могут изменить баланс выгод и затрат на электрификацию отопления.

Для количественной оценки затрат и выгод от внедрения тепловых насосов в континентальной части США мы используем пятиступенчатый метод.

На шаге 1 мы моделируем потребление энергии в жилых домах. Мы используем инструмент ResStock от NREL, чтобы создать виртуальный фонд из 400 домов для каждого из 55 городов. Мы моделируем потребление энергии в этих домах с помощью программного обеспечения для моделирования зданий EnergyPlus.В результате получено 22 000 смоделированных годовых 8760 часовых профилей потребления природного газа, мазута, пропана и электроэнергии на уровне домашних хозяйств.

На шаге 2 мы используем общедоступные данные для количественной оценки затрат на электроэнергию, ущерба здоровью и выбросов CO ₂ этих профилей потребления. Мы умножаем потребление электроэнергии на предельные выбросы CO ₂ , факторы предельного ущерба для здоровья и цены на электроэнергию на уровне штата. Мы умножаем объем сжигания топлива в домашних условиях на уровни выбросов CO ₂ , сезонные факторы ущерба здоровью и среднегодовые цены на топливо на уровне штата.Результаты показывают годовые затраты на электроэнергию, годовые выбросы CO ₂ и годовой ущерб здоровью, связанный с каждым из 22 000 энергетических профилей домашних хозяйств.

На шаге 3 мы вычисляем частную и государственную чистую приведенную стоимость (ЧПС), полученную в результате использования каждым домохозяйством теплового насоса. Для каждого смоделированного дома мы заменяем существующую систему отопления тепловым насосом с воздушным источником тепла. Модель EnergyPlus, лежащая в основе анализа ResStock, автоматически определяет размер теплового насоса. Мы выбираем рабочие характеристики теплового насоса (HSPF / SEER), как описано в разделе выше.Затем мы повторно моделируем энергетические профили дома и пересчитываем их затраты, ущерб здоровью и выбросы. Для каждого дома частная чистая приведенная стоимость внедрения теплового насоса равна экономии затрат на энергию за вычетом амортизированной стоимости установки теплового насоса. Для каждого дома общественная чистая приведенная стоимость внедрения теплового насоса равна базовому климатическому ущербу и ущербу для здоровья за вычетом ущерба, нанесенного климатическим условиям теплового насоса и ущерба здоровью.

На шаге 4 мы количественно оцениваем процент жилищного фонда, который выиграет от внедрения теплового насоса.С точки зрения строго частных затрат сюда входят все дома, для которых внедрение теплового насоса дает положительную частную чистую приведенную стоимость. С общественной точки зрения мы также включаем любой дом, положительная общедоступная NPV которого превышает отрицательную частную NPV, т. Е. где чистый положительный (частный + государственный) NPV может быть достигнут за счет стимулирования внедрения тепловых насосов с помощью субсидии.

На шаге 5 мы используем почасовые профили электроэнергии в домах, чтобы количественно оценить влияние внедрения теплового насоса на пиковый спрос на электроэнергию.Для каждого из 55 городов мы используем профили электроэнергии из шага 1 для расчета совокупного спроса на электроэнергию для 400 базовых домов. Затем мы выполняем тот же расчет с использованием обновленных профилей электроэнергии для всех домов, определенных на шаге 4 как пользователей тепловых насосов. Сравнивая совокупный базовый профиль потребления электроэнергии с совокупным профилем, который включает пользователей тепловых насосов, мы можем количественно оценить, как внедрение тепловых насосов меняет профиль электроэнергии в жилых домах для каждого города, в том числе то, как внедрение тепловых насосов меняет пиковую потребность в электроэнергии в жилых домах.

Следуя этим пяти шагам, мы объединяем проверенный инструмент моделирования энергопотребления жилых зданий, общедоступные данные о затратах, ущербе для здоровья и выбросах CO ₂ , а также экономические расчеты для определения домов на всей континентальной части США, где внедрение тепловых насосов снижает экономические затраты. стоимость и денежный ущерб окружающей среде. В разделах ниже представлены дополнительные сведения о различных компонентах этого метода.

2.1. Моделирование энергопотребления зданий

Мы моделируем энергопотребление 400 домов в каждом из 55 городов с помощью ResStock [20].ResStock — это база данных характеристик жилья. Он описывает эти характеристики жилья с помощью распределений вероятностей, которые зависят от местоположения дома, площади в квадратных футах, урожая и других характеристик. Такой подход позволяет ResStock вероятностно создать виртуальный фонд из сотен домов, распределение старинных домов, площадь в квадратных футах, изоляция чердаков, инфильтрация воздуха, эффективность HVAC, качество окон и другие характеристики точно отражают качество фактического жилищного фонда.

Затем мы загружаем эти модели домов ResStock в программу моделирования энергопотребления зданий EnergyPlus. EnergyPlus использует строительные характеристики дома и погодные данные для определения размера кондиционера / печи / теплового насоса в доме и расчета его почасового годового графика работы / профиля энергопотребления.

Другие академические исследования использовали аналогичные методы. Protopapadaki и др. [8] и Asaee и др. [12], например, используют вероятностные методы для создания большой выборки виртуальных домов для ввода в инструмент моделирования энергопотребления здания.Некоторые исследования также используют сам инструмент ResStock [1].

Чтобы снизить вычислительные затраты на моделирование такого большого количества домов, мы предприняли два шага, чтобы минимизировать количество домов, которое нам нужно было моделировать для каждого города. Мы основали наш анализ на результатах моделирования из NREL, где 80 000 домов моделируются в ResStock и сообщаются характеристики эффективности каждого дома и годовое потребление энергии для отопления, охлаждения и других конечных целей. Во-первых, мы уменьшили степени свободы модели.Мы использовали регрессионный анализ, чтобы определить характеристики, которые мало повлияли на годовые потребности в отоплении или охлаждении. Для этих характеристик — например. эффективность посудомоечной машины, эффективность стиральной машины — мы оценили все дома одинаково. Мы также удалили редкие характеристики — например, окна с тройным остеклением, которые встречаются в очень небольшом подмножестве домов.

Во-вторых, мы использовали эти обновленные характеристики для моделирования 1000 домов для Питтсбурга, Далласа и Сан-Франциско и сравнили годовые потребности этих домов в отоплении с 4500 домами, указанными в наборе данных NREL для каждого из этих городов.Произведя случайную выборку подмножеств этих 1000 смоделированных домов, мы оценили соответствие r-квадрата между кумулятивными функциями плотности годовой потребности в отоплении и охлаждении между симуляциями NREL и нашими симуляциями. См. Результаты этих сравнений в SI (доступны на сайте stacks.iop.org/ERL/16/084024/mmedia). Мы пришли к выводу, что, моделируя 400 домов, мы можем рассчитывать уловить 88–96% колебаний годовой потребности в отоплении, которые будут отражены в модели, в которой используется 4500 домов.Мы определили, что уменьшение количества симуляций, например, до 300, заметно снизит это соответствие, а увеличение количества симуляций, например, до 500, приведет к увеличению вычислительных затрат без значительного улучшения подгонки. Подробнее см. SI.

Чтобы количественно оценить энергетические последствия внедрения теплового насоса, мы смоделировали каждый из 22 000 домов как с их базовой технологией HVAC, так и с модификацией теплового насоса. Мы модернизируем каждый дом воздушным тепловым насосом 8,5 HSPF, 14,3 SEER в соответствии со стандартами Министерства энергетики [21].Энергоэффективность теплового насоса изменяется в зависимости от температуры окружающей среды, при этом более низкие температуры приводят к снижению эффективности теплового насоса. Инструмент EnergyPlus использует файлы погоды окружающей среды с хронологическими значениями нормальной температуры за каждый час. Когда тепловая нагрузка превышает мощность теплового насоса, что может происходить при низких температурах окружающей среды, когда производительность теплового насоса ниже, инструмент EnergyPlus предполагает, что тепловой насос работает как резистивный нагреватель (т. Е. С COP, равным 1).

2.2. Моделирование городов

Мы моделируем жилищный фонд 55 городов континентальной части США.Мы предположили, что климатические выбросы и выбросы из электросети будут важными индикаторами ценности внедрения тепловых насосов. Таким образом, мы выбрали города, представляющие различные климатические условия и регионы электросетей. Климатические регионы определены с использованием данных проекта Building America, проведенного Управлением США по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии [22]. Регионы электрических сетей определяются как субрегионы, используемые Североамериканской корпорацией по надежности электроснабжения (NERC) [23].

Чтобы выбрать города, мы начали с моделирования одного города для каждой комбинации климатического региона и региона электрической сети.Затем мы добавили дополнительные города, чтобы лучше представить (а) районы с большим населением и жилым фондом и (б) климатические / электрические регионы с большими географическими границами. Используя эти рекомендации, мы решили смоделировать жилищный фонд 55 городов, показанных на рисунке 1.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. 55 серых кружков представляют города, смоделированные в нашей модели. Города были выбраны так, чтобы представлять различные регионы электрических сетей, как определено в [23], и различные климатические регионы, как определено в [22], в пределах каждого региона электросетей.Черные линии и текст показывают границы каждого региона NERC, его название и средний климат + интенсивность ущерба здоровью (в долларах США / МВтч).

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Чтобы представить все 80 миллионов домов на одну семью в жилом секторе США, мы масштабируем моделированный жилищный фонд: мы масштабируем 400 смоделированных домов каждого города, чтобы представить общее количество домов в близлежащих регионах города, как определено данные из программы NREL ResStock.В больших густонаселенных регионах, таких как Сан-Франциско, Бостон и Лос-Анджелес, каждый смоделированный дом масштабируется до примерно 10 000 домов реального мира. В небольших и малонаселенных регионах, таких как Гудленд, Канзас, Карибу, Мэн и Мидленд, штат Техас, каждый смоделированный дом масштабируется до 500 домов. В среднем каждый смоделированный город представляет 1,45 миллиона домов, и каждый дом масштабируется до 3600 домов.

2.3. Ущерб для климата и здоровья

Мы рассчитываем выбросы и связанный с ними ущерб для климата и здоровья как от сжигания ископаемого топлива в каждом городе, так и от потребления электроэнергии в каждом регионе электрической сети.

Для каждого региона электрической сети мы используем коэффициенты предельных выбросов и ущерба здоровью, которые варьируются в зависимости от сезона и времени суток. Эти факторы собираются с использованием методов, разработанных Siler-Evans и др. [24], и сообщаются Центром Карнеги-Меллона по принятию решений в области климата и энергетики (CEDM) [25]. Для выбросов CO ₂ коэффициенты указываются в килограммах-CO ₂ / МВт-ч потребления электроэнергии. Чтобы монетизировать этот ущерб, наносимый климату, мы умножаем эти факторы на социальную стоимость углерода в размере 40 долларов за тонну CO2 ₂ .Что касается ущерба здоровью, выбросы SO ₂ , NO _x и PM _2,5 монетизируются с использованием методов, разработанных Heo и др. [26], и указываются в единицах потребления электроэнергии $ / МВтч. Умножив почасовое потребление электроэнергии каждым домом на сезонный / часовой климат в электросети и ущерб здоровью, мы можем рассчитать годовой ущерб от выбросов в электрическую сеть, вызванный каждым домом.

Чтобы учесть утечку парникового газа метана в инфраструктуру природного газа, мы оцениваем количество утечки метана на МВт-ч выработки электроэнергии в каждом регионе NERC и переводим в эквивалентные выбросы CO ₂ через потенциал глобального потепления (GWP) метана.Например, мы обнаружили, что в 2017 г. штаты, входящие в западный регион (WECC) электрической сети США, потребляли 1,45 млн. Кубических футов природного газа в электроэнергетическом секторе [27]. Мы предполагаем, что на каждый миллион кубических футов израсходованного природного газа в атмосферу попадает 0,023 миллиона кубических футов метана [28]. Умножив эту скорость утечки на 1,45 млн. Кубических футов потребленного природного газа, преобразовав в тонны и умножив на GWP, равный 28 [29], мы оценим, что энергетический сектор WECC 2017 года способствовал утечке метана в размере 18.6 Mt CO ₂ -эквивалент. Разделив эти 18,6 Мт на 724 ТВтч электроэнергии, произведенной в штатах WECC [27], мы вычислим коэффициент скорости утечки метана 25,7 кг МВтч ^-1 . Таким же образом мы рассчитываем коэффициенты утечки метана для других регионов НКРЭ. Мы используем значение GWP за 100 лет для метана, равное 28. Хотя были предложения использовать значения GWP за 20 лет, недавние исследования показывают, что преимущества этой альтернативы через 20 лет переоценены [30].

В этом исследовании мы называем различные регионы электрических сетей с низким, средним или высоким уровнем выбросов по сравнению с другими субрегионами электросети США. Мы основываем эти различия, вычисляя средний ущерб. Как описано выше, мы рассчитываем ущерб, предполагая, что SCC составляет 40 долларов США за тонну CO ₂ [17], а для PM _2,5 , NO _X и SO ₂ , используя методы, разработанные Siler-Evans и др., [24] и сообщается CEDM [25] в каждом регионе и классифицирует их следующим образом: <35 $ / МВтч = низкий; 35–50 $ / МВтч = средний; > 50 $ / МВтч = высокая.Для получения более подробной информации см. Рисунок 1.

Поскольку срок службы теплового насоса составляет 15 лет [31, 32], мы предполагаем, что выбросы во всех электрических сетях США уменьшатся в течение срока службы теплового насоса. Чтобы зафиксировать этот эффект, мы используем прогнозы выбросов из электрических сетей из Национальной оценки электрификации EPRI [16]. Мы используем «прогрессивный» сценарий этого исследования (баланс между «консервативным» и «трансформирующим» сценариями исследования), чтобы предположить, что с 2017 по 2032 год (а) энергия угля снизится на 75% с 1200 ТВтч до 300 ТВтч и (b ) Интенсивность выбросов CO ₂ снизится на 45% с 850 фунтов МВтч ^-1 до 450 фунтов МВтч ^-1 .Мы предполагаем, что большая часть вреда здоровью от угольной энергетики [33]. Таким образом, мы предполагаем, что для каждого региона сети ущерб здоровью снизится на 75%, а выбросы CO ₂ — на 45% к 2032 году. Мы предполагаем линейный тренд.

Для сжигания топлива для отопления мы рассчитываем выбросы CO ₂ , SO ₂ , NO _x и PM _2,5 , генерируемые различными технологиями отопления, и монетизируем эти выбросы с использованием коэффициентов ущерба для конкретного города. Мы используем данные Агентства по охране окружающей среды [34] для количественной оценки выбросов CO ₂ для каждого вида топлива для отопления.Для количественной оценки выбросов NO _x и PM _2,5 для каждого вида топлива мы используем данные Брукхейвенской национальной лаборатории [35]. Мы применяем стехиометрические расчеты, предполагая, что в выхлопных газах содержится 3% O ₂ , чтобы вычислить килограмм выбросов на 1 миллиметр БТЕ топлива для газовых и мазутных обогревателей с различными показателями энергоэффективности. Установив линию тренда для этих данных, мы разработали линейную модель выбросов NO _x и PM _2,5 в зависимости от используемого топлива для обогрева печи и эффективности использования энергии.Мы предполагаем, что пропан и природный газ имеют схожие характеристики выбросов. Эти расчеты аналогичны методу оценки выбросов NO _x и PM _2,5 , используемому Вайшнавом и др. [2]. Для выбросов SO ₂ мы используем данные из [36] и предполагаем, что содержание серы в мазуте составляет 0,0015% [37]. Используя эти расчеты, мы разработали серию моделей для расчета кг / ммBtu CO ₂ , SO ₂ , NO _x и PM _2.5 выбросов, генерируемых каждой из различных существующих технологий отопления, имеющихся в домах ResStock.

Чтобы учесть утечку парникового газа метана в инфраструктуру природного газа, мы оцениваем количество утечки метана в расчете на один терм природного газа, потребляемого для отопления, и преобразуем его в эквивалентные выбросы CO ₂ через ПГП метана. Мы предполагаем, что на каждый терм природного газа, израсходованный на отопление, в атмосферу уходит 0,023 терма метана [28].Используя плотность энергии природного газа, мы переводим термины в килограммы и умножаем на 28 — ПГП метана [29], чтобы рассчитать коэффициент 1,27 кг CO ₂ -эквивалента на терм израсходованного природного газа.

Чтобы монетизировать ущерб здоровью SO ₂ , NO _x и PM _2.5 , мы используем модель ущерба здоровью EASIUR. EASIUR — это модель пониженной сложности, которая использует регрессионный анализ для аппроксимации результатов более сложной модели химического переноса CAMx.Используя онлайн-инструмент EAISUR, мы вводим географические координаты каждого города, чтобы получить денежный ущерб здоровью для каждого из трех загрязнителей, представленных в единицах $ / кг. Эти данные представлены в 24-часовых профилях за три сезона. Спроецируя эти профили ущерба на сезонное, почасовое потребление энергии каждого из этих видов топлива для каждого дома ResStock, мы оцениваем стоимость ущерба здоровью, вызванного сгоранием топлива. Обратите внимание, что ущерб может значительно варьироваться в зависимости от города, и что в регионах с меньшим населением и погодными условиями, которые быстро рассеивают и разбавляют концентрации загрязняющих веществ, ущерб здоровью от этих выбросов, как правило, будет ниже, потому что меньше людей будет подвергаться воздействию загрязняющих веществ по сравнению с густонаселенный город с разными погодными условиями.Чтобы монетизировать выбросы CO ₂ , мы предполагаем, что социальные издержки углерода составляют 40 долларов за тонну CO ₂ .

В ходе анализа чувствительности данного исследования мы скорректируем факторы, наносящие ущерб здоровью и климату для электросети, а также социальную стоимость углерода, чтобы увидеть, как они влияют на общественную чистую приведенную стоимость внедрения тепловых насосов. Что касается электросети, мы предполагаем, что ущерб, нанесенный климату и здоровью, уменьшается с одинаковой скоростью. Если, например, выбросы CO ₂ в электросети снизятся на 50% от базового уровня, мы предполагаем, что ущерб здоровью электросетей также снизится на 50%.Таким образом, например, за счет уменьшения выбросов из электрических сетей и увеличения социальных затрат на углерод, общественная чистая приведенная стоимость внедрения тепловых насосов будет иметь тенденцию к увеличению. Затем для любых домов, где положительная государственная ЧПС перевешивает отрицательную частную ЧПС, мы предполагаем, что дом будет использовать тепловой насос при получении субсидии, чтобы свести частную ЧПС к нулю.

2.4. Экономика

Мы используем показатель NPV для количественной оценки общего положительного или отрицательного изменения стоимости энергии, ущерба для климата, ущерба здоровью и капитальных затрат.Мы рассчитываем чистую приведенную стоимость внедрения теплового насоса как с частной, так и с общественной точки зрения, как показано в уравнениях (1) и (2).

, где C _{энергия} — годовая стоимость электроэнергии, газа, мазута или пропана в доме, C _{здоровье} — ежегодный ущерб здоровью, вызванный критериями загрязнителей воздуха, связанными с потреблением энергии в доме, C _климат — это ежегодный ущерб климату, вызванный выбросами CO ₂ , связанными с потреблением энергии в доме, а K _{тепловой насос} — чистые капитальные затраты на замену существующего обогревателя дома на тепловой насос.Кроме того, i равно процентной ставке, а n равно количеству лет, по которым рассчитывается NPV. Мы используем i = 7% и n = 15 лет, чтобы представить срок службы теплового насоса и процентную ставку, которую можно было бы получить, вложив этот капитал в другое место. В других исследованиях тепловых насосов используется тот же расчет NPV с аналогичными процентными ставками и сроками службы [2, 10].

Затраты на энергию рассчитываются путем умножения годового потребления природного газа, мазута, пропана или электроэнергии каждым домом на цену энергии.Цены на энергию представляют собой среднегодовые розничные значения, опубликованные Управлением энергетической информации США [38], и различны для каждого вида топлива и для каждого штата США. Мы предполагаем, что эти базовые цены на топливо сохранятся на протяжении всего периода исследования, хотя цены, которые видят потребители, могут вырасти в зависимости от цен на углерод, предполагаемых в некоторых сценариях. Наше предположение об исторических годовых и средних ценах по штату является ограничением анализа. Однако, учитывая потенциально огромную неопределенность будущих цен на энергоносители [39], это упрощающее допущение упрощает определение влияния жилищного фонда, структуры производства электроэнергии, налоговой политики и технологических усовершенствований.Ущерб здоровью и климатическим условиям рассчитывается по методике, описанной в разделе 2.3.

Чистые капитальные затраты теплового насоса, К _{тепловой насос} , рассчитываются, как показано в уравнении (3).

, где C _{тепловой насос} — стоимость покупки и установки теплового насоса, C _{воздуховод,} — стоимость установки воздуховода, C _замена — стоимость замены существующего нагревателя на аналогичный технология.Таким образом, чистая стоимость теплового насоса K _heatpump представляет собой дополнительную стоимость замены существующего нагревателя дома на тепловой насос вместо его замены аналогичной технологией. То есть мы предполагаем, что домовладельцы, скорее всего, купят тепловой насос, когда срок их службы приближается к концу и его необходимо будет заменить на новый аналогичный обогреватель или на новую систему теплового насоса.

Капитальные затраты на тепловой насос и затраты на замену существующего нагревателя взяты из Национальной базы данных мер по повышению эффективности жилищного строительства [40].Данные о стоимости воздуховодов взяты из компиляции обзоров затрат, предоставленных [41]. Мы предполагаем, что каждая из этих затрат варьируется в зависимости от характеристик существующего дома.

Мы рассчитываем стоимость установки теплового насоса с использованием коэффициента 143,30 $ / кВт мощности во всех случаях плюс фиксированная стоимость, которая варьируется от 3300 до 4800 долларов. Для домов с существующими централизованными системами кондиционирования воздуха мы предполагаем фиксированную стоимость 3300 долларов США, которая представляет собой среднее значение, указанное для замены существующей системы теплового насоса новой системой теплового насоса.Для домов с существующими печами и плинтусами, но без централизованной системы кондиционирования, мы предполагаем фиксированную стоимость в размере 3700 долларов США, что является средним значением, указанным для установки системы теплового насоса с нуля. Для домов с существующими котлами мы учитываем дополнительные трудозатраты по демонтажу гидравлического радиаторного оборудования и предполагаем фиксированную стоимость в размере 4800 долларов, что является самым высоким показателем для установки системы теплового насоса с нуля.

Мы рассчитываем стоимость воздуховодов как 0 долларов для домов, в которых уже есть центральные системы воздуховодов.В противном случае мы используем фиксированную стоимость, которая зависит от площади дома. Модель ResStock имеет четыре отдельных ящика для площади дома. Мы используем стоимость 1500 долларов США для домов площадью менее 1500 квадратных футов, 3000 долларов США для домов площадью от 1500 до 2500 квадратных футов, 4500 долларов США для домов площадью от 2500 до 3500 квадратных футов и 6000 долларов США для домов с площадью больше чем 3500 квадратных футов.

Мы рассчитываем стоимость замены существующего нагревателя на аналогичную технологию, используя линейное уравнение: C _замена = a + bx , где x — мощность существующего нагревателя в кВт.Уравнение зависит от базового топлива [40]. Для газовых обогревателей используем 2500 + 13,3 x . Для подогревателей жидкого топлива мы используем 4100 + 13,3 x . Для пропановых обогревателей используем 3800 + 13,3 x . А для резистивных электронагревателей мы используем 1600 + 170,6 x .

2,5. Расчет пиковой нагрузки

Мы рассчитываем изменение пиковой нагрузки как функцию скорости внедрения теплового насоса для каждого города, используя четыре шага. Во-первых, мы рассчитываем частную чистую приведенную стоимость для каждого дома, когда в нем установлен тепловой насос.Во-вторых, мы сортируем дома в порядке увеличения частного NPV. В-третьих, мы объединяем профили потребления электроэнергии в домах, чтобы соответствовать интересующей нас процентной ставке по внедрению тепловых насосов. Например, в выборке из 400 домов потребность в электроэнергии для 30% -го коэффициента внедрения теплового насоса будет равна потребности в электроэнергии 120 домов с самой высокой частной ЧПС, установившей тепловой насос, плюс потребность в электроэнергии других 280 домов, сохраняющих их базовая технология отопления. В-четвертых, мы вычисляем 99-й процентиль итогового агрегированного профиля электроэнергии.Мы выбрали 99-й процентиль, чтобы обеспечить некоторую свободу действий, учитывая, что многие трансформаторы и другая электроника распределительных сетей могут превышать свою номинальную мощность на небольшое количество часов в год.

Путем сравнения пикового спроса на электроэнергию до внедрения теплового насоса с пиковым спросом на электроэнергию после внедрения теплового насоса, мы можем рассчитать процентное изменение пикового спроса для различных уровней внедрения тепловых насосов.

Наш анализ пикового спроса предполагает, что дополнительное тепло обеспечивается резистивным нагревом (т.е.е. тепловой насос, работающий с COP 1). Ясно, что пиковый спрос может быть уменьшен (а частная экономика тепловых насосов может быть улучшена), если дополнительное тепло будет обеспечиваться за счет природного газа [3]. Однако использование природного газа в качестве резервного тепла противоречит цели декарбонизации за счет электрификации. На практике Уэйт и Моди [3] пришли к выводу, что при использовании тепловых насосов с двумя источниками энергии только 1% и 2% тепловой энергии может потребоваться за счет природного газа. Однако неясно, будет ли газораспределительная сеть экономически жизнеспособной при такой низкой загрузке.

Хотя существуют некоторые данные, помогающие количественно оценить стоимость, например. в долл. США / кВт — чтобы укрепить сеть для удовлетворения пикового спроса, мы решили избежать монетизации увеличения пикового спроса. Есть много распределительных и электрических сетей, у которых есть избыточные мощности по передаче и распределению. В этих городах повышенный спрос на электроэнергию может быть выгодным, поскольку он увеличивает коэффициент использования существующей инфраструктуры передачи и распределения, а более высокие пиковые потребности могут быть легко удовлетворены за счет дополнительной пропускной способности линии.Вместо того, чтобы пытаться количественно оценить резервную мощность передающих и распределительных сетей каждого города, мы сообщаем только об изменениях пикового спроса и оставляем оценку и монетизацию этой информации экспертам, работающим в конкретной ситуации в каждом городе.

3.1. Частные экономические выгоды поддерживают утроение внедрения тепловых насосов в США с 11% до 32% односемейных домов

Мы обнаружили, что 16,7 млн ​​домов — или 21% жилого фонда односемейных домов в США — могли бы сегодня получить экономическую выгоду от замены их существующий обогреватель с тепловым насосом.Добавьте к этому 8,7 миллиона домов, в которых уже есть тепловые насосы, и общий показатель внедрения тепловых насосов в США может вырасти до 32% только за счет частных экономических выгод.

Частная экономическая выгода для этих 16,7 миллионов домов составляет 7,1 миллиарда долларов в год, как показано на рисунке 2. Эта частная выгода включает 12,0 миллиардов долларов ежегодной экономии энергии за вычетом амортизированных затрат на модернизацию технологии теплового насоса. Общественная выгода от внедрения этого теплового насоса составляет 0,6 миллиарда долларов в виде предотвращения ущерба здоровью и 1 доллар.7 миллиардов предотвращенных климатических повреждений ежегодно. Годовые выбросы CO ₂ в жилых помещениях снизились на 8,3% с 506 млн тонн до 464 млн тонн.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 2. Уровень использования существующих тепловых насосов составляет 11% существующих домов на одну семью в США. Частный NPV, рассчитанный исходя из годовых и средних цен на электроэнергию и газ по штату, применения тепловых насосов положителен еще для 21% домов в США.Польза для здоровья от внедрения теплового насоса значительно различается. Климатические выгоды в основном увеличиваются с внедрением тепловых насосов: только в 1,7 миллиона домов (2,1% жилого фонда США) внедрение тепловых насосов увеличивает выбросы CO ₂ . Тем не менее, затраты на борьбу с загрязнением воздуха могут быть высокими: хотя 22,4 миллиона домов (28% жилищного фонда США) имеют затраты на борьбу с загрязнением от 0 до 200 долларов за тонну СО ₂ , есть 5,1 миллиона домов (6% жилищного фонда США) с затраты на борьбу с выбросами превышают 1000 долларов за тонну СО ₂ .Эти оценки основаны на исторических данных о работе сети и предположениях о том, что в течение 15 лет эксплуатации теплового насоса выбросы CO ₂ в электросети уменьшаются на 45%, а ущерб здоровью — на 75%. Частные и социальные издержки снизятся, если сеть станет чище быстрее, чем предполагалось в нашем анализе, или если в будущем будут установлены тепловые насосы.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Мягкий климат (смешанный и прибрежный) имеет наибольший потенциал для внедрения тепловых насосов, как показано на рисунке 3.В этом климате зимние температуры достаточно мягкие, чтобы поддерживать эффективную работу теплового насоса, а лето достаточно жаркое, чтобы получить значительные выгоды от высокоэффективного кондиционирования воздуха теплового насоса. С другой стороны, дома в холодном климате получают наименьшие выгоды от внедрения тепловых насосов.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. Внедрение тепловых насосов, потенциал субсидий и общественный ущерб зависят от региона электросети и температуры климата.На рисунке 1 изображена карта, показывающая различные регионы электросетей и климатические регионы.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

3.2. Полное внедрение теплового насоса снижает CO

₂ на 160 Мт при чистых ежегодных затратах в 25,2 миллиарда долларов

Поскольку проникновение теплового насоса превышает 60%, совокупный климатический ущерб продолжает снижаться, в то время как совокупные частные расходы и ущерб здоровью стремительно растут. Если бы во всех частных домах были установлены тепловые насосы, это снизило бы выбросы CO ₂ в жилых домах до 346 млн тонн — сокращение на 160 млн тонн или 32%, что составляет 6 долларов.4 миллиарда ежегодных климатических выгод. Хотя это благоприятное воздействие на климат является значительным, оно обходится дорого: ущерб здоровью составляет 4,9 миллиарда долларов, а частные экономические издержки — 26,7 миллиарда долларов. Используя эти цифры, совокупная годовая стоимость 100% внедрения тепловых насосов в континентальной части США составляет минус 25,2 миллиарда долларов, не считая затрат на создание инфраструктуры распределения электроэнергии для удовлетворения повышенного пикового спроса на электроэнергию.

Кроме того, внедрение теплового насоса увеличивает выбросы CO ₂ на 2 человека.1% домов в США и затраты на борьбу с выбросами превышают 1000 долларов за тонну CO ₂ для 6% домов в США. Исходя из этих цифр, может быть трудно оправдать очень высокие темпы внедрения тепловых насосов.

3.3. Частные и общественные результаты обычно совпадают

Учитывая текущую электросеть, технологии и цены на энергию, всякий раз, когда дом в США заменяет свой существующий обогреватель тепловым насосом из-за частных экономических выгод, внедрение теплового насоса обычно приносит пользу общественному здравоохранению и климату. также.См. Синие незатененные части рисунка 3.

Во многих случаях внедрение теплового насоса приводит к общественному ущербу, т. Е. где общественная чистая приведенная стоимость внедрения теплового насоса отрицательна. Но в большинстве случаев это относится к домам, которые не любят тепловые насосы, т. Е. дома, в которых ЧПС частного использования теплового насоса отрицательна, и внедрение теплового насоса предположительно маловероятно. См. Красные заштрихованные части рисунка 3.

Однако бывают случаи, когда внедрение теплового насоса создает частную экономическую выгоду, но наносит ущерб обществу.См. Синие заштрихованные части рисунков 3 и 4. Это несоответствие частных и общественных результатов происходит почти исключительно для домов, которые в настоящее время отапливаются пропаном. Эффект сосредоточен в областях электрической сети с более высоким уровнем излучения и в более холодных частях областей сети со средним уровнем излучения. Пропан относительно чистый, но дорогой. Обычно замена пропанового обогревателя тепловым насосом имеет экономический смысл. Но в более холодном климате, где тепловые насосы будут работать с меньшей эффективностью, а в электрических сетях с более высокими выбросами, переключение с пропана на тепловой насос часто увеличивает ущерб от выбросов.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 4. Внедрение тепловых насосов, потенциал субсидий и общественный ущерб зависят от базового топлива для отопления, региона электросети, температуры климата и характеристик жилья. Выводы основаны на текущем жилищном фонде, а повреждения электросети основаны на исторической сети и предположении, что эти убытки уменьшаются, как описано в разделе 2.3.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

3.4. Оптимальная по Парето политика может расширить внедрение тепловых насосов с 32% до 37% домов.

Есть много домов, в которых внедрение тепловых насосов принесет пользу обществу, но внедрение тепловых насосов маловероятно, поскольку частная чистая приведенная стоимость отрицательна. Политика может стимулировать эти дома к установке тепловых насосов. Политика может, например, (а) определять дома, в которых общественная выгода от внедрения теплового насоса превышает частные убытки, и (б) субсидировать капитальные затраты на тепловой насос, чтобы свести частные убытки к нулю.Мы классифицируем подмножество домов, в которых возможна эта политика, как «потенциальные субсидии», как показано на рисунках 3 и 4.

Эта категория потенциальных субсидий охватывает почти каждый город в данном исследовании и включает дополнительные 3,8 миллиона домов. Такая политика будет стоить 2,6 миллиарда долларов — годовая амортизированная стоимость — 280 миллионов долларов — и увеличит выгоды для здоровья и климата на 190 и 405 миллионов долларов соответственно.

Как показано на рисунке 2 и подтверждено Дэвисом [11], многие дома в США могут получить стимул для внедрения теплового насоса с помощью небольшой субсидии.Однако мы показываем, что только небольшой процент этих тепловых насосов будет давать выгоды от выбросов, превышающие их стоимость субсидий.

3.5. Темпы внедрения тепловых насосов зависят от региона электросети, климата, характеристик жилья и базового топлива для отопления.

Возможно, наиболее важным показателем того, приносит ли пользу использование теплового насоса в доме, является текущее топливо для отопления. Переключение отопления дома с природного газа на тепловые насосы редко приносит пользу, особенно в холодном климате, где почти нет домов, где такое переключение имеет смысл.Если есть возможность выгодной замены нагревателей природного газа тепловыми насосами, то это будет в домах средней эффективности (1970–1989 гг.) В жарком или мягком климате.

Замена домов, в которых используются электрические резистивные нагреватели, на тепловые насосы почти всегда дает явную пользу. Замена электрического резистивного нагревателя тепловым насосом становится более привлекательной в больших (> 1500 SF), менее эффективных (<1990 г.) домах в более холодном климате и регионах с более высокими выбросами в электросетях.

Дома, отапливаемые мазутом, почти всегда приносят пользу обществу от внедрения тепловых насосов. Но это обычно приводит к частным экономическим потерям домовладельца. Почти 65% домов, отапливаемых мазутом, находятся в холодном климате, где уровень использования тепловых насосов выше 20% маловероятен, если домовладельцы будут выбирать свой режим отопления исключительно по стоимости. Наибольшие возможности для замены нагревателей жидкого топлива тепловыми насосами связаны с небольшими (<1500 SF) домами с меньшей эффективностью (<1990 г.).

Замена пропанового обогревателя тепловым насосом, как обсуждалось ранее, часто экономична для домовладельца, но ухудшает качество воздуха. Это особенно верно в электрических сетях с высоким уровнем выбросов, т. Е. MRO и RFC — где расположено почти 50% домов, отапливаемых пропаном.

3.6. Ущерб здоровью подрывает климатические преимущества в 28% возможных модификаций тепловых насосов

Внедрение тепловых насосов в США почти всегда снижает выбросы CO ₂ : только 1,7 миллиона (2,1%) домов в США внедрение тепловых насосов приводит к увеличению выбросов CO ₂ выбросов.См. Рисунки 2 и 5. Таким образом, рассматривая тепловые насосы исключительно как средство обезуглероживания, имеет смысл стремиться к очень высокому уровню внедрения.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 5. Изменение климата и ущерб здоровью, причиненный каждым домом, использующим тепловой насос. Каждая точка представляет собой один смоделированный дом. В большинстве случаев использование теплового насоса снижает ущерб, наносимый климату, но увеличивает ущерб здоровью.Четкие линейные полосы точек в верхнем правом квадранте показывают модернизацию электрических резистивных нагревателей для отдельной электрической сети. Отношение ущерба здоровью к ущербу, наносимому парниковыми газами, довольно постоянно для конкретной электросети. Расстояние, которое проходит конкретная точка по этой линейной полосе, зависит от того, сколько электроэнергии экономится при переключении с электрического резистивного нагревателя на тепловой насос.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Однако то же отношение не действует в отношении ущерба здоровью.Внедрение тепловых насосов часто увеличивает ущерб для здоровья, вызванный такими загрязнителями воздуха, как SO ₂ , NO _x и PM _2,5 . По сравнению с электростанциями, бытовые печи и котлы работают при более низких температурах горения и более строгих нормах качества воздуха. То есть электростанции производят значительно больше вредных веществ, загрязняющих воздух, чем бытовые обогреватели. Хотя внедрение теплового насоса переносит загрязнение географически из городских домохозяйств в сельские районы, где, как правило, расположены электростанции и меньше людей может подвергаться загрязнению, чистый рост загрязняющих веществ и способность этих загрязняющих веществ часто перемещаться на многие сотни миль приводит к увеличению вреда для здоровья в целом.Как показано на рисунке 5, такая ситуация — когда внедрение тепловых насосов увеличивает общий ущерб здоровью — имеет место для 47,5 миллионов домов в США, или 67% жилищного фонда без тепловых насосов. Michalek и др. [42] и Holland и др. [43] наблюдают аналогичный сдвиг в повреждениях, когда легковые автомобили электрифицированы.

Для 26,1 миллиона таких домов климатические выгоды от внедрения теплового насоса превышают ущерб для здоровья. Это дает положительную чистую общественную ценность. Таким образом, вред для здоровья от внедрения теплового насоса часто перевешивается благоприятным климатом.

Однако есть много других домов, для которых верно обратное: климатические выгоды от внедрения тепловых насосов затмеваются вредом для здоровья. Из 69,6 миллионов домов, в которых использование тепловых насосов приносит пользу климату, 19,7 миллиона причиняют вред здоровью, превышающий их климатические преимущества. Это дает отрицательную чистую общественную ценность.

Общественные выгоды от внедрения тепловых насосов могут быть улучшены за счет снижения выбросов в энергетическом секторе определенных загрязнителей воздуха.Этого можно достичь, например, за счет более строгого регулирования загрязняющих веществ на электростанциях, например. посредством обессеривания, каталитического восстановления, электростатических пылеуловителей и поэтапного отказа от угля [44].

3.7. Потребности в укреплении сети невелики, за исключением высоких темпов внедрения тепловых насосов в холодном климате.

Помимо увеличения ущерба здоровью, еще одной потенциальной проблемой для очень высоких темпов внедрения тепловых насосов является стоимость укрепления электрической сети для надежного удовлетворения более высокого пикового спроса на электроэнергию [ 8].На рисунке 6 показано, как уровень внедрения тепловых насосов влияет на пиковый спрос на электроэнергию в каждом городе. Многие города видят удовлетворяемые потребности в укреплении энергосистемы. При 100% внедрении тепловых насосов мы обнаруживаем, что в 24 из исследованных городов, представляющих 41% жилищного фонда США, пиковый спрос на жилье увеличивается на 50% или меньше. Более того, в городах с жарким климатом — где потребность в охлаждении приводит к пиковому потреблению электроэнергии, а новый тепловой насос может обеспечить повышение эффективности охлаждения по сравнению с существующим в доме кондиционером — может даже увидеть, что внедрение теплового насоса приведет к снижению пикового спроса на электроэнергию в жилищах.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 6. В жарком климате тепловой насос часто заменяет менее эффективный существующий кондиционер, что снижает общую пиковую потребность в жилом помещении. В холодном климате тепловой насос часто заменяет топку или котел, работающие на ископаемом топливе, что увеличивает общий пиковый спрос населения. Определения «сторонников тепловых насосов» и «потенциала субсидий» см. На рисунке 3.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Тем не менее, при 100% внедрении тепловых насосов мы обнаруживаем, что в 24 из исследованных городов, представляющих 44% жилого фонда США, пиковый спрос на электроэнергию в жилищном секторе увеличивается более чем на 100%. Эти города, как правило, находятся в более холодном климате, где тепловой насос должен регулярно работать при очень низких температурах, что снижает производительность теплового насоса.

Однако при более низких темпах внедрения тепловых насосов в большинстве городов будут заметны лишь небольшие изменения в пиковом спросе на электроэнергию в жилых домах.При показателях внедрения тепловых насосов, показанных для категорий «пользователи тепловых насосов» и «потенциальные субсидии» на рисунке 3, мы обнаруживаем, что пиковый спрос в жилищном секторе в некоторых случаях увеличивается на 40%, а в большинстве городов — менее чем на 20%. Многие распределительные сети могут иметь избыточную мощность, чтобы справиться с этим увеличением без необходимости каких-либо обновлений.

3.8. Анализ чувствительности

Наши результаты основаны на предположениях, изложенных выше и подробно описанных в разделе 2: сеть становится значительно чище в течение срока службы теплового насоса, установленного сегодня.Результаты этого анализа могут измениться, если эти допущения изменятся. В следующем разделе мы обсудим чувствительность темпов внедрения тепловых насосов к выбросам из электросети и социальным затратам на углерод, а также к стоимости и эффективности технологии тепловых насосов.

3.9. Более высокая социальная стоимость углерода должна сопровождать более чистые электрические сети.

Мы моделируем последствия внедрения тепловых насосов за 15 лет и предполагаем, что выбросы из электрических сетей — как CO ₂ , так и загрязняющие вещества — уменьшатся с течением времени.Тем не менее, выбросы в электросети могут падать быстрее или медленнее, чем мы предполагаем. Социальная стоимость углерода — цена или экономические внешние эффекты, представляющие денежный ущерб, причиненный выбросами углерода, — также может возрасти в будущем.

Каждое из этих изменений повлияет на общественную чистую приведенную стоимость внедрения теплового насоса. Более чистые электрические сети и более высокие социальные затраты на углерод обычно будут стимулировать декарбонизацию, которую обеспечивают тепловые насосы. Рисунок 7 иллюстрирует этот эффект.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 7. Снижение выбросов из электрических сетей не может стимулировать высокие темпы внедрения тепловых насосов, если только социальные издержки углерода не увеличиваются в первую очередь. Уровень внедрения тепловых насосов включает в себя 11% существующих домов с существующими тепловыми насосами, 21% домов, в которых тепловые насосы используются только в личных целях, и дома, в которых субсидирование внедрения тепловых насосов обеспечит чистую общественную выгоду. Обратите внимание, что крайняя левая часть оси x — где средние выбросы в электросети за 15 лет приближаются к нулю — маловероятна, если вообще возможна.Полная ось x исследуется для иллюстрации.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Исходя из наших текущих допущений о социальных затратах на выбросы углерода в 40 долларов за тонну, более чистая электрическая сеть с меньшим количеством CO ₂ и критерии выбросов загрязняющих веществ не стимулируют более широкое внедрение тепловых насосов. Для многих домов внедрение теплового насоса означает небольшое сокращение выбросов CO ₂ , значительный ущерб здоровью и / или большие частные экономические затраты.Все эти проблемы противоречат аргументам в пользу тепловых насосов как средства рентабельной глубокой декарбонизации.

Для преодоления этих проблем требуется нечто большее, чем очистка электросети — это требует, чтобы общество придавало большее значение ущербу, причиненному выбросами CO ₂ , т.е. более высокая социальная стоимость углерода. Однако, если и то, и другое произойдет одновременно, умеренное увеличение стоимости углерода и сокращение выбросов из энергосистемы могут усилить аргумент в пользу значительного внедрения тепловых насосов.Например, если выбросы в сеть упадут на 35% ниже наших предположений, а социальные издержки на выброс углерода достигнут 300 долларов за тонну CO2 ₂ , то чистая выгода для общества может быть достигнута за счет внедрения тепловых насосов на уровне 75%.

3.10. Более низкие затраты на тепловой насос должны сопровождаться более высокой эффективностью теплового насоса

Приведенный выше анализ описывает эффекты замены базовой технологии отопления дома тепловым насосом 8,5 HSPF, 14,3 SEER. Эта замена обходится домам в среднем в 6600 долларов по сравнению со стоимостью замены существующего обогревателя на ту же технологию.Но стоимость и эффективность тепловых насосов могут меняться в зависимости от проекта, стимулов или технологических исследований и разработок.

Изменения в стоимости и эффективности тепловых насосов повлияют как на частную, так и на государственную чистую приведенную стоимость внедрения тепловых насосов. Более дешевые тепловые насосы увеличивают чистую приведенную стоимость использования тепловых насосов в обществе и сокращают экономию энергии, необходимую для того, чтобы сделать их привлекательным вариантом. Более эффективные тепловые насосы имеют более низкие затраты на электроэнергию. Рисунок 8 иллюстрирует эти эффекты.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 8. Снижение затрат улучшает влияние эффективности теплового насоса на скорость внедрения. Уровень внедрения тепловых насосов включает 11% домов с существующими тепловыми насосами и домов, в которых внедрение теплового насоса дало бы положительную частную чистую приведенную стоимость.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Мы показываем, что более высокая эффективность теплового насоса действительно улучшает показатели внедрения тепловых насосов, но с уменьшением отдачи. Эта убывающая отдача особенно заметна при более высоких затратах на установку.Например, при базовой стоимости повышение эффективности теплового насоса мало повлияет на общие показатели внедрения.

Если затраты снизятся — например. из-за технологических достижений, мягкого снижения затрат или субсидий — тогда убывающая отдача от более эффективных единиц будет менее заметной. Например, политика, направленная на возмещение некоторых дополнительных затрат на тепловые насосы с более высоким КПД, может быть эффективным способом одновременного снижения затрат и повышения эффективности.

В нашей статье представлена ​​более подробная картина преимуществ и затрат на внедрение тепловых насосов, чем в предыдущих исследованиях.В то время как прошлые исследования выявили целые регионы, где тепловые насосы приносят общественные или частные выгоды или убытки [2], мы обнаружили, что в большинстве климатов и для большинства типов домов проникновение тепловых насосов ниже, чем это социально оптимально (т. Е. Государственное + частное, ЧПС> 0). В соответствии с предыдущими исследованиями экологического воздействия отопления [2] и электрификации транспортных средств [42], мы обнаружили, что электрификация часто сокращает выбросы парниковых газов. Однако преимущества этих сокращений могут быть сведены на нет увеличением ущерба, наносимого загрязнителями, которые вносят более непосредственный вклад в краткосрочную смертность.Предыдущие исследования показывают, что полная электрификация резко увеличит спрос на энергосистему, и предполагают, что решением может быть продолжение использования природного газа для обеспечения небольшого количества тепла [3]. Мы показываем, что, хотя пиковый спрос на электроэнергию вряд ли резко возрастет, если тепловые насосы будут использоваться только теми, кто этим экономит деньги, более высокие уровни проникновения резко увеличивают пиковую потребность в электроэнергии. Это потребует творческой адаптации электроэнергетической системы, включая распределенную генерацию и реагирование на спрос (см., Например, [45]).

Хотя наш метод моделирования дает общую картину государственных и частных затрат и выгод от внедрения тепловых насосов, он имеет два основных недостатка, которые можно было бы исправить в будущем.

Мы изучаем энергоэффективность элементарным способом. Модель ResStock предоставляет множество характеристик, по которым можно оценить энергоэффективность различных смоделированных домов, например. инфильтрация воздуха, оконный тип, утепление чердака. Тщательное исследование этих характеристик и их влияния на внедрение тепловых насосов выходит за рамки настоящего исследования.Вместо этого мы используем год постройки дома, т. Е. винтаж — как показатель энергоэффективности. Это предположение согласуется с тем, как разработан ResStock, потому что вероятность того, что случайно сгенерированный дом будет иметь качественную утепление, окна, изоляцию чердака и другие качества, увеличивается, если его винтаж моложе. Винтаж — это также показатель, который политики могут легко использовать при разработке политики. Однако политическая инициатива по поощрению внедрения тепловых насосов вполне может сопровождаться стремлением улучшить качество жилищного фонда.Действительно, дома будущего могут быть спроектированы с учетом электрификации и эффективности, и это может изменить баланс выгод и затрат на тепловые насосы. В будущей работе следует оценить совокупные выгоды и затраты на такую ​​модернизацию с применением тепловых насосов.

Высокие темпы внедрения тепловых насосов, а также политика, развитие технологий и инновации, необходимые для их достижения, окажут значительное влияние на электросети и на энергетические рынки. Мы предполагаем постоянные значения цен на топливо, предельных выбросов в сеть, цен на электроэнергию и капитальных затрат на тепловые насосы.В действительности, по мере того, как скорость внедрения тепловых насосов увеличивается, а электрическая сеть становится чище, эти переменные могут изменяться по-разному. Например, затраты на тепловой насос могут снизиться из-за большей экономии на масштабе производства и опыта установщиков тепловых насосов, электрическая сеть может стать чище быстрее из-за углеродной политики, а цены на топливо могут измениться по мере снижения спроса на это топливо со стороны жилого сектора. Наше предположение об исторических годовых и средних ценах по штату является ограничением анализа.Однако, учитывая потенциально огромную неопределенность будущих цен на энергоносители [39], это упрощающее допущение упрощает определение влияния жилищного фонда, структуры производства электроэнергии, налоговой политики и технологических усовершенствований. Более полное исследование могло бы изучить эти разные чувствительности, чтобы лучше понять неопределенность нашего решения.

Хотя эти недостатки могут повлиять на некоторые ценности наших результатов, мы не ожидаем, что они повлияют на основные выводы этого исследования.Внедрение тепловых насосов — это многогранная проблема, охватывающая несколько секторов и отраслей энергетики, но наш анализ охватывает достаточно этой сложности, чтобы дать обоснованную оценку государственных и частных затрат и выгод от внедрения тепловых насосов в США. Наконец, хотя мы пытаемся учесть тот факт, что сеть, вероятно, станет чище в течение срока службы тепловых насосов, установленных сегодня, очевидно, что существует потребность в других подходах, которые прогнозируют влияние на выбросы структурных изменений в сети [46, 47] или даже произвести альтернативные оценки выбросов от существующей электросети [48].

Применение теплового насоса хорошо сочетается с декарбонизацией. В некоторых случаях такое согласование является слабым — для 8% домов в США внедрение тепловых насосов либо увеличивает выбросы CO ₂ , либо влечет за собой очень высокие затраты на сокращение выбросов. В то время как универсальное внедрение тепловых насосов в США имеет сомнительную ценность, очень высокие темпы внедрения, составляющие 80–90%, могут рентабельно снизить выбросы парниковых газов.

Однако, учитывая текущие цены на энергоносители, прогнозы выбросов в электросети и технологию тепловых насосов, мы считаем такие высокие темпы внедрения маловероятными.С частной экономической точки зрения, мы обнаружили, что внедрение теплового насоса дает чистую экономическую выгоду для 21% односемейных домов в США. При включении домов с существующими тепловыми насосами это составляет 32%. С точки зрения общественного благосостояния, мы обнаружили, что комбинированная ЧПС для климата и здоровья при внедрении тепловых насосов положительна для 70% жилищного фонда США, не использующего тепловые насосы. Эта ставка может снизиться, если учесть стоимость укрепления электрической сети для удовлетворения повышенного пикового спроса на электроэнергию: последствия, с которыми столкнутся многие города.

Таким образом, мы находим преимущество тепловых насосов в качестве инструмента декарбонизации, но есть много препятствий для достижения высоких показателей внедрения. Однако наш анализ показывает ключевые технологии, политику и стратегические идеи для преодоления этих препятствий, причем все они применимы не только к США, но и к другим странам или юрисдикциям:

• В первую очередь обращайтесь к мягкому климату: внедрение тепловых насосов в смешанном и прибрежном климате (см. Рисунок 1) демонстрирует сильный частный экономический потенциал и ограниченный общественный ущерб.Особенно это касается электрических сетей со средним уровнем выбросов. Более того, в городах с мягким климатом меньше шансов увидеть резкий рост пикового спроса на электроэнергию или связанных с этим затрат на укрепление сети.
• В последнюю очередь обращайтесь к холодному климату: внедрение тепловых насосов в холодном климате (см. Рисунок 1) свидетельствует о слабом частном экономическом потенциале и значительном ущербе для общества. Более того, в городах с холодным климатом более вероятно резкое увеличение пикового спроса на электроэнергию и связанных с этим затрат на укрепление сетей.Исключением является установка теплового насоса для замены электрического резистивного нагревателя: такая модернизация обычно снижает затраты домовладельцев, снижает выбросы и снижает пиковое потребление электроэнергии.
• Ускорить сокращение выбросов в энергетическом секторе: усилия по сокращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по критериям электростанций и по созданию генераторов с нулевым или низким уровнем выбросов углерода укрепят общественные аргументы в пользу внедрения тепловых насосов. Чем быстрее будут продвигаться эти усилия, тем более выгодными станут высокие показатели внедрения тепловых насосов.Там, где существующей технологией является мазут или резистивное нагревание, переход на тепловые насосы, вероятно, будет экологически и экономически выгодным даже при существующих электрических сетях.
• Покрытие затрат на технологию тепловых насосов средней эффективности: небольшое снижение капитальных затрат и небольшой выигрыш в эффективности могут значительно повысить скорость внедрения. Это может быть достигнуто с помощью таких политик, как отраслевое обучение для снижения затрат на установку, исследования и разработки для снижения стоимости технологий, субсидии, которые отдают предпочтение установкам с более высокой эффективностью, или вознаграждения, которые стимулируют чистое сокращение выбросов CO ₂ .
• Сосредоточьтесь на соответствующих нишах жилищного фонда: некоторые типы домов больше выигрывают от внедрения тепловых насосов, чем другие. Например, в США модернизация с использованием природного газа кажется наиболее перспективной в домах средней эффективности (урожай 1970–1989 годов), модернизация с использованием нефти и пропана в небольших (<1500 SF), старых (до 1990-х годов) домах, а также в электрических домах.