Isegi Alaska Külmades Temperatuurides Hoiavad õhksoojuspumbad Kodud Sooja

2023 Autor: Isabella Ferguson | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-08-03 14:09

Autor Molly Rettig

Kui põhjatuul puhub keset talve Dillinghamisse, võib see Alaska lõunaranniku kaugemal ribal langeda kaugemale kui 15 kraadi alla F. Nendel päevadel peavad paljudes kodudes õlikütteseadmed töötama peaaegu pidevalt, et inimesi soojas hoida.

Bristoli lahe maailmatasemel lõhepüügil paiknevast väikesest kalurilinnast läbi jalutades on tunda puuküttega ahjude teravat magusat lõhna. Kuid üks maja eristub teistest: Asub linna servas, kus kuusemets hääbub jäätunud, lumega kaetud tundra lõputuks avaruseks, sellel pole korstnat, kütusepaaki ega mingisugust põlemist.

Kuidas hoida kodu sooja, kui temperatuur jõuab regulaarselt alla -15 ° F?

Selle väljakutsega tegelevad NRELi teadlased @CCHRC_Alaska.

- NREL (@NREL) 9. märts 2021

Õhksoojuspump, mille Tom Marsik kaheksa aastat tagasi oma majja paigaldas, oli Alaska jaoks haruldane. Õhksoojuspumbad võtavad soojust välisõhust, töötavad selle temperatuuri tõstmiseks läbi külmutustsükli (täpselt nagu teie külmkapp, kuid vastupidi) ja viivad selle hoonesse. Kuna nad tuginevad välisõhu soojusele, ei olnud nad subarktilises kliimas eriti levinud. Kuid viis aastat hoidis Marsiku soojuspump tema pere sooja ka aasta tšillimatel päevadel. Tänu sellele, mida teadlased on õppinud sellistest süsteemidest, tõusevad soojuspumbad Alaskal ja teistes külmades kohtades alternatiivina traditsioonilisematele küttesüsteemidele, nagu nafta ja maagaas.

"See on põnev, kuna nad töötavad madalamal temperatuuril kui neil on ajalooliselt, mis tähendab, et neil on potentsiaali vähendada fossiilkütuste tarbimist külmas kliimas," ütles Marsik. "Minu jaoks oli oluline aidata kaasa puhta energia piiride ületamisele ja jätkusuutliku tuleviku arendamisele, eriti minu enda majas, kus me oma tütart kasvatasime."

Õhksoojuspump, nagu siin näidatud Marsiku õhukanalita soojuspumba välimine osa, võtab välisõhust soojust, juhib selle temperatuuri tõstmiseks läbi külmutustsükli (täpselt nagu teie külmik, kuid vastupidi) ja toimetab selle hoonesse. Foto viisakalt Tom Marsik NRELi kaudu

Täna elab Marsik Fairbanksis ja on riikliku taastuvenergia laboratooriumi (NREL) külma kliima elamumajanduse uurimiskeskuse (CCHRC) juhtivteadur. Ehkki ta ei ela enam õhksoojuspumbaga köetavas kodus, veedab ta siiski palju aega nende üle mõtlemisel, tööaja ja sulatustsüklite arvutamisel, meenutades, kuidas ta trepist alla jooksma tuleks, kui uut müra kuuleb. tema enda üksusest ja uurib, kuidas soojuspumbad paremini tööle panna rohkemalkaaslastele, kes seisavad silmitsi tõsise kliima, infrastruktuuri puudumise ja energiatarvetega, mis on viis korda suuremad kui keskmine ameeriklane.

Õhksoojuspumbad on osa lahenduste portfellist, mis võib edendada NRELi missiooni muuta energia taskukohasemaks, õiglasemaks ja keskkonnasõbralikumaks. Nende roll varieerub aga kogu riigi kliima, loodusvarade ja elamutüüpide ulatuslikus topograafias. NRELi teadlased uurivad kõigi nende tegurite ja muu põhjal, kuidas nad saaksid külma kliimaga inimesi aidata.

Alaskal on kõige paljutõotavam tehnoloogia ilma kanalita soojuspump, mis sisaldab õhu soojust neelavat välisseadet ja seina vastasküljel asuvat siseüksust, mis selle ruumi toimetab. Kuna kogu kodus puudub jaotussüsteem, mis levitaks soojust, sobivad kanalita süsteemid hästi väikestesse ja energiatõhusatesse kodudesse, mis sageli asuvad Alaskal.

„Need saavad palju kõmu suuresti tänu suhteliselt madalale paigalduskulule teiste süsteemidega võrreldes. Kuna nad puhuvad õhku lihtsalt avatud ruumi, ei pea te jaotussüsteemi kulude eest maksma,”ütles Marsik.

NRELi külma kliimamajutuse uurimiskeskuses Fairbanksis, Alaska, kasutatakse külmkambrit, et hinnata, kuidas kütteseadmed ja seinakonstruktsioonid Alaskal püsivad, sealhulgas õhksoojuspumba uuring, mis algab nüüd. Foto: Vanessa Stevens, NREL

Muidugi on sellises kohas nagu Alaska ainulaadsed väljakutsed. Kuigi soojuspumbad on viimase kümne aasta jooksul paranenud, mõjutavad neid endiselt madalad temperatuurid: mida külmemaks see läheb, seda raskem on soojust ammutada ja süsteem on vähem efektiivne. Aga kui palju nende efektiivsus langeb? Sellele küsimusele vastamiseks uurib Marsiku meeskond oma Fairbanksi laboris soojuspumpa 20-nullist proovikambris. Uuringus vaadeldakse ka termilise koormuse ehk hoone soojusvajaduse mõju soojuspumba toimivusele.

"Väga külmade temperatuuride korral on efektiivsus suhteliselt madal ja sel hetkel pole tavaliselt enam mõtet soojuspumpa kasutada," ütles Marsik. "Ja sageli on parem kasutada muid tehnoloogiaid."

Soojuspumpade tööpiirangutest aru saamine selgitab, kuidas neid saab riiklikult laiendada. Madalamas 48-s on õhksoojuspumpade jaoks palju suurem turg, kus külma kliimaga elanikud otsivad ka taskukohaseid ja puhtamaid viise oma kodu kütmiseks. Üks soojuspumpade eelis vähem ekstreemsetes kliimatingimustes on see, et need võimaldavad nii kütmist kui ka jahutust klapi lihtsa lülitiga. NRELi teadlane Jon Winkler juhib uuringuid, et näha, kuidas saada soojuspumpasid rohkematesse nendesse kodudesse.

Elamute alamhulk, millele ta keskendub, on keskküttega, sundküttega või umbes 35 miljoni USA koduga. Need kodud saaksid üsna lihtsalt soojuspumba peale üle minna, kuna neil on juba kanalisatsioon. Soojuspump ühendub lihtsalt nende olemasolevate kanalitega, nagu keskne konditsioneer, pakkudes konditsioneeritud õhku kogu kodus. Kanalisatsiooniga ja suurte energiakuludega kohtades on soojuspumbad näiteks Vaikse ookeani loodeosas eriti atraktiivsed.

Neil on kanalisatsioon juba olemas, kuid nad kasutavad elektritakistusega kütteseadmeid, mille küttetõhusus on võimalikult madal. Soojuspumba paigaldamine nendesse kodudesse on rahaliselt väga mõttekas,”sõnas Winkler.

Praegu jälgib ta tosinat soojuspumpa Washingtoni ja Montana idaosas, et saada täpsem ülevaade nende tõhususest. Sarnaselt Alaska uuringule uurib Winkler, kuidas soojuspumba efektiivsus külmematel temperatuuridel langeb, ja kuidas soojuspumpa kodu jaoks sobivalt mõõta. Siiski on keerdkäik: Need soojuspumbad peavad olema suurusega, et tagada nii õige kogus soojust kui ka kliimaseade.

"Niisiis, milline on nende kodude jaoks optimaalne soojuspumba suurus nii energiatõhususe, kulude kui ka mugavuse seisukohast?" Ütles Winkler.

Veelgi enam, kuidas saab soojuspumpasid kombineerida teiste seadmetega, et kõige rohkem kasu saada?

"Kas peate selle soojuspumba tagama 100% soojusest?" Ütles Winkler. "Või on kulutõhusam varustada 90% soojusest soojuspumbaga ja kasutada elektrilist varutakistust neil paaril päeval aastas, kui see väga külmaks läheb?"

NREL-CCHRC uurimisinsener Robbin Garber-Slaght kalibreerib külmkambri sisemise termostaadi, testides kambri võimet korrata Alaska külma -20-kraadist temperatuuri. Ta kontrollib kogu kambris asuvate temperatuuriandurite andmeid, et tagada ühtlane temperatuur. Foto: Vanessa Stevens, NREL

Seda tegi Marsik oma Dillinghami majas ja mida saaksid teha ka miljonid teised külma kliimaga kodud. Uuringu tulemuste saabumisel loob Winkleri projekt tulemuskaardid, mis näitavad, kuidas soojuspumbad töötavad riigi erinevates piirkondades, kus tarbijad neid soovivad.

Kuigi kasvav turunõudlus ajab NRELi soojuspumpade uuringuid, ei tähenda see ainult tarbijate jaoks raha säästmist, ütles Winkler. Üks kriitiline osa puhta energiamajanduse poole liikumisest on kütmiseks ja kliimaseadmeteks elektrit soojendavate hoonete elektrienergiale toomine, mitte tuginemine sellistele seadmetele nagu õlikatlad või gaasipliidid. See võimaldab rohelistel elektronidel - olenemata sellest, kas need pärinevad tuulest, päikesest, maasoojusest või millestki muust - pakkuda nii termilist mugavust kui ka energiat.

"Kui me tahame olla puhtalt taastuvad, peame oma kodukütte kasutamist elektrifitseerima," ütles Winkler, "ja soojuspumbad on praegu parim viis seda teha."

Lisateavet NRELi ja külma kliimamajutuse uurimiskeskuse hoonete uurimise kohta