寒冷气候热泵：寒冷地方的宜居家园
娜奥米·科尔（Naomi Cole）和乔·沃丘纳斯（Joe Vachunas）
随着美国各地的冬季天气全面爆发，我们中的许多人都在想，我们是否真的可以在不燃烧化石燃料的情况下在寒冷的温度下为我们的房屋供暖。在 2021 年秋天，我们遇到了同样的问题。我们家位于俄亥俄州克利夫兰的复式公寓里有 35 年历史的燃气炉正在发电。我们是摆脱化石燃料的大力倡导者，但不可否认，我们对拆除炉子并仅使用热泵加热感到紧张。当然，我们在俄勒冈州波特兰市的房子里这样做，但克利夫兰冬季的平均气温比波特兰低 15 华氏度，降雪量高出近 50 英寸。这个家能否让我们的 Airbnb 客人在不燃烧化石燃料的情况下度过寒冷的中西部冬天？热泵会对我们的能源账单产生什么影响？
当时，我们不知道寒冷气候的热泵几十年来一直让世界上最寒冷地区的家庭保持温暖。挪威、瑞典和芬兰拥有世界上最高的供暖需求，但在热泵安装方面处于领先地位，在过去二十年中，斯堪的纳维亚半岛的热泵安装呈指数级增长。近一半的北欧家庭拥有热泵，而只有13%的美国家庭拥有热泵。在热泵的发源地日本，90%的家庭使用热泵，包括像萨波罗这样每年有数百英寸积雪的寒冷城市。
热泵的普及率在较冷的国家较高。资料来源：日本热泵和蓄热中心、自然和美国能源信息署。
在美国，虽然热泵销量在 2022 年首次超过燃气炉，但大多数热泵渗透率都在该国东南部地区，那里的冬季温和。但是，从2018年到2022年，缅因州的热泵销量增长了300%（每年9,000至28,000台），现在在其60万户家庭中安装了超过100,000台热泵。
图片由Efficiency Maine提供
为您的气候选择合适的热泵型号
随着冬季的临近，我们探索了热泵和替代燃气炉（为了进行比较），并有四家公司的投标。由于我们不住在克利夫兰，我们没有现有的承包商网络。为了找到信誉良好的热泵安装商，我们使用了制造商网站，让您可以搜索您所在地区的认证承包商。（例如，您可以在 Mitsubishi、Lennox 和 Daikin 网站上执行此操作）。
我们还研究了寒冷气候热泵如何发挥其魔力。所有寒冷气候热泵都有变速压缩机（请参阅我们的热泵帖子进行解释），效率更高，因为它们可以随着温度的变化而上升和下降。寒冷气候热泵还具有许多其他功能：1）电子膨胀阀，可以更快地改变制冷剂压力;2）智能除霜循环，可融化任何室外线圈结霜;3）排水盘除冰，防止任何冷凝水结冰;4）寒冷气候运行独有的计算机和算法。
我们找到了一些很好的资源来帮助我们的决策过程：
1） Carbon Switch 审查了寒冷气候热泵，并注意到它们在寒冷气候下产生的热量。（三菱在排名中名列前茅。
2） 能源之星的寒冷气候热泵分类解释了哪些热泵通过了寒冷场所的认证。在其网站上，在无管或有管道选项下，您可以选中“寒冷气候”框（下面的蓝色框）来过滤具有该等级的热泵。
能源之星的网站显示了HSPF2（下面的红框）等数字，用于衡量热泵加热空间的效率（8.5分是好的，超过10分是优秀的;一些顶级型号的分数超过15分）。该网站还显示了热泵在 5 华氏度（橙色框）下产生的热量，您可以将其与它们在 47 度（绿色框）下产生的热量进行比较。
3） Electrify Now 的清单列出了要向热泵承包商询问的事项，有助于确保您为您的住所获得合适尺寸的热泵。（完全披露：Joe 是一名活跃的 Electrify Now 志愿者。
投标正在进行中
我们收到了四家承包商的投标和建议，很高兴，也有些惊讶，寒冷气候热泵（大金飞度）也提供空调，是最便宜的选择，~12,000 美元。高效的燃气炉加空调的价格要高得多，为16,000美元。
室外寒冷气候热泵在复式。图片由三菱提供。
寒冷气候热泵的成本通常比标准热泵高出 20-30%，因为它们具有使其在低温下运行良好的附加功能。有许多寒冷气候的热泵可以在更冷的温度下工作，但我们选择了前期成本最低的热泵。
事实上，Daikin Fit 在上面的 Carbon Switch 评论中排名 #3 使我们对选择充满信心。
寒冷气候热泵安装
2021 年 10 月下旬，我们选定的承包商拆除了古老的燃气炉和空调，封住了燃气管线，并安装了新的全屋热泵。由于布局和现有管道，我们选择了管道系统。新的热泵系统看起来很像旧的燃气+空调，地下室有一个室内机（空气处理器），室外机看起来与旧空调相似。
我们新建的全屋冷气候热泵的室内机（右）取代了燃气炉（左）
我们确实安装了电阻备用（有时称为“带热”）以在最冷的日子里补充热泵。使用电阻效率低下且成本更高，但我们的安装人员向我们保证，热泵在低至 5 华氏度的温度下满负荷工作，并且具有智能算法，当温度低于该温度时，可以增加少量的电阻加热。
我们的安装遵循了寒冷气候热泵的几个最佳实践，包括：1）将室外机抬离地面，使其不会位于冰雪中（如果必须放在地面上，挡雪板会有所帮助）;2）进行加热/冷却负荷计算，以避免热泵尺寸过大。人们很容易认为越大越好，但将热泵的大小调整到您的家中是必不可少的，因为超大的单元会经常关闭和打开，这会导致效率低下，寿命比连续运行的适当尺寸的热泵更短。
我们的克利夫兰热泵安装在支架上，将其抬离地面约一英尺
水电费和舒适度
安装后，我们等待账单和 Airbnb 评论滚滚而来。热泵是否会使用大量电阻并增加公用事业成本？我们的客人会注意到不同吗？克利夫兰复式公寓创造了一个完美的案例研究，一侧使用热泵，另一侧仍在燃烧天然气。我们很高兴地报告，在添加热泵后，我们的水电费几乎完全相同。值得注意的是，第一年后，复式公寓每一侧的总能源成本都在 10 美元以内。自安装以来的两年里，我们没有收到过一次客人的“我冷了！
我们希望我们的经验能让您相信，即使您生活在温度经常降至零度以下的地方，也有适合您的热泵。热泵系统在中西部州运行良好，购买或运营成本并不比燃气炉高。我们很自豪能加入数以百万计的房主——从缅因州到挪威，再到日本，再到现在的克利夫兰——他们正在放弃化石燃料，转而使用清洁的取暖机器，让家庭在最寒冷的气候下保持温暖。