Отопление в частном доме воздушное: Эффективно ли воздушное отопление частного дома?

фактически становятся более эффективными в улавливании и удалении твердых частиц, загрязняющих воздух, поскольку они становятся более грязными и образуют «пылевой корок».Однако такая повышенная эффективность обходится дорого, поскольку увеличивается перепад давления и пропускается меньше воздуха. Рекомендуется заменить фильтр для печи в начале отопительного сезона, так как на прошлогодней лепешке в холодном темном подвале все лето может образоваться плесень.

8) Воздухоочистители размером с комнату могут быть эффективными инструментами для удаления загрязняющих веществ в одной или нескольких комнатах.

Если вас беспокоит загрязнение в определенной комнате и невозможно удалить источник загрязнения, подумайте о покупке воздухоочистителя размером с комнату.Некоторые источники рекомендуют воздухоочистители для улучшения качества воздуха в одной или нескольких комнатах, но не для всего дома. Информацию о различных типах воздухоочистителей см. В Руководстве EPA по воздухоочистителям в доме.

9) Не разрешайте курить в доме или вокруг него (возле окон или дверей).

Это может показаться очевидным, но, чтобы никто не забыл, табачный дым является загрязнителем.

Эти шаги по улучшению качества воздуха в помещении имеют умеренную цену, но могут потребовать некоторого предварительного планирования.

1) Реконструкция в течение месяцев с умеренным климатом, когда вы можете открывать наружные двери и окна для естественной вентиляции строительных площадок без снижения энергоэффективности.

В зимние и летние месяцы, когда используются системы отопления или охлаждения, открытие дверей и окон снижает энергоэффективность вашего дома. Поэтому, если вы делаете какие-либо ремонтные работы или переоборудование дома, которые связаны с вредными испарениями (например, покраска, склеивание, герметизация), лучше всего выполнять работу в мягкую погоду, и у вас могут быть открыты двери и окна.

Направляйте напольные вентиляторы к открытым окнам, чтобы выпустить дым на улицу. Кроме того, при нанесении выделяющей отделки, такой как краска, удалите из комнаты впитывающие предметы (например, мягкую мебель и коврики), чтобы они не впитывали и не выделяли ЛОС.

2) Используйте строительные материалы с низким уровнем выбросов, не требующие особого ухода, чтобы круглый год улучшать качество воздуха в помещении.

Выбор продуктов с низким содержанием ЛОС (низким содержанием летучих органических соединений), низким уровнем выбросов и низким уровнем обслуживания может помочь вам уменьшить количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в воздух вашего дома, тем самым избегая необходимости принимать более решительные меры для очистки грязного воздуха.Green Home Guide дает советы по выбору здорового пола, мебели, красок и покрытий, а также изоляции (без формальдегида). Также ищите клеи и герметик с низким содержанием летучих органических соединений, а также изделия из прессованной древесины (например, ДСП), не содержащие карбамидоформальдегид. Greenguard, GreenSeal и Институт ковров и ковровых покрытий (Green Label Plus) сертифицируют строительные изделия, соответствующие критериям качества воздуха в помещении.

3) Уменьшите количество коврового покрытия и держите его чистым и сухим.

Ковровое покрытие может поглощать воду и улавливать твердые частицы и другие загрязнения; Некоторые типы ковровых покрытий также содержат высокие уровни ЛОС.По возможности выбирайте напольное покрытие, не поглощающее влагу. Никогда не используйте ковровое покрытие на кухне, в ванной, прачечной, подвале или других частях дома, которые регулярно подвергаются воздействию влаги. Зоны, покрытые ковром, следует регулярно пылесосить, в идеале с помощью пылесоса HEPA (высокоэффективная фильтрация твердых частиц). А если ковровое покрытие намокнет, убедитесь, что оно полностью высохло в течение 12 часов, чтобы предотвратить рост плесени. Если вы профессионально очистите ковровое покрытие, вы можете выбрать компанию, которая использует безхимические процессы и процесс с низким содержанием воды.

4) Добавьте воздухозаборник в воздуховоды вашей системы принудительного отопления / охлаждения.

Забор свежего воздуха позволит свежему замещающему воздуху поступать в дом, когда вы используете вытяжные вентиляторы или камин. Если у вас уже есть система воздуховодов, вы можете добавить специальное отверстие для наружного воздуха, выдвинув воздуховоды рециркуляции наружу. Чтобы обеспечить подачу свежего воздуха, используйте систему с автоматической циркуляцией (например, вентиляторный цикл). Вы также можете установить фильтр в этот источник наружного воздуха, чтобы улавливать загрязнители воздуха, такие как пыльца, и предотвращать их попадание в ваш дом.

5) Установите систему вентиляции всего дома.

Вентиляторная система «для всего дома» направляет несвежий воздух в помещении вверх и через вентиляционные отверстия на чердаке. Этот тип вентиляторной системы также является хорошей энергоэффективной альтернативой кондиционированию воздуха в умеренно теплые дни. (Примечание: если вы живете в особенно влажном климате, также подумайте об использовании осушителя воздуха.)

6) Обустройте свой гараж так, чтобы автомобильные пары не попадали в ваш дом.

Если вы строите новый дом, подумайте о строительстве отдельного гаража (или без гаража).Если у вас есть пристроенный гараж, плотно закройте стену между гаражом и вашим кондиционированным помещением и установите систему вытяжного вентилятора, которая либо работает непрерывно, либо использует автоматический таймер, связанный с датчиком присутствия, устройством открывания гаражных ворот или детектором угарного газа. Также не устанавливайте в гараже оборудование HVAC или воздуховоды.

Даже если вы предпримете все вышеперечисленные шаги, в вашем доме все равно могут быть источники загрязнения воздуха внутри помещения. Ниже приведены некоторые дополнительные технологии и стратегии, которые могут быть более сложными или дорогостоящими в реализации, но они могут обеспечить существенное улучшение качества воздуха в помещениях.

1) Установите вентилятор с рекуперацией энергии (ERV), чтобы обеспечить непрерывную подачу свежего воздуха при минимизации потерь тепла и водяного пара.

Эта система вентиляции (также называемая воздухо-воздушным теплообменником) подключена к существующей системе воздушного отопления / охлаждения и использует вентиляторы для обмена застоявшегося внутреннего воздуха на свежий наружный воздух. Обратите внимание, что эти системы стоят несколько тысяч долларов, поэтому они не имеют немедленной окупаемости. Чтобы убедиться, что входящий воздух должным образом фильтруется, выберите систему с фильтром HEPA (высокоэффективный воздух для твердых частиц) или фильтр с высоким MERV (минимальное отчетное значение эффективности), т.е.е., минимальный MERV 8 или, еще лучше, 10 или выше.

2) Используйте водонагреватель с тепловым насосом для повышения энергоэффективности и качества воздуха в помещении.

Тепловые насосы достигают энергоэффективности за счет перемещения тепла вокруг, а не его высвобождения — тепло для следующей партии воды, которая должна быть нагрета, утилизируется из выходящего теплого влажного воздуха. Тепловая энергия поступает как от охлаждения выходящего воздуха с примерно 72 ° F до 42 ° F (рекуперация явного тепла), так и от конденсации водяного пара обратно в жидкость (рекуперация скрытого тепла).Водонагреватели с тепловым насосом используют от 30 до 50 процентов электроэнергии, потребляемой обычными электрическими водонагревателями.

Улучшение качества воздуха в помещении связано с аспектом этого подхода к управлению влажностью. Объем механической вентиляции напрямую соответствует количеству потребляемой горячей воды. Кроме того, поскольку использование горячей воды отражает уровень занятости людей (чем больше людей находится в доме, тем чаще происходит стирка), результатом является механическая вентиляция с рекуперацией тепла, которая соответствует уровню занятости.Однако некоторые эксперты выразили обеспокоенность по поводу надежности систем водонагревателя с тепловым насосом. Чтобы узнать, как выбрать правильную систему и правильно ее установить, прочтите эту статью Министерства энергетики.

3) Установите лучистую водяную систему отопления, а не принудительную воздушную систему.

Системы с принудительной подачей воздуха вызывают образование пыли и аллергенов, потому что они нагревают дом, нагнетая в него нагретый воздух. Лучистые гидронные системы нагревают пространство, проталкивая теплую воду по трубам под полом; теплые полы излучают тепло, а не выталкивают воздух и пыль.Проще всего установить лучистое отопление при строительстве нового дома или пристройки, но их также можно добавить к существующим комнатам.

Как сократить использование ЛОС в вашем доме

Спасибо Дэвиду Биргу и Дину Шервину за их правки и советы по поводу этой статьи.

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 обогревателей для нефти, природного газа, пропана или неэффективных резистивных электрических обогревателей тепловыми насосами, что заменяет потребления ископаемого топлива на месте использованием 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 электроэнергии и использования ее 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 топлива, такого как природный газ [4].Учитывая эти последствия, в данном исследовании исследуются частные и государственные компромиссы при внедрении тепловых насосов и 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, в литературе обнаруживается 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 обычно не видят 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 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 электрических сетях 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 энергосистему. 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, учитывая сегодняшний жилищный фонд, электросеть, цены на энергию и технологию тепловых насосов, при условии, 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 энергию, ущерба здоровью и выбросов CO ₂ в этих профилях 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 уровень выбросов CO ₂ , сезонные факторы ущерба здоровью и среднегодовые цены на топливо на уровне штата.Результаты показывают годовую стоимость энергии, 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), которая получается 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 чисто частной точки зрения 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 профиль базового 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, включая 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 сократить 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 энергетическое воздействие 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 электрических сетей. Климатические регионы определены с использованием данных проекта Building America Управления по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии США [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:

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 составлены с использованием методов, разработанных Siler-Evans и др. [24], и о них сообщает Центр 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 из инфраструктуры 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 электросетей 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 дополнительной 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 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 города. Мы используем данные Агентства по охране окружающей среды [34] для количественной оценки выбросов CO ₂ для каждого 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 миллиметров 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 топочного топлива 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. Проецируя 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 вред 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 электрическую сеть 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, в которых положительная государственная ЧПС превышает 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 исследуемого периода, хотя цены, видимые потребителями, 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 климату рассчитывается по методике, описанной в разделе 2.3.

Чистые капитальные затраты теплового насоса, K _heatpump , 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 обогревателя 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 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 пикового спроса

Мы рассчитываем изменение пикового спроса в зависимости от интенсивности использования 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 при 30% -ном уровне 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 т до 464 млн т.

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, при внедрении 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 $ / тCO 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 из 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:

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:

3.2. Полное внедрение теплового насоса снижает CO

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 все односемейные дома использовали тепловые насосы, это снизило бы выбросы CO ₂ в жилых домах до 346 Мт — сокращение на 160 Мт 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 на тепловой насос 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:

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 потери, и (б) субсидировать капитальные затраты на тепловой насос, чтобы свести частные убытки к нулю.Мы классифицируем подмножество домов, в которых возможна данная 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 в год 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 по выбросам, 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 выгодно заменить нагреватели 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 нагреватели сопротивления, 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 электрические сети.

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 выбросы: только 1,7 миллиона (2,1%) домов в США внедрение тепловых насосов приводит к более высокому 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:

Однако то же отношение не действует в отношении ущерба здоровью.Внедрение тепловых насосов часто увеличивает ущерб здоровью, 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. Михалек и др. [42] и Голландия 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 преимуществами для климата.

Однако есть много других домов, для которых верно обратное: преимущества для климата от внедрения тепловых насосов затмеваются ущербом для здоровья. Из 69,6 миллиона 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.Это может быть достигнуто, например, за счет более строгого регулирования выбросов 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:

Однако 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 большинство городов заметят 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 в электросети и социальным затратам на углерод, а также к стоимости и эффективности технологии тепловых насосов.

3.9. Более высокие социальные издержки на углерод должны 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 сможет стимулировать высокие темпы внедрения тепловых насосов, если в первую очередь не возрастут социальные издержки углерода. Уровень внедрения тепловых насосов включает в себя 11% существующих домов с существующими тепловыми насосами, 21% домов, в которых тепловые насосы используются исключительно 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:

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 критериями выбросов загрязняющих веществ не стимулирует 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 использования 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:

Мы показываем, что более высокая эффективность теплового насоса действительно улучшает показатели внедрения тепловых насосов, но с уменьшением отдачи. Это уменьшение отдачи особенно заметно 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 покрытие 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. Общественное + 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 использованием 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 меняться 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 чистая приведенная стоимость для климата и здоровья при внедрении тепловых насосов является положительной 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. Рис. 1) демонстрирует сильный частный экономический потенциал и ограниченный ущерб обществу.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.
• Ускорение сокращения 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.
• Оплата 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 приоритет 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 (год выпуска 1970–1989 гг.), Модернизация с использованием нефти и пропана в небольших (<1500 SF), старых (до 1990-х годов) домах и в электрических домах. модернизация резистивных нагревателей в больших (> 2500 SF), старых (до 1970-х годов) домах.

Целевые стратегические, технологические и политические инициативы могут способствовать широкому распространению тепловых насосов и глубокой электрификации сектора жилого отопления.По мере того, как электрическая сеть становится чище, эта электрификация приведет к большему сокращению выбросов CO ₂ .

Насколько дорого стоит центральный воздух для вашего дома при перепродаже?

Нам всем нравится сохранять прохладу (или, по крайней мере, комфортно) при повышении температуры, но если в вашем доме используются только оконные блоки или вентиляторы, вы можете задаться вопросом, не пора ли перейти на центральное кондиционирование воздуха. Сколько стоит установка системы кондиционирования — и какую ценность этот удивительный поток ледяного воздуха через вентиляционные отверстия добавляет вашему дому при перепродаже?

По крайней мере, 87% домов по всей стране используют кондиционеры, а анализ потребителей в 2018 году показал, что дома с кондиционерами продаются за 2.На 5% больше по стране, чем дома без него. Но премии различаются в зависимости от местоположения, и место, где вы живете, также играет огромную роль в том, ожидают ли покупатели этого.

«Добавляет ли это ценность? да. Если у них его нет, и клиент спрашивает, следует ли положить его перед выставлением дома, я однозначно на 100% говорю «нет». Не тратьте деньги зря », — говорит Майкл Уитни, самый продаваемый агент по недвижимости, работающий в Портсмуте и округе Рокингем, штат Нью-Гэмпшир.

«Это увеличивает продаваемость больше, чем увеличивает стоимость», — добавляет Боб Софиа, самый продаваемый агент по недвижимости в районе Лексингтона, Кентукки.

Вот как можно оценить, достаточно ли установка центрального кондиционирования воздуха повышает ваш «коэффициент охлаждения» при перепродаже, чтобы оправдать затраты.

Большинство домов на юго-востоке и в новых домах сохраняют прохладу

Американцы любят кондиционеры до такой степени, что некоторые исследователи и туристы находят это «довольно глупым», согласно The Washington Post. Соединенные Штаты используют больше энергии на душу населения для кондиционирования воздуха, чем любая другая страна в мире — фактически, больше, чем электроснабжение нескольких стран вместе взятых.

Но это использование неодинаково. Около 94% домохозяйств во Флориде, Луизиане и некоторых частях Джорджии, Алабамы, Миссисипи и юго-восточного Техаса используют кондиционеры по сравнению с 50% на северо-западе Тихого океана, отмечает Ассоциация энергетической информации США (EIA). Жители этого жаркого и влажного климата больше всего тратят на домашнее кондиционирование — 27%, а жители северо-востока и тихоокеанского северо-запада — от 2% до 5%.

Если вы живете в доме младше 20 лет, вероятно, у вас есть центральное кондиционирование.Согласно Обследованию потребления энергии в жилищах 2015 года, около 70% домов, построенных в 1990-х годах, и более 80% домов, построенных с 2000 года, имеют систему кондиционирования.

Central AC обычно используется в домохозяйствах с доходом более 100 000 долларов США. Этот опрос показывает, что около 75% имеют это. Но даже среди домохозяйств с низкими доходами (с доходом ниже 40 000 долларов) примерно 50% имеют систему кондиционирования.

Два одинаковых дома: один с центральным кондиционером, другой без. Какой из них стоит больше?

Согласно одной оценочной оценке, опубликованной в журнале Money , установка новой центральной системы кондиционирования воздуха увеличит стоимость вашей собственности на 10%.Наши агенты немного изменяют это, отмечая, что, хотя они будут оценивать дом с центральным кондиционером выше, чем без него, цена зависит от других рыночных условий.

Например, София недавно приобрела домик без центрального кондиционера на берегу озера Камберленд, но в нем есть воздуховоды для кондиционирования воздуха, благодаря тому, что продавцы установили систему отопления. «Есть места, где нет кондиционеров, но я думаю, что это скорее необходимое условие». Он планирует потратить около 5000 долларов на установку кондиционера в салоне, что он приравнивает к обновлению на 10000 долларов.«Когда у вас нет системы, вы больше ищете инвестора, который собирается добавить ее, и вы собираетесь получить скидку».

Если кабина площадью 1000 квадратных футов будет продаваться примерно за 100 000 долларов с центральным кондиционированием, Софи говорит, что он выставил бы кабину аналогичного размера без кондиционера примерно на 10 000 долларов дешевле из-за ее желательности.

Для сравнения: в то время как дома стоимостью в несколько миллионов долларов в Нью-Касле, штат Нью-Гэмпшир, как ожидается, будут иметь систему кондиционирования, Уитни оценивает, что 60% нового строительства стоимостью менее 500 000 долларов в Нью-Гэмпшире и Мэн не имеет ее.Он не стал бы учитывать определенную запрашиваемую цену за дом с центральным кондиционированием воздуха, не принимая во внимание другие особенности.

«Вы не знаете, чего хочет покупатель», — говорит он. «Если я агент по листингу, и вы приходите и говорите:« Мой покупатель не собирается покупать это, потому что в нем нет системы кондиционирования », я скажу:« Дайте мне контракт и скажите, что хотите. Это. Мы поставим [кондиционер] … Давай договоримся о цене ».

Сколько вам будет стоить установка системы кондиционирования?

Согласно справочнику Fixr по ценам на ремонт, средняя стоимость установки центрального кондиционирования воздуха в стране составляет около 7000 долларов.com и HomeAdvisor.com. Однако цены зависят от размера дома, энергоэффективности системы, вашего климата и других факторов. Например, вы можете заплатить от 5000 до 12000 долларов за установку центрального кондиционера в доме площадью 2000 квадратных футов, в котором есть воздуховоды, возраст которых превышает 15 лет.

может стать проблемой, в зависимости от возраста вашего дома и архитектуры. Средняя стоимость одной только установки или замены воздуховодов составляет около 1138 долларов, или от 10 до 20 долларов за погонный фут.Без воздуховодов установка новой системы центрального кондиционирования воздуха может стоить от 3800 до 7500 долларов.

Неджад Экал, владелец компании Service Express HVAC в Лексингтоне, штат Кентукки, которая имеет рейтинг «A +» от Better Business Bureau, говорит, что размер и возраст дома существенно влияют на затраты.

«Люди все время звонят:« Я смотрю на этот дом, и он требует кондиционирования. Мне нужно знать, сколько это будет стоить », — говорит Экал, работающий с Софи. «Чем больше дом, тем больше кондиционер вам нужен, или сделать его одной или двумя системами.«Старым домам, в которых мало или совсем нет теплоизоляции, нужна изоляция или более мощный блок.

Установщик также должен знать, где разместить центральный охлаждающий блок, например, снаружи дома, на чердаке или в подвале, говорит Экал. Блок HVAC может быть установлен на крыше домов с ограниченным земельным пространством, но монтажные работы стоят до 1000 долларов из-за сложности.

Как максимально повысить эффективность централизованного обновления системы кондиционирования

Чтобы оценить возможную стоимость установки, вам необходимо выбрать тип системы, мощность, энергоэффективность и марку.Вот обзор этих факторов.

Типы систем переменного тока

• Сплит-система: Если в вашем доме есть печь и воздуховоды, это экономичный способ добавить кондиционер. Он имеет конденсаторный блок, который устанавливается снаружи, а также испаритель и вентилятор, устанавливаемые наверху печи.
• Тепловой насос: Этот универсальный блок отопления и кондиционирования хорошо работает в климате с умеренными зимами. Он передает тепло по воздуховодам изнутри вашего дома на улицу летом и наоборот зимой.
• Мини-сплит-система без воздуховодов: Если в вашем доме нет воздуховодов, стены оштукатурены или оригинальные изделия из дерева, где вы не хотите устанавливать воздуховоды, это хороший вариант. Он также хорошо подходит для открытых планов этажей. Бесканальная мини-сплит-система охлаждает воздух с помощью наружного компрессора и внутреннего кондиционера, соединенных трубками. Вы можете выбрать более одной для разных частей дома, особенно если вы хотите установить разные температурные зоны. В большинстве домов есть от четырех до восьми кондиционеров.
• Комплексная система HVAC: Для домов, в которых еще нет печи или которой необходимо заменить печь, все необходимые компоненты объединены в один наружный блок.
• Высокоскоростная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: Функционально подобная комплексной системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, высокоскоростная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха обеспечивает циркуляцию воздуха через воздуховоды диаметром около 2 дюймов, что делает их хорошим вариантом для ограниченного пространства, старых или старинных домов. Однако, поскольку эти системы работают быстрее других, они более шумные.

Вместимость

Кондиционеры измеряют свою холодопроизводительность в тоннах. Одна тонна — это количество энергии, необходимое для растопления одной тонны льда за 24 часа. (Этот термин ушел со времен, когда лед был необходим для охлаждения.) Возможно, вы более знакомы с британскими тепловыми единицами или британскими тепловыми единицами, которые в переменном токе относятся к мощности охлаждения. Кондиционер тонной массой может выделять 12 000 БТЕ в час.

В общем, вам нужно от 20 до 60 БТЕ на квадратный фут охлаждения, но это опять же зависит от климата.Профессиональный установщик может помочь вам рассчитать, какая мощность потребуется вашему дому и какие системы лучше всего справятся с этим.

Энергоэффективность

Системы кондиционирования воздуха также имеют меры эффективности, которые вычисляют, сколько ватт потребляет система. Жилые системы имеют SEER или сезонный коэффициент энергоэффективности, специфичный для конкретного климата. SEER колеблется от 13 до 24; чем выше рейтинг, тем ниже затраты на электроэнергию, но вы заплатите больше за первоначальную покупку системы.Система 16 SEER может стоить примерно на 2000 долларов больше, чем система с более низким SEER, но она может снизить ваши затраты на охлаждение примерно на 14% в год. Поговорите с профессиональным установщиком о любых стимулах, таких как скидки или налоговые льготы на государственном или федеральном уровне.

Также не забудьте спросить об высокоэффективном фильтре, который сокращает количество пыльцы и пыли в вашем доме и поддерживает чистоту оборудования для кондиционирования воздуха. Фильтр с минимальным отчетным значением эффективности (MERV, рейтинг 12) добавляет от 500 до 1000 долларов к затратам на установку, но снижает затраты на обслуживание примерно на 500 долларов каждые два года.

Марка

Бренды кондиционеров также различаются по цене в зависимости от качества, характеристик и долговечности. Eqal любит Rheem, который, по словам Fixr.com, стоит от 2000 до 3000 долларов за трехтонный агрегат. «Мы продаем их очень много. Что касается качества, то цена замечательная ».

Modernize, частная компания по производству свинца с 2005 года, которая связывает домовладельцев с подрядчиками, сравнила единицы с рейтингом SEER от 14 до 16 и рекомендует следующие на 2020 год на основе цены, энергоэффективности, гарантии и обслуживания клиентов:

• Американский стандарт (от 2600 до 3200 долларов)
• Carrier (около 4800 долларов)
• Goodman (около 3500 долларов)
• Trane (от 4800 до 6800 долларов)
• Рим (около 3500 долларов)
• Леннокс (около 3200 долларов)
• York (около 3200 долларов)
• Ruud (примерно от 3500 до 3700 долларов)
• Амана (около 4100 долларов)
• Heil (около 4270 долларов)
• Брайант (около 2600 долларов)

Energy Star также составила список своих наиболее энергоэффективных центральных кондиционеров и тепловых насосов на 2020 год, который включает различные рейтинги по мощности, потреблению энергии и затратам на срок эксплуатации.

Действительно ли это обновление?

Имейте в виду: все, что вы потратите на установку центрального кондиционера, не повысит вашу ценность или запрашиваемую цену в долларах за доллар. По словам Софиа, типичный срок службы системы кондиционирования составляет от 10 до 15 лет, и многие покупатели смотрят на возраст системы, а не на название бренда.

«Люди всегда думают, что, добавляя новую систему:« О, я только что потратил 7000 долларов », но это не считается обновлением. Это считается обслуживанием »или« ценой домовладения », — говорит он.

«Это не добавляет стоимости собственности. Это помогает с продажей собственности и с любыми проблемами, которые могут возникнуть при осмотре ».

Если вы живете в районе с невысокой влажностью, комбинация опций может сохранить прохладу в вашем доме без затрат на установку центральной системы кондиционирования воздуха, сообщает HomeAdvisor.com. Этот «экологичный кондиционер» может снизить потребление энергии в доме примерно на 20–50% и включает в себя такие варианты, как:

Итог: Насколько важна система кондиционирования воздуха в вашем доме?

При принятии решения о том, насколько ценна центральная система кондиционирования воздуха в вашем доме, наши специалисты советуют взвесить удовольствие, которое вы получите от результата, а также расходы.Если вы живете в районе, где центральный кондиционер не так распространен, или вы не хотите возиться со старым домом, ценность может быть незначительной.

Уитни сравнивает это с установкой бассейна. «Вы всегда можете положить его, но никогда не сможете забрать его обратно. Зачем вам платить за что-то, если вы даже не знаете, нужно ли вам это? » он говорит. Некоторых покупателей это не волнует: «Так зачем вам тратить деньги, если это не имеет значения? … Не знаю, вернешь ли ты свои деньги ».

Источник изображения заголовка: (C5 Media / Shutterstock)

Ответственны ли арендодатели за кондиционирование воздуха?

Настало лето, а это означает повышение температуры — снаружи и внутри.Несомненно, кондиционер делает жизнь более сносной, особенно в жарких регионах и в более теплые месяцы. Тем не менее, многие люди считают, что кондиционирование воздуха является современной необходимостью, но как владелец недвижимости, отвечаете ли вы за кондиционирование воздуха? И, с другой стороны, каковы права ваших арендаторов на кондиционер?

Обязаны ли домовладельцы предоставлять кондиционирование воздуха?

В большинстве штатов домовладельцев не обязаны обеспечивать кондиционирование воздуха в соответствии с законами об арендодателях и арендаторах.Большинство юрисдикций рассматривают кондиционирование воздуха как удобство, а не требование жилых условий. Хотя законы и конкретные формулировки различаются в зависимости от штата, ответственность арендодателя подпадает под гарантию подразумеваемой пригодности для проживания, что означает, что аренда находится в состоянии, пригодном для проживания.

Подразумеваемая гарантия в соответствии с ожиданиями пригодности для жилья

Не существует национального стандарта, который определял бы «подразумеваемую гарантию пригодности для жилья», но общие ожидания для дома, чтобы быть пригодным для жилья, включают следующее:

• Рабочие газовые, отопительные, электрические и водопроводные системы
• Рабочие раковины, туалеты, ванна / душ, а также горячая вода
• Герметичные крыши и стены
• Двери, закрывающие замок
• Свобода от опасностей для здоровья, включая асбест, свинец и плесень
• Место для санитарной утилизации мусор
• Уничтожение паразитов
• Соответствующая вентиляция
• Безопасные аварийные выходы (точки выхода)
• Рабочие детекторы дыма и угарного газа

Пригодность основывается на безопасных, санитарных и безопасных условиях жизни.Это не означает, что устройство должно быть совершенным, эстетичным или роскошно удобным.

Приспособления для инвалидов

В некоторых случаях у ваших арендаторов могут быть медицинские условия, требующие наличия работающего кондиционирования воздуха. В этом случае установка какого-либо кондиционера (например, оконного блока или переносного / отдельно стоящего блока) будет считаться разумным приспособлением. Кроме того, штат Техас считает, что роль арендодателя заключается в ремонте или исправлении любого состояния, которое существенно влияет на физическое здоровье и безопасность любого арендатора.Это означает обеспечение кондиционирования воздуха в тех случаях, когда условия создают экстремальный уровень дискомфорта и опасности для здоровья (например, гипертермия и тепловой удар).

В аренде в Аризоне и Далласе должен быть кондиционер

В Аризоне, где температура регулярно достигает высоких трехзначных цифр, а смертельные случаи, связанные с жарой, к сожалению, слишком распространены, закон считает кондиционирование воздуха необходимой необходимостью для установки кондиционера. безопасно занято. Здесь арендатор имеет право на кондиционер, а арендодатель обязан его обеспечить.В некоторых городах Аризоны существуют законы, регулирующие температуру сдаваемых в аренду единиц на основе метода охлаждения. В Фениксе максимальная температура в сдаваемых в аренду квартирах, в которых используется кондиционер, не может превышать 82 градуса. Агрегатам, использующим испарительные охладители, разрешается максимальная температура 86 градусов.

В Далласе домовладельцы обязаны обеспечивать своих арендаторов «охлажденным воздухом» с 1 апреля по 1 ноября. Холодным воздухом считается воздух в помещении, который на 20 градусов холоднее наружного.Это означает, что если на улице 109 градусов тепла, в аренде не должно быть больше 89 градусов, что все еще довольно жарко. Тем не менее, штат Техас в целом не требует, чтобы арендодатели обеспечивали своих арендаторов кондиционерами, но должны предоставлять кондиционеры, если они решат температурную ситуацию, которая угрожает здоровью и безопасности арендаторов.

Когда в аренду входит кондиционер

Многие арендодатели предпочитают предлагать кондиционер в качестве дополнительного удобства к аренде, подобно установке посудомоечной машины или стиральной / сушильной машины.Когда кондиционер работает как неотъемлемая часть устройства, домовладелец несет ответственность за его обслуживание, чтобы обеспечить его работоспособность. Вообще говоря, когда вы предоставляете арендатору бытовую технику на время аренды, будь то роскошь, такая как встроенная микроволновая печь, или простая, как плита, вы несете ответственность за ее поддержание в рабочем состоянии.

В Калифорнии, Джорджии и других штатах закон предусматривает, что если кондиционер был рабочей частью арендной платы, когда арендатор въехал в квартиру, вы, как арендодатель, обязаны по контракту и по закону поддерживать его.В противном случае вы нарушите договор аренды, и ваш арендатор может привлечь вас к ответственности за причиненный ущерб. В Орегоне, если домовладелец не занимается ремонтом, арендаторы имеют право удерживать арендную плату или ремонт и вычитать стоимость из арендной платы.

Обслуживание и ремонт кондиционера

Когда кондиционер выходит из строя из-за износа, естественных сил или других причин, над которыми арендатор не может повлиять, вы, как арендодатель, несете ответственность за его ремонт (или замену) и покрытие расходы.Арендатор является ответственным за покрытие расходов на ремонт или замену, когда кондиционер получает повреждение в результате халатного поведения арендатора или гостей арендатора. В этом случае вы можете выбрать, будет ли арендатор платить непосредственно специалисту по обслуживанию или вычитаться из страхового депозита.

У арендодателей также есть определенный период времени на то, чтобы отремонтировать кондиционер после того, как арендатор уведомит их о том, что он перестал работать. В Аризоне, где отсутствие работоспособного кондиционера может привести к опасности для здоровья, у домовладельцев есть 2-5 рабочих дней на ремонт квартиры (кроме случаев, когда отказ был вызван повреждением, нанесенным арендатором или гостем арендатора).В Калифорнии у них есть 30 дней. Даже если в вашем штате не указаны временные рамки ремонта кондиционера, мы рекомендуем сделать все возможное, чтобы исправить это как можно скорее или предоставить альтернативные средства охлаждения, например, купить оконные кондиционеры, вентиляторы или системы испарительного охлаждения.

Рекомендуется описать шаги, которые ваш арендатор должен предпринять, чтобы уведомить вас о неработающем кондиционировании воздуха в вашем договоре аренды. Рассмотрите возможность реализации следующего:

1. Арендатор должен позвонить вам, арендодателю или в отдел обслуживания, указанный в договоре аренды, в случае отказа кондиционера.
2. Арендатор должен отправить уведомление в письменной форме (желательно по электронной почте) с указанием даты прекращения работы кондиционера, текущей даты и любой другой соответствующей информации.
3. Арендатор должен предоставить номер / адрес квартиры и контактную информацию, чтобы техник по ремонту мог запланировать время ремонта.

Регулярно проверяйте системы кондиционирования у специалистов по техническому обслуживанию, будь то в конце срока аренды или один раз в год, но обязательно до наступления жаркой погоды. Таким образом, вы получите представление о состоянии устройства и узнаете, нужно ли вам производить какой-либо ремонт, профилактический или иной, до того, как произойдет более дорогостоящий ущерб.

Как освободиться от ответственности за обслуживание кондиционера в договоре аренды

Даже если кондиционер поставляется вместе с устройством, вы можете структурировать формулировку в договоре аренды, чтобы освободить себя от ремонта или замены системы кондиционирования воздуха в случае ее поломки.

В штатах, где законы арендодателя и арендатора более свободны в отношении кондиционера, когда он входит в комплект (т. Е. Не в Калифорнии или Джорджии), вы можете исключить кондиционер из обслуживания и ремонта, которые вы оплачиваете. Вы должны письменно заявить, что это ответственность арендатора.Однако, если кондиционер вообще не упоминается в договоре аренды, арендатор может утверждать, что он косвенно является частью услуг, включенных в договор аренды. Как упоминалось ранее, арендатор также может утверждать, что неисправный кондиционер приводит к невыносимой жаре, что нарушает гарантию пригодности для проживания.

Суды могут заявить, что арендатор имеет право пользоваться квартирой в том же рабочем состоянии, в каком она была при сдаче в аренду. Однако, если у вас есть система отопления и кондиционирования, а кондиционер сломался в начале аренды, вам, вероятно, не придется это ремонтировать.

Будьте осторожны, если вы решите включить кондиционер в аренду, но освободите себя от его обслуживания в договоре аренды.

Сохраняйте спокойствие: знайте законы своего штата и города

Как указывалось ранее, законы о домовладельцах и арендаторах сильно различаются между штатами, и в городах могут быть свои собственные правила, касающиеся кондиционирования воздуха. Лучше всего ознакомиться со всеми законами муниципалитета, в котором находится ваша аренда.

Рассмотрите возможность работы с управляющим недвижимостью, который хорошо разбирается в законах вашей юрисдикции о арендодателях и квартиросъемщиках, включая любые нормативные акты, касающиеся кондиционирования воздуха.Они также могут помочь вам с техническим обслуживанием и осмотрами, чтобы вы могли максимально обезопасить себя, когда дело доходит до аренды.

Какого размера печь для кондиционера нужна моему дому?

При определении того, какой размер кондиционера или печи будет иметь выходную мощность, необходимую для охлаждения или обогрева вашего дома, учитывается множество факторов. Эти факторы включают степень воздействия солнца и наружного воздуха, толщину и тип изоляции наружных стен, размер дома, тип и количество окон и наружных дверей, высоту потолка, возраст постройки дома. и т.п.Выбор кондиционера / печи правильного размера очень важен для правильного охлаждения или обогрева вашего дома. Слишком маленький кондиционер или печь не охладит или не согреет ваш дом должным образом, а слишком большой агрегат будет стоить больше, чем необходимо. Если вы живете в Южном Онтарио, вы можете использовать следующие таблицы, чтобы оценить правильный размер нагревательного или охлаждающего устройства, которое может вам понадобиться для вашего дома.

Имейте в виду, что следующие оценки выходной мощности печи не соответствуют номинальной мощности печи.Например, печь с номинальным КПД 95% с номинальной мощностью 80 000 БТЕ / час имеет выходную мощность 0,95 x 80 000 БТЕ / час = 76 000 БТЕ / час.

Мощность печи и кондиционер для бунгало

Размер печи и кондиционера для двухквартирного двухэтажного дома

Размер печи и кондиционера для отдельно стоящего 2-х этажного дома

Если вы не уверены, какой размер блока HVAC подходит для вашего дома, обратитесь к квалифицированному специалисту, который проведет вас через этот процесс покупки.