پاسخ مثبت است، پمپ‌های حرارتی منبع هوا (ASHPs) در تنظیمات خارج از شبکه بسیار خوب عمل می‌کنند، مشروط بر اینکه شرایط خاصی رعایت شود. عوامل تعیین کننده عملکرد عایق خانه و اینکه آیا سیستم برق خارج از شبکه با نیازهای انرژی در زمستان (به جای تابستان) به عنوان ملاحظات اولیه طراحی شده است. در زیر تجزیه و تحلیل دقیق بر اساس داده های موجود است:
چرا آنها برای زندگی خارج از شبکه جذاب هستند
1. بهره وری انرژی:
به ازای هر واحد برق مصرفی، یک پمپ حرارتی می تواند تقریباً 3 تا 4 واحد انرژی حرارتی را بدون نیاز به سوزاندن سوخت تحویل دهد. حتی کوچکپمپ حرارتی سیستم اسپلیتبا HSPF2 (ضریب عملکرد فصلی گرمایش 2) رتبه 10 می تواند حدود 2.9 واحد گرما برای هر واحد برق مصرفی تولید کند - تقریباً سه برابر خروجی یک بخاری برقی مقاومتی که همان مقدار انرژی مصرف می کند.
2. استقلال انرژی:
نیازی به مخازن ذخیره سوخت یا تحویل LPG نیست. این سیستم تنها به برق متکی است و آن را برای ذخیره سازی انرژی خورشیدی، باد و باتری مناسب می کند.
چالش اصلی: عدم تطابق عرضه و تقاضا در زمستان
تقاضای گرمایش دقیقا زمانی به اوج می رسد که تولید انرژی خورشیدی در کمترین حد خود باشد. برای مثال، در بریتانیا، یک آرایه خورشیدی رو به جنوب می‌تواند در ژوئن چندین برابر بیشتر از ماه دسامبر انرژی تولید کند و ذخیره باتری نمی‌تواند انرژی اضافی را از ژوئن تا ژانویه «حمل کند». در نتیجه، نیازهای گرمایشی باید از همان ابتدای طراحی سیستم خارج از شبکه، در محاسبات بار زمستانی لحاظ شود، نه اینکه تجهیزات گرمایشی را به عنوان یک فکر بعدی به سیستمی که در ابتدا فقط برای نیازهای تابستانی اندازه داشت، اضافه کرد.
نمونه ای از تخمین اندازه:
یک پمپ حرارتی سیستم تقسیم 12000 BTU، زمانی که در حالت گرمایش در طول زمستان کار می کند، به طور متوسط حدود 600 وات مصرف می کند که در نتیجه مصرف انرژی روزانه تقریباً 14.4 کیلووات ساعت است. در شمال شرقی ایالات متحده در طول زمستان - زمانی که تنها حدود 2 تا 3 ساعت روشنایی موثر در روز در روز وجود دارد - برای تامین انرژی حتی یک دستگاه کوچک، یک آرایه خورشیدی تقریباً 6 تا 7 کیلووات (کیلووات) همراه با ذخیره باتری کافی برای رفع نیازهای انرژی در طول شب و در روزهای ابری نیاز دارد. یک سیستم پمپ حرارتی منبع هوا (ASHP) برای کل خانه بار بسیار سنگین تری را حمل می کند. در یک زمینه خارج از شبکه، یک محل مسکونی که توسط یک پمپ حرارتی گرم می شود، معمولاً در سمت بزرگتر قرار دارد. تعیین اندازه سیستم مناسب نیاز به ارزیابی دقیق از دست دادن حرارت ساختمان دارد. علاوه بر این، اوج تقاضای توان باید در نظر گرفته شود: یک پمپ حرارتی با توان حرارتی نامی 10 کیلووات ممکن است در هوای معتدل فقط 3 کیلووات برق مصرف کند، اما مصرف برق می‌تواند در طول چرخه یخ‌زدایی به 5 کیلووات افزایش یابد.
عملکرد در آب و هوای سرد دیگر یک گلوگاه فنی نیست.
1. پمپ های حرارتی مدرن با آب و هوای سرد می توانند ضریب عملکرد (COP) حداقل 1.75 در 5 درجه فارنهایت (-15 درجه سانتیگراد) و COP 2-3 در دماهای بین 30 درجه فارنهایت و 40 درجه فارنهایت (1- تا 4 درجه سانتیگراد) داشته باشند.
2. تولیدکنندگان بزرگ واحدهای پمپ حرارتی را ارائه می‌کنند - تایید شده توسط وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) - که برای کارکرد زیر صفر طراحی شده‌اند و برخی از مدل‌ها قادر به عملکرد در دماهای پایین -15 درجه فارنهایت (26- درجه سانتیگراد) هستند.
3. با این حال، با کاهش دما کارایی کاهش می یابد. به عنوان مثال، ضریب عملکرد فصلی گرمایش (HSPF2) برای یک پمپ حرارتی سیستم تقسیم شده معین ممکن است از میانگین ملی 10 به 7.5 در مناطق سردتر شمالی کاهش یابد. در نتیجه، ظرفیت الکتریکی بیشتری باید برای تاسیسات در اقلیم سرد اختصاص داده شود.
چگونه می توان از عملکرد موفقیت آمیز یک سیستم پمپ حرارتی منبع هوا در محیط خارج از شبکه اطمینان حاصل کرد؟
1. اولین قدم اولویت بندی عایق و هوابندی است. خانه‌های خارج از شبکه معمولاً از عایق‌بندی ضعیف رنج می‌برند، با این حال پمپ‌های حرارتی در ساختمان‌هایی با سطوح بالای هوابندی به بهترین شکل کار می‌کنند. مسدود کردن هر نقطه نفوذ هوای سرد به حفظ ظرفیت باتری کمک می کند.
2. مدل های مبتنی بر اینورتر را انتخاب کنید که به طور خاص برای آب و هوای سرد طراحی شده اند. کمپرسورهای اینورتر می توانند سرعت خود را بر اساس تقاضا تنظیم کنند - به جای اینکه مرتباً با قدرت کامل روشن و خاموش شوند - که در باتری و سیستم های اینورتر بسیار ملایم تر است.
3. اجزای توزیع حرارت خود را با دقت برنامه ریزی کنید. از آنجایی که پمپ‌های حرارتی در دمای آب/گرمایش پایین‌تر از دیگ‌های نفت یا گاز مایع (LPG) کار می‌کنند، ممکن است نیاز به نصب رادیاتورهای بزرگتر یا اجرای گرمایش از کف داشته باشید.
4. اندازه سیستم خود را بر اساس «سخت‌انگیزترین هفته» سال به جای «شرایط آب و هوای متوسط» قرار دهید و همیشه یک راه‌حل گرمایش پشتیبان در اختیار داشته باشید. یک رویکرد متداول این است که 1 تا 3 روز ذخیره باتری برای بارهای حیاتی فراهم شود که توسط یک ژنراتور شروع خودکار تکمیل می شود. هنگامی که شارژ باتری به یک آستانه تعیین شده کاهش می یابد، اینورتر-شارژر به طور خودکار ژنراتور را برای شارژ مجدد باتری ها فعال می کند.
5. تنظیم انرژی "هیبرید" را در نظر بگیرید. اگر برخی از نیازهای گرمایشی شما را می توان از طریق روش های دیگر برآورده کرد - مانند اجاق گاز یا وسایل گازسوز - می توانید مقیاس کلی سیستم خود را کاهش دهید و در عین حال پایداری عملیاتی آن را افزایش دهید. پمپ‌های حرارتی منبع هوا (ASHPs) در هوای معتدل‌تر زمستانی عملکرد فوق‌العاده‌ای دارند، در حالی که کوره پروپان یا اجاق‌های چوبی می‌توانند در دوره‌های سرمای شدید کار کنند.
سناریوهایی که ممکن است مناسب نباشد:
1. اگر خانه ای از نشت هوا یا عایق ضعیف رنج می برد و ظرفیت سیستم انرژی خورشیدی محدود است، رسیدگی به اتلاف گرما باید در اولویت قرار گیرد.
2. برای خانه هایی که اساساً برای برق به ژنراتور متکی هستند:پمپ های حرارتی منبع هوانیاز به یک منبع برق ثابت و پایدار دارند که آنها را برای سیستم هایی که صرفاً توسط یک ژنراتور تغذیه می شوند نامناسب می کند.
خلاصه:
برای خانه‌هایی با عایق‌بندی خوب، سیستم انرژی تجدیدپذیر (از جمله ذخیره‌سازی باتری) به اندازه‌ای متناسب با نیازهای زمستانی، و منبع گرمای پشتیبان، پمپ حرارتی منبع هوا یک انتخاب عالی برای زندگی در خارج از شبکه است که استقلال انرژی، هزینه‌های عملیاتی کمتر و کاهش قابل توجهی در انتشار گازهای گلخانه‌ای را ارائه می‌دهد. برای کابین‌های کوچک یا سیستم‌های موجود که عمدتاً برای استفاده تابستانی طراحی شده‌اند، رویکرد «هیبریدی» - استفاده از پمپ حرارتی در فصول شانه‌ای و برای خنک‌کردن تابستان، در حالی که تکیه بر اجاق‌های هیزمی یا گرمایش پروپان در اعماق زمستان است - اغلب انتخاب عاقلانه‌تر و اقتصادی‌تر است.
پاسخ مثبت است، پمپ‌های حرارتی منبع هوا (ASHPs) در تنظیمات خارج از شبکه بسیار خوب عمل می‌کنند، مشروط بر اینکه شرایط خاصی رعایت شود. عوامل تعیین کننده عملکرد عایق خانه و اینکه آیا سیستم برق خارج از شبکه با نیازهای انرژی در زمستان (به جای تابستان) به عنوان ملاحظات اولیه طراحی شده است. در زیر تجزیه و تحلیل دقیق بر اساس داده های موجود است:
چرا آنها برای زندگی خارج از شبکه جذاب هستند
1. بهره وری انرژی:
به ازای هر واحد برق مصرفی، یک پمپ حرارتی می تواند تقریباً 3 تا 4 واحد انرژی حرارتی را بدون نیاز به سوزاندن سوخت تحویل دهد. حتی کوچکپمپ حرارتی سیستم اسپلیتبا HSPF2 (ضریب عملکرد فصلی گرمایش 2) رتبه 10 می تواند حدود 2.9 واحد گرما برای هر واحد برق مصرفی تولید کند - تقریباً سه برابر خروجی یک بخاری برقی مقاومتی که همان مقدار انرژی مصرف می کند.
2. استقلال انرژی:
نیازی به مخازن ذخیره سوخت یا تحویل LPG نیست. این سیستم تنها به برق متکی است و آن را برای ذخیره سازی انرژی خورشیدی، باد و باتری مناسب می کند.
چالش اصلی: عدم تطابق عرضه و تقاضا در زمستان
تقاضای گرمایش دقیقا زمانی به اوج می رسد که تولید انرژی خورشیدی در کمترین حد خود باشد. برای مثال، در بریتانیا، یک آرایه خورشیدی رو به جنوب می‌تواند در ژوئن چندین برابر بیشتر از ماه دسامبر انرژی تولید کند و ذخیره باتری نمی‌تواند انرژی اضافی را از ژوئن تا ژانویه «حمل کند». در نتیجه، نیازهای گرمایشی باید از همان ابتدای طراحی سیستم خارج از شبکه، در محاسبات بار زمستانی لحاظ شود، نه اینکه تجهیزات گرمایشی را به عنوان یک فکر بعدی به سیستمی که در ابتدا فقط برای نیازهای تابستانی اندازه داشت، اضافه کرد.
نمونه ای از تخمین اندازه:
یک پمپ حرارتی سیستم تقسیم 12000 BTU، زمانی که در حالت گرمایش در طول زمستان کار می کند، به طور متوسط حدود 600 وات مصرف می کند که در نتیجه مصرف انرژی روزانه تقریباً 14.4 کیلووات ساعت است. در شمال شرقی ایالات متحده در طول زمستان - زمانی که تنها حدود 2 تا 3 ساعت روشنایی موثر در روز در روز وجود دارد - برای تامین انرژی حتی یک دستگاه کوچک، یک آرایه خورشیدی تقریباً 6 تا 7 کیلووات (کیلووات) همراه با ذخیره باتری کافی برای رفع نیازهای انرژی در طول شب و در روزهای ابری نیاز دارد. یک سیستم پمپ حرارتی منبع هوا (ASHP) برای کل خانه بار بسیار سنگین تری را حمل می کند. در یک زمینه خارج از شبکه، یک محل مسکونی که توسط یک پمپ حرارتی گرم می شود، معمولاً در سمت بزرگتر قرار دارد. تعیین اندازه سیستم مناسب نیاز به ارزیابی دقیق از دست دادن حرارت ساختمان دارد. علاوه بر این، اوج تقاضای توان باید در نظر گرفته شود: یک پمپ حرارتی با توان حرارتی نامی 10 کیلووات ممکن است در هوای معتدل فقط 3 کیلووات برق مصرف کند، اما مصرف برق می‌تواند در طول چرخه یخ‌زدایی به 5 کیلووات افزایش یابد.
عملکرد در آب و هوای سرد دیگر یک گلوگاه فنی نیست.
1. پمپ های حرارتی مدرن با آب و هوای سرد می توانند ضریب عملکرد (COP) حداقل 1.75 در 5 درجه فارنهایت (-15 درجه سانتیگراد) و COP 2-3 در دماهای بین 30 درجه فارنهایت و 40 درجه فارنهایت (1- تا 4 درجه سانتیگراد) داشته باشند.
2. تولیدکنندگان بزرگ واحدهای پمپ حرارتی را ارائه می‌کنند - تایید شده توسط وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) - که برای کارکرد زیر صفر طراحی شده‌اند و برخی از مدل‌ها قادر به عملکرد در دماهای پایین -15 درجه فارنهایت (26- درجه سانتیگراد) هستند.
3. با این حال، با کاهش دما کارایی کاهش می یابد. به عنوان مثال، ضریب عملکرد فصلی گرمایش (HSPF2) برای یک پمپ حرارتی سیستم تقسیم شده معین ممکن است از میانگین ملی 10 به 7.5 در مناطق سردتر شمالی کاهش یابد. در نتیجه، ظرفیت الکتریکی بیشتری باید برای تاسیسات در اقلیم سرد اختصاص داده شود.
چگونه می توان از عملکرد موفقیت آمیز یک سیستم پمپ حرارتی منبع هوا در محیط خارج از شبکه اطمینان حاصل کرد؟
1. اولین قدم اولویت بندی عایق و هوابندی است. خانه‌های خارج از شبکه معمولاً از عایق‌بندی ضعیف رنج می‌برند، با این حال پمپ‌های حرارتی در ساختمان‌هایی با سطوح بالای هوابندی به بهترین شکل کار می‌کنند. مسدود کردن هر نقطه نفوذ هوای سرد به حفظ ظرفیت باتری کمک می کند.
2. مدل های مبتنی بر اینورتر را انتخاب کنید که به طور خاص برای آب و هوای سرد طراحی شده اند. کمپرسورهای اینورتر می توانند سرعت خود را بر اساس تقاضا تنظیم کنند - به جای اینکه مرتباً با قدرت کامل روشن و خاموش شوند - که در باتری و سیستم های اینورتر بسیار ملایم تر است.
3. اجزای توزیع حرارت خود را با دقت برنامه ریزی کنید. از آنجایی که پمپ‌های حرارتی در دمای آب/گرمایش پایین‌تر از دیگ‌های نفت یا گاز مایع (LPG) کار می‌کنند، ممکن است نیاز به نصب رادیاتورهای بزرگتر یا اجرای گرمایش از کف داشته باشید.
4. اندازه سیستم خود را بر اساس «سخت‌انگیزترین هفته» سال به جای «شرایط آب و هوای متوسط» قرار دهید و همیشه یک راه‌حل گرمایش پشتیبان در اختیار داشته باشید. یک رویکرد متداول این است که 1 تا 3 روز ذخیره باتری برای بارهای حیاتی فراهم شود که توسط یک ژنراتور شروع خودکار تکمیل می شود. هنگامی که شارژ باتری به یک آستانه تعیین شده کاهش می یابد، اینورتر-شارژر به طور خودکار ژنراتور را برای شارژ مجدد باتری ها فعال می کند.
5. تنظیم انرژی "هیبرید" را در نظر بگیرید. اگر برخی از نیازهای گرمایشی شما را می توان از طریق روش های دیگر برآورده کرد - مانند اجاق گاز یا وسایل گازسوز - می توانید مقیاس کلی سیستم خود را کاهش دهید و در عین حال پایداری عملیاتی آن را افزایش دهید. پمپ‌های حرارتی منبع هوا (ASHPs) در هوای معتدل‌تر زمستانی عملکرد فوق‌العاده‌ای دارند، در حالی که کوره پروپان یا اجاق‌های چوبی می‌توانند در دوره‌های سرمای شدید کار کنند.
سناریوهایی که ممکن است مناسب نباشد:
1. اگر خانه ای از نشت هوا یا عایق ضعیف رنج می برد و ظرفیت سیستم انرژی خورشیدی محدود است، رسیدگی به اتلاف گرما باید در اولویت قرار گیرد.
2. برای خانه هایی که اساساً برای برق به ژنراتور متکی هستند:پمپ های حرارتی منبع هوانیاز به یک منبع برق ثابت و پایدار دارند که آنها را برای سیستم هایی که صرفاً توسط یک ژنراتور تغذیه می شوند نامناسب می کند.
خلاصه:
برای خانه‌هایی با عایق‌بندی خوب، سیستم انرژی تجدیدپذیر (از جمله ذخیره‌سازی باتری) به اندازه‌ای متناسب با نیازهای زمستانی، و منبع گرمای پشتیبان، پمپ حرارتی منبع هوا یک انتخاب عالی برای زندگی در خارج از شبکه است که استقلال انرژی، هزینه‌های عملیاتی کمتر و کاهش قابل توجهی در انتشار گازهای گلخانه‌ای را ارائه می‌دهد. برای کابین‌های کوچک یا سیستم‌های موجود که عمدتاً برای استفاده تابستانی طراحی شده‌اند، رویکرد «هیبریدی» - استفاده از پمپ حرارتی در فصول شانه‌ای و برای خنک‌کردن تابستان، در حالی که تکیه بر اجاق‌های هیزمی یا گرمایش پروپان در اعماق زمستان است - اغلب انتخاب عاقلانه‌تر و اقتصادی‌تر است.
