데이터로 열 펌프 및 용광로 최적화

내 히트 펌프(HP)가 어떻게 연간 100달러와 3,000파운드의 CO₂를 절약했는지에 대한 마지막 기사 이후 , 양쪽 모두로부터 피드백을 받았습니다. 용광로보다 비쌉니다.

히트 펌프 동작은 용광로보다 복잡하지만 HP가 HVAC 시스템, 환경 및 라이프스타일에 최적화되어 있다면 비용을 절감하고 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있다고 확신합니다. 그러나 적절한 설정을 위해서는 시간과 노력이 필요한 몇 개월 간의 관찰, 분석 및 조정이 필요합니다. HVAC 시스템을 기성복이나 드레스처럼 취급하는 것이 도움이 된다고 생각합니다. 있는 그대로 적절하지만 주의 깊게 측정하고 조정한 후에는 환상적입니다.

이 기사에서는 온도 조절기 로그를 사용하여 용광로와 HP 동작을 관찰한 다음 시스템 설정을 조정하여 비용과 탄소 절감을 극대화하는 방법을 보여줍니다. 모든 집은 고유하며 이 분석의 정확한 수치적 결론은 내 집에만 적용된다는 점을 기억하십시오. 이것은 HVAC 효율성을 최적화할 수 있도록 난방 시스템을 이해하는 데 시간을 할애할 수 있도록 영감을 주고 힘을 실어 주기 위한 것입니다.

용광로 동작

용광로(천연 가스, 전기, 석유 또는 프로판)와 보일러/라디에이터는 연료 소스와 효율이 다르지만 모두 비슷한 동작을 합니다. 나는 내 천연 가스 용광로에 초점을 맞출 것이지만 원칙은 동일합니다.

천연 가스 용광로는 집 전체에 퍼지는 연소 열을 제공합니다. 1시간 동안 난로를 켜면 외부 온도와 상관없이 집은 똑같이 따뜻해집니다. 이를 입증하기 위해 그림 1은 다양한 실외 온도에서 내 용광로의 가열 기능을 보여줍니다.

용광로 효율성은 수십 년 동안 눈에 띄게 변하지 않았습니다(미국의 경우 표준 80%, 고효율 장치 및 추가 주택 개조 시 95%). 완전히 최적화된 오래된 기술이기 때문에 효율성을 개선할 여지가 많지 않습니다. 따라서 30년 이상 된 장치를 새 장치로 교체해도 측정 가능한 비용이나 배출량 절감 효과가 없었습니다.

덕트 시스템에서 용광로는 가열 이상의 역할을 합니다. 바로 공기 처리입니다. 용광로에는 집 전체에 뜨거운 공기(또는 여름에는 차가운 공기)를 분배하는 거대한 팬이 있습니다. 덕트식 HP는 여전히 열을 분배할 방법이 필요하므로 용광로가 없더라도 덕트식 주택에는 공기 처리기가 필요합니다.

열 펌프 동작

히트 펌프는 난방도 하는 에어컨입니다. 이것이 유일한 차이점입니다! AC와 마찬가지로 HP는 냉각수를 압축하고 팽창시켜 한 저장소에서 다른 저장소로 열을 전달하는 역열 엔진입니다. AC는 한 방향(내부에서 외부로)에서만 열을 이동할 수 있습니다. HP는 겨울에는 열을 안으로, 여름에는 밖으로 내보낼 수 있습니다.

AC와 마찬가지로 HP는 덕트 시스템용 큐브 모양 장치(분할 시스템이라고 함), 벽 장치(미니 분할이라고 함) 및 창 장치(단일 패키지라고 함)와 같은 다양한 구성으로 제공됩니다. 덕트리스 시스템(벽 및 창 장치)은 일반적으로 더 효율적이지만 넓은 지역을 고르게 가열하는 데 어려움을 겪습니다. 또한 AC와 마찬가지로 HP에는 대형 팬이 있으며 작동 중 종종 소음이 발생합니다.

미국에서 HP 효율은 선형 척도인 HSPF로 보고됩니다(즉, HSPF가 두 배인 HP는 가열에 전기의 절반을 사용함). 내 장치의 HSPF는 9.5로 적당한 효율입니다. 열 펌프는 새로운 기술입니다. 새로운 모델 히트 펌프의 효율성은 해가 갈수록 계속해서 증가하고 있습니다.

실외 온도가 떨어지면 HP가 효율성을 잃는다는 내용을 자주 읽었지만 수학적 데모를 본 적이 없어서 하나 만들었습니다(아래 그림 2 참조).

내 HP는 2kW로 일정하게 작동하며 집 전체에 열을 분산시키기 위해 400W 용광로 팬이 필요합니다(총 2.4kW). 따라서 HP를 가동하는 비용은 항상 동일하지만 외부 온도가 낮을수록 HP는 더 오랜 시간 동안 가동됩니다.

듀얼 소스 시스템 최적화

퍼니스는 HP보다 빠르게 가열되지만 시간당 비용이 더 많이 들고 HP 효율성은 외부 온도에 따라 달라집니다. 우리 집과 HVAC 시스템(그림 3)의 경우 HP는 항상 36°F(2°C) 이상에서 비용 효율적이고 퍼니스는 30°F(-1°C) 미만에서 비용 효율적입니다. 중간 범위는 천연 가스의 비용에 따라 다르며, 이는 월별 변동이 크고 사용 시점에 예측할 수 없습니다.

이 정보를 기반으로 30°F(-1°C) 미만의 용광로만 사용하고 4°C(40°F) 이상의 HP만 사용하도록 시스템을 설정했습니다. 30–40°F 사이에서 용광로는 집이 5°F/3°C 이상으로 난방이 필요할 때(일반적으로 밖이 추운 이른 아침) 사용되며 HP는 더 작은 온도 보정(일반적으로 하루 종일 집의 온도). 참고로 처음 HP를 설치했을 때 계약자는 HP 잠금을 40°F(4°C)로, 용광로 잠금을 45°F(7°C)로 설정했습니다. HP 성능을 측정하지 않고 시스템 논리를 해당 범위로 조정하지 않았다면 지난 1년 동안 HP를 사용하여 얻은 거의 모든 비용 및 배출량 절감 효과를 놓쳤을 것입니다.

비용에 관계없이 배출량을 줄이는 데 중점을 두고 싶거나 용광로가 고장난 경우 열 펌프를 -4°C(25°F)까지 사용하도록 시스템을 설정할 수 있습니다. 그러나 이 범위의 가장 낮은 온도에서 HP는 거의 지속적으로 작동하고 난방 비용은 용광로를 사용할 때보다 두 배 이상 증가합니다. 온도가 25°F 아래로 떨어지면(겨울 아침에 종종 발생함) 내 열 펌프는 집을 전혀 난방할 수 없으며 풀타임으로 작동하는 경우에도 마찬가지입니다. 나는 여전히 용광로가 필요합니다.

다음 단계

내 HP가 당신보다 더 효율적이거나 덜 효율적일 수도 있고 에너지 비용이 다를 수도 있습니다. 이 데이터는 내 집과 장비에 나에게만 적용됩니다! 나와 같은 이중 소스 시스템이 있는 경우 온도 조절기 로그 및 유틸리티 청구서를 사용하여 유효 범위에 대한 유사한 분석을 수행하고 그에 따라 시스템의 가열 논리를 조정할 수 있습니다.

분석하고 조정하면 의견을 듣고 싶습니다! 집이 서로 얼마나 다른지 궁금하기 때문에 열 시스템을 최적화하기 위해 다른 데이터 기반 분석을 보고 싶습니다.

이 기사는 The New Climate 에 게재되었습니다 .