Tắt máy lạnh khi bạn không có nhà có thực sự tiết kiệm năng lượng không? Ba kỹ sư cho biết các con số
của Aisling Pigott, Jennifer Scheib và Kyri Baker, The Conversation
Các mô hình năng lượng có thể cho biết một ngôi nhà sẽ sử dụng bao nhiêu năng lượng trong các điều kiện cụ thể - như thời tiết mùa hè khô nóng của Phoenix. Các nhà nghiên cứu đã chạy các con số trên ba công nghệ HVAC khác nhau và ba chiến lược cài đặt nhiệt độ khác nhau. Ảnh: Pigott / Scheib / Baker / CU Boulder, CC BY-ND
Những ngày hè nóng nực có thể đồng nghĩa với việc hóa đơn tiền điện tăng cao. Mọi người muốn sống thoải mái mà không lãng phí năng lượng và tiền bạc. Có thể hộ gia đình của bạn đã tranh nhau về chiến lược tốt nhất để làm mát không gian của bạn. Cách nào hiệu quả hơn: chạy máy lạnh suốt cả mùa hè không nghỉ, hay tắt máy vào ban ngày khi bạn không có mặt để tận hưởng nó?
Chúng tôi là một nhóm các kỹ sư hệ thống kiến trúc và tòa nhà, những người đã sử dụng các mô hình năng lượng mô phỏng truyền nhiệt và hiệu suất hệ thống A / C để giải quyết câu hỏi lâu năm này: Bạn sẽ cần loại bỏ nhiều nhiệt hơn trong nhà bằng cách loại bỏ nhiệt liên tục trong ngày hay loại bỏ lượng dư thừa nhiệt chỉ vào cuối ngày?
Câu trả lời tóm tắt về mức độ tiêu tốn năng lượng để loại bỏ nhiệt ra khỏi nhà của bạn. Nó bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như cách nhiệt ngôi nhà của bạn như thế nào, kích thước và loại máy điều hòa không khí của bạn cũng như nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời.
Theo tính toán chưa được công bố của chúng tôi, để ngôi nhà của bạn nóng lên khi bạn đi làm và làm mát nó khi bạn về nhà có thể sử dụng ít năng lượng hơn so với việc giữ cho nó luôn mát - nhưng điều đó còn tùy thuộc.
Blast A / C cả ngày, ngay cả khi bạn đi vắng?
Đầu tiên, hãy nghĩ về cách nhiệt tích tụ ngay từ đầu. Nó chảy vào nhà của bạn khi tòa nhà có ít nhiệt lưu trữ hơn bên ngoài. Nếu lượng nhiệt chảy vào nhà của bạn được cho theo tỷ lệ "1 đơn vị trên giờ", thì A / C của bạn sẽ luôn có 1 đơn vị nhiệt để loại bỏ mỗi giờ. Nếu bạn tắt A / C và để nhiệt tích tụ, bạn có thể có nhiệt lượng lên đến tám giờ vào cuối ngày.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng ba công nghệ HVAC khác nhau và ba chiến lược cài đặt nhiệt độ giống nhau, nhưng lần này là cho một ngôi nhà ở Atlanta nóng ẩm. Ảnh: Pigott / Scheib / Baker / CU Boulder, CC BY-ND
Tuy nhiên, nó thường ít hơn thế — các ngôi nhà có giới hạn về lượng nhiệt mà chúng có thể lưu trữ. Và lượng nhiệt đi vào nhà của bạn phụ thuộc vào mức độ nóng của tòa nhà khi mới bắt đầu. Ví dụ, nếu ngôi nhà của bạn chỉ có thể tích trữ 5 đơn vị nhiệt năng trước khi đạt đến trạng thái cân bằng với nhiệt độ không khí ngoài trời, thì vào cuối ngày, bạn sẽ chỉ phải loại bỏ tối đa 5 đơn vị nhiệt năng.
Ngoài ra, khi nhà của bạn nóng lên, quá trình truyền nhiệt chậm lại; cuối cùng nó đạt đến độ truyền nhiệt bằng không ở trạng thái cân bằng, khi nhiệt độ bên trong bằng nhiệt độ bên ngoài. A / C của bạn cũng làm mát kém hiệu quả hơn trong điều kiện nhiệt độ quá cao, do đó, việc tắt nó trong những thời điểm nóng nhất trong ngày có thể làm tăng hiệu quả tổng thể của hệ thống. Những tác động này có nghĩa là không có câu trả lời đơn giản nào cho việc bạn nên sử dụng A / C cả ngày hay đợi cho đến khi bạn trở về nhà vào buổi tối.
Năng lượng được sử dụng bởi các chiến lược A / C khác nhau
Hãy xem xét một trường hợp thử nghiệm của một ngôi nhà nhỏ với lớp cách nhiệt điển hình ở hai vùng khí hậu ấm áp: khô (Arizona) và ẩm (Georgia). Sử dụng phần mềm mô hình năng lượng do Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ tạo ra để phân tích việc sử dụng năng lượng trong các tòa nhà dân cư, chúng tôi đã xem xét nhiều trường hợp thử nghiệm về việc sử dụng năng lượng trong ngôi nhà giả định rộng 110 mét vuông này.
Ảnh: The Conversation
Chúng tôi đã xem xét ba kịch bản chiến lược nhiệt độ. Một chiếc có nhiệt độ trong nhà được đặt ở mức không đổi 76 độ F (24,4 độ C). Một giây cho phép nhiệt độ tăng lên đến 89 F (31,6 C) trong một ngày làm việc tám giờ — một "khoảng lùi". Loại cuối cùng sử dụng điều chỉnh nhiệt độ ở mức 89 F (31,6 C) cho một ngày làm việc ngắn bốn giờ.
Trong ba kịch bản này, chúng tôi đã xem xét ba công nghệ A / C khác nhau: A / C trung tâm một giai đoạn, máy bơm nhiệt nguồn không khí trung tâm (ASHP) và các đơn vị máy bơm nhiệt minisplit. Các thiết bị A / C trung tâm là điển hình của các tòa nhà dân dụng hiện nay, trong khi máy bơm nhiệt đang trở nên phổ biến do hiệu quả được cải thiện. ASHP trung tâm dễ dàng được sử dụng để thay thế 1-1 cho các đơn vị A / C trung tâm; minisplits hiệu quả hơn A / C trung tâm nhưng tốn kém chi phí thiết lập.
Chúng tôi muốn xem việc sử dụng năng lượng từ A / C thay đổi như thế nào trong những trường hợp này. Chúng tôi biết rằng bất kể công nghệ HVAC được sử dụng, hệ thống A / C sẽ tăng khi điểm đặt của bộ điều nhiệt trở về 76 F (24,4 C) và cả ba trường hợp vào cuối buổi chiều khi nhiệt độ không khí ngoài trời thường cao nhất. Trong các trường hợp lùi xe, chúng tôi đã lập trình A / C để bắt đầu làm mát không gian trước khi cư dân quay lại, đảm bảo sự thoải mái về nhiệt độ vào thời điểm họ về nhà.
Những gì chúng tôi phát hiện ra là ngay cả khi A / C tạm thời tăng đột biến để phục hồi từ nhiệt độ trong nhà cao hơn, mức tiêu thụ năng lượng tổng thể ở
trường hợp tback vẫn ít hơn so với khi duy trì nhiệt độ ổn định trong suốt cả ngày. Trên quy mô hàng năm với A / C trung tâm thông thường, điều này có thể dẫn đến tiết kiệm năng lượng lên đến 11%.
Ảnh: The Conversation
Tuy nhiên, mức tiết kiệm năng lượng có thể giảm nếu ngôi nhà được cách nhiệt tốt hơn, A / C hiệu quả hơn hoặc khí hậu có sự thay đổi nhiệt độ ít nghiêm trọng hơn.
Máy bơm nhiệt nguồn không khí trung tâm và máy bơm nhiệt minisplit tổng thể hiệu quả hơn nhưng tiết kiệm ít hơn do chênh lệch nhiệt độ. Khoảng lùi tám giờ vào các ngày trong tuần giúp tiết kiệm bất kể loại hệ thống nào, trong khi lợi ích thu được từ khoảng lùi bốn giờ ít đơn giản hơn.
