熱泵技術(shù)將在建筑脫碳中掀起新浪潮？

近年來，隨著全球氣候和能源危機(jī)的加劇，一些全球著名的房地產(chǎn)公司、銀行和投資機(jī)構(gòu)的高管被要求說出在可持續(xù)發(fā)展方面最讓他們興奮的技術(shù)時，答案卻出奇的一致：熱泵。這些加熱與冷卻系統(tǒng)被認(rèn)為是幫助全球數(shù)以億計(jì)的建筑物擺脫化石燃料并減少碳足跡的關(guān)鍵方法之一。

日益增長的脫碳壓力已將熱泵推向主流，并成為許多業(yè)主的首要考慮。相關(guān)部門在推出激勵措施來幫助業(yè)主分擔(dān)熱泵升級費(fèi)用似乎也沒有什么壞處。但是，盡管有各種宣傳和資金補(bǔ)助，但從全球范圍來看熱泵技術(shù)采用率仍然緩慢，導(dǎo)致一些人懷疑熱泵是否真的會成為許多人認(rèn)為的靈丹妙藥。

什么是熱泵技術(shù)

熱泵技術(shù)是一種能夠?qū)崮軓牡蜏丨h(huán)境轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境的技術(shù)，其工作原理基于熱力學(xué)的熱運(yùn)輸原理。熱泵系統(tǒng)主要由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥等組成。以下是典型的熱泵工作原理：

蒸發(fā)器（Evaporator）： 工作開始于蒸發(fā)器，其位于低溫的熱源環(huán)境中。在蒸發(fā)器中，工質(zhì)（實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)，通常是制冷劑）從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，吸收環(huán)境中的熱量。這一過程使得蒸發(fā)器中的工質(zhì)溫度降低。

壓縮機(jī)（Compressor）： 氣體狀態(tài)的工質(zhì)被壓縮機(jī)壓縮，增加其溫度和壓力。這一過程需要耗費(fèi)一定的能量，通常由電力驅(qū)動。

冷凝器（Condenser）： 壓縮后的高溫、高壓氣體通過冷凝器，位于高溫環(huán)境中。在冷凝器中，工質(zhì)釋放出吸收的熱量，從而冷凝成液體。這一過程使得冷凝器中的工質(zhì)溫度升高。

膨脹閥（Expansion Valve）： 冷凝器中的液態(tài)工質(zhì)通過膨脹閥，減壓并進(jìn)入蒸發(fā)器。這一過程導(dǎo)致工質(zhì)溫度降低，準(zhǔn)備好進(jìn)入下一輪循環(huán)。

通過以上循環(huán)，熱泵系統(tǒng)能夠?qū)崃繌牡蜏丨h(huán)境吸收，通過壓縮和冷凝的過程提高其溫度，然后釋放到高溫環(huán)境。這使得低溫環(huán)境中的熱能可以被有效地轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)在低溫環(huán)境中提供熱能的同時，在高溫環(huán)境中實(shí)現(xiàn)制冷效果。熱泵技術(shù)的應(yīng)用包括供暖、制冷、熱水等領(lǐng)域。根據(jù)實(shí)際需求和工質(zhì)的選擇，熱泵系統(tǒng)可以用于不同的溫度范圍和應(yīng)用場景。

熱泵在脫碳中的作用

熱泵在脫碳中可以發(fā)揮多種作用，尤其是在能源利用和減少碳排放方面具有潛力。比如：

能源效率提升： 熱泵可以通過從低溫環(huán)境中吸收熱量，經(jīng)過升溫后釋放到高溫環(huán)境，從而提高能源利用效率。這有助于減少對傳統(tǒng)高能耗熱源的依賴，減少對化石燃料的需求，進(jìn)而降低碳排放。

電力脫碳： 如果熱泵使用可再生能源（如風(fēng)能、太陽能等）作為能源輸入，它們可以成為電力系統(tǒng)中的低碳選擇。這對于推動電力脫碳非常重要，因?yàn)殡娏κ窃S多行業(yè)和家庭能源需求的來源。

替代傳統(tǒng)供熱方式： 熱泵可以替代傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)，如燃煤鍋爐或天然氣鍋爐，從而減少使用化石燃料的需求。這有助于降低碳排放，改善供熱系統(tǒng)的環(huán)境影響。

工業(yè)過程優(yōu)化： 在一些工業(yè)過程中，熱泵可以用于提供高溫?zé)崮埽〈恍└邷剡^程中對于燃煤或其他高碳能源的依賴。這有助于減少工業(yè)領(lǐng)域的碳排放。

空調(diào)與制冷的低碳選擇： 熱泵技術(shù)在空調(diào)和制冷領(lǐng)域也有應(yīng)用，通過提供更高效的空調(diào)和制冷系統(tǒng)，減少對高碳制冷劑的依賴，從而有助于減緩氣候變化。

熱泵在脫碳中的作用主要體現(xiàn)在提高能源利用效率、減少碳排放和推動可再生能源的利用等方面。不過，其效果也受到所用能源、地理環(huán)境和具體應(yīng)用場景等因素的影響。

熱泵的前景

熱泵可能是目前的熱門話題，但它們絕不是新鮮事?？照{(diào)系統(tǒng)的歷史可以追溯到19世紀(jì)初。熱泵是有效的交流系統(tǒng)，也可以逆轉(zhuǎn)該過程以產(chǎn)生熱量。因此，熱泵也成為一些國家和地區(qū)流行的系統(tǒng)。例如，挪威一半以上的建筑物采用熱泵供暖，瑞典和芬蘭約40%的建筑物也在使用該技術(shù)。

現(xiàn)在熱泵正在成為美國的主流。去年，熱泵在美國的銷量首次超過燃?xì)鉅t。這些系統(tǒng)的日益普及甚至導(dǎo)致《麻省理工學(xué)院技術(shù)評論》在去年早些時候宣布美國正在進(jìn)入熱泵時代。 “熱泵將成為減少供暖對氣候影響的核心技術(shù)，”國際能源署能源分析師雅尼克·蒙肖爾 (Yannick Monschauer)表示。

對于許多人來說，從燃?xì)忮仩t或熔爐改用熱泵是降低建筑物碳排放的最明顯方法。該技術(shù)主要組件的最新改進(jìn)有助于提高效率和性能。如今的熱泵能夠達(dá)到300%到400%的效率，在某些情況下甚至更高。這意味著他們以熱能的形式輸出的能量是用電的三到四倍。為了進(jìn)行比較，典型的空間加熱器具有最大效率，理論上至少為100%。如今的頂級型號僅達(dá)到95%左右的效率。

由于其背后的技術(shù)，熱泵能夠變得更加高效。空間加熱器將電能從電能轉(zhuǎn)化為熱量，而熱泵則利用電能來收集熱量并將其轉(zhuǎn)移。這聽起來可能沒有什么不同，但這意味著熱泵可以使用相同量的電量產(chǎn)生更多的熱量。對于業(yè)主，尤其是那些擁有屋頂太陽能等可再生能源的業(yè)主來說，改用熱泵可以幫助他們減少甚至消除對污染能源的使用。

對于越來越多的地區(qū)和城市的業(yè)主和開發(fā)商來說，排放法更加嚴(yán)格，脫碳目標(biāo)也更高，熱泵為實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)提供了一種有吸引力的解決方案。盡管前期費(fèi)用可能會更高，特別是如果業(yè)主正在改造現(xiàn)有建筑。不過，目前越來越多的國家開始給予相應(yīng)的補(bǔ)貼。例如，美國的《通貨膨脹減少法案》(IRA) 包括一系列在住宅和商業(yè)建筑物中安裝熱泵的激勵措施。

盡管熱泵的銷售雖然創(chuàng)下了紀(jì)錄，但并沒有像一些人認(rèn)為的那樣迅速增長。但這是由于持續(xù)的高利率環(huán)境導(dǎo)致人口流動減少，以及目前影響大多數(shù)行業(yè)的宏觀經(jīng)濟(jì)趨勢。

對于想要進(jìn)行改造的大型建筑物的業(yè)主來說，安裝熱泵可能會變得很復(fù)雜。交換機(jī)可能需要更多管道系統(tǒng)或添加小型分流器。但隨著新建筑的出現(xiàn)，熱泵正在被廣泛采用。 “成本差異不到 10%，”Culture Cascade 數(shù)字股權(quán)合作伙伴總監(jiān) Alexander Shermansong 表示。 “從建筑商的角度來看，幾乎沒有動力不這樣做?！?/p>

例如，美國商業(yè)房地產(chǎn)公司 Omni New York 正在升級紐約一座建于 20 世紀(jì) 70 年代、擁有 195 個單元的經(jīng)濟(jì)適用多戶住宅。能源改造將包括在建筑物的外部增加一層額外的層，以幫助密封能量并增加熱泵。兩年前，兩家公司與 Bright Power 合作，作為價(jià)值 5000 萬美元的帝國大廈挑戰(zhàn)計(jì)劃的一部分，以實(shí)現(xiàn)住宅建筑的碳中和。Omni New York 董事總經(jīng)理 Eugene Schneur 表示：“這項(xiàng)工作對于提高現(xiàn)有大型多戶建筑的能源效率是必要的，同時也有助于遏制氣候變化?！?/p>

近年來，熱泵作為一種有吸引力的替代品的出現(xiàn)也與熱泵技術(shù)的進(jìn)步相一致。與計(jì)算機(jī)和其他電子產(chǎn)品不同，熱泵的效率不斷提高。當(dāng)今的熱泵有多種尺寸和配置，并使用雙速或變速電機(jī)。效率的提高和選擇范圍的擴(kuò)大促進(jìn)了加熱和冷卻系統(tǒng)的銷售。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年，美國安裝了 480 萬臺熱泵，但立法者和業(yè)界的目光遠(yuǎn)不止于此。去年 9月，一個由美國幾個州和地區(qū)組成的財(cái)團(tuán)宣布承諾在2030年安裝2000萬個住宅電熱泵的目標(biāo)，這些州和地區(qū)共同代表了美國經(jīng)濟(jì)的一半以上。

是什么阻礙了熱泵的增長

盡管有所增長，但仍有許多問題阻礙了熱泵技術(shù)的更廣泛采用。其一，有關(guān)熱泵性能的數(shù)據(jù)很少，可用數(shù)據(jù)僅來自幾個樣本。市場上的大多數(shù)數(shù)據(jù)都是基于預(yù)期性能。

熱泵沒有像一些人希望的那樣爆炸式增長的另一個重要原因是許多其他行業(yè)也在處理的一個持續(xù)存在的問題：供應(yīng)限制。熱泵設(shè)備的可用性和類型因地區(qū)而異。寒冷氣候下的零件和設(shè)備與溫帶氣候下的零件和設(shè)備略有不同。更重要的是，最終安裝設(shè)備的專業(yè)人員是整個過程的關(guān)鍵部分。

關(guān)于熱泵最受關(guān)注的問題之一是它們在最寒冷的氣候下的表現(xiàn)。經(jīng)常有人批評熱泵在最寒冷的冬季無法正常工作，但業(yè)內(nèi)許多人駁斥了這一觀點(diǎn)，他們表示，技術(shù)的進(jìn)步意味著絕大多數(shù)時候，他們確實(shí)在寒冷的氣候下工作——即使是在一年中最冷的日子里。

然而，確實(shí)，當(dāng)溫度下降時，熱泵的效率會降低，并且在某個時刻，它們會變得更加昂貴。也就是說，有一些解決方法可以提供更高水平的保證并節(jié)省成本。擁有熱泵的業(yè)主還可以擁有一個熔爐，既作為備用系統(tǒng)，又可以在高峰時段降低電費(fèi)。

從成本角度來看，熱泵通常昂貴的前期成本一直是許多正在探索該技術(shù)的業(yè)主的障礙。越來越多旨在降低這些成本的計(jì)劃和激勵措施無疑有所幫助，但這并不總是足夠的。 SageEnergy 的 McCabe 表示：“一般來說，你可以用比單個故障安全氣候熱泵更少的價(jià)格獲得一個基本的爐子和空調(diào)。”“即使在激勵措施之后，這似乎仍然是一個障礙?！?/p>

熱泵的好處是顯而易見的，全球各地政府也正在大力推動熱泵的使用。住宅業(yè)主是這項(xiàng)技術(shù)的重點(diǎn)關(guān)注對象，但商業(yè)地產(chǎn)業(yè)主也可以通過改用熱泵來節(jié)省成本并減少碳排放。就像許多建筑業(yè)主目前正在探索的綠色技術(shù)一樣，熱泵是一個令人興奮的前景，但在實(shí)現(xiàn)這一飛躍之前必須考慮很多因素。人們?nèi)匀粦岩伤鼈冊谧詈涞臍夂蛳率欠窨煽?，而且熱泵的成本雖然下降，但仍然是一個問題。

改變是困難的，承包商和行業(yè)中的其他參與者可能需要一些時間才能接受教育并接受這個想法。但考慮到當(dāng)前的政治和氣象氣候，該行業(yè)不能再忽視這一點(diǎn)。

熱泵在中國為什么發(fā)展不起來？

近日，國家發(fā)展改革委會同有關(guān)部門印發(fā)了《關(guān)于發(fā)布〈重點(diǎn)用能產(chǎn)品設(shè)備能效先進(jìn)水平、節(jié)能水平和準(zhǔn)入水平（2024年版）〉的通知》，進(jìn)一步強(qiáng)化熱泵熱水器、空氣源熱泵等產(chǎn)品能效管理要求。不過，熱泵技術(shù)在中國的發(fā)展仍然還面臨一些挑戰(zhàn)和限制，其中一些原因包括：

認(rèn)知不足：一些消費(fèi)者和企業(yè)對熱泵技術(shù)的認(rèn)知程度相對較低。由于熱泵技術(shù)相對較新，部分人可能對其工作原理和優(yōu)勢不夠了解，導(dǎo)致對其采用的猶豫和不信任。

初期投資較高：熱泵系統(tǒng)的初期投資相對較高，雖然在長期運(yùn)行中能夠節(jié)省能源成本，但高初投資對一些消費(fèi)者和企業(yè)來說可能是一項(xiàng)阻礙因素。需要促進(jìn)政策和財(cái)政支持以降低投資門檻。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量問題：熱泵市場上存在一些產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊的情況，這可能導(dǎo)致消費(fèi)者對技術(shù)的信任度下降。加強(qiáng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)管和認(rèn)證體系可以幫助提高市場的整體質(zhì)量水平。

缺乏相關(guān)政策支持：在一些地區(qū)，缺乏對熱泵技術(shù)的政策支持，包括財(cái)政激勵、減稅優(yōu)惠和法規(guī)制度的支持等。政策的不完善可能降低了投資者和用戶采用熱泵技術(shù)的積極性。

能源結(jié)構(gòu)和價(jià)格：中國的能源結(jié)構(gòu)中，仍然以煤為主，而且煤電價(jià)格相對較低。這可能降低了一些地區(qū)采用熱泵技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益，相對傳統(tǒng)能源的低成本使得一些用戶仍然更傾向于使用傳統(tǒng)能源。

市場競爭：一些傳統(tǒng)能源產(chǎn)品在市場上占有較大份額，競爭激烈。熱泵技術(shù)需要在市場上建立競爭力，才能更好地推動其發(fā)展。

為了促進(jìn)熱泵技術(shù)在中國的發(fā)展，需要綜合考慮技術(shù)研發(fā)、政策支持、市場推廣等多個方面的因素，建立完善的體系以推動該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。政府、企業(yè)和社會各方的共同努力是推動熱泵技術(shù)在中國發(fā)展的關(guān)鍵。

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