地大熱能地?zé)崮?多能互補新聞網(wǎng)訊：熱泵是通過消耗能源做功，把處在較低溫度下的熱量提升到較高的溫度水平下釋放出來，以滿足熱量的使用要求。熱泵技術(shù)可廣泛應(yīng)用于建筑供暖、生活熱水、工業(yè)干燥、溫室養(yǎng)殖等領(lǐng)域。

近年來，在我國清潔取暖政策的驅(qū)動下，熱泵供暖技術(shù)在我國北方農(nóng)村地區(qū)得到迅速發(fā)展。隨著人民生活水平的持續(xù)提高，廣大長江流域地區(qū)冬季取暖的市場潛力正在快速釋放。

作為有效利用可再生能源的技術(shù)措施，熱泵將是我國供熱領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型的必選技術(shù)。除了清潔取暖中熱泵發(fā)揮替代作用外，在生活熱水、工業(yè)干燥等領(lǐng)域也可進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，技術(shù)進(jìn)步有望推動我國熱泵產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)千億元規(guī)模的突破，為實現(xiàn)我國“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)發(fā)揮重要作用。

一、熱泵供熱是提升供熱電氣化水平最現(xiàn)實的技術(shù)

到2030年、2050 年，熱泵占供暖需求的份額將分別達(dá)20%、55%，安裝的熱泵數(shù)量將分別達(dá)6 億臺、18 億臺。目前，我國熱泵產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模和應(yīng)用面積位居世界首位。

目前，我國北方城鎮(zhèn)建筑約有152 億平方米需要冬季供暖，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)一步發(fā)展和居民對建筑環(huán)境要求的不斷提高，未來我國北方城鎮(zhèn)建筑冬季供暖面積預(yù)計將達(dá)到200 億平方米。此外，北方地區(qū)尚有70 億平方米的農(nóng)村建筑也有采暖需求。集中供暖尚未覆蓋的區(qū)域以燃煤小鍋爐、天然氣、電、可再生能源等分散供暖作為補充。

近年來，通過清潔取暖行動，北方地區(qū)清潔供暖熱源基本形成了以超低排放燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)為主、天然氣供暖為輔，其他熱源補充的格局。其中，熱電聯(lián)產(chǎn)約占50%，各種規(guī)模的燃煤燃?xì)忮仩t約占40%，只有10% 是通過不同的電驅(qū)動熱泵從空氣、污水、地下水及地下土壤等各種低品位熱源提取熱量來滿足供暖需求。

除了北方采暖外，廣大夏熱冬冷地區(qū)不在我國傳統(tǒng)的集中供暖范圍內(nèi)，但是該地區(qū)日最低氣溫低于5℃的時長達(dá)二個多月，長期以來“冬冷”問題沒有得到根本地解決。該地區(qū)居民要求采暖的呼聲日益高漲，冬季供暖市場潛力正在快速釋放。

在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)下，需要更快節(jié)奏、更大力度地推進(jìn)建筑用能低碳化，提升電氣化水平是推動建筑領(lǐng)域綠色低碳發(fā)展的關(guān)鍵路徑。與化石燃料供熱方案相比，熱泵供熱產(chǎn)生的二氧化碳排放量明顯降低，更加節(jié)能環(huán)保。熱泵的電熱轉(zhuǎn)化效率全年可達(dá)到300% 以上，而鍋爐的熱效率不會超過100%。對分散采暖的家庭，比較適合采用熱泵供熱技術(shù)。

而且，隨著建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)提升，未來超低能耗建筑和近零能耗建筑將大規(guī)模推廣，從而大幅降低此類建筑的采暖負(fù)荷，不再需要傳統(tǒng)的集中供熱管網(wǎng)供熱，僅用熱泵供熱技術(shù)進(jìn)行少量補熱即可滿足冬季采暖需求。熱泵技術(shù)在供熱領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，可以顯著提升供熱電氣化水平，加速供熱系統(tǒng)清潔低碳發(fā)展。

二、熱泵系統(tǒng)形式多樣，因地制宜才能獲得真正的節(jié)能效果

熱泵系統(tǒng)有多種形式，根據(jù)熱源不同，可分為地下水源熱泵、地表水源熱泵、土壤源熱泵、污水源熱泵、中深層地?zé)嵩礋岜?/a>、空氣源熱泵等。熱泵的驅(qū)動方式主要有電動機(jī)驅(qū)動和熱驅(qū)動兩種，目前各種規(guī)模熱泵供暖多以電驅(qū)動為主。熱泵供暖是否節(jié)能，取決于實際工程條件、地理和氣象狀況，以及設(shè)計安裝和運行管理水平，必須因地制宜，在合適場合、適當(dāng)條件下使用熱泵，才能獲得真正的節(jié)能效果。

（一）地源熱泵

地源熱泵是利用淺層地?zé)崮?/a>源（包括地下水、土壤或地表水等的能量）既可以供熱又可以制冷的高效節(jié)能系統(tǒng)。地下水溫常年基本恒定，夏季比室外空氣溫度低，冬季比室外空氣溫度高，且具有較大的熱容量，系統(tǒng)效率高。地表水源熱泵系統(tǒng)利用的是地球表面水源，如河流、湖泊或水池中的低溫低位熱能資源，根據(jù)傳熱介質(zhì)是否與大氣相通，可分為開式和閉式系統(tǒng)。土壤源熱泵系統(tǒng)是在地下埋入大量的換熱用塑料管，循環(huán)水經(jīng)過這些地下埋管與地下土壤進(jìn)行熱交換，以提取地下土壤中的熱量作為熱泵的低溫熱源。

由于土壤溫度較恒定的特性，使得土壤源熱泵機(jī)組運行相對穩(wěn)定、可靠，冬季蒸發(fā)器無結(jié)霜問題。土壤源熱泵系統(tǒng)的熱效率（COP）一般為3.5~5，相對較高。相比空氣源和水源熱泵，地源熱泵適應(yīng)區(qū)域范圍最廣，基本不受地域限制，只要有足夠的地下空間便可使用。目前，我國北方地區(qū)地源熱泵供熱面積已超過1.5 億平方米，在江蘇、湖北、上海等地區(qū)也有一定規(guī)模的應(yīng)用，我國主要城市淺層地?zé)崮?/a>年可采資源量折合七億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可滿足320 億平方米建筑的供暖（制冷）需求。黃淮海平原和長江中下游平原地區(qū)比較適宜淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用。

（二）污水源熱泵

污水源熱泵系統(tǒng)是以生活污水中的熱量作為熱泵的低溫熱源，適用于污水源資源較多的城區(qū)。從民用建筑排出的生活污水在冬季溫度一般可達(dá)20 ℃左右，高于地下水溫度，是很好的熱源。當(dāng)建筑周圍有污水大干管時，有可能利用原生污水（即使沒有處理、直接排出的污水）作為低溫?zé)嵩矗@得較好的熱泵系統(tǒng)能耗性能。采用污水源熱泵系統(tǒng)，規(guī)劃上需要科學(xué)統(tǒng)籌、合理布置污水源熱泵裝置，技術(shù)上需要注意污濁物污染腐蝕和堵塞取熱換熱器的問題。

（三）中深層地?zé)嵩礋岜?/a>

中深層地?zé)?/a>源熱泵系統(tǒng)由中深層地?zé)崮?/a>密閉取熱孔、熱源側(cè)水系統(tǒng)、熱泵機(jī)組和用戶側(cè)水系統(tǒng)組成。與常規(guī)地源熱泵系統(tǒng)相比，主要區(qū)別在于，通常采用套管結(jié)構(gòu)的中深層地?zé)崮?/a>換熱裝置，從地下2000 米~3000 米、溫度70℃ ~100℃的巖石中提取地?zé)崮?/a>作為低溫?zé)嵩矗?a href="http://lichunhm.cn/t/地?zé)崮?html" >地?zé)崮?/a>換熱裝置冬季出水溫度可以穩(wěn)定在30℃以上。中深層地?zé)?/a>源熱泵采暖技術(shù)要求地下取水做到100% 回灌，主要適用于地?zé)豳Y源條件良好、冬季寒冷有供熱需求或夏季炎熱有制冷需求的地區(qū)；用于居住建筑采暖時，夏季無需向地下補熱，室內(nèi)末端可以有多種方式，其中搭配地板輻射采暖較好。

中深層地?zé)崮芄┡?/a>應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)基本成熟，國內(nèi)北方地區(qū)中深層地?zé)?/a>供熱面積已超過一億平方米，主要分布在河北、天津、河南、山東等地。中深層地?zé)崮芄┡?/a>安全性高、單位運行成本低、低碳、環(huán)保、清潔、舒適，但是建設(shè)投資大、選址受地域條件影響、回灌困難，影響地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用。夏熱冬冷地區(qū)，不鼓勵大規(guī)模開發(fā)中深層地?zé)崮?/a>供暖，但在地?zé)?/a>資源條件較好、供熱需求較大、經(jīng)濟(jì)承受能力較強(qiáng)的前提下，可以開發(fā)中深層地?zé)崮?/a>供暖項目。

（四）空氣源熱泵

空氣源熱泵是從室外空氣中提取熱量，通過風(fēng)機(jī)驅(qū)動室外空氣流過安裝在室外的采熱裝置（熱泵的蒸發(fā)器），獲取室外空氣中的熱量，再經(jīng)室內(nèi)換熱器（熱泵的冷凝器）制取熱水或熱風(fēng)，提供給用戶用于房間供熱。按得熱介質(zhì)的不同，空氣源熱泵又可分為空氣 / 空氣熱泵和空氣 / 水熱泵。空氣 / 空氣熱泵，其冷凝器中釋放的熱量用于產(chǎn)熱風(fēng)，供房間采暖。空氣 / 水熱泵，其冷凝器中釋放的熱量用于產(chǎn)熱水，熱水再通過風(fēng)機(jī)盤管等末端供房間采暖。空氣源熱泵采暖的室內(nèi)末端有多種方式，包括地板輻射采暖、直接送熱風(fēng)采暖等。空氣源熱泵居住建筑、公共建筑均可使用，既可分戶使用又可集中使用。

對于超低能耗建筑，不需要集中供熱，使用小型空氣源熱泵進(jìn)行補熱就能滿足采暖需求。空氣源熱泵采暖能耗僅為直接電熱采暖能耗的1/3，其與傳統(tǒng)的分體空調(diào)原理一樣但性能不同。傳統(tǒng)的分體空調(diào)以滿足夏季制冷工況性能要求為主，兼顧冬季供熱功能，當(dāng)室外環(huán)境溫度偏低時不能高效運行，而空氣源熱泵以滿足冬季供熱工況性能要求為主，環(huán)境溫度適應(yīng)性、系統(tǒng)效率更好。

空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)是我國近年來在市場需求驅(qū)動下迅速發(fā)展的新技術(shù)，處于國際領(lǐng)先地位。通過新的壓縮機(jī)技術(shù)、變頻技術(shù)和新的系統(tǒng)形式，它可以把空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)的適用范圍擴(kuò)展到-30℃的室外低溫環(huán)境地區(qū)，與一般的冷暖空調(diào)產(chǎn)品相比，低溫環(huán)境下的制熱能力提高50%~100%、能效提高約20%，并能迅速提高室內(nèi)溫度，目前市場保有量已達(dá)百萬臺。空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)無需加裝散熱器、地暖等采暖末端，避免了熱水熱泵采暖工程中可能出現(xiàn)的跑冒滴漏隱患，戶內(nèi)多臺熱泵熱風(fēng)機(jī)可獨立控制、獨立運行，同時出現(xiàn)故障的概率較低，使用維護(hù)方便。目前，空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)市場售價約每臺4500 元，二臺空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)即可滿足100 平方米建筑采暖需求。

空氣源熱泵熱水機(jī)是另一種空氣源熱泵采暖設(shè)備，目前可以實現(xiàn)在-20℃的環(huán)境溫度下正常工作，提供30℃~50℃的供暖熱水，與地板輻射盤管或散熱器組成采暖系統(tǒng)為住戶供暖，提供穩(wěn)定的室溫，舒適性較好；在供水溫度不是特別高時，與空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)的COP 基本相當(dāng)。空氣源熱泵熱水機(jī)，適合“全時間、全空間”的采暖模式，采暖的舒適度較好，但由于難以實現(xiàn)隨時啟停和部分房間采暖調(diào)控，導(dǎo)致采暖房間整個冬季都在采暖，實際能耗有可能達(dá)空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)能耗的兩倍以上。

三、熱泵供熱市場需求前景廣闊，節(jié)能減碳潛力巨大

我國分散式采暖市場主要分布在北方城鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)不能覆蓋的建筑，包括北方農(nóng)宅、超低能耗建筑以及長江流域需要采暖的居住建筑等地方。空氣源熱泵對夏熱冬冷、寒冷、嚴(yán)寒地區(qū)的居住建筑和公共建筑基本都適用。

在北方農(nóng)村地區(qū)，若選用高效的空氣源熱泵替代低效散煤爐或直接電采暖，將帶來巨大的市場潛力，僅黃河流域就有約5000 萬農(nóng)戶，存在1 億臺~1.5 億臺的空氣源熱泵市場需求。在大規(guī)模推廣空氣源熱泵設(shè)備后，還可以采用單臺設(shè)備的無線通訊和區(qū)域聯(lián)控技術(shù)，通過分時分區(qū)域控制一定數(shù)量的熱泵設(shè)備啟動、停止，實現(xiàn)對本地區(qū)電網(wǎng)主動有效的消峰填谷，更有助于區(qū)域電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運行。

根據(jù)低溫空氣源熱泵設(shè)備在北京農(nóng)宅“煤改電”清潔取暖的實踐案例數(shù)據(jù)，采用空氣源熱泵替代散煤爐采暖系統(tǒng)，根據(jù)建筑保溫狀況不同，單位面積供暖季電耗僅為20 kWh/m2~40 kWh/m2，相當(dāng)于7 kgce/m2~13 kgce/m2，僅為采用散煤土暖氣能耗的1/2，為直接電熱取暖能耗的1/3。根據(jù)清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心對北京農(nóng)宅不同采暖系統(tǒng)的示范和跟蹤測試數(shù)據(jù)，低溫空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)、低溫空氣源熱泵熱水機(jī)的單位采暖面積CO₂ 排放量分別約為14.6 kg/m2、33.8 kg/m2，比散煤爐采暖系統(tǒng)的CO₂排放量148.8 kg/m2分別減少90%、77%。

根據(jù)《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017-2021）》，2021 年電取暖（含熱泵）面積要達(dá)到15億平方米。其中，城鎮(zhèn)建筑電取暖10億平方米、農(nóng)村建筑5億平方米。如果農(nóng)村建筑5 億平方米（相當(dāng)于500 萬戶）都采用空氣源熱泵采暖，其平均電耗強(qiáng)度按10 kgce/m2 估算，則可比散煤土暖氣節(jié)能500 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤、減少CO₂排放量5750 萬噸以上。如果后續(xù)進(jìn)一步擴(kuò)大空氣源熱泵采暖戶數(shù)，節(jié)能減碳潛力還將更加顯著。2019 年，我國北方農(nóng)村供熱建筑面積達(dá)70億平方米，若清潔取暖率按50% 估計，未來還有35 億平方米（相當(dāng)于3500 萬戶）農(nóng)村建筑需要進(jìn)行清潔供熱改造。假設(shè)未來其中的20億平方米北方農(nóng)村建筑采用空氣源熱泵采暖，可帶來約4000 萬臺空氣源熱泵市場需求，并要比直接電加熱采暖節(jié)省采暖能耗（等價值）2448 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤、減少CO₂ 排放量4736 萬噸。

而在夏熱冬冷地區(qū)，存在潛在采暖需求的建筑面積約180 多億平方米，其中：城鎮(zhèn)居住建筑70 億平方米、公共建筑23 億平方米、農(nóng)村建筑90 億平方米。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)一步發(fā)展和人民收入水平的提高，未來需要采暖的建筑面積還將進(jìn)一步增長。該地區(qū)冬季寒冷時間較短，取暖需求具有間歇式、局部型特征，不需要全天候、全空間進(jìn)行持續(xù)供暖，因此不宜采用類似北方的集中采暖方式，可采用獨立可調(diào)的空氣源熱泵采暖、燃?xì)獗趻鞝t采暖等分散采暖方式。同時，考慮燃?xì)獠膳杀据^高、氣源緊張等因素，尤其為了盡早實現(xiàn)“碳達(dá)峰”，應(yīng)倡導(dǎo)開展電能替代，減少用戶對天然氣等化石能源的消耗，空氣源熱泵采暖應(yīng)是主導(dǎo)的分散采暖方式。預(yù)計未來10 年，夏熱冬冷地區(qū)供暖市場僅熱泵采暖設(shè)備市場需求可達(dá)一億臺，市場規(guī)模4500 億元。假設(shè)未來其中的60 億平方米城鎮(zhèn)居住建筑采用空氣源熱泵技術(shù)進(jìn)行采暖，每個采暖季的電耗約按每平方米6 千瓦時~8 千瓦時（折合2 kgce~3 kgce）估算，則要比直接電加熱采暖節(jié)省采暖能耗（等價值）2570 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤、減少 CO₂ 排放量4973 萬噸。

在熱泵技術(shù)方面，還可以有更大的發(fā)展空間、更好的應(yīng)用性能。增加可再生能源的利用，比如發(fā)展中深層埋管地源熱泵技術(shù)，可以高效利用地?zé)?/a>能進(jìn)行供暖。開發(fā)復(fù)合集成高效熱泵技術(shù)產(chǎn)品，以便適應(yīng)多樣性發(fā)展的需求。

熱泵供暖技術(shù)要取得理想的節(jié)能效果，必須因地制宜，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件、資源稟賦、經(jīng)濟(jì)條件和用戶采暖需求特點等，選擇適宜的熱泵采暖技術(shù)方式。熱泵供暖系統(tǒng)的正常運行需要在設(shè)備選型、工程安裝、調(diào)試運行、售后維護(hù)等環(huán)節(jié)做好技術(shù)支撐。熱泵行業(yè)的廣闊前景吸引了大量企業(yè)一哄而上，但是熱泵產(chǎn)品和工程質(zhì)量良莠不齊，技術(shù)服務(wù)體系不完善，存在熱泵設(shè)備安裝運行不合理，導(dǎo)致使用效果不佳的現(xiàn)象，影響熱泵供暖技術(shù)推廣，市場監(jiān)管有待進(jìn)一步強(qiáng)化。

推動可再生能源建筑大規(guī)模的應(yīng)用，提高可再生能源替代常規(guī)化石能源的比例，是促進(jìn)建筑低碳轉(zhuǎn)型的重要路徑。然而，我國可再生能源統(tǒng)計范疇中還沒有明確把熱泵系統(tǒng)（包括地源、水源、空氣源）納入其中，缺乏明確的核算統(tǒng)計方法，不能準(zhǔn)確體現(xiàn)通過熱泵技術(shù)利用的可再生能源量，容易導(dǎo)致低估熱泵可再生能源供熱量的貢獻(xiàn)，影響熱泵產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

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