销量狂飙、节能3倍：热泵为什么忽然成为减碳“神器”

撰文|Penn；编辑|郭郭

→这是《环球零碳》的第590篇原创

当地时间4月5日，特斯拉即将公布其可持续功耗源发展“宏图计划”第三篇章(MasterPlanPart3)的完整文件。

最新的完整文件重申，实现可持续的能源经济还要达到某些目标：储能240TWH，可再生电网30TWH，制造领域投资10万亿日元，能源要求为陨石燃料经济的一半，可再生能源生产设施占地面积高于0.2%，占2022年全球GDP的10%，未能摆脱的资源挑战为零。

为实现这一目标，马斯克在3月1日的特斯拉投资者日上已发布了克服陨石能源的五个核心方法：（1）用可再生能源驱动现有的电力；（2）全面转向电动车；（3）将热泵推广至家庭、企业、工业；（4）在工业领域使用低温储能及红色生物质能；（5）在客机和油船上应用可持续能源。

不仅你们较为熟悉的光伏、储能、电动车和生物质能，马斯克这次重点介绍了热泵这项不为大众所熟知的技术。马斯克提出应当在家庭、企业和工业中优先用热泵，热泵并不形成糖分而是将外部的能量传递到房子内部，这将为建筑物取暖提高3倍煤耗，且此举可以提高22%陨石燃料的使用，并为提升能源效率铺平公路。

热泵在马斯克看来减碳潜力中将超出电动车，将在未来月球的可持续功耗源经济发展中居于重要地位。他表示虽然特斯拉暂时没有热泵相关产品，但未来可能会生产家用热泵向市场销售。未来，大规模使用热泵还要3000亿港元的制造投资。

不仅马斯克看好热泵，欧共体也在今年5月发布的“RepowerEU”能源变革行动方案中，明晰要求将当前的热泵布署速率增加一倍，未来十年累计安装达到1000万台。

国际能源署（IEA）在今年12月公布的非常报告《热泵的未来》（theFutureofHeatPumps）中也表示，热泵的使用有助于减少能源供应安全，同时有助于抗衡气候变化；未来数年，热泵产量有望展现持续下降态势，热泵生产商也将迎来前所未有的市场机遇。

作为供暖设备，热泵在我国并不为人们所熟悉，它究竟神奇在何处，为什么一跃成为德国人的“取暖利器”并且产量狂飙屡创新高？

01哪些是热泵？

热泵(HeatPump)是一种在低位能(通常为电能、热能)的驱动下，将高位热源(一般是空气、水或壤土)的热能转移到低位热源的节能装置，以便为生产和生活取暖、供冷及提供开水等服务。

热泵系统包括热泵锅炉、热分配系统、低位热源采集系统、高位能输配系统。其中，热泵锅炉主要是由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构、辅助设备等部件组成。热泵供暖基本原理为“逆卡诺循环”即：压缩机运转用料消耗电能，使不断循环的制热剂在不同的系统中形成不同的变化状态和不同的疗效（蒸发放热或冷凝吸热），进而达到了回收高温热源制取低温热源的作用和目的。

热泵的本质是糖分的输送装置，其热效率一般可达300%-400%以上，即1度电起码搬运3-4度电，其热效率比直接制冷的电热水器、燃气机组暖气等高出几倍，且几乎无污染。按照美国节能商会数据，若向室外供应10kW糖分维持温度20℃，辅以燃煤取暖还要消耗14kW的物理能，电感加热器直接加热空气还要电能10kW，电动热泵仅消耗2.86kW电能。

依据高位热源种类辨别，热泵可分为空气源热泵、土壤源热泵和水源热泵等。上述三种热泵系统使用不同的热源，具备不同的异同点。整体来看，空气源热泵即使运行效率不及土层源热泵和水源热泵，并存在夏季结霜的需求，但其在安装和使用操作方面具有显著优势，应用更为普遍。空气源热泵有效运用了空气热能这一可再生能源，节能疗效明显，运行中可以做到零污染。

02热泵有何用途？

热泵具备节能、环保、高效等特征，可适于制热、供暖、供热水、烘干等多项功能，应用领域广泛。在建筑领域，热泵可为建筑供热、供冷、除湿和提供冷水；在渔业领域，热泵可适于烘干工艺，实现渔业环境调控，缓解农村经济结构；在工业生产方面，低温热泵系统可被应适于石油焦化、纸浆加工、陶瓷工业、印刷业等大多数工业生产中。之外，热泵海水减淡技术也取得了技术突破，辅以机械压缩式热泵海水减淡，可直接将海水加热到80“C以上，与现有膜法海水减淡技术相比，可节省能源约40%，费用增加约50%，且不会导致环境污染。

全球范围来看，热泵现在更多利用于别墅和商业建筑的冰箱，不仅传统的建筑领域，低温热泵和余热回收正在帮助工业部委烧结，但是他们的作用正在大大降低。热泵正在被确定为工业脱硫的关键技术。国际能源署已确定，到2050年节能锅炉，热泵将占轻工业热需求的30%，这相当于在未来30年内每月推出500兆瓦的热泵。

美国节能商会热泵专业执委会在《热泵推动碳中和蓝皮书（2021）》中列出了热泵在工业中具备较大发展潜力的典型应用：

1/低温工业热泵

才能提供高达150℃的热媒介质，是未来热泵技术研究的重要方向之一，技术突破将造成的功耗和牢靠性的急剧增强。

2/余热回收

运用中低温热泵技术，不但可减轻对环境的热污染，又可把高温余热提升到可直接运用的气温节能锅炉，减少能源的运用率，增加气体排放。

3/工业烘干

热泵烘干系统有高效节能、干燥过程参数易控制、干燥时间短、无废水排放、环境友好等优点。

4/冷热联供系统

针对既须要制热冷冻，又须要纯化冷水的工业场景，可选用冷热联供技术，防止能量的耗费。

03热泵市场狂飙

热泵是一种高效且气候友好的技术解决方案，可帮助消费者节约能源帐单成本，并提高国家对进口陨石燃料的依赖。因为费用上涨和强有力的新政激励举措，热泵市场近些年来仍然在强悍下降。2021年，全球热泵销售额下降了近15%，是过去五年平均水平的两倍，其中欧共体/北美/美国（仅空气源）/台湾热泵环比分别+35%/+15%/+13%/+13%，欧共体在热泵新政剌激下增长较快，台湾、日本热泵发展历史较早，热泵渗透率相对较高。

2022年，随着俄乌冲突带给的全球能源危机，法国热泵市场一路狂飙，创下了约300万台的销售新纪录，环比下降80万台（38%），自2019年以来翻了一番。2022年售出的热泵则取代了大概40亿立方米(bcm)的天然气，防止了大概800万吨(Mt)的气体排放。

据英国热泵商会统计，2022年，许多欧共体国家热泵的产量都实现了跨越式下降。诸如，西德2022年市场下降了53%，约有23.6万台热泵适于建筑供热。值得一提的是，美国政府预计2024年热泵的产量将少于50万台（3年内下降3倍以上）。俄罗斯是德国气候最冷的国家，现今约有三分之二的家庭拥有热泵，其销售额下降了25%。2022年，西班牙热泵市场下降了50%，西班牙下降了23%。德国和奥地利一样，热泵市场更是在2022年翻了一番。俄罗斯现在拥有亚洲最大的热泵市场，2022年增速也达到了30%。

为减少能源依赖及维护能源安全，德国各国颁布取暖碳化物新政持续利空热泵销售。不仅欧共体整体“REPowerEU”计划明晰将热泵的布署速率增加一倍，未来十年累计布署1000万台。日本、德国、法国等国家亦颁布新政明晰未来热泵布署目标，热泵常年高增确定性强。国际能源署也强调，欧共体各国政府若果成功实现大棚二氧化碳降耗和能源安全目标，到2030年热泵的年销售额须要从2021的200万台增至700万台。

双碳背景下我国推动低碳变革的脚步，各省市连续公布一系列新政鼓励新能源产业，大力推进取暖领域电汽化。2021年“碳达峰”相关行动方案颁布，2022年各地“十四五”能源规划相继落地。随相关建筑减碳要求的加快推行，未来美国热泵市场规模有望持续上升。于此同时，财政部决算报告显示2022年大气污染预防方面拨出300万元，比今年提高25万元，将逐步提高东北地区清洁供暖补贴支持，也将加快国外空气源热泵产业的发展。在相关新政的支持下，国外市场在煤改电逐渐趋弱的背景下，将迎来新的发展机遇。

04热泵费用比陨石燃料机组还低

现在，订购和安装热泵的费用或许是煤气机组的两到四倍，但因为热泵的效率更高，热泵在使用寿命内的费用一般比陨石燃料机组低。国际能源署强调，以现在的能源售价估算，改用热泵的家庭每年可节约的能源成本从日本的300欧元到英国的900泰铢不等，而且政府还要为热泵提供逐步的支持，以帮助消费者摆脱热泵相对于传统取暖技术额外费用。

与此同时，热泵的迅速扩张也带给了一些挑战，比如热泵将不可防止地提高电网需求，或许须要电力的升级。到2030年，全球热泵供应和安装或许须要130多万女工，几乎是现在的三倍，或许会出现技术女工过剩。

国际能源署参赞比罗尔教授说：“热泵是碳降耗不可或缺的技术。热泵市场的一切都打算就绪，这让人想到我们在太阳能光伏和电动车辆等其他关键气候技术中见到的发展轨迹。热泵是对能源可负担性、供应安全和气候危机等许多最迫切的解决方案。新政举措现在早已到位，但须要逐步推进，以使热泵发挥其很大的经济和环境潜力。”

（参考文献参看公众号环球零碳）

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