好思汇·精彩回顾|杨灵艳:中国热泵技术在建筑领域推广的现状和挑战
2025年1月17日

绿色创新发展研究院iGDP

编者按:

热泵是一种用高品位能源将热量从低温热源转移到高温热源的设备,广泛应用于建筑供热、制冷等场景。在工业领域,热泵可以帮助回收余热,进行热能的循环梯级利用。在应对全球气候变化上,热泵为能源转型提供了一个清洁、低碳、高能效的新选择,其应用推广已成为全球建筑领域脱碳的重要行动策略之一。

2024年12月17日,由绿色创新发展研究院(iGDP)主办的“热泵——实现建筑供暖脱碳的关键杠杆”线上讨论会圆满结束。活动邀请了国内外热泵领域的专家参与讨论,由绿色创新发展研究院能源项目主任/分析师李鑫迪主持。本期编发中国建筑科学研究院研究员杨灵艳博士的发言内容。

杨灵艳博士从政策、市场等角度介绍了中国热泵产业的背景。

从政策背景来说,国家层面通过立法推动可再生能源的应用,热泵作为高效利用可再生能源的技术措施得以推广;部委层面通过发布行业管理规定支持热泵技术应用;省市层面则是依据当地实际情况因地制宜地出台具体政策或激励措施。

从市场情况来说,目前我国是世界上地源热泵应用规模最大的国家,也在全球热泵空调制造产业中处于领先位置,热泵市场年销售额超过300亿。在财政重点支持下,我国有88个清洁供暖试点城市探索热泵技术应用,成效显著。

杨灵艳博士介绍了我国热泵技术在建筑上的应用和技术的实际发展情况。全国不同气候区所适用的热泵种类也不同(见图1),整体来说,热泵在建筑供暖中的占比较低,市场渗透率仍有巨大的增长空间

在技术发展方面,最广泛应用的技术形式是低温的空气源热泵。目前引起低温热泵能效差异的主要因素包括:系统运行水温、部分负荷下运行策略、水泵运行能耗以及除霜运行能耗等。

其次,复合式热泵技术(热泵+)能降低热泵在不同气候区规模化应用的难度,如结合太阳能等可再生能源、蓄能技术以减少初期投资和占地;或搭载市政热力和传统锅炉以满足严寒或寒冷地区高密度能量需求。因此,复合式热泵技术可以是传统热力的辅助技术,而非竞争性技术。

地源热泵在寒冷地区的规模化应用也十分典型。近年来,中深层地埋管地源热泵技术成为研究热点,在我国的累计应用面积已经超过2000万平米,成为我国严寒和寒冷地区供热路线低碳化的关键技术路径。

根据以往的热泵技术研究推广工作,杨灵艳博士总结了六点挑战:

1. 热泵供暖的经济性竞争力有待提升

前期成本高昂、能源价格体系以及国家清洁取暖政策补贴难以持续等原因导致热泵技术的经济性较化石燃料处于竞争劣势。

2. 热泵的工程适配条件不足

在建筑规划阶段,如果没有考虑到热泵所需的安装平台和钻孔空间,后期扩展的困难则较大。

3. 用户体验感有待提升

部分热泵产品因产品设计或者安装不当造成的温度场不平衡、不均匀或温度波动会影响舒适性,同时可能伴随一定噪音问题。

4. 产品质量良莠不齐,工程安装不规范

使得热泵产品性能发挥受限和整体系统运行低效。

5. 热泵文化传播度不足

普通用户对于热泵的节能性等设备性能的认知有待提升。

针对以上挑战,杨灵艳博士提出三类对策。

首先,通过多种方式提升热泵系统经济性。包括调整能源价格体系、将热泵供热纳入碳交易市场、将热泵作为电力需求侧响应的资源给予补偿,以及取消国家补贴后补充绿色金融产品来支持行业发展等。

其次,通过提升热泵产品系统能效加强产品和工程标准体系建设,以及加强行业监管和项目测试后评估等方式提升热泵供暖性能。

最后,通过国家政策引导,推动热泵技术与国家“双碳”战略结合。

问答环节

李鑫迪:针对热泵技术,未来国家层面最需要出台什么政策?

杨灵艳:国家应在顶层政策中加强对于热泵的直接支持。目前,我国从立法、国家战略等角度已经把可再生能源置于较高位置,但没有直接提及对于热泵的支持。热泵作为未来能源体系的主要支撑技术,且我国已具备世界领先的热泵设备制造水平,市场广阔,因此热泵产业需要有更直接、更高层次的政策支持。

李鑫迪:目前热泵在食品加工干燥、畜禽养殖供暖、大棚加热等场景的发展现状和潜力如何?如何充分挖掘热泵技术潜力?

杨灵艳:热泵在农业上的应用场景非常广泛,上述这些领域都能用到。目前的问题在于,使用热泵带来的附加值是否能够覆盖使用热泵的增量投资成本?在高附加值的农业生产领域,热泵具有很大的增长潜力。例如将热泵应用于烟草、中草药等高附加值农产品的烘干过程中。 要充分实现热泵潜力,首先要进一步发展热泵产业规模,降低生产投入;其次要优化能源价格体系,降低使用成本。算好经济账,可以进一步释放热泵的市场需求。

李鑫迪:中国哪个地区的热泵推广和应用最广泛?如何提高居民对热泵的使用程度和效率?李鑫迪:中国哪个地区的热泵推广和应用最广泛?如何提高居民对热泵的使用程度和效率?

杨灵艳:长江流域对空气源热泵的应用比较广泛,具有较高的市场占有率。传统需求主要是以制冷为主的冷暖空调。随着居民愈发重视热舒适性,辐射采暖的供暖效果和能效都表现更好,在家电升级和城市更新的推动下,该地区仍有较大增长潜力。 此外,寒冷地区清洁取暖需求大,未来推广重点将放在挖掘该类地区热泵适用场景,力求在减少化石能源使用的同时,满足城市发展需求和分散热源替代。严寒地区有较完备的城市集中供热管网,热泵更适合以辅助、分散的局部形式进行推广。

李鑫迪:集中式热泵替代大型集中供暖的可能性大吗?热泵与天然气结合的场景可能是怎样的

杨灵艳:热泵短期内难以完全替代集中热源。热泵技术适用于不同能量密度的需求,它是一种高效的可再生能源利用设备。然而,热泵在收集可再生能源时需要消耗一部分高品位能源,且其供水温度有限。如果尝试建立集中式热泵系统,会在输配过程中造成额外的能量损耗,特别是当系统规模过大时,会面临性能波动和冷热平衡的问题。因此,集中式热泵存在一定的局限性。 在大型能源系统中,热泵可以作为辅助设备,在二级换热站进行温度匹配,以提供有效的供热。此外,需要研究热泵适配的类型,例如将余热热源与吸收式热泵结合,可以作为区域能源中心。目前,热泵主要以分布式为主,大容量高效热泵产品仍在研发和市场验证阶段,需要时间完善。因此,热泵取代集中热源的过程不会很快实现。