近年来，随着全球气候和能源危机的加剧，一些全球著名的房地产公司、银行和投资机构的高管被要求说出在可持续发展方面最让他们兴奋的技术时，答案却出奇的一致：热泵。这些加热与冷却系统被认为是帮助全球数以亿计的建筑物摆脱化石燃料并减少碳足迹的关键方法之一。
日益增长的脱碳压力已将热泵推向主流，并成为许多业主的首要考虑。相关部门在推出激励措施来帮助业主分担热泵升级费用似乎也没有什么坏处。但是，尽管有各种宣传和资金补助，但从全球范围来看热泵技术采用率仍然缓慢，导致一些人怀疑热泵是否真的会成为许多人认为的灵丹妙药。
什么是热泵技术？
热泵技术是一种能够将热能从低温环境转移到高温环境的技术，其工作原理基于热力学的热运输原理。热泵系统主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等组成。以下是典型的热泵工作原理：
蒸发器（Evaporator）：工作开始于蒸发器，其位于低温的热源环境中。在蒸发器中，工质（实现热能和机械能相互转化的媒介物质，通常是制冷剂）从液态转变为气态，吸收环境中的热量。这一过程使得蒸发器中的工质温度降低。
压缩机（Compressor）：气体状态的工质被压缩机压缩，增加其温度和压力。这一过程需要耗费一定的能量，通常由电力驱动。
冷凝器（Condenser）：压缩后的高温、高压气体通过冷凝器，位于高温环境中。在冷凝器中，工质释放出吸收的热量，从而冷凝成液体。这一过程使得冷凝器中的工质温度升高。
膨胀阀（Expansion Valve）：冷凝器中的液态工质通过膨胀阀，减压并进入蒸发器。这一过程导致工质温度降低，准备好进入下一轮循环。
通过以上循环，热泵系统能够将热量从低温环境吸收，通过压缩和冷凝的过程提高其温度，然后释放到高温环境。这使得低温环境中的热能可以被有效地转移到高温环境，从而实现在低温环境中提供热能的同时，在高温环境中实现制冷效果。热泵技术的应用包括供暖、制冷、热水等领域。根据实际需求和工质的选择，热泵系统可以用于不同的温度范围和应用场景。
热泵在脱碳中的作用
热泵在脱碳中可以发挥多种作用，尤其是在能源利用和减少碳排放方面具有潜力。比如：
能源效率提升：热泵可以通过从低温环境中吸收热量，经过升温后释放到高温环境，从而提高能源利用效率。这有助于减少对传统高能耗热源的依赖，减少对化石燃料的需求，进而降低碳排放。
电力脱碳：如果热泵使用可再生能源（如风能、太阳能等）作为能源输入，它们可以成为电力系统中的低碳选择。这对于推动电力脱碳非常重要，因为电力是许多行业和家庭能源需求的来源。
替代传统供热方式：热泵可以替代传统的供热系统，如燃煤锅炉或天然气锅炉，从而减少使用化石燃料的需求。这有助于降低碳排放，改善供热系统的环境影响。
工业过程优化：在一些工业过程中，热泵可以用于提供高温热能，取代一些高温过程中对于燃煤或其他高碳能源的依赖。这有助于减少工业领域的碳排放。
空调与制冷的低碳选择：热泵技术在空调和制冷领域也有应用，通过提供更高效的空调和制冷系统，减少对高碳制冷剂的依赖，从而有助于减缓气候变化。
热泵在脱碳中的作用主要体现在提高能源利用效率、减少碳排放和推动可再生能源的利用等方面。不过，其效果也受到所用能源、地理环境和具体应用场景等因素的影响。
热泵的前景
热泵可能是目前的热门话题，但它们绝不是新鲜事。空调系统的历史可以追溯到19世纪初。热泵是有效的交流系统，也可以逆转该过程以产生热量。因此，热泵也成为一些国家和地区流行的系统。例如，挪威一半以上的建筑物采用热泵供暖，瑞典和芬兰约40%的建筑物也在使用该技术。
现在热泵正在成为美国的主流。去年，热泵在美国的销量首次超过燃气炉。这些系统的日益普及甚至导致《麻省理工学院技术评论》在去年早些时候宣布美国正在进入热泵时代。“热泵将成为减少供暖对气候影响的核心技术，”国际能源署能源分析师雅尼克·蒙肖尔 (Yannick Monschauer)表示。
对于许多人来说，从燃气锅炉或熔炉改用热泵是降低建筑物碳排放的最明显方法。该技术主要组件的最新改进有助于提高效率和性能。如今的热泵能够达到300%到400%的效率，在某些情况下甚至更高。这意味着他们以热能的形式输出的能量是用电的三到四倍。为了进行比较，典型的空间加热器具有最大效率，理论上至少为100%。如今的顶级型号仅达到95%左右的效率。
由于其背后的技术，热泵能够变得更加高效。空间加热器将电能从电能转化为热量，而热泵则利用电能来收集热量并将其转移。这听起来可能没有什么不同，但这意味着热泵可以使用相同量的电量产生更多的热量。对于业主，尤其是那些拥有屋顶太阳能等可再生能源的业主来说，改用热泵可以帮助他们减少甚至消除对污染能源的使用。
对于越来越多的地区和城市的业主和开发商来说，排放法更加严格，脱碳目标也更高，热泵为实现气候目标提供了一种有吸引力的解决方案。尽管前期费用可能会更高，特别是如果业主正在改造现有建筑。不过，目前越来越多的国家开始给予相应的补贴。例如，美国的《通货膨胀减少法案》(IRA) 包括一系列在住宅和商业建筑物中安装热泵的激励措施。
尽管热泵的销售虽然创下了纪录，但并没有像一些人认为的那样迅速增长。但这是由于持续的高利率环境导致人口流动减少，以及目前影响大多数行业的宏观经济趋势。
对于想要进行改造的大型建筑物的业主来说，安装热泵可能会变得很复杂。交换机可能需要更多管道系统或添加小型分流器。但随着新建筑的出现，热泵正被广泛采用。“成本差异不到10%，”Culture Cascade数字股权合作伙伴总监 Alexander Shermansong 表示。“从建筑商的角度来看，几乎没有动力不这样做。”
例如，美国商业房地产公司Omni New York 正在升级纽约一座建于20世纪70年代、拥有195个单元的经济适用多户住宅。能源改造将包括在建筑物的外部增加一层额外的层，以帮助密封能量并增加热泵。两年前，两家公司与Bright Power 合作，作为价值5000万美元的帝国大厦挑战计划的一部分，以实现住宅建筑的碳中和。Omni New York 董事总经理Eugene Schneur表示：“这项工作对于提高现有大型多户建筑的能源效率是必要的，同时也有助于遏制气候变化。”
近年来，热泵作为一种有吸引力的替代品的出现也与热泵技术的进步相一致。与计算机和其他电子产品不同，热泵的效率不断提高。当今的热泵有多种尺寸和配置，并使用双速或变速电机。效率的提高和选择范围的扩大促进了加热和冷却系统的销售。
据统计，2020年，美国安装了480万台热泵，但立法者和业界的目光远不止于此。去年9月，一个由美国几个州和地区组成的财团宣布承诺在2030年安装2000万个住宅电热泵的目标，这些州和地区共同代表了美国经济的一半以上。
是什么阻碍了热泵的增长
尽管有所增长，但仍有许多问题阻碍了热泵技术的更广泛采用。其一，有关热泵性能的数据很少，可用数据仅来自几个样本。市场上的大多数数据都是基于预期性能。
热泵没有像一些人希望的那样爆炸式增长的另一个重要原因是许多其他行业也在处理的一个持续存在的问题：供应限制。热泵设备的可用性和类型因地区而异。寒冷气候下的零件和设备与温带气候下的零件和设备略有不同。更重要的是，最终安装设备的专业人员是整个过程的关键部分。
关于热泵最受关注的问题之一是它们在最寒冷的气候下的表现。经常有人批评热泵在最寒冷的冬季无法正常工作，但业内许多人驳斥了这一观点，他们表示，技术的进步意味着绝大多数时候，他们确实在寒冷的气候下工作——即使是在一年中最冷的日子里。
然而，确实，当温度下降时，热泵的效率会降低，并且在某个时刻，它们会变得更加昂贵。也就是说，有一些解决方法可以提供更高水平的保证并节省成本。拥有热泵的业主还可以拥有一个熔炉，既作为备用系统，又可以在高峰时段降低电费。
从成本角度来看，热泵通常昂贵的前期成本一直是许多正在探索该技术的业主的障碍。越来越多旨在降低这些成本的计划和激励措施无疑有所帮助，但这并不总是足够的。SageEnergy 的 McCabe 表示：“一般来说，你可以用比单个故障安全气候热泵更少的价格获得一个基本的炉子和空调。”“即使在激励措施之后，这似乎仍然是一个障碍。”
热泵的好处是显而易见的，全球各地政府也正在大力推动热泵的使用。住宅业主是这项技术的重点关注对象，但商业地产业主也可以通过改用热泵来节省成本并减少碳排放。就像许多建筑业主目前正在探索的绿色技术一样，热泵是一个令人兴奋的前景，但在实现这一飞跃之前必须考虑很多因素。人们仍然怀疑它们在最寒冷的气候下是否可靠，而且热泵的成本虽然下降，但仍然是一个问题。
改变是困难的，承包商和行业中的其他参与者可能需要一些时间才能接受教育并接受这个想法。但考虑到当前的政治和气象气候，该行业不能再忽视这一点。
热泵在中国为什么发展不起来？
近日，国家发展改革委会同有关部门印发了《关于发布〈重点用能产品设备能效先进水平、节能水平和准入水平（2024年版）〉的通知》，进一步强化热泵热水器、空气源热泵等产品能效管理要求。不过，热泵技术在中国的发展仍然还面临一些挑战和限制，其中一些原因包括：
认知不足：一些消费者和企业对热泵技术的认知程度相对较低。由于热泵技术相对较新，部分人可能对其工作原理和优势不够了解，导致对其采用的犹豫和不信任。
初期投资较高：热泵系统的初期投资相对较高，虽然在长期运行中能够节省能源成本，但高初投资对一些消费者和企业来说可能是一项阻碍因素。需要促进政策和财政支持以降低投资门槛。
技术标准和质量问题：热泵市场上存在一些产品质量参差不齐的情况，这可能导致消费者对技术的信任度下降。加强技术标准、监管和认证体系可以帮助提高市场的整体质量水平。
缺乏相关政策支持：在一些地区，缺乏对热泵技术的政策支持，包括财政激励、减税优惠和法规制度的支持等。政策的不完善可能降低了投资者和用户采用热泵技术的积极性。
能源结构和价格：中国的能源结构中，仍然以煤为主，而且煤电价格相对较低。这可能降低了一些地区采用热泵技术的经济效益，相对传统能源的低成本使得一些用户仍然更倾向于使用传统能源。
市场竞争：一些传统能源产品在市场上占有较大份额，竞争激烈。热泵技术需要在市场上建立竞争力，才能更好地推动其发展。
为了促进热泵技术在中国的发展，需要综合考虑技术研发、政策支持、市场推广等多个方面的因素，建立完善的体系以推动该技术的广泛应用。政府、企业和社会各方的共同努力是推动热泵技术在中国发展的关键。
