熱泵：被忽視的“隱形剛需”

剛步入6月中旬，石家莊市的最高氣溫便沖上了39℃。

在石家莊市橋西區(qū)，一家酒店正在試營業(yè)。酒店占據(jù)這棟超30層建筑的第20層，一出電梯便能感受到?jīng)鲆?，但空調(diào)口的涼風并不刺骨。

這背后的功臣是熱泵。在建筑頂部，8臺熱泵外機正向外吹出熱風，即使太陽暴曬，延伸向室內(nèi)的水管摸起來卻冰涼。熱泵通過電能控制制冷劑的氣液轉(zhuǎn)變和流動，使管路中的水溫發(fā)生變化，進而實現(xiàn)熱量的搬運，完成制冷或制熱。

作為高效的熱“搬運工”，熱泵更主要的應(yīng)用還在于取代化石能源供熱。石家莊市趙縣擁有目前全國規(guī)模最大的熱泵集中供暖工程。該工程覆蓋約400萬平方米供暖區(qū)域，已幫助趙縣居民度過六個冬天，實現(xiàn)了真正意義上城鎮(zhèn)規(guī)模的熱泵采暖。然而，這樣的案例并不普遍。除了活躍于各地農(nóng)村的“煤改電”項目，熱泵大多在城郊地區(qū)、商用或工業(yè)建筑等零散區(qū)域打著“游擊”。

今年3月，國家發(fā)展改革委等六部門印發(fā)《推動熱泵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動方案》 （以下簡稱《行動方案》），提出了2030年熱泵產(chǎn)業(yè)的階段性工作目標，包括大功率高溫熱泵等核心技術(shù)的突破，以及熱泵建筑應(yīng)用面積、裝機容量的持續(xù)增長。在熱泵從業(yè)者看來，這一綱領(lǐng)性文件的出現(xiàn)十分及時，但推動細則仍不明晰。熱泵推廣需破解哪些難題？又如何能在集中采暖的既定格局中突圍？

高效的“熱搬運工”

石家莊高新技術(shù)開發(fā)區(qū)的一個居民小區(qū)，在2015年用上了熱泵供暖。在岳建富看來，那是石家莊乃至全國熱泵產(chǎn)業(yè)正式起步的標志之一。他告訴《中國新聞周刊》，在此之前，熱泵技術(shù)已成熟多年，其最早的應(yīng)用場景，就是城郊地區(qū)那些集中供暖難以企及的地方。

岳建富是石家莊市城市管理綜合行政執(zhí)法局供熱處原處長。他回憶，早在2014年，國家就提出了“加快推進能源生產(chǎn)和消費革命”的要求，能源轉(zhuǎn)型開始提速。彼時，石家莊由于“火電圍城”，是國內(nèi)霧霾污染的重災(zāi)區(qū)，仿佛頭頂“黑帽子”，急需摘掉。此外，大量城中村快速開發(fā)，“拆10平方米建100平方米”，開發(fā)商把樓盤蓋起來之后，供暖問題也要解決。

于是，城市熱力開始緊張。2010年石家莊集中供熱面積6741萬平方米，今年這一數(shù)字已達到2.3億，翻了兩倍以上。由于大氣污染治理的要求，石家莊主城區(qū)的熱電廠和燃煤鍋爐陸續(xù)拆除，遠郊電廠“余熱進市”工程啟動。2017年，國家開始實施“大氣污染治理行動方案”，開展“清潔采暖”行動，在城市和農(nóng)村急需高效經(jīng)濟采暖方案的時候，熱泵便“開始冒頭”。岳建富表示，對很多北方城市而言，城市快速擴張帶來的熱力需求劇增，以及國家“雙碳”戰(zhàn)略的實施，是熱泵發(fā)展的難得契機。

傳統(tǒng)的城市熱源主要來自化石燃料直接燃燒，比如燃煤或燃氣鍋爐，以及熱電聯(lián)產(chǎn)，也就是在鍋爐燃燒生產(chǎn)電力的同時，將一部分熱量以熱水為介質(zhì)，經(jīng)過循環(huán)、換熱過程，把熱量送入千家萬戶。相比于化石燃料，熱泵“不直接產(chǎn)生熱，只是熱的高效搬運工”。能源基金會城市與區(qū)域發(fā)展執(zhí)行主任王志高向《中國新聞周刊》解釋，目前，建筑供熱的熱泵以電熱泵為主，用電做功，從低溫區(qū)域吸取熱量，在高溫區(qū)域釋放更多熱量，完成對用熱區(qū)域的供給。

相比集中供暖，熱泵部署靈活，可一家一戶分散安裝，也可以建立熱泵機組形成的供熱站，給一個片區(qū)的建筑供暖。石家莊市區(qū)的東方文化體育市場便屬于后者，這棟五層樓的商場樓頂裝配了20臺高匹數(shù)（即高制冷能力）的熱泵。該樓物業(yè)負責人告訴《中國新聞周刊》，這套熱泵已運行了一年多，冬夏兩季室溫普遍能維持在20℃左右的舒適區(qū)間，表現(xiàn)良好。

相比傳統(tǒng)鍋爐取暖，熱泵還避免了在地的碳排放和化石燃料帶來的各種污染，未來電力系統(tǒng)實現(xiàn)零碳排放后，電熱泵也將做到完全零碳供熱。呂超是北京海淀郊區(qū)某村的村民，他記得，2015年，他家換了第一臺空氣源熱泵，結(jié)束了多年的煤鍋爐取暖生涯?！耙郧盁旱臅r候，運來的煤塊之間有粘連，一拆就是一兩個小時。之后還有清運煤渣，一趟下來鼻孔里都是黑的。”呂超向《中國新聞周刊》回憶。

他今年48歲，家里有一棟兩層小樓，每層近400平方米，平日里上層自住，下層10多個房間出租?！耙婚_始‘煤改氣’，燃氣太貴很多村民不愿改。后來‘煤改電’，國家大力推行和補貼清潔采暖，從2015年開始，村里家家戶戶都用上了熱泵，到現(xiàn)在覆蓋率是100％?！眳纬f。

國家自2001年起推行“煤改電”工程，覆蓋北京等北方地區(qū)重點城市，目前，基本完成北方地區(qū)整體清潔取暖率80％的目標。2015年，北京推進非核心區(qū)也就是農(nóng)村“煤改電”時，呂超回憶，熱泵裝機由國家補貼，完全免費，電價每戶每年也有一萬度電的補貼，補貼后，夜間電價一度電不到兩毛錢。

談到用熱泵最大的感受，呂超直言“省電費”。他算了筆賬，當年他的老房子不到70平方米，每年供暖季至少要燒三噸煤，按照十年前的煤價來算，一年取暖就要花至少4000元。裝上熱泵之后，一年全家電費支出都不到3000元。

熱泵的“省”來自其優(yōu)秀的能效比。中國節(jié)能協(xié)會副監(jiān)事長兼熱泵專業(yè)委員會秘書長趙恒誼告訴《中國新聞周刊》，其制熱能效比（COP）通常在2.5—4.0，環(huán)境適宜時還能遠高于4，意味著消耗1度電可搬運超過4度電的熱量。

和呂超同村的幾位村民也向《中國新聞周刊》表示，熱泵用起來“能比燒煤更暖，并且方便恒溫控制”。王志高指出，從實例來看，在北方地區(qū)，熱泵能在冬季穩(wěn)定維持室內(nèi)的溫度為18℃以上，在哈爾濱甚至漠河-30℃的環(huán)境都能夠正常運轉(zhuǎn)，只是COP會有所下降。

被迫“隱形”

目前，熱泵按照取熱對象分為空氣源、土壤源、水源熱泵等。王志高表示，從市場銷量和安裝量來看，國內(nèi)空氣源熱泵占絕大多數(shù)。但同時，熱泵總產(chǎn)熱占北方采暖用熱總量的7％左右，仍有很大的提升潛力。

為何在采暖端表現(xiàn)優(yōu)異的熱泵，卻在市場上成了“小透明”？王志高認為，在未來能源大概率持續(xù)緊缺的前提下，節(jié)能是第一能源，而熱泵本質(zhì)上是節(jié)能產(chǎn)品，必將大有作為。但受能源價格、碳價格、采暖補貼等因素影響，在目前的供暖市場中，化石燃料替代方案的競爭力還較弱。如果熱泵缺乏相關(guān)的扶持政策，燃煤、燃氣等設(shè)備供暖可能在多數(shù)情況下仍具備價格優(yōu)勢。隨著碳中和目標的進一步推進，碳排放的成本凸顯，對熱泵的剛需才會顯現(xiàn)。

“過去，地方發(fā)展改革委、住建部門的政策規(guī)范中，電采暖的優(yōu)先級都不高，因為按照傳統(tǒng)認知，電相比于熱是一種更高品質(zhì)的能源，用電去做供熱感覺是一種資源浪費。而且，供熱每年就一季，雖然涉及民生，但熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供暖的概念深入人心，基礎(chǔ)設(shè)施高度鎖定，地方?jīng)Q策層還是不愿投入更多改革精力。這樣的環(huán)境里，熱泵難以發(fā)揮優(yōu)勢?！痹澜ǜ徽f。

在供熱領(lǐng)域工作的14年里，岳建富最大的感受就是集中供熱存在一些固有弊端：投資大、熱損高、用戶不能自主調(diào)節(jié)?！肮峁芫W(wǎng)由開發(fā)商自建，但開發(fā)商為了利益最大化，不考慮品質(zhì)，只是象征性完成采暖設(shè)施的建造任務(wù)，質(zhì)量堪憂。一些老舊小區(qū)的供熱管網(wǎng)年久失修，‘跑冒滴漏’十分普遍?！痹澜ǜ徽f。

另一個問題是熱力不均衡。許多北方居民都有這樣的經(jīng)驗，冬季有的屋熱得要開窗戶，有的屋卻冷得凍人。岳建富指出，由于集中供熱的長距離輸送管道直徑都在1.6米左右，水流量動輒成千上萬噸，想要在這一條件下進行溫度的精細調(diào)控十分困難。即使能做到，也需要大量硬件支撐。目前，供熱管網(wǎng)的建設(shè)還十分粗放，缺少反應(yīng)靈敏的“神經(jīng)聯(lián)絡(luò)線”。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部一直大力推行供熱計量收費，但由于設(shè)施標準不統(tǒng)一、用戶與熱源單位利益不協(xié)調(diào)等原因，目前，供熱計量收費在全國的覆蓋率都不足5％。

再加上許多老舊建筑的氣密性本身較差，建筑的熱量耗散嚴重，于是，會出現(xiàn)同一樓棟位于樓道最兩端的住戶比中間戶冷等熱力不均的情況。在岳建富看來，熱力不均是造成熱力浪費的重要原因。

但現(xiàn)實中，建筑的保溫性能對熱泵運行的效果和能耗也有很大影響，且目前熱泵的主要應(yīng)用區(qū)域多在城市郊區(qū)或鄉(xiāng)村，以老舊小區(qū)居多，房子的保溫性能較差，上述缺陷被進一步放大。因此，為避免與集中供暖相似的運行問題，熱泵供暖的具體形式需慎重考慮。

以趙縣的大規(guī)模熱泵供暖項目為例，數(shù)量眾多的熱泵簡單密集布置，會導(dǎo)致冷島和熱島效應(yīng)，降低系統(tǒng)效率，并給周邊熱環(huán)境帶來負面影響。岳建富指出，采暖時，熱泵將環(huán)境中的熱量搬運到室內(nèi)，主機周邊氣溫就會相應(yīng)降低，在熱泵機組規(guī)模增加之后，這一現(xiàn)象對周邊環(huán)境的影響不容忽視。

王志高指出，在中國北方，想讓熱泵作為唯一熱源完全替代集中供暖，從技術(shù)上來說還不現(xiàn)實，既不匹配國內(nèi)現(xiàn)存的熱網(wǎng)格局，也難滿足高密度開發(fā)區(qū)的高強度用熱需求。由于空氣的熱密度非常低，空氣源熱泵往往需要比較大的換熱空間，設(shè)備個頭通常也比較大?，F(xiàn)有建筑規(guī)劃中，如果沒有考慮預(yù)留空間，熱泵就很難落地。即使裝了熱泵，因為空間狹小，熱泵的效率也會受到顯著影響。除了冷熱島效應(yīng)，噪聲也是影響熱泵空間布置的因素，這也是空調(diào)機組的通病。

因此，趙縣的大型機組都考慮在建筑周圍另辟空地，架空一層做機組，地面層用作停車場。但在寸土寸金的城市，這樣的模式顯然難以推廣。“熱泵替代化石能源鍋爐供暖，除了熱源替換之外，還需要考慮管網(wǎng)輸配、散熱末端等一系列改造。理想情況是一家一戶一熱泵，可獨立調(diào)節(jié)、靈活應(yīng)用，實現(xiàn)供暖保障、經(jīng)濟節(jié)能等多種目標。分布式熱泵供熱站、工業(yè)余熱利用等多種技術(shù)路線也在推廣中?！壁w恒誼說。

多位受訪熱泵用戶向《中國新聞周刊》表示，熱泵的前期造價還是太高了。一位北京郊區(qū)村民說，家里房子100多平方米，裝一套功率合適的熱泵，總花費達兩萬多元。雖然2015年最開始那臺熱泵是國家免費裝的，但用了六七年就到使用壽命了，換機補貼只有6000元?！叭绻麤]有電費補貼都舍不得全天開機。”

河北清華發(fā)展研究院熱泵與低溫供熱工程中心工程師、河北四維節(jié)能科技有限公司技術(shù)總監(jiān)王樹國也向《中國新聞周刊》證實，兩室一廳100多平方米的戶型，如果采用熱泵來實現(xiàn)供熱和供冷，再加上熱泵熱水器4000多元，基礎(chǔ)造價在兩萬元左右。而運行成本則依賴于電價，在電價合適的區(qū)域，熱泵相較于集中采暖才有明顯優(yōu)勢。

熱泵技術(shù)也在迭代過程中。王樹國指出，早期的熱泵本身有一些技術(shù)缺陷，可能造成穩(wěn)定性和使用壽命短的問題，隨著諸多國家標準的建立，目前質(zhì)量過關(guān)的熱泵產(chǎn)品，其使用壽命在10—15年。

快速發(fā)展的前夜？

“全國范圍內(nèi)，供熱是能源利用的一個小分支，還未納入能源管理體系當中。供熱是重要的民生工程，它目前既不完全是社會福利，也不完全是市場化的商品，處于一種定位不清晰的‘夾生’狀態(tài)。變‘供熱’為‘采暖’，才能解決供熱能耗高、碳排放大、政府負擔重的問題。”岳建富總結(jié)道。

熱泵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還依賴于市場化激活。趙恒誼指出，熱泵行業(yè)不能“靠補貼過日子”，目前市場上熱泵產(chǎn)品的年銷售額大約300億元，而70％的熱泵銷售都依賴于消費者自發(fā)形成的購買市場。

近十年，市場上涌現(xiàn)了數(shù)百家熱泵企業(yè)，質(zhì)量也參差不齊。王志高發(fā)現(xiàn)，除了產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)外，熱泵供熱規(guī)劃設(shè)計普遍仍是生產(chǎn)企業(yè)的延伸服務(wù)。他認為，未來熱泵市場需要形成成熟的第三方市場，一端連接企業(yè)和產(chǎn)品，一端連接用戶，形成專業(yè)服務(wù)團隊，為用戶提供供熱整體解決方案。他舉例說，在有些歐洲國家，熱泵安裝需要有專業(yè)資質(zhì)的人來完成，安裝的費用幾乎相當于熱泵的購置成本。

“目前還停留在企業(yè)自己找客戶的階段。”北京某熱泵企業(yè)技術(shù)負責人告訴《中國新聞周刊》，以供熱為例，熱泵企業(yè)首先要和當?shù)貍鹘y(tǒng)供熱企業(yè)和政府供熱部門建立聯(lián)系，了解供熱格局。目前，熱泵企業(yè)還只能作為傳統(tǒng)供熱的補充“打游擊”，找尚未部署供熱的新建樓盤或者工業(yè)園區(qū)商談?！霸谄胀ň用駞^(qū)大規(guī)模推廣熱泵還比較困難。別墅區(qū)通常更好推廣，因為空間更大。”

熱泵產(chǎn)業(yè)需要在城郊、農(nóng)村等傳統(tǒng)優(yōu)勢領(lǐng)域之外，開辟新的戰(zhàn)場。深圳市龍華區(qū)某小區(qū)的一位熱泵用戶告訴《中國新聞周刊》，在深圳這種冬季最低溫度10℃左右的地方，仍會有采暖需求，而且，這一溫度下，熱泵的能效非常高。王樹國認為，隨著大功率高溫熱泵、高效壓縮機、新型制冷劑等領(lǐng)域出現(xiàn)核心突破，熱泵的應(yīng)用場景會進一步拓寬至冷鏈運輸、食品加工等領(lǐng)域。

此外，廣泛利用余熱是碳中和目標下供熱領(lǐng)域脫碳的終極解決路徑之一。王志高指出，城市市政和工業(yè)產(chǎn)生的污水、廢氣中的廢熱，以及數(shù)據(jù)中心、智算中心這些單位產(chǎn)生的熱，目前都大量耗散到環(huán)境中。如果能把這些零散的、低品質(zhì)的熱能采集再利用，其熱潛力是非常巨大的。熱泵將在這一領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。

而在“卷”完熱源、管網(wǎng)建設(shè)、服務(wù)之后，熱泵產(chǎn)業(yè)也需要尋找和AI以及智能化的結(jié)合點?！缎袆臃桨浮诽岬剑跓岜卯a(chǎn)業(yè)升級方面，未來需重點推動熱泵設(shè)計、生產(chǎn)、維護、技術(shù)等環(huán)節(jié)優(yōu)化提升，應(yīng)用虛擬仿真、人機工程等技術(shù)，提高生產(chǎn)效率和制造水平。

前述北京某熱泵企業(yè)技術(shù)負責人稱，市場上已有企業(yè)嘗試用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等AI算法實現(xiàn)換熱站的精細控制，但市場意識還非常欠缺。在和一般的區(qū)縣級供熱企業(yè)對接時，對方根本就不了解AI，連基礎(chǔ)設(shè)施都沒有，比如做控制需要的基本傳感器件等?！皼]有數(shù)據(jù)就做不到智能化?！?/p>

“未來，用戶僅用一套熱泵設(shè)備，就能解決全年的采暖、制冷和制熱水的需求。如果儲熱技術(shù)能夠突破，未來甚至可以跨季節(jié)儲熱，這樣夏季制冷時搬運出的熱能，可以儲存到冬季用作供暖，這樣暖氣相當于白送。”王樹國稱，這樣的情景下，供熱企業(yè)將演變成能源綜合服務(wù)商。

這種演變，在國際上已經(jīng)開始。王志高表示，熱泵在國際上被公認是碳中和的必選技術(shù)之一，歐美發(fā)達經(jīng)濟體的碳中和路線里都有熱泵的位置。按照國際能源署的凈零排放情景測算，到2050年，熱泵將占據(jù)全球建筑采暖市場的52％以上，在中國也將達到30％。在歐洲，因俄烏戰(zhàn)爭后燃氣價格的上升和應(yīng)對氣候變化目標的要求，部分國家大力推動熱泵替代燃氣采暖。今年3月，王志高參加了在歐洲舉辦的一個供熱展，發(fā)現(xiàn)在德國買一臺熱泵的政府補貼可達售價的50％，甚至更高。

熱泵發(fā)展的上層建筑還在構(gòu)建中，與國家相關(guān)政策的協(xié)同性在逐步提高。去年，國家提出的“兩新”（推動新一輪大規(guī)模設(shè)備更新和消費品以舊換新）政策里，一些地方把熱泵納入“兩新”的補貼范圍。為何熱泵在“兩新”中只是部分覆蓋？王志高指出，各地的提法多樣，在一些地方，熱泵被稱作空氣采暖機、空氣能熱水機等，可能將補貼認定復(fù)雜化。在落地時，補貼范圍窄、補貼資金到位慢等問題依然存在。

在王志高看來，過去，清潔采暖試點項目是熱泵的主要發(fā)展動力之一。未來，超低能耗建筑、零碳建筑等試點和規(guī)模化發(fā)展項目中，有采暖和熱水需求的，都可以優(yōu)先考慮熱泵，減少對大規(guī)模集中熱源和熱網(wǎng)的過度依賴。

岳建富正和多家組織機構(gòu)對接，準備在石家莊市出臺一項熱泵供熱的技術(shù)導(dǎo)則。他認為，光靠市場探索是不現(xiàn)實的，政策與規(guī)范仍是推動技術(shù)提升和市場化應(yīng)用所欠缺的那“臨門一腳”。

與此同時，熱泵要充分發(fā)揮其競爭力，需要公平合理的市場環(huán)境。未來，不同供熱形式的基礎(chǔ)設(shè)施投資、能源價格、補貼制度等均有待重構(gòu)，市場仍需在資源配置和技術(shù)選擇上發(fā)揮主導(dǎo)作用?！拔覀円苍S正處在熱泵快速發(fā)展的前夜?！蓖踔靖哒f道。

（文中呂超為化名）