热泵技术在碳中和中的应用前景（建筑行业）-热泵在线

2014年至今，我国民用建筑每年竣工面积基本稳定在40亿m²以上，每年大量建筑的竣工使得我国建筑面积存量不断高速增长（如图4-1），2020年我国建筑面积总量约660亿m²。如此巨大的建筑规模导致我国目前建筑运行每年二氧化碳的排放在20亿吨以上。据中国建筑节能协会预测，中国建筑行业的碳排放将继续增加，达到峰值时间预计为2039年前后，比全国整体实现碳达峰的时间预计晚9年。

图4-1 中国总建筑面积增长趋势

建筑供热可采用的热源多种多样，包括燃气锅炉、燃煤锅炉、燃油锅炉、电供暖、热泵等。根据目前的排放因子，计算各类建筑热源的二氧化碳排放情况，如图4-2所示，热泵供暖系统在各类供暖能源系统中每供1GJ的热量所排放的二氧化碳最少，这也说明热泵技术是实现碳中和的最有效方式。因此，热泵技术拥有巨大的节能减排优势，建筑热泵技术应用将为建筑行业带来巨大减排量，建筑热泵应用可从“既有建筑改造”和“新建建筑热泵应用”两方面入手。

图4-2 不同供热系统的碳排放强度（当前）

（1）既有建筑改造

规模庞大的存量建筑的低碳改造难度较大，热泵可以在建筑物的深度改造中代替锅炉和常规冷水机组为建筑进行供暖和制冷。与燃煤锅炉相比，其二氧化碳排放量可降低30~50%，尤其是将热泵与其他可再生能源（驱动能源是风能、太阳能、水能等）相结合，将进一步减少既有建筑的能源需求，充分发挥可再生能源替代一次能源的潜力。当热泵用于医院、发廊、学校、集体宿舍等既需要空调又需要热水供应的建筑时，经济效益非常显著。由于建筑部门的用热温度大多在100℃以下，以现有热泵技术水平，可以直接采用生活中的常见低位热源对这个温区进行供热。此外，热泵替代锅炉，可直接对接供暖和热水供应系统，末端系统不需要额外改造。

此外，热泵系统可不需要任何屋顶冷却设备，将顶部空间留给光伏发电，进一步促进建筑的产能。为使热泵应用效益最大化，用热系统应进行必要改造：降低需用供热温度、减少中间传热环节（如输出热风）、实现小型、分散化用热等。据国际能源署测算，2019年热泵在全球家庭用能中的占比仅为5%，2030年这一比例将提高到22%，这将降低供暖能耗，为建筑部门减少50％的碳排放。

实现建筑部门的零碳转型，同样需要推进居民家庭生活热水的全面电气化。如图4-3所示，随着人们生活水平的提高，生活热水的普及率迅速增长，2013~2019年中国城镇居民家庭每百户淋浴热水器拥有台数从80.3台迅速增长至98.2台，基本实现了城镇家庭热水器普及。近年来，热泵热水机（也称“空气能热水器”）在我国家用热水器市场上逐渐兴起。据相关产业数据，我国热泵热水器的总销量从2016年的72.4亿元上升到2019年的77.3亿元，且市场规模仍保持上涨趋势。

图4-3 中国城镇居民家庭平均沐浴热水器拥有量

现有价格体系下，燃气热水器、蓄热式电热水器及热泵热水器的运行费用如表4-1所示，热泵热水器年运行费用最低。虽然目前热泵热水器的设备价格还高于普通燃气热水器与蓄热式电热水器，但随着市场规模扩大，其价格也会逐渐下降。从我国建筑领域零碳转型以及节能减排角度看，在非即热式场景大力推广热泵热水器、实现生活热水电气化指日可待。

（2）新建建筑应用

热泵用于建筑供暖制冷、除湿和热水生产虽然具有较低的能源需求和较小的占地面积，但未来需要努力提升系统的集成水平，构建以热泵为核心，融合供暖、空调、通风和热水供应系统的集成解决方案。

实现碳中和需要继续推动超低能耗建筑发展，消除常规的化石能源供热方式，以被动式技术为基础，结合分布式可再生能源和先进热泵技术，有效降低建筑用能。热泵的特性使其成为低能耗建筑的理想技术，包括近零能耗、被动式建筑设计。中国2019年正式实施《近零能耗建筑技术标准》GB/T 51350-2019，高性能围护结构、建筑能源系统、暖通空调系统及可再生能源建筑一体化设计是近零能耗建筑示范项目的核心。将可再生能源与热泵技术结合，从而大幅度降低建筑能耗，将热泵与蓄热设备结合还可通过蓄热克服能源需求与供应之间的时间差，为电网削峰填谷。

我国幅员辽阔，南北气候差异大，建筑的类型和特点不尽相同，在建筑低碳设计中也不能简单堆砌可再生能源技术与热泵系统，而应根据不同气候环境特点、建筑负荷需求，因地制宜的采用包括热泵系统在内的低碳技术。此外，还应当注意后期的监控、调试及运行策略控制，才能最大化地实现节能，降低建筑部门的二氧化碳排放。

本文节选自由中国节能协会热泵专业委员会主编的《热泵助力碳中和白皮书（2022）》。感谢寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室、哈尔滨工业大学热能应用省级工程研究中心、清华大学建筑节能中心、广东美的暖通设备有限公司、青岛海尔空调电子有限公司、上海海立电器有限公司、浙江中广电器集团股份有限公司、艾默生环境优化技术（苏州）有限公司、丹佛斯（上海）投资有限公司、广东热立方科技有限公司、威乐（中国）水泵系统有限公司、威能(无锡)供热设备有限公司、东莞艾瑞科热能设备有限公司、上海复洁环保科技股份有限公司、国际铜业协会、德国国际合作机构、落基山研究所、北京智信道科技股份有限（产业在线）