热泵，300%能效假说？-热泵在线

1981年，联合国在肯尼亚首都内罗毕召开了“新能源和可再生能源会议”。

本次会议将可再生能源定义为“新的、可更新的能源，采用新技术和新材料加以开发利用。”

“它不同于常规的化石能源，可持续发展，取之不尽、几乎是用之不竭，消耗后可得到恢复和补充，不产生或很少产生污染物，对环境无多大损害，有利于生态良性循环的能源形式。”

比如，太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、海洋能等。

除了以上我们熟知的能源形式外，空气热能得到越来越多地关注。

不难理解，有30%左右的太阳辐射能量被地表的大气层吸收，蕴含在空气中。

空气热能来源于太阳能，因此被认定为可再生能源。

2009年，欧盟便将空气热能认定为可再生能源。在国内，北京、福建、山东、广西、河北等地区也将其列入。

能量守恒定律告诉我们：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。

可是，空气热能通过一种关键设备，仅耗费1倍的能量，可以将蕴藏在空气中的3倍能量加以运用。

而这种设备便是：热泵。

认识热泵

（1）热泵的工作原理

在自然界中，水总是由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。

但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。

其实热泵并没有违背能量守恒定律，热泵实际上就是一种热量的搬运和提升装置。

用少量电能驱动热泵机组，从周围环境中吸取热量，通过压缩机的压缩变为高温热能，并把它传递给被加热的对象。

其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环原理。

利用热泵装置，可以将热源中不可直接利用的热能转化为能够直接利用的热能。

这个过程好比使用打气筒一样压缩空气，使空气温度升高，然后通过一种低温就会沸腾的液体传导热量到室内的储水箱内，再将热量释放传导到水中。

正因为其中大部分的热量来自于空气，因此使用热泵的热效率高达300%以上。

（2）热泵的分类

热泵的应用非常广泛，存在着多种类型。

热泵的能量传导方向是由低到高，自然界的低温物体有很多，空气、水、土壤等。与之相对应的，有空气源热泵、水源热泵、地源热泵。

其中，空气源热泵占主体，2021年我国空气源热泵占比约91%。

按照应用领域来看，主要分为采暖、热水及烘干三个方面，采暖及热水销售占比较高。2021年我国热泵采暖/热水/烘干销售额占比分别为44.2%/44.3%/11.5%。

按照功能不同：分为单功能、二联供、三联供，其中二联供功能较为丰富、综合稳定性较好，成为国内外空气源热泵主流发展趋势。

（3）热泵的优势

热泵相较于空调、热水器等优势显著：体现在供暖更为节能、适用范围更广、运行费用较低。

以空气热泵为例，平均COP（热效率）超过3.3、传统燃气壁挂炉COP约为1、燃煤锅炉约为0.5，热泵接近传统燃气壁挂炉3倍、电采暖6.6倍。

由于热泵制热的效率远远高于其他制热方式，热量来自于自然界的空气，成本具备明显优势。全年平均热泵总耗能比常规太阳能辅助系统比更低，其它采暖方式由天然气、煤、纯电等方式制热、运行费用较高。

（4）热泵的局限性

热泵局限性亦较为明显，主要体现在前期投入成本较高、低温下制热效率低、设备体积大。

从成本角度来看，虽然后期运行费用能够节省较多成本，但热泵前期购买安装价格将会数倍于锅炉、空调、热水器等产品，是限制消费者选择热泵的最主要原因。

热泵主要能量来自于空气，因此，环境温度决定其供热能力，在我国北方和欧盟地区使用明显受限。

不过，随着低温喷气增焓技术和新型制冷剂等在热泵的应用，热泵最低使用温度降至-25℃，逐渐在欧盟等北方地区普及。

另外就是热泵机组外形相对较大，对使用场景有着较高的需求。安装过程中涉及水泵等零部件，通常需要专业的工人。

在政策驱动下，迎来高速发展契机

美中部时间3月1日，在特斯拉投资者活动日上，马斯克公布了“宏图计划”。

在第三篇章中，马斯克重点介绍了热泵技术。

在家庭、企业和工业中转向用热泵。马斯克认为，热泵本身非常高效，目前它的安装率同比增长10%，主要是用于建筑供暖大概占了10%，但是这方面还需要加速前进，进一步地推广热泵的部署。

“我相信热泵可以帮助我们取代化石能源，为家庭和工业实现供暖。在这方面它会为建筑物供暖所需要消耗的总能量减少33倍。”

以欧洲为例，其能源结构以传统石化能源为主，2021年，石油、天然气、煤炭分别占据33.47%/24.95%/12.15%。

俄罗斯是欧盟最大的天然气和原油供应国，欧盟进口天然气中约40%、进口原油中约30%来自俄罗斯。

俄乌冲突下天然气能源紧缺，能源价格大幅上涨，能源价格高企加速欧洲地区能源转型。

据RSER统计，欧洲供暖能耗占社会总能耗40%以上，燃气冷凝炉发展较为迅速、占比约超70%，但未来无法保证燃气供应。

能源压力下未来几年采暖成为欧洲亟待解决的问题。

热泵相较于其他供暖方式节能减排优势显著、且满足各国对能源安全的需求。

因此，热泵成为欧洲各国首选的供暖方式。

通过上文我们发现制约热泵推广最核心的因素在于前期购置成本较高。

2020年起欧盟各国纷纷出台热泵相关政策，包括但不限于补贴或减税、低息贷款、能效法规、高碳税、技术禁令等方式，加速热泵推广，提升热泵市场普及率。

例如，德国在2021年出台《联邦建筑能效经费计划》，指出安装热泵可获得安装成本35%-45%的直接补贴，还可提供贷款还款补贴；英国提议，从2022年起对功率不超过45千瓦的热泵提供4,000英镑补贴；荷兰提出，对家用热泵进行1,000-2,500欧元的补贴；爱尔兰为热泵提供高达30%的成本补助。

随着政策补贴下热泵经济性凸显。

热泵前期安装成本降低超1/3，有望进一步刺激热泵需求增长。

据欧洲热泵协会EHPA统计，2021年以来欧洲热泵销量增速较快，2021年欧盟21个国家热泵年销售218万台、同增34%。

2023年欧洲地区热泵累计销量将会翻倍，2021-2030年欧洲热泵市场规模CAGR有望达26%、累计销量超1.4亿台。

“+热泵”的N种模式，打开市场空间

除了供热外，热泵在工业、电力等具备极其丰富的应用场景。

具体来看：

（1）“光伏+热泵”

光伏电站将太阳能转化为电能、补充空气能热泵所需的电力，空气能热泵消耗电能进行供暖，光伏发电量基本覆盖热泵耗电量，从而实现清洁取暖和能源投资的双重目标。

实际应用中，为降低前期投入成本，可以采用租赁形式，热泵使用者可以根据合同在相应的时间内支付供暖和产品费用，有助于快速打开市场。现阶段，丹麦等欧洲国家热泵租赁业务已经开展开来。

（2）“新能源车”+“热泵”

长久以来，新能源车在冬季表现非常不理想，电池衰减较快，暖风一开，电量掉得更快，续航能力大幅降低。

而热泵系统无疑是一个较为理想的解决方案，通过热泵回收驱动电机、车载充电器和逆变器散发的废热，以及电池组和慢速充电器中回收更多的余热，提高供暖，通风和空调系统的效率，最大程度地减少电池的电量消耗。

三花智控（002050.SZ）在投资者互动平台回复：热泵模式与传统模式相比优势在于可以减少50%的耗电，可大幅提升续航里程。

比亚迪海豚、大众ID.3、特斯拉ModelY等新能源车已经配备热泵空调。上市公司三花智控、盾安环境等积极布局新能源车热管理业务。

（3）“烘干”+“热泵”

2020年工业干燥能耗占我国国民经济总能耗12%左右，涵盖农业、食品、化工、制陶业、医药、矿产加工、制浆造纸、木材加工等众多行业。热泵烘干机热效率高达400%，较传统干燥方式热效率40%，节能效率达90%。

多应用场景打开热泵发展空间。

基于IEA预测，至2025年/2030年全球热泵安装量将分别达到2.83/6亿台，以2020年热泵销量为基数CAGR分别为10%/13%。以2022年我国热泵出口均价0.7万元/台进行估计，至2030/2050年热泵市场规模分别达2.0/4.2万亿元。

更长期来看，2050年热泵占供暖需求份额有望进一步增长、达55%，较2030年预计的20%渗透率实现翻倍。

参考资料：

[1] 中国节能协会热泵专业委员会，《中国热泵产业发展报告（2022）》

[2] 东莞证券，《海内外政策东风共起，空气源热泵迎风再舞》

[3] 东吴证券，《欧洲能源危机下，国内热泵产业链迎发展机遇》