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撰文｜戴晶晶

在山西臨汾安澤縣飛嶺村，村民們已經(jīng)開始習(xí)慣使用一種新型取暖工具：熱泵。無(wú)需再自行燒煤，也沒(méi)有煙塵煤渣，只需通過(guò)手機(jī)一鍵啟動(dòng)，屋內(nèi)便能迅速變得溫暖。

在寒冷的冬季，無(wú)論是農(nóng)村還是城市，低溫常常使得室內(nèi)取暖成為必需。除了集中供暖，空調(diào)、燃?xì)獠膳约皞鹘y(tǒng)的燃煤取暖，都可以作為獨(dú)立的供暖選擇。

然而，空調(diào)制暖能耗較高；燃?xì)獾嘏孢m，但建設(shè)成本大；傳統(tǒng)的燃煤取暖則面臨著嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。那么，是否還有更為高效、環(huán)保的取暖“黑科技”？

就像水泵一樣，熱泵的工作原理是將低溫環(huán)境中的熱量“泵送”至高溫環(huán)境。該技術(shù)并不直接生產(chǎn)熱量，而是通過(guò)吸收空氣、土地、水源等自然界的低品位熱能、壓縮升溫后，再將熱量釋放到室內(nèi)。

裝上空氣源熱泵后，如今飛嶺村每戶的單個(gè)取暖季費(fèi)用已經(jīng)降至1000-1500元，僅為此前燃煤取暖費(fèi)用的30%-50%。同時(shí)，污染物排放大幅減少，室內(nèi)PM2.5濃度也從使用散煤時(shí)每立方米300微克降至35微克。[1]

作為一種綠色低碳的供熱技術(shù)，熱泵正引起國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。例如，由于2022年俄烏沖突導(dǎo)致燃?xì)鈨r(jià)格飆升，熱泵作為替代方案在歐洲市場(chǎng)需求激增。當(dāng)年，中國(guó)對(duì)歐洲的空氣源熱泵出口額同比增長(zhǎng)了約60%。[2]

2023年，全球銷售的熱泵40%來(lái)自中國(guó)，關(guān)鍵零部件壓縮機(jī)更占到了全球95%。[3]

01 飛嶺村的熱泵

熱泵并非一項(xiàng)新技術(shù)，其工作原理源自1850年英國(guó)科學(xué)家開爾文提出的逆卡諾循環(huán)（Reverse Carnot Cycle）。這一循環(huán)通過(guò)吸收低溫環(huán)境中的熱量，并將其“搬運(yùn)”至室內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)加熱效果。

20世紀(jì)初，熱泵技術(shù)已被開發(fā)出來(lái)，并在1930年代開始進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段。隨著技術(shù)進(jìn)步，熱泵在低溫環(huán)境下的表現(xiàn)得到了顯著提升，現(xiàn)如今部分熱泵產(chǎn)品即使在低至-25°C的溫度下也能運(yùn)行。

由于不涉及能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程，熱泵避免了能量的轉(zhuǎn)化損失，因此具備顯著的能效優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)熱量來(lái)源的不同，熱泵主要可以分為空氣源熱泵、水源熱泵和地源熱泵。飛嶺村安裝的就是空氣源熱泵，它以室外空氣作為熱源，在實(shí)際應(yīng)用中具有較強(qiáng)的普適性。

在外觀上，空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)與空調(diào)相似，由室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)組成，能直接吹出熱風(fēng)；而空氣源熱泵熱水機(jī)系統(tǒng)的外機(jī)則增加了儲(chǔ)水桶，并需要與散熱器或地暖等水系統(tǒng)連接，通過(guò)加熱水來(lái)工作。

從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，熱水機(jī)應(yīng)用效果好，但設(shè)備投入較大，若大規(guī)模推廣還需改造電網(wǎng)。熱風(fēng)機(jī)設(shè)備相對(duì)便宜，對(duì)電網(wǎng)要求低，安裝條件與常規(guī)空調(diào)相似。

先進(jìn)的低溫空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)在中國(guó)寒冷地區(qū)的冬季平均運(yùn)行能效系數(shù)（COP）可達(dá)3左右。這意味著每輸入1度的電，可以得到3度的熱，運(yùn)行電耗僅為電熱直接轉(zhuǎn)換型取暖設(shè)備的三分之一。[4]

這些分布在山西臨汾安澤縣不同村民家中的熱泵，正是中國(guó)近年來(lái)“煤改氣”、“煤改電”農(nóng)村工程推動(dòng)清潔取暖新模式的成果之一。

臨汾市有2500多年的煤炭開采史，是山西省典型的資源型城市。盡管煤炭產(chǎn)業(yè)推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但也帶來(lái)了嚴(yán)重的空氣質(zhì)量污染和高碳排放。

2023年，臨汾市的環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)為5.17，位居山西省內(nèi)倒數(shù)第一。在進(jìn)入供暖季后，各項(xiàng)空氣污染物的濃度明顯增加，散煤治理的任務(wù)尤為迫切。

散煤是指家庭和餐飲等非工業(yè)領(lǐng)域使用未經(jīng)處理的散裝煤炭，雖然成本較低，但會(huì)產(chǎn)生大量粉塵和有害氣體。據(jù)調(diào)研統(tǒng)計(jì)，2020年臨汾市PM2.5人為排放源中，民用散煤貢獻(xiàn)率達(dá)到14.1%，冬季取暖排放量最多。[5]

2024年，清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)完成了以臨汾為例的農(nóng)村能源供需匹配與低碳轉(zhuǎn)型研究，并推動(dòng)了飛嶺村的散煤治理，采用空氣源熱泵替代原本高污染的取暖方式。

根據(jù)調(diào)研，安澤縣村民愿意用空氣源熱泵替換傳統(tǒng)取暖方式的主要原因是清潔和補(bǔ)貼后的成本可控。

飛嶺村黨支部書記馬文利接受《南方周末》采訪時(shí)透露，縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局給了飛嶺村的專項(xiàng)資金54萬(wàn)元，用來(lái)補(bǔ)貼90戶添置熱風(fēng)機(jī)和30戶添置熱水機(jī)。[6]

目前，飛嶺村的清潔轉(zhuǎn)型還在持續(xù)推進(jìn)。據(jù)研究測(cè)算，如果飛嶺村的屋頂實(shí)現(xiàn)光伏全覆蓋，每戶每年可以節(jié)約電費(fèi)3500元。如果將屋頂光伏發(fā)電銷售給電網(wǎng)，全村每戶每年可以實(shí)現(xiàn)盈利4000元。

02 多元化應(yīng)用

根據(jù)《中國(guó)熱泵的未來(lái)》，目前全球居住與非居住建筑中的熱泵裝機(jī)容量已超過(guò)10億千瓦。截至2022年底，中國(guó)約占全球熱泵總裝機(jī)容量的25%，全球總銷量的30%。[7]

中國(guó)已成為全球熱泵最大市場(chǎng)，并因其清潔、高效的特性在政策層面得到了越來(lái)越多的重視。

在供熱領(lǐng)域，河北、山東、寧夏等地已試點(diǎn)空氣源熱泵，并搭配了電價(jià)補(bǔ)貼。

2025年4月，國(guó)家發(fā)展改革委等6部門聯(lián)合印發(fā)《推動(dòng)熱泵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案》（簡(jiǎn)稱《行動(dòng)方案》），提出因地制宜加大熱泵推廣應(yīng)用、推動(dòng)熱泵產(chǎn)業(yè)提質(zhì)升級(jí)，力爭(zhēng)到2030年重點(diǎn)熱泵產(chǎn)品能效水平提升20%以上。[8]

國(guó)家節(jié)能中心副主任康艷兵等人在解讀該文件時(shí)提及，在“雙碳”工作引領(lǐng)下，中國(guó)積極推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔取暖和建筑熱泵應(yīng)用，熱泵銷售額已由2014年約80億元增長(zhǎng)到目前的330億元左右，年均增速超過(guò)17%。[9]

不只是農(nóng)村供暖，熱泵在許多其他領(lǐng)域也開始有廣泛的應(yīng)用。比如，工業(yè)過(guò)程通常會(huì)產(chǎn)生大量的廢熱，這些熱能如果不被有效回收利用，往往會(huì)被浪費(fèi)掉。而熱泵可以將這些低溫余熱“搬運(yùn)”到需要加熱的地方，極大提高能源利用效率。

清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心副主任夏建軍長(zhǎng)期從事工業(yè)余熱研究，他表示，鋼鐵、水泥、化工行業(yè)的余熱，如果能回收一半，基本上能解決北方地區(qū)絕大部分城市的供熱問(wèn)題。

“未來(lái)熱泵的產(chǎn)業(yè)會(huì)很大?！毕慕ㄜ娬f(shuō)。

2025年4月，中國(guó)節(jié)能協(xié)會(huì)副監(jiān)事長(zhǎng)趙恒誼和哈爾濱工業(yè)大學(xué)長(zhǎng)聘教授倪龍也在國(guó)家發(fā)改委官網(wǎng)撰文時(shí)提到，中國(guó)熱泵產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，熱泵制造企業(yè)率先實(shí)現(xiàn)200攝氏度以下高溫蒸汽的穩(wěn)定供應(yīng)，并成功應(yīng)用于釀酒、制藥、化工、金屬加工等行業(yè)。

在能源轉(zhuǎn)型的大背景下，熱泵技術(shù)在國(guó)際上受到了廣泛的關(guān)注和期待。

國(guó)際能源署（IEA）將熱泵與光伏、風(fēng)電、電動(dòng)汽車、電池、電解槽并列為六大清潔能源技術(shù)，并在《熱泵的未來(lái)》報(bào)告中預(yù)計(jì)，2035年全球熱泵新增裝機(jī)將提高到2.63-3.47億千瓦，是2023年的2.4-3.1倍。[10]

“目前 市場(chǎng)上可用的熱泵能效是天然氣鍋爐的三到五倍?！盜EA認(rèn)為，由低排放電力驅(qū)動(dòng)的熱泵，是全球范圍內(nèi)向安全和可持續(xù)供暖過(guò)渡的核心技術(shù)。

熱泵還受到了馬斯克的熱捧，特斯拉Model Y SUV等車型都安裝了這一設(shè)備。

在2023年3月特斯拉的投資者日活動(dòng)上，馬斯克公布特斯拉“宏圖計(jì)劃3”（Master Plan Part 3），提出了實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展的五個(gè)關(guān)鍵步驟。第三步就涉及大規(guī)模推廣熱泵技術(shù)，涵蓋家庭、企業(yè)及工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。[11]

03 破解推廣困局

雖然熱泵的前景被廣泛看好，政策支持不斷加碼，但熱泵在中國(guó)市場(chǎng)仍顯得“不溫不火”。社會(huì)認(rèn)知程度不夠高、初裝成本較高、技術(shù)不夠成熟等原因成為制約其發(fā)展的主要瓶頸。

《中國(guó)熱泵的未來(lái)》報(bào)告顯示，考慮到中國(guó)的碳中和目標(biāo)，中國(guó)建筑中安裝的分布式熱泵裝機(jī)容量到2050年預(yù)計(jì)將達(dá)14億千瓦，滿足25%的建筑物供熱需求。

然而，趙恒誼和倪龍指出，當(dāng)前熱泵在建筑供暖領(lǐng)域的滲透率仍不足5%，在建筑熱水領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模也僅為燃?xì)鉄崴鞯奈宸种?。在工業(yè)領(lǐng)域，近50%的能耗以廢熱形式排放，但工業(yè)熱泵的應(yīng)用剛剛起步，整體占比不到1%。

空間和噪音問(wèn)題是熱泵的短板之一。有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，熱泵的噪音比空調(diào)高得多，體積也比空調(diào)大得多。很多城市現(xiàn)有的高樓沒(méi)有地方放熱泵的外機(jī)，只能在密度不那么大的樓，比如10層左右的住宅樓考慮把熱泵外機(jī)放到頂層，或者是在新建建筑的設(shè)計(jì)階段就來(lái)解決。

從成本來(lái)看，熱泵的初始投資較高。在臨汾市的研究報(bào)告中，空氣源熱泵熱水機(jī)的應(yīng)每戶的設(shè)備需要投入1.2萬(wàn)-2.5萬(wàn)元，熱風(fēng)機(jī)設(shè)備投入約5000元。

根據(jù)《中國(guó)熱泵的未來(lái)》報(bào)告，空氣-空氣熱泵的前期成本通常比燃?xì)忮仩t高出20%左右；而空氣-水熱泵的前期成本比電加熱器貴兩到三倍，也是燃?xì)忮仩t價(jià)格的兩倍多。

不過(guò)，考慮電功率和全壽命周期，熱泵在一些場(chǎng)景下已具備性價(jià)比。例如，在哈爾濱，空氣-空氣熱泵因?yàn)槟茉闯杀镜?0%，平衡了設(shè)備和安裝成本，相比集中供暖已有成本競(jìng)爭(zhēng)力。

此外，盡管熱泵能夠有效降低二氧化碳排放，但目前大多數(shù)熱泵所使用的制冷劑仍然是強(qiáng)效溫室氣體。所以一旦制冷劑泄漏，也可能會(huì)加劇溫室氣體的排放。

《行動(dòng)方案》就強(qiáng)調(diào)了提升綠色低碳制冷劑產(chǎn)品供給，并提出引導(dǎo)熱泵生產(chǎn)企業(yè)加快淘汰含氫氯氟烴（HCFCs）制冷劑，限控氫氟碳化物（HFCs）使用。

當(dāng)前，熱泵暫未被納入中國(guó)《可再生能源法》中的可再生能源范疇。該法律將可再生能源分為6種：風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能?/p>

趙恒誼提到，歐洲的立法將環(huán)境熱能包括空氣熱能等，納入了可再生能源的范疇。他和不少同行都希望，中國(guó)《可再生能源法》修訂時(shí)，能夠同時(shí)鼓勵(lì)支持熱泵的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

• [1]https://mp.weixin.qq.com/s/R-QxWC6t1kC23oPbA1XKTA
• [2]中國(guó)家用電器協(xié)會(huì) (CHEAA). (2023). 2022年中國(guó)家電行業(yè)出口分析報(bào)告
• [3]https://www.iea.org/commentaries/is-a-turnaround-in-sight-for-heat-pump-markets
• [4]清華大學(xué)《黑龍江省典型地區(qū)民用和農(nóng)用散煤綜合治理技術(shù)策略及商業(yè)模式研究結(jié)題技術(shù)報(bào)告》
• [5]王璟煦, 杜謹(jǐn)宏, 續(xù)鵬, 馬京華, 營(yíng)娜, 薛志鋼. 臨汾市人為源一次PM2.5排放特征及鋼鐵、焦化等重點(diǎn)行業(yè)管控對(duì)策[J]. 工程科學(xué)學(xué)報(bào), 2024, 46(7): 1324-1335. DOI: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.09.15.002
• [6]https://mp.weixin.qq.com/s/zbfGVMhAhHs9DAyA-9LrHg
• [7]《中國(guó)熱泵的未來(lái)》，國(guó)際能源署&清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心，2024年
• [8]https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202504/t20250402_1396954.html
• [9]https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/jd/jd/202504/t20250402_1396969.html
• [10]《熱泵的未來(lái)》中文版，國(guó)際能源署，2023年
• [11]https://www.tesla.com/master-plan-part-3