這個冬天，他們用上了新的取暖“黑科技”

圖源：Unsplash / Aaron Burden

撰文｜戴晶晶

在山西臨汾安澤縣飛嶺村，村民們已經(jīng)開始習慣使用一種新型取暖工具：熱泵。無需再自行燒煤，也沒有煙塵煤渣，只需通過手機一鍵啟動，屋內便能迅速變得溫暖。

在寒冷的冬季，無論是農村還是城市，低溫常常使得室內取暖成為必需。除了集中供暖，空調、燃氣采暖以及傳統(tǒng)的燃煤取暖，都可以作為獨立的供暖選擇。

然而，空調制暖能耗較高；燃氣地暖舒適，但建設成本大；傳統(tǒng)的燃煤取暖則面臨著嚴重的環(huán)境污染問題。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。該技術并不直接生產熱量，而是通過吸收空氣、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。

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

作為一種綠色低碳的供熱技術，熱泵正引起國內外的廣泛關注。例如，由于2022年俄烏沖突導致燃氣價格飆升，熱泵作為替代方案在歐洲市場需求激增。當年，中國對歐洲的空氣源熱泵出口額同比增長了約60%。[2]

2023年，全球銷售的熱泵40%來自中國，關鍵零部件壓縮機更占到了全球95%。[3]

01 飛嶺村的熱泵

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

20世紀初，熱泵技術已被開發(fā)出來，并在1930年代開始進入商業(yè)應用階段。隨著技術進步，熱泵在低溫環(huán)境下的表現(xiàn)得到了顯著提升，現(xiàn)如今部分熱泵產品即使在低至-25°C的溫度下也能運行。

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

根據(jù)熱量來源的不同，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，在實際應用中具有較強的普適性。

在外觀上，空氣源熱泵熱風機與空調相似，由室內機和室外機組成，能直接吹出熱風；而空氣源熱泵熱水機系統(tǒng)的外機則增加了儲水桶，并需要與散熱器或地暖等水系統(tǒng)連接，通過加熱水來工作。

從實際應用來看，熱水機應用效果好，但設備投入較大，若大規(guī)模推廣還需改造電網(wǎng)。熱風機設備相對便宜，對電網(wǎng)要求低，安裝條件與常規(guī)空調相似。

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

這些分布在山西臨汾安澤縣不同村民家中的熱泵，正是中國近年來“煤改氣”、“煤改電”農村工程推動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。盡管煤炭產業(yè)推動了經(jīng)濟發(fā)展，但也帶來了嚴重的空氣質量污染和高碳排放。

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

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

2024年，清華大學團隊完成了以臨汾為例的農村能源供需匹配與低碳轉型研究，并推動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》采訪時透露，縣農業(yè)農村局給了飛嶺村的專項資金54萬元，用來補貼90戶添置熱風機和30戶添置熱水機。[6]

目前，飛嶺村的清潔轉型還在持續(xù)推進。據(jù)研究測算，如果飛嶺村的屋頂實現(xiàn)光伏全覆蓋，每戶每年可以節(jié)約電費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現(xiàn)盈利4000元。

02 多元化應用

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

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

在供熱領域，河北、山東、寧夏等地已試點空氣源熱泵，并搭配了電價補貼。

2025年4月，國家發(fā)展改革委等6部門聯(lián)合印發(fā)《推動熱泵行業(yè)高質量發(fā)展行動方案》（簡稱《行動方案》），提出因地制宜加大熱泵推廣應用、推動熱泵產業(yè)提質升級，力爭到2030年重點熱泵產品能效水平提升20%以上。[8]

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

不只是農村供暖，熱泵在許多其他領域也開始有廣泛的應用。比如，工業(yè)過程通常會產生大量的廢熱，這些熱能如果不被有效回收利用，往往會被浪費掉。而熱泵可以將這些低溫余熱“搬運”到需要加熱的地方，極大提高能源利用效率。

清華大學建筑節(jié)能研究中心副主任夏建軍長期從事工業(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題。

“未來熱泵的產業(yè)會很大?！毕慕ㄜ娬f。

2025年4月，中國節(jié)能協(xié)會副監(jiān)事長趙恒誼和哈爾濱工業(yè)大學長聘教授倪龍也在國家發(fā)改委官網(wǎng)撰文時提到，中國熱泵產業(yè)快速發(fā)展，熱泵制造企業(yè)率先實現(xiàn)200攝氏度以下高溫蒸汽的穩(wěn)定供應，并成功應用于釀酒、制藥、化工、金屬加工等行業(yè)。

在能源轉型的大背景下，熱泵技術在國際上受到了廣泛的關注和期待。

國際能源署（IEA）將熱泵與光伏、風電、電動汽車、電池、電解槽并列為六大清潔能源技術，并在《熱泵的未來》報告中預計，2035年全球熱泵新增裝機將提高到2.63-3.47億千瓦，是2023年的2.4-3.1倍。[10]

“目前 市場上可用的熱泵能效是天然氣鍋爐的三到五倍?！盜EA認為，由低排放電力驅動的熱泵，是全球范圍內向安全和可持續(xù)供暖過渡的核心技術。

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備。

在2023年3月特斯拉的投資者日活動上，馬斯克公布特斯拉“宏圖計劃3”（Master Plan Part 3），提出了實現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展的五個關鍵步驟。第三步就涉及大規(guī)模推廣熱泵技術，涵蓋家庭、企業(yè)及工業(yè)等多個領域。[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，但熱泵在中國市場仍顯得“不溫不火”。社會認知程度不夠高、初裝成本較高、技術不夠成熟等原因成為制約其發(fā)展的主要瓶頸。

《中國熱泵的未來》報告顯示，考慮到中國的碳中和目標，中國建筑中安裝的分布式熱泵裝機容量到2050年預計將達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，當前熱泵在建筑供暖領域的滲透率仍不足5%，在建筑熱水領域的市場規(guī)模也僅為燃氣熱水器的五分之一。在工業(yè)領域，近50%的能耗以廢熱形式排放，但工業(yè)熱泵的應用剛剛起步，整體占比不到1%。

空間和噪音問題是熱泵的短板之一。有業(yè)內人士認為，熱泵的噪音比空調高得多，體積也比空調大得多。很多城市現(xiàn)有的高樓沒有地方放熱泵的外機，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放到頂層，或者是在新建建筑的設計階段就來解決。

從成本來看，熱泵的初始投資較高。在臨汾市的研究報告中，空氣源熱泵熱水機的應每戶的設備需要投入1.2萬-2.5萬元，熱風機設備投入約5000元。

根據(jù)《中國熱泵的未來》報告，空氣-空氣熱泵的前期成本通常比燃氣鍋爐高出20%左右；而空氣-水熱泵的前期成本比電加熱器貴兩到三倍，也是燃氣鍋爐價格的兩倍多。

不過，考慮電功率和全壽命周期，熱泵在一些場景下已具備性價比。例如，在哈爾濱，空氣-空氣熱泵因為能源成本低40%，平衡了設備和安裝成本，相比集中供暖已有成本競爭力。

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效溫室氣體。所以一旦制冷劑泄漏，也可能會加劇溫室氣體的排放。

《行動方案》就強調了提升綠色低碳制冷劑產品供給，并提出引導熱泵生產企業(yè)加快淘汰含氫氯氟烴（HCFCs）制冷劑，限控氫氟碳化物（HFCs）使用。

當前，熱泵暫未被納入中國《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：風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能、海洋能。

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《可再生能源法》修訂時，能夠同時鼓勵支持熱泵的發(fā)展。

參考文獻：

• [1]https://mp.weixin.qq.com/s/R-QxWC6t1kC23oPbA1XKTA
• [2]中國家用電器協(xié)會 (CHEAA). (2023). 2022年中國家電行業(yè)出口分析報告
• [3]https://www.iea.org/commentaries/is-a-turnaround-in-sight-for-heat-pump-markets
• [4]清華大學《黑龍江省典型地區(qū)民用和農用散煤綜合治理技術策略及商業(yè)模式研究結題技術報告》
• [5]王璟煦, 杜謹宏, 續(xù)鵬, 馬京華, 營娜, 薛志鋼. 臨汾市人為源一次PM2.5排放特征及鋼鐵、焦化等重點行業(yè)管控對策[J]. 工程科學學報, 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]《中國熱泵的未來》，國際能源署&清華大學建筑節(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》中文版，國際能源署，2023年
• [11]https://www.tesla.com/master-plan-part-3