IEA2050年凈零排放情景(NZE情景)分析顯示，采用高效電驅動熱泵是減少建筑供暖碳排放的主要技術路徑。根據預測，全球熱泵數量將從2020年的1.8億臺增加到2030年的約6億臺。熱泵的能源效率至少是傳統化石燃料鍋爐的三倍，預計到2030年，在建筑中安裝的熱泵將從目前的每月150萬臺增加到500萬臺左右。

NZE情景分析中的一個關鍵成果是發現熱泵的快速增長有助于在2025年完全淘汰化石燃料鍋爐。熱泵與儲能相結合可以解決可再生能源發電的波動影響。到2030年，太陽能光伏和風能將產生約40%的電力。既有建筑的零碳改造可以進一步提升熱泵的使用。

01、相關性

熱泵比其他可再生和傳統建筑技術(包括低排放氫能和生物質鍋爐等)更加節能。只要安裝和運行得當，在供暖季節熱泵每使用一個單位的電力，即可提供三至五個單位的熱量。相比之下，電解設備使用一個單位的電來生產氫氣并燃燒，只能產生0.6-0.8個單位的熱量。高效生物質鍋爐的效率約為0.9.通過研發、競爭、能效標準(MEPS) 和能效標識，熱泵的效率在過去幾十年中穩步提高。此外，熱泵可以在多種工作模式下工作，滿足加熱、制冷和除濕等需求。不同類型的熱泵產品適合不同的應用場景和地區，有空氣-空氣型、空氣-熱水型、水源及地源熱泵。通過優化設計可進一步提高其能源效率。例如，在商業建筑的供暖和制冷系統中，其季節能源效率可以達到500%~1000%。

熱泵還有助于實現增加可再生能源在能源系統中所占份額的國家目標。與建筑集成光伏電力或離網可再生電力相結合后，將是一種完全的可再生能源解決方案，使建筑電氣化成為逐步淘汰化石燃料的重要路徑。熱泵已經可以在整合到區域和城市層面。智能恒溫器和主動控制可以提升電網需求側響應潛力，并有助于支持可再生能源在電網中占有更高份額。

02、現狀

在很多地區，由于其較低的的生命周期成本，熱泵具有相當大的市場份額，特別是在北歐國家(例如挪威、瑞典、丹麥和芬蘭)和法國。在瑞典， 29%的建筑供暖由熱泵提供，芬蘭的比例為15%。在其他地區(例如美國和日本的部分地區)，熱泵已經占據了供暖市場的很大份額，同時還可滿足制冷需求。在日本，與制冷需求相比，其供暖量適中，熱泵型空調通常是唯一的供暖設備。在美國，大約40%的新建獨戶住宅采用熱泵供暖。在這些國家，由于市場和價值鏈成熟，終端用戶的認知度和接受度都很高。在其他國家，新建房屋中采用熱泵份額也很大。熱泵通常是滿足新建建筑法規設定的能效標準的最佳選擇。

盡管整體滲透率正在增長，但由于前期投入成本較高、安裝和設計人員意識不足及專業知識缺乏，采用熱泵替代現有供暖系統仍然是不常見的解決方案。在德國、意大利、英國、美國和中國等一些國家，正在鼓勵和支持購買熱泵。為了高終端用戶的意識和接受程度，應開展經濟激勵措施，并宣傳熱泵對消費者的效益。

熱泵是一種工作穩定且成熟的技術。然而，仍需要通過技術和系統優化來集成，以在凈零排放能源系統中充分發揮它們的潛力。通過智能系統與光伏、儲能、控制和電動汽車的集成，可以提高熱泵系統效率及其效果。在某些情況下，熱泵系統靈活運行的能力比達到最高效率更為重要。

在持續的全球能源危機中，熱泵已被確定為加強能源安全的解決方案。在歐洲，歐盟委員會提出的歐盟再生能源計劃 (REPowerEU)建議在未來幾年內將熱泵的安裝率提高一倍，以減少對俄羅斯天然氣的依賴。在美國，熱泵已被確定為國防生產法 (DPA)中的一項優先技術，以使該國擁有其清潔能源獨立性。

03、挑戰

與基于化石燃料的供暖方案相比，熱泵技術面臨的主要挑戰之一是較高的前期投入成本。在某些地區，可以通過降低運行成本和較低的壽命周期成本來彌補。與化石燃料供暖相比，現實中熱泵的盈利能力還與石油、天然氣、煤炭和電力的價格有關。此外，熱泵的競爭力還取決于發電系統中不同燃料的稅收和補貼差異。稅收和補貼的不同將影響采用熱泵的優先性。與其他零排放技術相比，在大多數時候，熱泵在壽命周期基礎上是最具成本效益的方案。

除了經濟原因之外，供暖系統的空間限制或尺寸也是一個挑戰。在某些情況下，更大的散熱器效率會更高。這是因為熱泵的效率取決于散熱器的輸出溫度，也與它們的尺寸大小相關。如果熱泵的輸出與能效較差建筑物的改造計劃相匹配，就可以用較低的輸出溫度來滿足供暖需求，從而使得熱泵以更高的效率水平運行。即使對于較冷的室外溫度，熱泵的效率仍然可以提高。

另一個挑戰可能與安裝外部設備的噪音、外觀等相關許可有關。

此外，盡管熱泵在一些成熟市場為終端用戶所熟知和采用，但在其他很多國家的認知度和接受度仍然較低。為了能夠大幅度增加熱泵的安裝數量，制造商需要擴大生產規模，安裝人員需要接受足夠數量和質量的培訓。這方面的責任應由公共部門和私營部門共同承擔。公共部門應支持和鼓勵從業人員(包括安裝人員、規劃師、建筑師、工程師和企業家)的技能再培訓和技能提升，并支持私營部門組織培訓。

IEA 技術合作項目（TCP） 相關的創新主題

• 在建筑中，將靈活操作、智能控制，與建筑物內波動的發電和其他產銷者系統(例如電動汽車充電、太陽能光伏和儲能(電力和熱力))集成。

• 進一步將熱泵集成應用到高效建筑、改造建筑和多戶建筑中。

• 挖掘數字化和可再生能源的應用潛力，包括地源熱泵在商業建筑和多戶建筑中的應用。通過能源系統集成，提高寒冷氣候條件下系統的能源效率。

• 加速氣候和舒適共同解決方案的市場應用，這是 IEA TCP 的熱泵技術(HPT) 和儲能(ES) 的聯合項目，旨在通過集成熱泵和儲能、連網設備，將不同的智能技術集成到一個系統中，并提供更緊湊的熱存儲集成。

• 利用行業耦合、熱泵技術和終端用戶的協同效應(特別是在區域和城市層面)，通過熱泵提高能源效率和運行的靈活性。在區域供熱和制冷、多能網絡中安裝熱泵。

• 評估宣傳活動的影響，支持提高用戶意識和接受度。

• 提高熱泵價值鏈(通過數字化、回收和再利用以及循環經濟)。

• 降低熱泵的噪音并改善外觀以增加其接受度。

• 安全和高效使用低全球變暖潛勢(GWP)的制冷劑。

• 熱泵替代方案和新的商業模式的研究和示范，從而克服前期成本高的問題，并促進靈活運行以使電力系統受益。

04、政策建議

內容節選自：

IEA技術報告

原文題目：installation of about 600 million heat pumps covering 20 of buildings heating needs required by 2030

原文地址：

http://www.iea.org/reports/installation-of-about-600-million-heat-pumps-covering-20-of-buildings-heating-needs-required-by-2030

本文翻譯：

李鵬程 | 中國標準化研究院 節能低碳領域首席研究員

成建宏 | 中國標準化研究院資環分院 研究員

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