熱泵供熱市場(chǎng)需求前景廣闊,節(jié)能減碳潛力巨大
文章來(lái)源:地大熱能 發(fā)布作者:地大熱能 發(fā)表時(shí)間:2022-06-23 15:10:29瀏覽次數(shù):1511
地大熱能地?zé)崮?多能互補(bǔ)新聞網(wǎng)訊:熱泵是通過(guò)消耗能源做功,把處在較低溫度下的熱量提升到較高的溫度水平下釋放出來(lái),以滿足熱量的使用要求。熱泵技術(shù)可廣泛應(yīng)用于建筑供暖、生活熱水、工業(yè)干燥、溫室養(yǎng)殖等領(lǐng)域。
近年來(lái),在我國(guó)清潔取暖政策的驅(qū)動(dòng)下,熱泵供暖技術(shù)在我國(guó)北方農(nóng)村地區(qū)得到迅速發(fā)展。隨著人民生活水平的持續(xù)提高,廣大長(zhǎng)江流域地區(qū)冬季取暖的市場(chǎng)潛力正在快速釋放。
作為有效利用可再生能源的技術(shù)措施,熱泵將是我國(guó)供熱領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型的必選技術(shù)。除了清潔取暖中熱泵發(fā)揮替代作用外,在生活熱水、工業(yè)干燥等領(lǐng)域也可進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍,技術(shù)進(jìn)步有望推動(dòng)我國(guó)熱泵產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)千億元規(guī)模的突破,為實(shí)現(xiàn)我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)發(fā)揮重要作用。
一、熱泵供熱是提升供熱電氣化水平最現(xiàn)實(shí)的技術(shù)
到2030年、2050 年,熱泵占供暖需求的份額將分別達(dá)20%、55%,安裝的熱泵數(shù)量將分別達(dá)6 億臺(tái)、18 億臺(tái)。目前,我國(guó)熱泵產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模和應(yīng)用面積位居世界首位。
目前,我國(guó)北方城鎮(zhèn)建筑約有152 億平方米需要冬季供暖,隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)一步發(fā)展和居民對(duì)建筑環(huán)境要求的不斷提高,未來(lái)我國(guó)北方城鎮(zhèn)建筑冬季供暖面積預(yù)計(jì)將達(dá)到200 億平方米。此外,北方地區(qū)尚有70 億平方米的農(nóng)村建筑也有采暖需求。集中供暖尚未覆蓋的區(qū)域以燃煤小鍋爐、天然氣、電、可再生能源等分散供暖作為補(bǔ)充。
近年來(lái),通過(guò)清潔取暖行動(dòng),北方地區(qū)清潔供暖熱源基本形成了以超低排放燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)為主、天然氣供暖為輔,其他熱源補(bǔ)充的格局。其中,熱電聯(lián)產(chǎn)約占50%,各種規(guī)模的燃煤燃?xì)忮仩t約占40%,只有10% 是通過(guò)不同的電驅(qū)動(dòng)熱泵從空氣、污水、地下水及地下土壤等各種低品位熱源提取熱量來(lái)滿足供暖需求。
除了北方采暖外,廣大夏熱冬冷地區(qū)不在我國(guó)傳統(tǒng)的集中供暖范圍內(nèi),但是該地區(qū)日最低氣溫低于5℃的時(shí)長(zhǎng)達(dá)二個(gè)多月,長(zhǎng)期以來(lái)“冬冷”問(wèn)題沒有得到根本地解決。該地區(qū)居民要求采暖的呼聲日益高漲,冬季供暖市場(chǎng)潛力正在快速釋放。
在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)下,需要更快節(jié)奏、更大力度地推進(jìn)建筑用能低碳化,提升電氣化水平是推動(dòng)建筑領(lǐng)域綠色低碳發(fā)展的關(guān)鍵路徑。與化石燃料供熱方案相比,熱泵供熱產(chǎn)生的二氧化碳排放量明顯降低,更加節(jié)能環(huán)保。熱泵的電熱轉(zhuǎn)化效率全年可達(dá)到300% 以上,而鍋爐的熱效率不會(huì)超過(guò)100%。對(duì)分散采暖的家庭,比較適合采用熱泵供熱技術(shù)。
而且,隨著建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)提升,未來(lái)超低能耗建筑和近零能耗建筑將大規(guī)模推廣,從而大幅降低此類建筑的采暖負(fù)荷,不再需要傳統(tǒng)的集中供熱管網(wǎng)供熱,僅用熱泵供熱技術(shù)進(jìn)行少量補(bǔ)熱即可滿足冬季采暖需求。熱泵技術(shù)在供熱領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用,可以顯著提升供熱電氣化水平,加速供熱系統(tǒng)清潔低碳發(fā)展。
二、熱泵系統(tǒng)形式多樣,因地制宜才能獲得真正的節(jié)能效果
熱泵系統(tǒng)有多種形式,根據(jù)熱源不同,可分為地下水源熱泵、地表水源熱泵、土壤源熱泵、污水源熱泵、中深層地?zé)嵩礋岜?/a>、空氣源熱泵等。熱泵的驅(qū)動(dòng)方式主要有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和熱驅(qū)動(dòng)兩種,目前各種規(guī)模熱泵供暖多以電驅(qū)動(dòng)為主。熱泵供暖是否節(jié)能,取決于實(shí)際工程條件、地理和氣象狀況,以及設(shè)計(jì)安裝和運(yùn)行管理水平,必須因地制宜,在合適場(chǎng)合、適當(dāng)條件下使用熱泵,才能獲得真正的節(jié)能效果。
(一)地源熱泵
地源熱泵是利用淺層地?zé)崮?/a>源(包括地下水、土壤或地表水等的能量)既可以供熱又可以制冷的高效節(jié)能系統(tǒng)。地下水溫常年基本恒定,夏季比室外空氣溫度低,冬季比室外空氣溫度高,且具有較大的熱容量,系統(tǒng)效率高。地表水源熱泵系統(tǒng)利用的是地球表面水源,如河流、湖泊或水池中的低溫低位熱能資源,根據(jù)傳熱介質(zhì)是否與大氣相通,可分為開式和閉式系統(tǒng)。土壤源熱泵系統(tǒng)是在地下埋入大量的換熱用塑料管,循環(huán)水經(jīng)過(guò)這些地下埋管與地下土壤進(jìn)行熱交換,以提取地下土壤中的熱量作為熱泵的低溫熱源。
由于土壤溫度較恒定的特性,使得土壤源熱泵機(jī)組運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定、可靠,冬季蒸發(fā)器無(wú)結(jié)霜問(wèn)題。土壤源熱泵系統(tǒng)的熱效率(COP)一般為3.5~5,相對(duì)較高。相比空氣源和水源熱泵,地源熱泵適應(yīng)區(qū)域范圍最廣,基本不受地域限制,只要有足夠的地下空間便可使用。目前,我國(guó)北方地區(qū)地源熱泵供熱面積已超過(guò)1.5 億平方米,在江蘇、湖北、上海等地區(qū)也有一定規(guī)模的應(yīng)用,我國(guó)主要城市淺層地?zé)崮?/a>年可采資源量折合七億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,可滿足320 億平方米建筑的供暖(制冷)需求。黃淮海平原和長(zhǎng)江中下游平原地區(qū)比較適宜淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用。
(二)污水源熱泵
污水源熱泵系統(tǒng)是以生活污水中的熱量作為熱泵的低溫熱源,適用于污水源資源較多的城區(qū)。從民用建筑排出的生活污水在冬季溫度一般可達(dá)20 ℃左右,高于地下水溫度,是很好的熱源。當(dāng)建筑周圍有污水大干管時(shí),有可能利用原生污水(即使沒有處理、直接排出的污水)作為低溫?zé)嵩?,獲得較好的熱泵系統(tǒng)能耗性能。采用污水源熱泵系統(tǒng),規(guī)劃上需要科學(xué)統(tǒng)籌、合理布置污水源熱泵裝置,技術(shù)上需要注意污濁物污染腐蝕和堵塞取熱換熱器的問(wèn)題。
中深層地?zé)?/a>源熱泵系統(tǒng)由中深層地?zé)崮?/a>密閉取熱孔、熱源側(cè)水系統(tǒng)、熱泵機(jī)組和用戶側(cè)水系統(tǒng)組成。與常規(guī)地源熱泵系統(tǒng)相比,主要區(qū)別在于,通常采用套管結(jié)構(gòu)的中深層地?zé)崮?/a>換熱裝置,從地下2000 米~3000 米、溫度70℃ ~100℃的巖石中提取地?zé)崮?/a>作為低溫?zé)嵩矗?a href="http://xldcn.com/t/地?zé)崮?html" >地?zé)崮?/a>換熱裝置冬季出水溫度可以穩(wěn)定在30℃以上。中深層地?zé)?/a>源熱泵采暖技術(shù)要求地下取水做到100% 回灌,主要適用于地?zé)豳Y源條件良好、冬季寒冷有供熱需求或夏季炎熱有制冷需求的地區(qū);用于居住建筑采暖時(shí),夏季無(wú)需向地下補(bǔ)熱,室內(nèi)末端可以有多種方式,其中搭配地板輻射采暖較好。
中深層地?zé)崮芄┡?/a>應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)基本成熟,國(guó)內(nèi)北方地區(qū)中深層地?zé)?/a>供熱面積已超過(guò)一億平方米,主要分布在河北、天津、河南、山東等地。中深層地?zé)崮芄┡?/a>安全性高、單位運(yùn)行成本低、低碳、環(huán)保、清潔、舒適,但是建設(shè)投資大、選址受地域條件影響、回灌困難,影響地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用。夏熱冬冷地區(qū),不鼓勵(lì)大規(guī)模開發(fā)中深層地?zé)崮?/a>供暖,但在地?zé)?/a>資源條件較好、供熱需求較大、經(jīng)濟(jì)承受能力較強(qiáng)的前提下,可以開發(fā)中深層地?zé)崮?/a>供暖項(xiàng)目。
(四)空氣源熱泵
空氣源熱泵是從室外空氣中提取熱量,通過(guò)風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)室外空氣流過(guò)安裝在室外的采熱裝置(熱泵的蒸發(fā)器),獲取室外空氣中的熱量,再經(jīng)室內(nèi)換熱器(熱泵的冷凝器)制取熱水或熱風(fēng),提供給用戶用于房間供熱。按得熱介質(zhì)的不同,空氣源熱泵又可分為空氣 / 空氣熱泵和空氣 / 水熱泵??諝?/ 空氣熱泵,其冷凝器中釋放的熱量用于產(chǎn)熱風(fēng),供房間采暖??諝?/ 水熱泵,其冷凝器中釋放的熱量用于產(chǎn)熱水,熱水再通過(guò)風(fēng)機(jī)盤管等末端供房間采暖。空氣源熱泵采暖的室內(nèi)末端有多種方式,包括地板輻射采暖、直接送熱風(fēng)采暖等。空氣源熱泵居住建筑、公共建筑均可使用,既可分戶使用又可集中使用。
對(duì)于超低能耗建筑,不需要集中供熱,使用小型空氣源熱泵進(jìn)行補(bǔ)熱就能滿足采暖需求??諝庠?a href="http://xldcn.com/t/熱泵采暖.html" >熱泵采暖能耗僅為直接電熱采暖能耗的1/3,其與傳統(tǒng)的分體空調(diào)原理一樣但性能不同。傳統(tǒng)的分體空調(diào)以滿足夏季制冷工況性能要求為主,兼顧冬季供熱功能,當(dāng)室外環(huán)境溫度偏低時(shí)不能高效運(yùn)行,而空氣源熱泵以滿足冬季供熱工況性能要求為主,環(huán)境溫度適應(yīng)性、系統(tǒng)效率更好。
空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)是我國(guó)近年來(lái)在市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下迅速發(fā)展的新技術(shù),處于國(guó)際領(lǐng)先地位。通過(guò)新的壓縮機(jī)技術(shù)、變頻技術(shù)和新的系統(tǒng)形式,它可以把空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)的適用范圍擴(kuò)展到-30℃的室外低溫環(huán)境地區(qū),與一般的冷暖空調(diào)產(chǎn)品相比,低溫環(huán)境下的制熱能力提高50%~100%、能效提高約20%,并能迅速提高室內(nèi)溫度,目前市場(chǎng)保有量已達(dá)百萬(wàn)臺(tái)??諝庠礋岜脽犸L(fēng)機(jī)無(wú)需加裝散熱器、地暖等采暖末端,避免了熱水熱泵采暖工程中可能出現(xiàn)的跑冒滴漏隱患,戶內(nèi)多臺(tái)熱泵熱風(fēng)機(jī)可獨(dú)立控制、獨(dú)立運(yùn)行,同時(shí)出現(xiàn)故障的概率較低,使用維護(hù)方便。目前,空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)市場(chǎng)售價(jià)約每臺(tái)4500 元,二臺(tái)空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)即可滿足100 平方米建筑采暖需求。
空氣源熱泵熱水機(jī)是另一種空氣源熱泵采暖設(shè)備,目前可以實(shí)現(xiàn)在-20℃的環(huán)境溫度下正常工作,提供30℃~50℃的供暖熱水,與地板輻射盤管或散熱器組成采暖系統(tǒng)為住戶供暖,提供穩(wěn)定的室溫,舒適性較好;在供水溫度不是特別高時(shí),與空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)的COP 基本相當(dāng)??諝庠礋岜脽崴畽C(jī),適合“全時(shí)間、全空間”的采暖模式,采暖的舒適度較好,但由于難以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)啟停和部分房間采暖調(diào)控,導(dǎo)致采暖房間整個(gè)冬季都在采暖,實(shí)際能耗有可能達(dá)空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)能耗的兩倍以上。
三、熱泵供熱市場(chǎng)需求前景廣闊,節(jié)能減碳潛力巨大
我國(guó)分散式采暖市場(chǎng)主要分布在北方城鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)不能覆蓋的建筑,包括北方農(nóng)宅、超低能耗建筑以及長(zhǎng)江流域需要采暖的居住建筑等地方??諝庠礋岜脤?duì)夏熱冬冷、寒冷、嚴(yán)寒地區(qū)的居住建筑和公共建筑基本都適用。
在北方農(nóng)村地區(qū),若選用高效的空氣源熱泵替代低效散煤爐或直接電采暖,將帶來(lái)巨大的市場(chǎng)潛力,僅黃河流域就有約5000 萬(wàn)農(nóng)戶,存在1 億臺(tái)~1.5 億臺(tái)的空氣源熱泵市場(chǎng)需求。在大規(guī)模推廣空氣源熱泵設(shè)備后,還可以采用單臺(tái)設(shè)備的無(wú)線通訊和區(qū)域聯(lián)控技術(shù),通過(guò)分時(shí)分區(qū)域控制一定數(shù)量的熱泵設(shè)備啟動(dòng)、停止,實(shí)現(xiàn)對(duì)本地區(qū)電網(wǎng)主動(dòng)有效的消峰填谷,更有助于區(qū)域電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。
根據(jù)低溫空氣源熱泵設(shè)備在北京農(nóng)宅“煤改電”清潔取暖的實(shí)踐案例數(shù)據(jù),采用空氣源熱泵替代散煤爐采暖系統(tǒng),根據(jù)建筑保溫狀況不同,單位面積供暖季電耗僅為20 kWh/m2~40 kWh/m2,相當(dāng)于7 kgce/m2~13 kgce/m2,僅為采用散煤土暖氣能耗的1/2,為直接電熱取暖能耗的1/3。根據(jù)清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心對(duì)北京農(nóng)宅不同采暖系統(tǒng)的示范和跟蹤測(cè)試數(shù)據(jù),低溫空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)、低溫空氣源熱泵熱水機(jī)的單位采暖面積CO2 排放量分別約為14.6 kg/m2、33.8 kg/m2,比散煤爐采暖系統(tǒng)的CO2排放量148.8 kg/m2分別減少90%、77%。
根據(jù)《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017-2021)》,2021 年電取暖(含熱泵)面積要達(dá)到15億平方米。其中,城鎮(zhèn)建筑電取暖10億平方米、農(nóng)村建筑5億平方米。如果農(nóng)村建筑5 億平方米(相當(dāng)于500 萬(wàn)戶)都采用空氣源熱泵采暖,其平均電耗強(qiáng)度按10 kgce/m2 估算,則可比散煤土暖氣節(jié)能500 萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤、減少CO2排放量5750 萬(wàn)噸以上。如果后續(xù)進(jìn)一步擴(kuò)大空氣源熱泵采暖戶數(shù),節(jié)能減碳潛力還將更加顯著。2019 年,我國(guó)北方農(nóng)村供熱建筑面積達(dá)70億平方米,若清潔取暖率按50% 估計(jì),未來(lái)還有35 億平方米(相當(dāng)于3500 萬(wàn)戶)農(nóng)村建筑需要進(jìn)行清潔供熱改造。假設(shè)未來(lái)其中的20億平方米北方農(nóng)村建筑采用空氣源熱泵采暖,可帶來(lái)約4000 萬(wàn)臺(tái)空氣源熱泵市場(chǎng)需求,并要比直接電加熱采暖節(jié)省采暖能耗(等價(jià)值)2448 萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤、減少CO2 排放量4736 萬(wàn)噸。
而在夏熱冬冷地區(qū),存在潛在采暖需求的建筑面積約180 多億平方米,其中:城鎮(zhèn)居住建筑70 億平方米、公共建筑23 億平方米、農(nóng)村建筑90 億平方米。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)一步發(fā)展和人民收入水平的提高,未來(lái)需要采暖的建筑面積還將進(jìn)一步增長(zhǎng)。該地區(qū)冬季寒冷時(shí)間較短,取暖需求具有間歇式、局部型特征,不需要全天候、全空間進(jìn)行持續(xù)供暖,因此不宜采用類似北方的集中采暖方式,可采用獨(dú)立可調(diào)的空氣源熱泵采暖、燃?xì)獗趻鞝t采暖等分散采暖方式。同時(shí),考慮燃?xì)獠膳杀据^高、氣源緊張等因素,尤其為了盡早實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”,應(yīng)倡導(dǎo)開展電能替代,減少用戶對(duì)天然氣等化石能源的消耗,空氣源熱泵采暖應(yīng)是主導(dǎo)的分散采暖方式。預(yù)計(jì)未來(lái)10 年,夏熱冬冷地區(qū)供暖市場(chǎng)僅熱泵采暖設(shè)備市場(chǎng)需求可達(dá)一億臺(tái),市場(chǎng)規(guī)模4500 億元。假設(shè)未來(lái)其中的60 億平方米城鎮(zhèn)居住建筑采用空氣源熱泵技術(shù)進(jìn)行采暖,每個(gè)采暖季的電耗約按每平方米6 千瓦時(shí)~8 千瓦時(shí)(折合2 kgce~3 kgce)估算,則要比直接電加熱采暖節(jié)省采暖能耗(等價(jià)值)2570 萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤、減少 CO2 排放量4973 萬(wàn)噸。
在熱泵技術(shù)方面,還可以有更大的發(fā)展空間、更好的應(yīng)用性能。增加可再生能源的利用,比如發(fā)展中深層埋管地源熱泵技術(shù),可以高效利用地?zé)?/a>能進(jìn)行供暖。開發(fā)復(fù)合集成高效熱泵技術(shù)產(chǎn)品,以便適應(yīng)多樣性發(fā)展的需求。
熱泵供暖技術(shù)要取得理想的節(jié)能效果,必須因地制宜,結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件、資源稟賦、經(jīng)濟(jì)條件和用戶采暖需求特點(diǎn)等,選擇適宜的熱泵采暖技術(shù)方式。熱泵供暖系統(tǒng)的正常運(yùn)行需要在設(shè)備選型、工程安裝、調(diào)試運(yùn)行、售后維護(hù)等環(huán)節(jié)做好技術(shù)支撐。熱泵行業(yè)的廣闊前景吸引了大量企業(yè)一哄而上,但是熱泵產(chǎn)品和工程質(zhì)量良莠不齊,技術(shù)服務(wù)體系不完善,存在熱泵設(shè)備安裝運(yùn)行不合理,導(dǎo)致使用效果不佳的現(xiàn)象,影響熱泵供暖技術(shù)推廣,市場(chǎng)監(jiān)管有待進(jìn)一步強(qiáng)化。
推動(dòng)可再生能源建筑大規(guī)模的應(yīng)用,提高可再生能源替代常規(guī)化石能源的比例,是促進(jìn)建筑低碳轉(zhuǎn)型的重要路徑。然而,我國(guó)可再生能源統(tǒng)計(jì)范疇中還沒有明確把熱泵系統(tǒng)(包括地源、水源、空氣源)納入其中,缺乏明確的核算統(tǒng)計(jì)方法,不能準(zhǔn)確體現(xiàn)通過(guò)熱泵技術(shù)利用的可再生能源量,容易導(dǎo)致低估熱泵可再生能源供熱量的貢獻(xiàn),影響熱泵產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
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