星空 体育:这个冬天他们用上了新的取暖“黑科技”

  在山西临汾安泽县飞岭村，村民们慢慢的开始习惯使用一种新型取暖工具：热泵。无需再自行烧煤，也没有烟尘煤渣，只需通过手机一键启动，屋内便能迅速变得温暖。

  在寒冷的冬季，无论是农村还是城市，低温常常使得室内取暖成为必需。除了集中供暖，空调、燃气采暖以及传统的燃煤取暖，都可当作独立的供暖选择。

  然而，空调制暖能耗较高；燃气地暖舒适，但建设成本大；传统的燃煤取暖则面临着严重的环境污染问题。那么，是否还有更高效、环保的取暖“黑科技”？

  就像水泵一样，热泵的工作原理是将低温度的环境中的热量“泵送”至高温环境。该技术并不直接生产热量，而是通过吸收空气、土地、水源等自然界的低品位热能、压缩升温后，再将热量释放到室内。

  装上空气源热泵后，如今飞岭村每户的单个取暖季费用已经降至1000-1500元，仅为此前燃煤取暖费用的30%-50%。同时，污染物排放大幅度减少，室内PM2.5浓度也从使用散煤时每立方米300微克降至35微克。[1]

  作为一种绿色低碳的供热技术，热泵正引起国内外的广泛关注。例如，由于2022年俄乌冲突导致燃气价格飙升，热泵作为替代方案在欧洲市场需求激增。当年，中国对欧洲的空气源热泵出口额同比增长了约60%。[2]

  2023年，全球销售的热泵40%来自中国，关键零部件压缩机更占到了全球95%。[3]

  热泵并非一项新技术，其工作原理源自1850年英国科学家开尔文提出的逆卡诺循环（Reverse Carnot Cycle）。这一循环通过吸收低温度的环境中的热量，并将其“搬运”至室内，以此来实现加热效果。

  20世纪初，热泵技术已被开发出来，并在1930年代开始步入商业应用阶段。随技术进步，热泵在低温度的环境下的表现得到了显著提升，现如今部分热泵产品即使在低至-25°C的温度下也能运行。

  由于不涉及能量转换的过程，热泵避免了能量的转化损失，因此具备显著的能效优势。

  根据热量来源的不同，热泵主要可大致分为空气源热泵、水源热泵和地源热泵。飞岭村安装的就是空气源热泵，它以室外空气作为热源，在实际应用中具有较强的普适性。

  在外观上，空气源热泵热风机与空调相似，由室内机和室外机组成，能直接吹出热风；而空气源热泵热水机系统的外机则增加了储水桶，并需要与散热器或地暖等水系统连接，通过加热水来工作。

  从实际应用来看，热水机应用效果好，但设备投入较大，若大规模推广还需改造电网。热风机设备相对便宜，对电网要求低，安装条件与常规空调相似。

  先进的低温空气源热泵热风机在中国寒冷地区的冬季平均运行能效系数（COP）可达3左右。这在某种程度上预示着每输入1度的电，能够获得3度的热，运行电耗仅为电热直接转换型取暖设备的三分之一。[4]

  这些分布在山西临汾安泽县不同村民家中的热泵，正是中国近年来“煤改气”、“煤改电”农村工程推动清洁取暖新模式的成果之一。

  临汾市有2500多年的煤炭开采史，是山西省典型的资源型城市。尽管煤炭产业推动了经济发展，但也带来了严重的空气质量污染和高碳排放。

  2023年，临汾市的环境空气质量综合指数为5.17，位居山西省内倒数第一。在进入供暖季后，各项空气污染物的浓度显著增加，散煤治理的任务尤为迫切。

  散煤是指家庭和餐饮等非工业领域使用未经处理的散装煤炭，虽然成本较低，但会产生大量粉尘和有害化学气体。据调研统计，2020年临汾市PM2.5人为排放源中，民用散煤贡献率达到14.1%，冬季取暖排放量最多。[5]

  2024年，清华大学团队完成了以临汾为例的农村能源供需匹配与低碳转型研究，并推动了飞岭村的散煤治理，采用空气源热泵替代原本高污染的取暖方式。

  根据调研，安泽县村民愿意用空气源热泵替换传统取暖方式的根本原因是清洁和补贴后的成本可控。

  飞岭村党支部书记马文利接受《南方周末》采访时透露，县农业农村局给了飞岭村的专项资金54万元，用来补贴90户添置热风机和30户添置热水机。[6]

  目前，飞岭村的清洁转型还在持续推进。据研究测算，如果飞岭村的屋顶实现光伏全覆盖，每户每年能节约电费3500元。如果将屋顶光伏发电销售给电网，全村每户每年能轻松实现盈利4000元。

  根据《中国热泵的未来》，目前全球居住与非居住建筑中的热泵装机容量已超过10亿千瓦。截至2022年底，中国约占全球热泵总装机容量的25%，全球总销量的30%。[7]

  中国已成为全世界热泵最大市场，并因其清洁、高效的特性在政策层面得到了慢慢的变多的重视。

  2025年4月，国家发展改革委等6部门联合印发《推动热泵行业高水平质量的发展行动方案》（简称《行动方案》），提出因地制宜加大热泵推广应用、推动热泵产业提质升级，力争到2030年重点热泵产品能效水平提升20%以上。[8]

  国家节能中心副主任康艳兵等人在解读该文件时提及，在“双碳”工作引领下，中国积极地推进北方地区冬季清洁取暖和建筑热泵应用，热泵销售额已由2014年约80亿元增长到目前的330亿元左右，年均增速超过17%。[9]

  不只是农村供暖，热泵在许多其他领域也开始有广泛的应用。比如，工业过程通常会产生大量的废热，这些热能如果不被有效回收利用，往往会被浪费掉。而热泵可以将这些低温余热“搬运”到需要加热的地方，极大提高能源利用效率。

  清华大学建筑节能研究中心副主任夏建军长期从事工业余热研究，他表示，钢铁、水泥、化工行业的余热，如果能回收一半，基本上能解决北方地区绝大部分城市的供热问题。

  2025年4月，中国节能协会副监事长赵恒谊和哈尔滨工业大学长聘教授倪龙也在国家发改委官网撰文时提到，中国热泵产业加快速度进行发展，热泵制造企业率先实现200摄氏度以下高温蒸汽的稳定供应，并成功应用于酿酒、制药、化工、金属加工等行业。

  国际能源署（IEA）将热泵与光伏、风电、电动汽车、电池、电解槽并列为六大清洁能源技术，并在《热泵的未来》报告中预计，2035年全球热泵新增装机将提高到2.63-3.47亿千瓦，是2023年的2.4-3.1倍。[10]

  “目前 市场上可用的热泵能效是天然气锅炉的三到五倍。”IEA认为，由低排放电力驱动的热泵，是全世界内向安全和可持续供暖过渡的核心技术。

  热泵还受到了马斯克的热捧，特斯拉Model Y SUV等车型都安装了这一设备。

  在2023年3月特斯拉的投资者日活动上，马斯克公布特斯拉“宏图计划3”（Master Plan Part 3），提出了实现全球可持续发展的五个关键步骤。第三步就涉及大规模推广热泵技术，涵盖家庭、企业及工业等多个领域。[11]

  虽然热泵的前景被广泛看好，政策支持不断加码，但热泵在中国市场仍显得“不温不火”。社会认知程度不够高、初装成本比较高、技术不够成熟等原因成为制约其发展的主要瓶颈。

  《中国热泵的未来》报告数据显示，考虑到中国的碳中和目标，中国建筑中安装的分布式热泵装机容量到2050年预计将达14亿千瓦，满足25%的建筑物供热需求。

  然而，赵恒谊和倪龙指出，当前热泵在建筑供暖领域的渗透率仍不足5%，在建筑热水领域的市场规模也仅为燃气热水器的五分之一。在工业领域，近50%的能耗以废热形式排放，但工业热泵的应用刚刚起步，整体占比不到1%。

  空间和噪音问题是热泵的短板之一。有业内人士认为，热泵的噪音比空调高得多，体积也比空调大得多。很多城市现有的高楼没有地方放热泵的外机，只能在密度不那么大的楼，比如10层左右的住宅楼考虑把热泵外机放到顶层，或者是在新建建筑的设计阶段就来解决。

  从成本来看，热泵的初始投资较高。在临汾市的研究报告中，空气源热泵热水机的应每户的设备需要投入1.2万-2.5万元，热风机设备投入约5000元。

  根据《中国热泵的未来》报告，空气-空气热泵的前期成本通常比燃气锅炉高出20%左右；而空气-水热泵的前期成本比电加热器贵两到三倍，也是燃气锅炉价格的两倍多。

  不过，考虑电功率和全寿命周期，热泵在一些场景下已具备性价比。例如，在哈尔滨，空气-空气热泵因为能源成本低40%，平衡了设备和安装成本，相比集中供暖已有成本竞争力。

  此外，尽管热泵能够大大降低二氧化碳排放，但目前大多数热泵所使用的制冷剂仍然是强效温室气体。所以一旦制冷剂泄漏，也有一定可能会加剧温室气体的排放。

  《行动方案》就强调了提升绿色低碳制冷剂产品供给，并提出引导热泵生产企业加快淘汰含氢氯氟烃（HCFCs）制冷剂，限控氢氟碳化物（HFCs）使用。

  当前，热泵暂未被纳入中国《可再次生产的能源法》中的可再次生产的能源范畴。该法律将可再次生产的能源分为6种：风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能。

  [4]清华大学《黑龙江省典型地区民用和农用散煤综合治理技术策略及商业模式研究结题技术报告》

  [7]《中国热泵的未来》，国际能源署&清华大学建筑节能研究中心，2024年