热泵的独特优势

　　节能效果显著

　　为了说明热泵的潜能，国际能源机构（the International Energy Agency，IEA）热泵中心对热泵的全球环境效益进行了仔细的评估。他们将用于建筑物中的电动热泵与传统锅炉对环境的影响做过比较。假设建筑物每年的供暖需求为15000千瓦小时，使用锅炉时，燃油或者烧天然气会排放二氧化碳。驱动电动热泵或电锅炉需要电能，工厂在发电过程中有二氧化碳排放。锅炉和电动热泵的排放率取决于设备的能效、燃料构成和发电效率。

　　评估结果发现，要满足每年15000千瓦小时的供暖需求，电锅炉、烧油锅炉、燃气锅炉和电动热泵的能效分别为80%、95%、95%和600%；输入能量分别为18750千瓦时、15709千瓦时、15709千瓦时和5000千瓦时；年二氧化碳排放量分别为5138公斤、3189公斤、7454公斤和1180公斤。由此可见，热泵要比各种锅炉排放的二氧化碳少得多。而且这种效应会随着电力生产的“绿化”大大提高，例如，将电动热泵改用可再生能源发出的电能时，运行时将不会排放任何二氧化碳。总之，在二氧化碳的排放方面，热泵具有传统采暖设备无可比拟的独特优势。

　　目前全球安装在住宅楼宇内的热泵超过1.3亿台（套），假定每个家庭的年采暖需求平均15000千瓦时，将其替代50%的燃气锅炉和50%的燃油锅炉，那么热泵每年可以使排放的二氧化碳减少1.57亿吨，相当于全球二氧化碳总排放量的0.7%。在改造翻新的房屋里安装热泵，节能减排的效果显著。如果经济合作与发展组织国家（Organization for Economic Cooperation and Development countries，OECD）中有80%的家庭用热泵取代燃油锅炉，减少的二氧化碳排放量将达到23.74亿吨，相当于全球二氧化碳总排放量的10%。

　　商业建筑物的热泵安装数量共计1500多万台（套），假定每座建筑物的年采暖需求平均100兆瓦时，如果用热泵将50%的燃气锅炉和50%的燃油锅炉取而代之，可以使每年二氧化碳的排放减少1.20亿吨，相当于全球二氧化碳总排放量的0.5%。

　　应用领域广泛

　　住宅建筑中欧和北欧具有从温和到寒冷的气候特点，只有热泵才能提供低排放高效能的供暖方式，其中许多热泵从地下提取热量。这种地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现由陆地浅层低品位热能向高品位热能转移。一般在空调系统中，地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季把地能中的热量取出来，提高温度后供给室内采暖；而到了夏季则把室内的热量取出来，释放到地能中去。通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到4.4kWh以上的热量。在北欧国家，用电动热泵替换燃油锅炉能减少90%二氧化碳的排放量。

　　行业在许多工业生产过程中，热泵被用于重新获得余热的过程，在除湿、蒸馏和蒸发过程中也大有用武之地，能用于水的加热，或者将供暖和制冷相结合。在食品和化工等行业，热泵也面临着重大的发展机遇。在荷兰佩尔尼斯，荷兰皇家壳牌集团一家石化公司的丙烯/丙烷蒸馏过程就使用了世界上最大的一套热泵装置。它每年能节约3700万立方米天然气，削减9万吨二氧化碳排放量。

　　商业建筑在许多国家，对空间进行供暖和致冷设计是创造舒适工作环境的两大要素。在瑞典，一个有着年供暖550兆瓦时和致冷1350兆瓦时需求的小购物中心，要求安装有热能储存的地源热泵系统。它的系统效率（SPF）测定为6.2，使用供暖模式和致冷模式时分别减排91%和65%，一年减少的二氧化碳排放量总计185吨。

　　集中供暖制冷系统在很多国家，热泵成功地应用在集中供暖系统或者供暖系统和制冷系统相结合的系统，把海水、地下水、岩石或污水作为典型热源。以挪威奥斯陆污水热泵厂为例，这套世界上最大的集中供热系统使用未经处理的抽水马桶、浴缸、洗碗池的污水和街道上的雨水作为热源，利用电冰箱的技术从污水中吸取热量。在奥斯陆市中心的一个高坡上挖出了一条300米长的隧道，隧道尾部的抽水泵使用的是压缩机和冷凝器系统，从下水道吸收热量。另外，工业废料燃烧厂也参与为这个管道系统里的水加温。这套系统能够产生18兆瓦特的热能，然后将热传送到热水管网系统。这些能量足够加热9000套公寓，每年可以节约6000吨燃料。与电供暖系统相比，该热泵系统每年可削减5万吨二氧化碳的排放量。

　　未来前途广阔

　　对于家用空间供暖和加热自来水的热泵系统，让能效比（能量与热量之间的转换比率，即COP）达到10是可能的。计算方法为：单位1的能量，转换为单位0.5的热量，即COP为0.5。至于温度提升小的工业生产过程，COP值则可以达到25甚至更高。这意味着，一个热泵系统按系数可以分别相当于化石燃料锅炉效率的10倍和25倍。因此热泵将变得更具吸引力，从而占据供暖市场的更大的份额。

　　据欧盟统计局发布的报告，欧洲住宅建筑未来减排二氧化碳的潜力很可观。欧盟25个成员国，再加上挪威，瑞士和列支敦士登，每年整修翻新的住宅总数接近500万套。今后10年通过用热泵把油或气体燃烧器换掉，每年应该有可能减少1500~9000万吨二氧化碳的排放。

　　IEA的评估报告仔细地算了两笔账：一是在原先使用燃油锅炉的住宅楼宇中，如果将其中的30%、50%和80%用热泵取而代之，那么减少的二氧化碳排放量将分别为2300万吨、3800万吨和6100万吨。二是在原先使用燃气锅炉的住宅楼宇中，倘若其中的30%、50%和80%换成热泵，那么减少的二氧化碳排放量将分别是1000万吨、1700万吨和2700万吨。

　　通过使用可再生能源生产的电力，热泵将减少更多的二氧化碳排放量。对欧洲来说，如果发电厂减排20%，那么热泵的效能将使每个家庭氧化碳的年排放量减少180多公斤。与传统的供暖系统相比，增强热泵的环境优势还有相当大的空间。如果进一步考虑到热泵可满足各类建筑物空间供暖、自来水加热和冷却的需求，以及许多工业生产过程加热的要求，很显然热泵具有更大的世界性潜力。当然，这一切都有待于政府和公共事业公司通过研发和市场的转变去实现。

　　（文/本刊特约翻译李忠东编译自www.heatpumpcentre.org）