地源熱泵行業(yè)研究

地源熱泵行業(yè)研究一、地源熱泵是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要技術(shù)之一2018年中國建筑全過程的能耗量與碳排放量分別占據(jù)中國總量的46.5%與51.3%。其中，絕大多數(shù)的能耗與碳排放量均來自于建材生產(chǎn)及運(yùn)輸階段與建筑運(yùn)行階段，兩者占比相當(dāng)。建筑運(yùn)行階段的能耗與碳排放具有持續(xù)性的特點(diǎn)，長期看來，是需要重點(diǎn)關(guān)注的對象。可見，通過發(fā)展、推廣綠色建筑實(shí)現(xiàn)中國建筑領(lǐng)域節(jié)能減排，是中國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必由之路。目前相關(guān)評價體系已逐步建立，政策扶持力度加大。地源熱泵作為調(diào)用優(yōu)質(zhì)清潔能源地?zé)崮艿闹匾夹g(shù)或?qū)⒂瓉硇碌囊惠啺l(fā)展良機(jī)。1、建筑排碳是中國碳排放的重要組成部分（1）建筑能耗量與碳排放量占據(jù)中國總量半壁江山中國2018年的能耗量與碳排放量有半數(shù)來源于建筑全過程消耗與排放。建筑全過程包括建筑材料生產(chǎn)及運(yùn)輸、建筑施工、建筑運(yùn)行與建筑拆除四大階段。其中建材生產(chǎn)階段能耗11億tce，占建筑全過程能耗量的比重為51.23%；建筑施工階段能耗0.47億tce，占建筑全過程能耗量的比重為2.19%；建筑運(yùn)行階段能耗10億tce，占建筑全過程能耗量的比重為46.58%。2018年全國建筑全過程碳排放總量為49.3億tCO2占全國碳排放的比重為51.3%。2其中建材生產(chǎn)階段碳排放27.2億tCO2，占全國碳排放的比重為28.3%；建筑施工階段碳排放1億噸tCO2，占全國碳排放的比重為1%；建筑運(yùn)行階段碳排放21.1億噸tCO2，占全國碳排放的比重為21.9%。（2）建筑運(yùn)行階段產(chǎn)生的碳排放量是減排的重點(diǎn)關(guān)注對象建筑全過程的能耗量與碳排放量體量大、占比高，其中半數(shù)來源于運(yùn)行階段，其更是中國實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要抓手。建筑運(yùn)行往往長達(dá)數(shù)十年，因此建筑具有持續(xù)耗能、排碳的特點(diǎn)。中國要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)并在未來保持碳中和水平意味著節(jié)能減排不是一個短期沖刺任務(wù)，而是需要建立起可持續(xù)碳中和機(jī)制的長期工程。在這樣的要求下，降低建筑運(yùn)行階段的碳排放將成為中國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要助力。2、綠色建筑是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必由之路，相關(guān)政策日趨成熟（1）綠色建筑已逐步建立起系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中國對綠色建筑的定義與國際趨同，并指明五個具體的衡量維度促進(jìn)綠色建筑發(fā)展，助力“雙碳”目標(biāo)。世界綠色建筑委員（WorldGBC）定義綠色建筑是指在其設(shè)計(jì)、建造或運(yùn)行中，減少或消除對我們的氣候和自然環(huán)境的負(fù)面影響，并能創(chuàng)造積極影響的建筑。中國城市科學(xué)研究會綠色建筑與節(jié)能委員會（ChinaGBC）定義綠色建筑是在全生命期內(nèi)，節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，最大限度得實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生的高質(zhì)量建筑。中國住建部發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)對綠色建筑建立了的五大性能指標(biāo)體系：

安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居，另設(shè)提高與創(chuàng)新加分項(xiàng)鼓勵綠色建筑的創(chuàng)新發(fā)展。整個評價體系共有40條控制項(xiàng)與60條評分項(xiàng)要求。（2）綠色建筑減排的主要技術(shù)路徑中國綠色建筑已經(jīng)發(fā)展出多種節(jié)能減排的技術(shù)路徑。根據(jù)住建部發(fā)布的建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范，建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)主要關(guān)注圍護(hù)結(jié)構(gòu)、供暖、通風(fēng)、空調(diào)、電氣、給水排水及燃?xì)夥矫娴脑O(shè)計(jì)與可再生能源建筑應(yīng)用系統(tǒng)。下面簡要介紹裝配式建筑、光伏建筑一體化與地源熱泵。裝配式建筑是指將施工現(xiàn)場需要的預(yù)制構(gòu)件在工廠中進(jìn)行生產(chǎn)，然后將這些預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，在現(xiàn)場進(jìn)行組裝形成相應(yīng)的建筑物或構(gòu)筑物，因其效率高、速度快、污染小，且具有綠色、低碳、環(huán)保等特點(diǎn)得到廣泛關(guān)注。相比較傳統(tǒng)建筑模式，裝配式建筑利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以提前對建筑主體結(jié)構(gòu)形態(tài)、材料的選擇、空間布局等進(jìn)行調(diào)整，并對不同建筑結(jié)構(gòu)的直接成本、間接成本等進(jìn)行預(yù)測，從而達(dá)到建筑節(jié)能、環(huán)保等方面的相關(guān)要求。裝配式建筑分為木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土建筑，均為住建部“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃中繼續(xù)推進(jìn)建設(shè)的節(jié)能建筑類型。裝配式建筑在建材生產(chǎn)與建筑建造環(huán)節(jié)能夠帶來節(jié)能效益，其后續(xù)在建筑運(yùn)行階段的節(jié)能效果主要取決于建筑本身的節(jié)能設(shè)計(jì)。光伏建筑一體化，即BIPV，是一種將太陽能發(fā)電產(chǎn)品集成到建筑上的技術(shù)。光伏建筑一體化可分為兩大類：一類是光伏方陣與建筑的結(jié)合，另一類是光伏方陣與建筑的集成，如光電瓦屋頂、光電幕墻和光電采光頂?shù)?。在BIPV系統(tǒng)中，光伏組件不僅可以作為發(fā)電設(shè)備，還可以充當(dāng)部分建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，使其在發(fā)電的同時還能為建筑節(jié)省傳統(tǒng)的建材，因此，BIPV系統(tǒng)能夠良好應(yīng)用在密集的城市建筑群中。地?zé)崮芙ㄖㄟ^熱泵等技術(shù)，將地?zé)崮苻D(zhuǎn)化為建筑可用的能源。地源熱泵能夠很好地滿足建筑能源的需求和特性，既可供冷又可供熱。地源熱泵的技術(shù)特性可以歸納如下：1）能回收和利用低位熱能，充分利用淺層地?zé)崮芑蜃匀荒茉矗瑴p少化石能源使用，減少碳排放，保護(hù)環(huán)境；2）能夠提高一次能源利用率；3）采用電力驅(qū)動的熱泵機(jī)組，電力清潔方便，價格相對穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)性好，適合于建筑能源就地應(yīng)用和大面積推廣。隨著“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，電力的清潔化率會大幅度提高，采用地源熱泵系統(tǒng)為建筑供熱供冷將大量減少建筑的碳排放量。3、應(yīng)用于地?zé)崮芙ㄖ臒岜眉夹g(shù)將成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要技術(shù)之一地?zé)崮苁且环N優(yōu)質(zhì)的清潔能源，已經(jīng)成為國家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要資源。地?zé)崮芸捎糜诠?、制冷與發(fā)電，其能量利用系數(shù)高達(dá)70%以上，能夠全年全天運(yùn)作，具有很強(qiáng)的競爭力。從全生命周期的理論排放量看，地?zé)岬呐欧啪禐?5gCO2E/kWh，小于風(fēng)電的15.35gCO2E/kWh、光伏的46gCO2E/kWh和生物質(zhì)的25gCO2E/kWh3。“十二五”期間，中國城鎮(zhèn)淺層地能應(yīng)用面積由2.3億m2增加至5億m2，建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃中要求實(shí)施可再生能源清潔供暖工程，利用太陽能、空氣熱能、地?zé)崮艿冉鉀Q建筑供暖需求，逐步修訂現(xiàn)行太陽能、地源熱泵系統(tǒng)工程相關(guān)技術(shù)規(guī)范并明確提出全國城鎮(zhèn)新增淺層地?zé)崮芙ㄖ?yīng)用面積2億m2以上，實(shí)際實(shí)現(xiàn)4億m2左右。在“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃中，地?zé)崮苡辛肆炕笜?biāo)，確立了新增地?zé)崮芙ㄖ?yīng)用面積1億m2具體目標(biāo)?？梢姂?yīng)用地?zé)崮茉趯?shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的戰(zhàn)略地位日漸提高，國家對地?zé)崮艿睦靡哺尤娑钊耄卦礋岜米鳛閷⒌責(zé)崮苻D(zhuǎn)化為可利用能源的重要技術(shù)也或?qū)砹己玫氖袌鰴C(jī)遇。二、地源熱泵技術(shù)日趨成熟，節(jié)能減排助力“雙碳”目標(biāo)地源熱泵可以高效的轉(zhuǎn)化地?zé)崮転榭衫玫那鍧嵞茉矗谥袊呀?jīng)有四十余年的發(fā)展積累，具有多樣的形式與豐富的應(yīng)用場景。地源熱泵可以在建筑供暖制冷、熱水供應(yīng)方面顯著幫助減排，亦能與其他節(jié)能減排技術(shù)耦合，發(fā)揮供熱、儲能等特性，創(chuàng)造更大的價值。已有實(shí)例展現(xiàn)出其優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)價值與生態(tài)效益。地源熱泵一度因?yàn)槌跏纪顿Y高、經(jīng)濟(jì)效益不顯著而發(fā)展受限，但隨著新技術(shù)迭代，輔之以國家利好政策，發(fā)展?jié)摿薮蟆?、地源熱泵細(xì)分多樣，發(fā)展迭代四十余年（1）地源熱泵基本概念與發(fā)展簡史熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置，在建筑當(dāng)中有豐富的類型。地源熱泵系統(tǒng)指以巖土體、地下水或地表水為低位熱源，由水源熱泵機(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的供熱空調(diào)系統(tǒng)，是一種即可供熱又可制冷的地?zé)崮芾孟到y(tǒng)。根據(jù)開發(fā)利用區(qū)域深度和熱源品位，地?zé)崮芊譃榈叵?000m內(nèi)的淺層地?zé)崮苜Y源、1000-5000m的中層地?zé)崮苜Y源與5000m以下的深層地?zé)崮苜Y源。目前地源熱泵技術(shù)可根據(jù)利用的地?zé)崮苌疃确譃闇\層地?zé)崮艿卦礋岜眉夹g(shù)與中深層地?zé)崮艿卦礋岜眉夹g(shù)。早期的地源熱泵以利用淺層地?zé)崮転橹?，由于淺層地?zé)崮軒缀跬耆皇苜Y源限制并且應(yīng)用技術(shù)不斷優(yōu)化更為成熟穩(wěn)定，能量來源于地下能源，系統(tǒng)不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣、是一種理想的“綠色空調(diào)”，可廣泛應(yīng)用在辦公樓、賓館、學(xué)校、宿舍、醫(yī)院、飯店、商場、別墅、住宅等領(lǐng)域，這些年來在中國各個地區(qū)得到了廣泛推廣和應(yīng)用。相比之下，利用中深層地?zé)崮軐岜眉夹g(shù)要求更高，在近幾年才迎來研究熱潮。地源熱泵技術(shù)在中國的發(fā)展可大致分為四個階段：起步、推廣、快速增長與平穩(wěn)發(fā)展。1）20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初為起步階段，地源熱泵技術(shù)逐漸進(jìn)入中國科研工作者、暖通空調(diào)技術(shù)屆人士的視野，但尚未被市場接受。2）21世紀(jì)初至2004年為推廣階段，地源熱泵系統(tǒng)推廣到全國各個地區(qū)，制造水源熱泵機(jī)組的廠家和系統(tǒng)集成商在2004年底達(dá)到80余家，相關(guān)科學(xué)研究劇增，但培訓(xùn)系統(tǒng)尚未構(gòu)建，建筑的環(huán)境效益也尚未引起人們重視，地源熱泵系統(tǒng)整體的市場較小。3）2005年至2013年地源熱泵迎來了快速增長階段，受中國節(jié)能減排工作不斷加強(qiáng)的影響，利好地源熱泵技術(shù)的政策大量出臺，整個行業(yè)爆發(fā)式增長，相關(guān)企業(yè)在2012年底超4000余家，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，2013年底地源熱泵應(yīng)用總面積達(dá)到4億m2。4）2013年至今為發(fā)展穩(wěn)定期，相關(guān)補(bǔ)貼政策逐步取消，地源熱泵技術(shù)缺陷、運(yùn)行費(fèi)用高的問題日益突顯，行業(yè)增長放緩，市場趨于理性，但隨著近幾年地源熱泵的技術(shù)更迭，“雙碳”目標(biāo)推動大量利好綠色建筑政策出臺，地源熱泵有望迎來新的發(fā)展機(jī)遇。（2）淺層地?zé)崮艿卦礋岜酶鶕?jù)地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式的不同，淺層地?zé)崮艿卦礋岜孟到y(tǒng)分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水源熱泵系統(tǒng)和地表水源熱泵系統(tǒng)。在行業(yè)內(nèi)部，地埋管地源熱泵系統(tǒng)也經(jīng)常被稱為土壤源熱泵系統(tǒng)或大地耦合系統(tǒng)，地下水源熱泵系統(tǒng)和地表水源熱泵系統(tǒng)則有時被直接稱為地下水系統(tǒng)和地表水系統(tǒng)。地埋管地源熱泵系統(tǒng)是由傳熱介質(zhì)通過豎直或水平土壤換熱器與巖土體進(jìn)行熱交換的地源熱泵系統(tǒng)。其利用巖土體作為熱泵的低位熱源。地表以下20-100m，巖土體的溫度已比較穩(wěn)定，且熱容量大，蓄熱性能好，所以巖土體是很好的熱源和熱匯。與空氣源熱泵相比，地埋管地源熱泵系統(tǒng)機(jī)組不需要風(fēng)機(jī)，噪聲?。徊恍枰?，從而節(jié)省熱泵的除霜損失，提高地源熱泵運(yùn)行的可靠性；其適用范圍較廣，受地下水、地表水資源的影響不大，只要有足夠的埋管空間即可，因此地埋管地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，是對淺層地?zé)崮芾玫膬?yōu)選方式，在近零能耗建筑與情節(jié)供暖中都有所應(yīng)用。4但是目前其在技術(shù)方面仍有改善空間，需要提高施工質(zhì)量。地下水源熱泵系統(tǒng)是采用地下水作為低品位熱源，并利用熱泵技術(shù)，通過少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)冷熱量由低位能向高位能的轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)供熱或供冷的系統(tǒng)。其適用于地下水資源豐富，且具備開采利用地下水許可的區(qū)域。由于地下水水溫常年恒定，傳熱性能好，這類熱泵系統(tǒng)的效率通常較高。然而，為避免產(chǎn)生地下水熱污染、地表凹陷等現(xiàn)象引發(fā)其他環(huán)境問題，回灌地下的水溫需要嚴(yán)格控制，相關(guān)施工技術(shù)也需要升級。同時近年地下水資源緊缺問題也使得地下水開采利用的許可逐漸難以取得。上述諸多因素使得地下水源熱泵系統(tǒng)逐漸減少。地表水源熱泵系統(tǒng)與地下水源熱泵系統(tǒng)相比，其利用的水資源為河流、湖泊、海水、工業(yè)廢水、生活污水等地球表面的水源，對水資源的處理要求更高，但對地下工程的技術(shù)要求更低。中國地表水資源豐富，且往往能夠達(dá)成幾十至幾百萬m2的大型工程的應(yīng)用條件，如南京江北新區(qū)的地表水熱泵項(xiàng)目規(guī)劃應(yīng)用規(guī)模達(dá)到1500萬m2。地表水熱泵項(xiàng)目有未來具有廣泛的應(yīng)用場景。由于淺層地?zé)崮艿卦礋岜眉夹g(shù)已經(jīng)相對成熟，淺層地?zé)峁崮壳霸谡麄€地?zé)峁嶂腥哉紦?jù)較大比重，但該技術(shù)地埋管管群占地面積大，并且存在冬夏熱量不平衡問題，實(shí)際應(yīng)用效果仍有提升空間。根據(jù)中國地?zé)崮荛_發(fā)利用現(xiàn)狀與未來趨勢，全國淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用建筑主要分布在北京、天津、河北、遼寧、山東、湖北、江蘇、上海等省市的城區(qū)。淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)優(yōu)勢明顯，總體投資較低、技術(shù)成熟、應(yīng)用范圍廣、審批手續(xù)少兼顧供冷與供熱，但也有初始投資較高、維護(hù)不便、占地面積大等缺點(diǎn)，中國地源熱泵技術(shù)起步較晚，但近年來發(fā)展迅速，在未來淺層地?zé)崮艿难芯恐袘?yīng)偏向于地下?lián)Q熱方式、效率、減小占地面積的方向。（3）中深層地?zé)崮艿卦礋岜弥猩顚拥責(zé)崮軐儆谳^為可靠的可再生資源，藏量豐富且在使用過程中不會產(chǎn)生溫室氣體，隨著相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展，將有廣闊的應(yīng)用前景。目前，中深層地?zé)崮苤饕睦眯问綖樗疅嵝偷責(zé)崮芄┡?，相關(guān)利用技術(shù)主要有中深層地?zé)崴菁壚眉夹g(shù)和中深層地?zé)崮軣o干擾供熱技術(shù)，前者的技術(shù)形式相對簡單、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異，應(yīng)用較多?，F(xiàn)已形成以天津、陜西、河北為代表的一批地?zé)峁┡痉俄?xiàng)目。中深層地?zé)崴菁壚眉夹g(shù)是指根據(jù)地?zé)崃黧w不同溫度進(jìn)行的地?zé)嶂鸺壚玫募夹g(shù)。其梯級利用的合理性將直接影響其經(jīng)濟(jì)性水平，地?zé)崴怀樗锰嵘?，?jīng)板式換熱器換熱可直接供暖，低溫尾水經(jīng)水源熱泵升溫后可再次供暖。其在技術(shù)相對簡單，成本相對較低，在“十四五”期間也得到國家的推廣。地?zé)崴幕毓嗉斑\(yùn)移是當(dāng)前地?zé)嵫芯康臒狳c(diǎn)。為保證等量同層回灌，當(dāng)前常用泵是為加壓、真空無壓回灌，或采用“一采多灌”方式，這無形中增加了地?zé)嵬顿Y及運(yùn)營成本，技術(shù)尚待突破。中深層地?zé)崮軣o干擾供熱技術(shù)，亦被稱為干熱巖供熱技術(shù)，通過向地下巖層鉆孔并在其中安裝金屬換熱器，利用其中的換熱價值，將地下深處的熱能導(dǎo)出至地面建筑。由于干熱巖中流體很少，埋藏較深，需進(jìn)行用超長地埋管將熱量換取出來，這個過程依賴于水平鉆井、壓裂技術(shù)，新型高效換熱材料，另外還要考慮到地下超長距離傳輸所造成的熱量損失，隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，干熱巖的供暖很快能大范圍利用。中深層地?zé)崮軠囟雀?，中高溫部分?jīng)過換熱能直接進(jìn)行供熱利用，其運(yùn)行成本低，未來有很大發(fā)展空間，但資源量具有明顯地域性。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于“取熱不取水”，可有效保護(hù)地下水資源，同時其鉆孔、機(jī)房占地面積小，適合在建筑和人口密集區(qū)域開展，供暖性價比高。目前中深層地?zé)衢_發(fā)利用研究上主要集中在成藏原理、勘查開發(fā)、尾水回灌、地?zé)岚l(fā)電及管理利用、干熱巖等幾個方向。這項(xiàng)技術(shù)近幾年開始發(fā)展，尚不完善，主要需要克服熱平衡問題，并要進(jìn)一步研發(fā)降低初始投資成本，建立起行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以提高其推廣能力。中國利用中深層地?zé)崮艿漠a(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展階段。中國對整體的勘察程度較低，目前僅對北京城區(qū)、天津城區(qū)、河北雄縣、西藏羊八井等少數(shù)地?zé)崽镞M(jìn)行了系統(tǒng)勘察，對全國地?zé)豳Y源前潛力的認(rèn)識尚停留在估算水平上。另一方面地?zé)峁芾碇黧w尚不明晰，地?zé)峁芾砩婕白匀毁Y源、水利、能源等多個部委，目前國家層面的管理分工尚不明確，亦尚未建立產(chǎn)業(yè)信息統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，管理工作的支撐材料有所不足。（4）地源熱泵耦合其他系統(tǒng)，相輔相成創(chuàng)造新價值在實(shí)務(wù)中，地源熱泵常與其他系統(tǒng)耦合，互補(bǔ)優(yōu)劣勢，發(fā)揮更大的生態(tài)效益。地源熱泵的主要功能為利用清潔能源為建筑供熱與制冷，在轉(zhuǎn)化地?zé)崮軙r，往往會消耗少量電能。這可以通過與其他節(jié)能減排系統(tǒng)耦合減小其影響。例如，目前已有研究提出地源熱泵-BIPV/T耦合系統(tǒng)的研究。由于太陽光輻射周期性限制，傳統(tǒng)的BIPV/T系統(tǒng)無法保證光熱轉(zhuǎn)換的連續(xù)進(jìn)行，而地源熱泵供暖系統(tǒng)有蓄熱模式、放熱模式和直接供暖模式這3種運(yùn)行方式，地源熱泵BIPV/T耦合系統(tǒng)可將夏季時光伏發(fā)電時產(chǎn)生的充足的余熱用于冬季采暖，這樣既可以降低光伏組件的工作溫度，又可以提高整個耦合系統(tǒng)的熱電綜合效率。但當(dāng)前地源熱泵-PV/T系統(tǒng)大都是將PV/T組件置于建筑屋面，導(dǎo)致建筑外墻的空間被浪費(fèi)，這是后續(xù)的研究重點(diǎn)之一，同時，如何因地制宜得設(shè)計(jì)耦合系統(tǒng)也仍然需要進(jìn)一步研究探索。2、熱泵碳減排效果可觀，電力負(fù)荷問題亦有良方建筑用電和建筑供暖用熱力這兩項(xiàng)構(gòu)成每年15.5億噸的二氧化碳間接排放，占中國目前二氧化碳排放總量的16%。地源熱泵與其他熱泵技術(shù)作為利用清潔能源供暖制冷的技術(shù)，正是減少這方面碳排放量的有效途徑。哈工大倪龍教授團(tuán)隊(duì)，模擬熱泵規(guī)模低增速、中增速、高增速的3種情景，量化分析了熱泵技術(shù)在建筑供暖、建筑熱水供應(yīng)等方面的減碳效應(yīng)。（1）熱泵對建筑供暖減碳中國目前城鄉(xiāng)居住建筑面積約為528億m2，供暖面積約為220億m2。2040年后中國人口將穩(wěn)定在14億，城鄉(xiāng)居住建筑總規(guī)模將達(dá)到560億m2，其中北方城鎮(zhèn)需要供暖的建筑面積為200億m2，農(nóng)村供暖建筑面積約為100億m2。北方城鎮(zhèn)建筑每年需要50億GJ的熱量來滿足供暖需求，主要供暖方式為熱電聯(lián)產(chǎn)、燃煤區(qū)域鍋爐房等。5假設(shè)供暖方式主要為熱泵、熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)?、其他零碳熱力與其他供暖方式，且其他供暖方式占比保持不變，并默認(rèn)其他供暖方式的能源均來自于燃煤，預(yù)測未來監(jiān)護(hù)供暖在不同熱泵增速下的碳排放量與減排量。到2060年，減排量將達(dá)到4.81~6.54億t/年，其中需求側(cè)減排量為1.67億t/年，電力端減排量為0.41億t/年，熱電聯(lián)產(chǎn)和低碳熱力規(guī)模擴(kuò)大也貢獻(xiàn)了1.42億t/年的減排量。在熱泵高增速下，2060年減排量達(dá)到6.54億t/年，其中熱泵減排量為3.04億t/年，占比46%；而在熱泵低增速下，熱泵減排量為1.31億t/年，占比27%。（2）熱泵對建筑熱水供應(yīng)減碳中國目前居民主要通過燃?xì)鉄崴?、電熱水器、太陽能熱水器等方式制備生活熱水。未來，隨著生活水平的提高，熱水供應(yīng)普及率和熱水使用量將增加，熱水供應(yīng)熱負(fù)荷和生活熱水耗能將逐步增加。隨著碳中和的推進(jìn)，燃?xì)鉄崴骱碗姛崴髦鸩奖蝗〈?，光伏技術(shù)的發(fā)展使得太陽能熱水器占比也逐漸降低。2060年減排量達(dá)0.76~1.52億t/年，需求側(cè)由于需求增加減排量為-2.39億t/年，電力端減排量為2.86億t/年。在熱泵高增速下，2060年減排量達(dá)1.52億t/年，其中熱泵減排量為1.05億t/年，占比70%；而在熱泵低增速下，2060年減排量達(dá)0.76億t/年，熱泵減排量為0.29億t/年，占比38%。綜合熱泵對建筑供暖與建筑熱水供應(yīng)的減碳效果，在熱泵高增速下，2060年減排量達(dá)到7.65億t/年，其中熱泵減排量為4.09億t/年，達(dá)到53%，是熱電聯(lián)產(chǎn)和低碳熱力貢獻(xiàn)的1.42億t/年減排量的2.8倍；在熱泵低增速下，2060年減排量達(dá)到5.57億t/年，其中熱泵減排量為1.6億t/年，達(dá)到29%，與熱電聯(lián)產(chǎn)和低碳熱力貢獻(xiàn)的1.42億t/年減排量相當(dāng)。整體而言，熱泵減排效果顯著。但是因?yàn)闊岜么蠖嘤呻娏︱?qū)動，需要依靠清潔電力才能更好的實(shí)現(xiàn)減排效果。（3）熱泵的電力消耗與可能的解決措施隨著中國碳中和的推進(jìn)，零碳電力逐步增多，風(fēng)電、光電、水電、核電將會成為電力供應(yīng)的主力軍。未來用能結(jié)構(gòu)會逐步減少對燃料的依賴，盡可能使用電力替代燃料制熱，最終實(shí)現(xiàn)電氣化，因此未來電力消耗量將會迅速增加，電網(wǎng)供電負(fù)荷增加。熱泵大規(guī)模推廣也會增加電網(wǎng)負(fù)荷，尤其是冬季供暖季節(jié)性用電需求的增加，與冬季水電、光電的季節(jié)性削弱正好矛盾，是一個亟待解決的問題。2019年中國電力消費(fèi)總量達(dá)7.49萬億kWh，隨著終端部門電氣化水平提升，2060年全社會總電力需求將達(dá)18.70萬億kWh，熱泵在建筑供暖與熱水供應(yīng)方面在2060年將會消耗4700億kW·h電力，約占電力需求的2.5%。地源熱泵系統(tǒng)可通過增加熱泵容量提升儲能水平、采用間歇運(yùn)行方式，具有很大的平移電負(fù)荷的潛力；熱泵蓄熱式熱水供應(yīng)方式能利用低谷電制熱。一方面可減小對電力峰值負(fù)荷的影響；另一方面，可平衡風(fēng)電、光電發(fā)電能力與電力負(fù)荷需求間的不匹配問題，一定程度緩解了棄風(fēng)、棄光問題。3、地源熱泵經(jīng)濟(jì)性提高，生態(tài)效益進(jìn)一步彰顯地源熱泵一度因?yàn)槌跏纪顿Y過高而推廣受阻，近年隨著技術(shù)更迭，其經(jīng)濟(jì)性逐漸提高，加上國家對綠色建筑的大力推廣，地源熱泵的生態(tài)效益優(yōu)勢得到彰顯。我們將地源熱泵項(xiàng)目分為建造環(huán)節(jié)與運(yùn)行環(huán)節(jié)，結(jié)合地源熱泵在大型公共建筑中的應(yīng)用案例去討論其經(jīng)濟(jì)可行性與生態(tài)效益。（1）建造環(huán)節(jié)：單位造價波動較大，但已能展現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性地源熱泵在建造環(huán)節(jié)的主要計(jì)價方式為工程造價=設(shè)備購置費(fèi)+安裝費(fèi)用。具體而言，不同類型的地源熱泵根據(jù)其技術(shù)特點(diǎn)會略有不同，如污水源熱泵工程造價包括熱泵機(jī)組、循環(huán)泵、管道、末端散熱設(shè)備及其相應(yīng)的安裝費(fèi)用、修建污水池及重新布置排水管道的材料和安裝費(fèi)用；地埋管地源熱泵工程造價包括熱泵機(jī)組、循環(huán)泵、管道、末端設(shè)備及其相應(yīng)的安裝費(fèi)、鉆孔和地埋管等材料和安裝費(fèi)用。部分地源熱泵還需考慮地?zé)崽降V權(quán)出讓費(fèi)。但是在實(shí)際工程中，地源熱泵的單位面積造價波動較大，主要集中在100-2000元/m2的區(qū)間，具體需要結(jié)合具體項(xiàng)目的地?zé)豳Y源條件、土地質(zhì)底、建筑服務(wù)面積、建筑負(fù)荷要求等多方面因素評估。在建造環(huán)節(jié)，地源熱泵的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)開始顯現(xiàn)。以地?zé)峋?水源熱泵供暖系統(tǒng)在大型公共建筑中的應(yīng)用案例為例。城市熱網(wǎng)供暖方案的建設(shè)費(fèi)用主要通過供熱工程建設(shè)費(fèi)=建筑面積（m2）×供暖配套費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)(元/m2)，供熱工程建設(shè)費(fèi)按照建筑面積×160元/m2計(jì)取，收費(fèi)面積為26.39萬m2，采用城市熱網(wǎng)供暖方案建設(shè)費(fèi)為4222萬元；采用地?zé)峁┡桨福紤]地?zé)崽降V權(quán)出讓費(fèi)等費(fèi)用，其中地?zé)崽降V權(quán)出讓費(fèi)為193萬元，地?zé)峋蚓こ藤M(fèi)用為2139萬元，水源熱泵、真空鍋爐等設(shè)備費(fèi)用為367萬元，共計(jì)2699萬元，即可節(jié)約投資1523萬元，節(jié)約率36%。（2）運(yùn)行環(huán)節(jié)：供熱成本較低，優(yōu)勢顯著地源熱泵在運(yùn)行環(huán)節(jié)的主要計(jì)價方式為運(yùn)行成本=電費(fèi)+（耗用的其他燃料費(fèi)）+水費(fèi)+設(shè)備攤銷費(fèi)+運(yùn)行管理費(fèi)。熱泵耗電，所以其電費(fèi)是運(yùn)行成本的重要組成部分，部分研究會直接以電費(fèi)為供熱成本。以電力熱泵供暖為例，運(yùn)行電費(fèi)可以通過下列方法得到：供暖需求（kW）=供暖指標(biāo)（W/m2）×供暖面積（m2）/1000；熱泵機(jī)組需求=供暖需求（kW）/熱泵機(jī)組的額定輸入電功率（kW）；耗電量（kWh）=熱泵機(jī)組的額定輸入電功率（kW）×運(yùn)轉(zhuǎn)時間（h）×熱泵機(jī)組數(shù)量；電費(fèi)（元）=總耗電量kWh×電價（元/kWh）。參考青島市2019年的電費(fèi)、燃料費(fèi)價格，天然氣價格按照4.0元/m3計(jì)算，峰谷電均價取0.66元/(kWh)，低谷電價取0.32元/(kWh)，生物質(zhì)燃料價格按照1.0元/kg計(jì)算。以地?zé)峋?水源熱泵供暖系統(tǒng)在大型公共建筑中的應(yīng)用案例為例，采用城市熱網(wǎng)供暖方案每年供暖費(fèi)為1356萬元，采用地?zé)峁┡桨?，考慮設(shè)備攤銷問題，項(xiàng)目運(yùn)行的第1-2年的年運(yùn)行費(fèi)用為607萬元，第3-5年建設(shè)費(fèi)用為647萬元，第5年設(shè)備費(fèi)用攤銷完后，第6年以后每年的運(yùn)行費(fèi)用約為574萬元，項(xiàng)目設(shè)計(jì)運(yùn)行期為50年，在運(yùn)營期預(yù)計(jì)共節(jié)約3.88億元，節(jié)約率57%。該項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)營期將節(jié)約4.03億元。（3）清潔電能轉(zhuǎn)化地?zé)崮?，生態(tài)效益突顯以總耗熱量為基準(zhǔn)，對比其他供暖方式耗用的標(biāo)準(zhǔn)煤與熱泵耗電折合的標(biāo)準(zhǔn)煤即可得到節(jié)約的標(biāo)準(zhǔn)煤數(shù)量。其他排放物也可以通過類似的方式進(jìn)行換算對比。以地?zé)峋?水源熱泵供暖系統(tǒng)在大型公共建筑中的應(yīng)用案例為例，若采用城市熱網(wǎng)供暖，項(xiàng)目每年總耗熱量為7.90萬GJ，折合每年供暖消耗標(biāo)準(zhǔn)煤2696t。該項(xiàng)目采用地?zé)峋?水源熱泵供暖系統(tǒng)，需消耗一定電量與天然氣，每年熱源實(shí)際消耗電量442萬kWh，按1kWh電折合0.404kg標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)，折合標(biāo)準(zhǔn)煤1786t；每年消耗天然氣6萬m3，按1m3天然氣折合1.4286kg標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)，折合標(biāo)準(zhǔn)煤86t。地?zé)峋?水源熱泵供暖系統(tǒng)每年共折合消耗標(biāo)準(zhǔn)煤1872t，與采用城市熱網(wǎng)供暖相比，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤824t。綜合而言，因地制宜選用合適的地源熱泵形式，有望實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益雙豐收。三、地源熱泵清潔優(yōu)質(zhì)，百億市場蓄勢待發(fā)地?zé)崮軆α控S富，能夠充分滿足中國的能源需求，是優(yōu)質(zhì)的清潔能源。根據(jù)上文分析可知，地源熱泵能夠充分利用地?zé)崮埽斫?jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益是理想的節(jié)能減排技術(shù)。我們預(yù)估，地源熱泵以7%的年增速增長，“十四五”

期間年均新增地?zé)崮芄┡评涿娣e1.12億m2，2025-2030年期間每年平均新增1.57億m2。我們估計(jì)2020年單位面積綜合平均工程造價360元/m2，以造價年均下降2%的速度估算，地源熱泵在“十四五”期間每年將有約379億市場空間，2026-2030年間每年將有約481億市場空間。地?zé)豳Y源存量豐富，據(jù)粗略估算，全球地?zé)豳Y源是化石能源所提供能量的5萬倍。地?zé)醿α繛?40×106EJ/年，相當(dāng)于4968×1012t標(biāo)準(zhǔn)煤，可滿足人類數(shù)十萬年的能源需要。6中國的地?zé)崮芤卜浅ＸS富，年儲量達(dá)到11×106EJ，占世界總儲量7.9%。具體來說，根據(jù)中國勘查統(tǒng)計(jì)，中國淺層地?zé)豳Y源可達(dá)94.86億t標(biāo)準(zhǔn)煤，水熱型地?zé)崮苜Y源可達(dá)8.53×103億t標(biāo)淮煤，而干熱型地?zé)豳Y源可達(dá)8.6×106億t標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于中國大陸2014年能源消耗總量的20萬倍。地源熱泵已經(jīng)得到國家層面的認(rèn)可，在十四五期間成為明確推廣對象。在國家住建部最新出臺的“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃（下文簡稱“規(guī)劃”）中明確提出加強(qiáng)地?zé)崮艿瓤稍偕茉蠢?，推廣應(yīng)用地?zé)崮堋⒖諝鉄崮艿冉鉀Q建筑采暖、生活熱水、炊事等用能需求。鼓勵各地根據(jù)地?zé)崮苜Y源及建筑需求，因地制宜推廣使用地源熱泵技術(shù)。對地表水資源豐富的長江流域等地區(qū)，積極發(fā)展地表水源熱泵，在確保100%回灌的前提下穩(wěn)妥推廣地下水源熱泵。在滿足土壤冷熱平衡及不影響地下空間開發(fā)利用的情況下，推廣淺層土壤源熱泵技術(shù)。在進(jìn)行資源評估、環(huán)境影響評價基礎(chǔ)上，采用梯級利用方式開展中深層地?zé)崮荛_發(fā)利用。規(guī)劃明確設(shè)立要在“十四五”期間新增地?zé)崮芙ㄖ?yīng)用面積1億m2以上的具體指標(biāo)?，F(xiàn)階段，地?zé)崮芾萌砸怨┡评錇橹?。國家發(fā)改委等八部門聯(lián)合發(fā)布關(guān)于促進(jìn)地?zé)崮荛_發(fā)利用的若干意見提出，到2025年，各地基本建立起完善規(guī)范的地?zé)崮荛_發(fā)利用管理流程，全國地?zé)崮荛_發(fā)利用信息統(tǒng)計(jì)和監(jiān)測體系基本完善，地?zé)崮芄┡评涿娣e比2020年增加50%，到2035年，地?zé)崮芄┡评涿娣e及地?zé)崮馨l(fā)電裝機(jī)容量力爭比2025年翻一番。亦有主要地?zé)崮芾檬∈械男袠I(yè)專家在年初預(yù)測，“十四五”期間，地?zé)崮芄┡鲩L速度為7%~10%，總量增加幅度40%~60%。2021年10月27日，國家地?zé)崮苤行牡谒膶谩皟晌瘯惫?，截?020年底，中國地?zé)崮芄┡评涿娣e累計(jì)達(dá)到13.9億m2。其中水熱型地?zé)崮芄┡?.8億m2，淺層地?zé)崮芄┡评?.1億m2。但是最新出臺的規(guī)劃卻將增長目標(biāo)定在1億m2，主要是統(tǒng)計(jì)的口徑問題，未統(tǒng)計(jì)工、商、物流業(yè)等的部分。綜合上述信息，我們以13.9億m2為2020年的基數(shù)，保守取7%的年增長率，估算2020-2030的地?zé)崮芄┡评涿娣e，預(yù)計(jì)十四五期間平均每年新增1.12億m2供暖制冷面積，2025-2030年期間每年平均新增1.57億m2供暖制冷面積。如前所述，地源熱泵的造價波動較大，往往需要結(jié)合具體項(xiàng)目進(jìn)行考察評估。我們參考節(jié)能門窗工程防水工程地源熱泵工程造價指標(biāo)（下文簡稱“造價指標(biāo)”）列示的地源熱泵典型工程造價進(jìn)行估算。造價指標(biāo)中列示的可計(jì)算單位面積造價的項(xiàng)目有22個，涵蓋辦公樓、工業(yè)建筑、公共建筑與居住建筑多種項(xiàng)目類型，地源熱泵服務(wù)建筑面積小至328m2，大至13.43萬m2，總造價在12萬元至4200萬元之間不等，其中居住建筑的平均造價為490元/m2，非居住建筑的平均造價為278元/m2?？紤]到初始投資成本過高是影響地源熱泵經(jīng)濟(jì)型的重要因素，未來隨著技術(shù)革新有望逐步壓縮成本，我們估計(jì)地源熱泵造價以平均每年3%的速度下降。我們以360元/m2為2020年地源熱泵造價基數(shù)，每年以3%的速度下降，根據(jù)前文估算的面積，可估算地源熱泵在“十四五”期間，將催生出每年約379億的市場，2026年到2030年碳達(dá)峰，每年將有約481億的市場前景。四、地源熱泵暖風(fēng)吹拂，對應(yīng)標(biāo)的迎來機(jī)遇1、啟迪設(shè)計(jì)：深耕綠色節(jié)能，與嘉力達(dá)熱泵攜手致力減排啟迪設(shè)計(jì)作為國內(nèi)領(lǐng)先的綜合型工程技術(shù)服務(wù)供應(yīng)商，長期致力于為客戶提供覆蓋工程建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈全過程的綜合性工程技術(shù)服務(wù)、全過程咨詢服務(wù)。早在2006年，公司就開始專注于建筑綠色節(jié)能工程技術(shù)的研究和推廣，在綠色節(jié)能領(lǐng)域取得了相當(dāng)?shù)某晒?，在業(yè)內(nèi)具有很高的知名度和美譽(yù)度。公司辦公大樓獲得綠色三星健康三星及LEED金級認(rèn)證，設(shè)有雨水回收、太陽能熱水、光導(dǎo)管、地源熱泵、屋頂綠化等多種節(jié)能環(huán)保、資源節(jié)約的措施。公司2021年實(shí)現(xiàn)收入23.01億元，同比增長24.4%。公司早有地源熱泵相關(guān)的投入，2014年已經(jīng)開始研發(fā)地源熱泵為熱源的住宅小區(qū)生活熱水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，通過給排水專業(yè)與暖通專業(yè)合作，實(shí)現(xiàn)住戶的供冷、采暖和生活熱水均由小型水-水地源熱泵機(jī)組供給，地源熱泵機(jī)組采用化整為零、分戶布機(jī)、分戶控制、分戶計(jì)費(fèi)的方式。此后公司繼續(xù)布局熱泵技術(shù)，2017年收購深圳市嘉力達(dá)節(jié)能科技股份有限公司。嘉力達(dá)專注于建筑節(jié)能20年，為8萬余家客戶提供能源信息化服務(wù)，經(jīng)營范圍包含開發(fā)熱泵技術(shù)、電力熱泵應(yīng)用技術(shù)，有空氣能熱泵熱水機(jī)，具有深厚的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)積累。隨后公司與公司內(nèi)江蘇省賽德綠色建筑工程技術(shù)研究中心共同打造了綠色建筑節(jié)能減排咨詢、策劃、設(shè)計(jì)、改造、后期運(yùn)維及能源管理的整體技術(shù)服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈“建筑綠色節(jié)能科技服務(wù)業(yè)務(wù)”。2021年，深圳市嘉力達(dá)節(jié)能科技股份有限公司實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入6.07億元，同增45.11%，營業(yè)利潤7645.76萬元，同增18.