马斯克此次带火的「热泵」，为何没烧热市场｜36碳深度

文 | 吕雅宁

编纂 | 苏建勋

马斯克此次没有带火特斯拉，却带火了一项手艺——热泵（Heat Pump）。

3月2日，在特斯拉初次投资者日活动上，马斯克公布了特斯拉“宏图方案”的第三篇章，提出了让地球通往完全可继续之路的五个部门。此中，第三步即是：大范畴在家庭、企业、工业中妥帖热泵。好比，用热泵给房屋供热，能够削减22%的化石燃料利用。

马斯克热捧的热泵手艺，此前已经安拆在特斯拉的Model Y SUV和其他车型的更新版本中。马斯克曾经表达：特殊是在冬天，热泵是提拔Model Y 续航里程，削减电池损耗的关键。

能够预见的是，类似特斯拉的家用储能产物Powerwall，将来特斯拉将很有可能推落发用热泵产物。

特斯拉宏图方案第三步：大规模利用热泵。图片来源：特斯拉

和水泵不会消费水一样，热泵其实不消费热量，而是做为热量的“移运工”。热泵是在电力的驱动下，将热量挪动到更被需要的处所往，以提拔能量操纵效率，降低能耗程度。出格关于建筑供热系统来说，热泵是重要的节能处理计划之一。

3月2日，在马斯克的言论影响之下，A股热泵概念板块开盘领涨，一时间让那项手艺遭到更多存眷。

其实，热泵其实不算是一项新兴的手艺，它的汗青能够逃溯到两个世纪以前。

但是，因为过往传统化石能源总量充沛，那项成本高贵的手艺并未遭到喜爱。曲到2021年，全球也只要约10%的空间供热需求是依靠热泵称心的。

时至今日，非可再生能源储量告急，能源构造转型使命紧迫，热泵的需求也比以往更大。特殊是在奉献了全球碳排放约40%的建筑行业，热泵那项清洁能源手艺逐步成为存眷焦点。

热泵的原理是什么？为何能帮建筑减排？被马斯克屡次带货的热泵，为何到如今还没能进进千家万户？

01

热泵，事实是什么？

从字面上理解，“泵” 是指能够进步势能的机械设备，生活中常见的有气泵、水泵等等。那么热泵，便能将热量从温度较低的介量“泵”送到温度较高的介量中往。

我们晓得，水往低处流是一种天然法例，但是为了农业浇灌、生活用水等需求，人们操纵水泵将水从低处送到高处，所以就创造了水泵。

同样，天然前提下的热量也是从高温物体流向低温物体，不克不及自觉地沿相反标的目的停止。但是，在能源操纵效率遭到重视的当下，大天然中的热量收受接管引起了人们的重视。

因而，就有了热泵的呈现。

从物理学上讲，只要温度高于绝对零度（‐273 °C），就会存在热能，但大多是更难操纵的低档次热能（低温热能）。

热泵就是操纵电能驱动和热力学逆轮回手艺，用少量电能驱动机组，把系统中的工做介量停止变相轮回：从空气、土壤、水源等天然界中吸收热量，把那类低档次热能吸收压缩升温后，传递给被加热的对象，迫使热量从低温物体流向高温物体。热泵，即热量的“移运工”，从天然界中吸收热量后，转化为用于消费和生活的热能。

根据低位能来源的差别，目前市道上常见的热泵能够次要分为三类——空气源热泵、水源热泵和地源热泵。此中，空气源热泵的普适性最强，市道上常见的空气源热泵空调就是其支流产物之一。

空气源热泵的工做原理。图片来源：利普曼官网

那么问题又来了，冬季的室外温度照旧很冷，若何可以把室外的热能传输到室内操纵？

那里我们以利用最普遍的空气源热泵为例，它的传热工量（“造冷剂”，又称“冷媒”）是一种特殊物量，常压下的沸点为零下40℃，凝聚点为零下100℃以下，该物量冷的时候是液体，但很随便被蒸发成气体。

因为它的蒸发极限温度在零下25°C摆布，因而即便 0°C的情况温度与之比拟也是热的，仍可交换一部门热能。

听上往，空气源热泵似乎就是常见的中心空调，其实二者之间也存在差别。中心空调是以动力驱动压缩机停止工做，将低温转化为高温后再停止散热、造冷，所以空调的主攻造冷。造热是辅助功用，间接用电加热的手艺，能耗也会更高。

而空气源热泵次要是操纵空气能和电能，以造冷剂为前言（即“冷媒”），将低位能的热源，将低温位的热能提拔为高温位热能，并加热系统轮回水，从而加热室内空气。目前，空气源热泵系统已经能够做到供冷和供热功用兼具，常见的就是家用分体热泵型空调器，冬季能够供热，夏日能够造冷，即「空气能冷热两联供」。

从造冷的角度，传统空调是间接将氟利昂的寒气吹到室内，而摘用了水系统的热泵能够优化用户体验，吹出来的凉风更轻柔，也让体感愈加温馨。

总体来看，热泵是一种传输热量的安装，把操纵价值低的热量搜集起来，以更温和的体例，“润物细无声”地传输到更被需要的处所往。

常见的空气源热泵空调。图片来源：视觉中国

02

热泵是若何节能的？

通俗理解，热泵的原理就是把传统的燃煤、燃气造热，改为电造热。

不外究其素质，无论是燃煤、燃气仍是电造热，其素质都是能量的转化。但关于电造热的热泵来讲，热量是被转移而不是产生，热能操纵效率也会高些。

现在，在新旧能源转换的布景之下，热泵的节能优势就愈加凸显。详细表示在，热泵兼具高能源效率和优良的环保特征。

根据国际能源署（IEA）的数据展现, 典型家用热泵的性能系数 （COP） 约为4，即消耗1度电能够得到4度电的热量。那使得家用热泵的能源效率，比传统燃气汽锅超出跨越3-5倍。能效提拔后，电费收入天然就会下降。

在清洁环保特征方面，热泵完全由电能驱动，几乎不会产生任何的污染排放。与传统燃烧化石能源的摘热体例比拟，热泵的碳排放强度可以大大降低。那也是为什么，如今各地都在倡议“煤改电”的原因所在。

再者，从均匀利用寿命来看，热泵的寿命大多在20年摆布，比燃气汽锅10至15年的利用寿命更长。

图片来源：中泰证券

其实，热泵那项手艺已经有超越百年的汗青，早在19世纪便由法国科学家卡诺提出。1850年，英国科学家开尔文提出将逆卡诺轮回用于加热的热泵想象，并提出首个正式热泵系统“热量倍增器”。

1928 年，物理学家霍尔丹已经打破了空气源热泵供热手艺。到20世纪30年代，热泵已经起头进进商用阶段。

但是几十年过往，因为化石燃料的充沛、便当，热泵手艺远没有到家喻户晓的地步，妥帖非常迟缓。

根据国际能源署（IEA）的数据展现，2010年-2020年全球热泵安拆量（含空气源、水源、地源热泵）的复合年均增长率（CAGR）为 6.4%，2020年全球热泵存量为1.77亿台、此中中国、北美、欧洲安拆量占比别离为 33%、23%和12%，数量其实不占多。

不外从增速来看，热泵系统在海外市场更炽热。

特殊是从往年起头，俄乌抵触招致欧洲列国的能源价格飙升。与此同时，热泵做为化石能源的有效替代产物，销量不竭提拔。

有研究展现，在同等前提下供热时，摘用热泵产物只需要消耗天然气20%的能量。在天然气价格高企的欧洲，热泵产物和电热毯等产物一样，正成为良多国度的居民日常用品。

根据欧洲热泵协会发布的行业阐发陈述展现，在2022年，欧洲21个国度（包罗非欧盟的英国和挪威）的热泵销量到达300万台，同比增长37%，创下汗青新高。至此，欧洲安拆的热泵总数到达约2000万台，可以为约16%的室第和贸易建筑供热。

近十年间，热泵在欧洲市场的销量已经实现翻番，中国也凭财产链优势成为出口热泵的次要国度，但无论是在中国本土市场仍是欧洲市场，热泵在整个供热市场的占比都还不及三分之一，其实不占据支流。

03

被马斯克捧上天，热泵为何还没普及？

“固然热泵属于清洁能源的范围，但目前其实不能算做本钱市场的最火风口。”一位新能源范畴的投资人向36碳表达。

从节能降耗的角度，热泵已具备极大的优势，但经济性不敷是造约热泵普及的核心因素。热泵在欧洲列国的快速开展，很大水平上也是有赖于各个国度赐与的补助。

在中国市场，此中以政府补助和能源价格为次要两大原因。

中泰证券家电科技消费首席阐发师邓欣向36碳表达：“从政府补助的角度看，2017年“煤改电”政策的刺激下，我国热泵有过短暂的高增长：北方“2+26”城市全面推进清洁能源，例如河北、山西、河南等地的设备补助金额在3000元-20000元之间，并叠加电价优惠，昔时空气源热泵在国内市场的增速到达66%。之后补助力度削弱，内销程度则遭到必然影响。”

再者，相关于能源危机愈加严峻的欧洲，中国的天然气、煤价处于相对较低的程度。因而，热泵的经济性没有那么凸起，需求也就不及欧洲市场。

另一大痛点来源于安拆配套的成本。安拆家用热泵，比安拆传统的燃气更为复杂，初始投资也就更高。大大都情状下，需要根据房屋的面积、尺寸“量身定造”。即便是有如许价廉物美的产物，也需要具备手艺才能的专业人员完成热泵的安拆工做。各个门类的前期投资加起来，家庭安拆的前期费用估量接近10万元。

“关于空调热泵来说，它的外机体积大于一般分体式空调，老旧小区假设在设想时未预留外机安拆区域，会很不便利；另一方面，家用热泵两联供的系统需要在空中展设地热管，用户也要额外付出安拆费用。”中泰证券邓欣向36碳表达。

家庭地热管道。图片来源：视觉中国

从手艺的角度看，热泵的将来提拔空间照旧很大，差别的热泵形式也有纷歧样的处理计划。例如市场份额更高的空气源热泵产物，其其实超低温工况下的造热效率会呈现衰减。

从高冷地域的热泵利用构造中，便能有所察觉：据欧洲热泵协会的数据，2022年瑞典、挪威的地源热泵销量增速，均高于空气源热泵。

中泰证券邓欣谈到：“处理那一痛点，需要继续的手艺迭代：能够摘用增气喷焓压缩机手艺，往提拔热泵低温情况下造热才能和效率，但成底细对高；以及增加PTC辅热安装（即传统空调的电辅热手艺），在低温情况下用PTC先将温度提拔，再用热泵停止造热，但代价是PTC造热阶段热效率较低，亟待打破。”

总体而言，现阶段热泵的手艺程度还在继续爬坡，产物的经济性、安拆便当性也都存在提拔空间。热泵现正处于一个试图打破能源「不成能三角」的阶段，当清洁、不变与廉价都具备时，才气实正走进千家万户。

在过往很长一段时间，热泵系统都被肃清在可再生能源操纵的范围之外。现在，在全球能源转型的大趋向下，跟着新型电力系统的建立和化石能源的逐步退出，末端用能电气化的需求会继续提拔，热泵那项手艺成为必须品已是一定。

参考材料：

《中泰家电：热泵专题：渗入的斜率与潜力》

《中泰家电：热泵细分：烟草烘干大有可为》

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