热泵技术在我国节
能减排、治理雾霾中有重要的作用。本文从发展空气源热泵入手，运用热泵技术开采低品位可再生能源，建议应该在标准和法规方面给予重视。开发空气源热泵要针对不同地域有不同的最低工作温度，具有变工况变容量功能的空气源热泵，逐步替代燃煤锅炉。
马一太
热泵按热源分两大类：水源热泵和空气源热泵。顾名思义水源热泵的热源是水，包括自然界的地表和地下任何水体，包括工业余热和城市污水，也包括通过换热管道的地下埋管的循环水；而空气源热泵从周围空气取热，因不受安装地理和地质条件影响，应用也很广泛。
热泵产品包括热泵式房间空调器、热泵式单元空调机、有热泵功能的多联机、热泵热水器、水源热泵等，形式多样。热泵的单机容量覆盖从2kW 到数千千瓦，单机供热面积从十几平方米到上万平方米———如果用多台机组关联运行，甚至可达供热几十万平方米。热泵的终端有热风型和热水型，在功能方面有单供热型、冷热两用型和空调、供热、生活热水三用型。近年来各种热泵产品的规格数量发展很快，是制冷空调行业中主力产品。
在节能减排和治理雾霾中，经常听到发展集中供热、
煤改燃气、煤改电热或型煤代替散煤等声音，对于各
种措施，本文不做过多分析，只说明，发展热泵技术是我国达到节能和减排正确的技术。
1空气源热泵发展的背景
热泵技术得以大力发展的重要前提，是我国基本实现了电气化。到2014年我国发电功率达13.6亿kW ，达到人均1kW 的水平。而且我国先进的供电网技术达到高效传输电能的作用，这为采用电气化措施普及热泵技术提供了物质基础。1.1
节能减排的形势促进热泵技术2014年北京APEC 会议上《中美气候变化联合声明》：“中国计划2030年左右二氧化碳排放达到峰值且将努力早日达峰”。2015年《中美元首气候变化联合声明》指出，中国到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降60%～65%。1.2
京津冀一体化热泵采暖替代燃煤京津冀一体化由京津唐工业基地的概念发展而来，包括北京市、天
空气源热泵的标准
和关键技术
（一）天津大学热能研究所/马一
太
空调热泵Air Conditioning Heat
Pump
津市以及河北省，涉及到京津和河北省11个地级市的80多个县（市）。国土面积约为12万平方公里，人口总数约为9000万人。目前这个一体化已经见诸行动。其中压缩燃煤、淘汰10~35吨/时燃煤锅炉、
治理大气污染、减少雾霾是重要任务，将是一个攻坚战。特别是用热泵替代分散燃煤，已经有很多成功试点或工程案例。从长远看，这是替代燃煤锅炉和散煤唯一正确的路径。
北京计划在2016年采暖季前，将完成463个村、22个街道的煤改电任务，惠及18.9万户居民。到2017年北京六区基本实现无煤化，到2018年，通州区将基本实现无煤化。2016年7月25日天津市出台《天津市贯彻落实京津冀大气污染防治强化措施（2016-2017年）实施方案》，规定到2017年，天津市PM2.5年均浓度应达到60微克/立方米左右。预计2020年河北平原地区基本实现“无煤化”。
1.3南方冬季供暖的主力军将是热泵
多年来南方冬季供暖问题从提出到落实，人们已经产生了共识，南方“夏热冬冷”地区供暖的最佳方式，将是大量分散型热泵，其中主力是空气源热泵。这方面的技术基本是成熟的，重点还要结合建筑节能改造，采用高效采暖终端（如地板采暖、小温差风机盘管等），并加强在室外换热器化霜等技术。这一地区人口有四五亿之众，国民生产总值占全国的2/5强，若能下决心实行冬季区域集中供暖，不但能提高广大南方地区百姓的生活品质和幸福感，还可以拉动内需，因为南方供热服务市场潜藏着巨大的商机。
我国具备各品种热泵主机和主要部件的制造能力，总的来看，其生产能力往往是过剩的。近年来由于宏观调整，很多企业不得不压产限产；由于拼市场而盲目压缩成本，出现“劣币驱赶良币”现象。十三
五期间，热泵生产要在技术上提高品质，在数量上稳步上升，在标准上严格把关，让国产的热泵机组高效节能、运行可靠并有较低的运行成本。
2我国应建立的空气源热泵标准与政策2.1热泵节能原理的标准
热泵节能似乎不容置疑，但我国尚未从标准或法规上确立热泵节能技术的先进性，应学习欧盟建立热泵节能原理的标准和法规。这些标准和法规从法理上促进热泵行业的大发展，加大热泵采暖、供
热水的普及率。
中国是燃煤为主的国家，大约有一半的煤用于发电。热泵的一次能源利用率：
PER=得到的热能
发电的热能
=Q k Q
f
=Q k
W/ηpowηnet=COP×ηpowηent（1）式中：
PER——
—热泵一次能源利用率；
ηpow——
—电厂发电效率；
ηnet——
—电网输电效率；
COP——
—热泵的平均制热系数。
目前可设电厂发电效率ηpow为38.7%，电网输电效率ηnet与输送距离和输电电压有关，在中国长距离输电可设为90%，两者乘积称为发电输电综合效率，为34.83%或近取35%。如果考虑热泵的平均（或季节）制热系数COP为3.5，热泵的一次能源利用为122%。
根据国家能源局2014年数据，全国6000kW及以上电厂发电标准煤耗318g/kW·h，全国电网输电线路损失率6.34%，折合电力用户端煤耗318/（1-0.0643）＝339.9g/kW·h，综合效率为36.6%。
考虑锅炉房的效率，就是锅炉供出的有效热量比上煤的发热量：
ηb=Q out Q
com b
（2）式中：
ηb——
—锅炉房效率；
Q out——
—锅炉送出的热量，由锅炉房出水、进水的温度差乘以流量和比热得出；
Q comb——
—进入锅炉的煤的燃烧热量。
然而进入锅炉的煤是从遥远的煤矿运输来的，一路上经过装载、电气化铁路、中转、存储、堆放、短途运输、卸车等过程。在这个过程中大量的工作是由机械完成，而驱动机械的电力，在中国基本还是由煤发电得到。这样煤炭从矿井到锅炉房的运输也是消耗的煤。
如果假设煤矿到锅炉房的平均距离是1000公里，煤炭的运输和中转的能源效率是80%。在此情况下，公式（3）才是锅炉房的真正用能效率。
ηb=Q out
Q com b/ηtra ns=
Q out
Q comb×80（3）这样，再考虑锅炉的效率为80%，远距离运煤的锅炉的一次用能效率只是64%。
这样在电厂燃烧1吨煤发电，送到目的地驱
动热泵供热，相当于把2吨煤运输到目的地燃烧效果。而燃煤电厂的排放比普通中小型锅炉房的排放小得多，利用热泵既提高了能源利用率，又大大减轻了环境污染，是一举两得的技术。以上只是一般说明，可根据具体热泵类型（水源、空气源，或小型、中型或大型）以及所处的气候带，具体分析热泵的节能潜力。
2.2热泵是可再生能源的开采技术
可再生能源是一次能源，也有不同品质，风能、水能属于机械能，可直接转换为电能，太阳能通过
光电池或高温聚焦可发电，太阳能通过集热器可得到生活热水，地下热水也可以用来采暖或加热，燃烧秸杆或薪柴可以代替化石燃料，这都属于可再生能源直接利用的例子。而在环境空气中的热能也是可再生能源，只是品位过低不能直接利用，而是可用热泵提高温度加以利用。
从另一方面说，在建筑能耗和工业用能中，也是低温热能，如采暖、热水、干燥等。房间采暖不需要很高的温度，按常规，在冬季室内高于18℃，一般维持20~22℃就很好。以往用燃烧方式采暖，燃烧温度可达一两千度，给20℃的房间供暖是最不合理的方式。生活热水一般需要40~60℃，很多宾馆饭店是用烧煤、烧油或烧气的锅炉来生产热水，如果采用热泵生产热水，或回收制冷的冷凝热，都是最合理的方式。
2.3可再生能源的重要作用
在我国《可再生能源法》中规定：可再生能源，是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。在第四章“推广与应用”中指出，
“国家鼓励和支持可再生能源并网发电”。也规定：
“国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统、太阳能光伏发电系统等太阳能利用系统”。这说明，我国对可再生能源的利用，有两种主要方式，一是发电，二是热利用。
欧盟已经认定所有热泵技术，都列入可再生能源。
欧盟在2009年通过法令将空气源热泵纳入可再生能源范围。在DIRECTIVE2009/28/EC第二章定义中将可再生能源范围认定为“各种可再生非化石能源，比如风能、太阳能、空气热能、地热能、水热能和海洋能、水能、生物质能、沼气、垃圾填埋气、污水处理厂天然气”。其中空气热能被定义为“在环境空气中存在的能量”。表1是欧盟与热泵相关法规政策。
在DIRECTIVE2009/28/EC中的附件7（Annex VII）中，设定了对于空气源热泵的最低要求即季节性能系数：
SPF>1.15×1η（4）
式中：
SPF——
—季节性能系数（Seasonal Performance Factor-SPF），这个值也可用SCOP表示；
η——
—一次能源转换电能的效率。
一次能源转换电能的效率数据来源于每年的欧盟统计年报（EUROSTAT）。根据一次能源转换电能的效率，几年欧盟统计年报，值越来越高，这对于纳入可再生能源的空气源热泵能效要求反而越来越低，实际SPF值一般在2.4~2.6，见表2。
欧盟热泵所提供的可再生能源总量计算公式如下：
E RE S=Q usable（1-1SPE）（5）
Q usa ble=H HP×P rated（6）
式中：
Q usa ble——
—预估的热泵产生的总可用热量，GWh；
H HP——
—等效满负荷运行小时数，h；
P ra ted——
—热泵的装机容量，GW。
2.4中国可再生能源的政策
我国可再生能源占一次能源的消费的比例，通过下式计算：
可再生能源的比例=利用的可再生能源的量（标准煤）
全社会能源消费的总量（标准煤）
×100%（7）表1欧盟相关法规政策
欧盟法规名称发布时间发布时间
欧盟可再生能源指令
DIRECTIVE2009/28/EC
Renewabal Energy Source Directive
2009-4-23
确定2020年的可再
生能源总体目标，并
将空气源热泵纳入
可再生能源范围。
成员国可再生能源行动计划
NREAPs-National Renewabal Ener-
gy Action Plans
中国书画家2013-3
确定了各国具体的可男士唐装
再生能源发展计划
热泵纳入可再生能源计算导则
Commission decision on establish-
ing the guidelines
for member states on calculating re-
newable energy from heat pumps
（2013/114/EU）
2013-3-1
确定了各成员国如
何计算热泵技术中
可再生能源利用量
表2欧洲热泵纳入可再生能源范围的SPF计算
20092010
45.145.5
2.55 2.53
王四妹年份200620072008
发电效率η44.143.945.1
写给女朋友的情书SPF值 2.61 2.62 2.57
在统计计算中，任何能源，无论是发电或直接热利用，都要转换成一次能源的标准煤。可再生能源发电相当的标准煤，可以用统计年份全国燃煤电厂的平均效率，如2009年前后可以用当年全国发电机组平均效率36.4%计算［2009年全国发电机组平均供电煤耗341g/（kW·h）］，随着发电效率的提高，这个折算值也要变化，比如2013年的效率为38.7%［2013年全国发电机组平均供电煤耗321g/（kW·h）］。中国平均发电煤耗和对应的热泵纳入可再生能源范围的SPF见表3。2015年底，国务院发出通知，要使所有现役电厂每千瓦时平均煤耗低于310克、新建电厂平均煤耗低于300克。按照欧盟的标准，也可推算出中国热泵入围可再生能源的SPF值，见表3。
对比欧盟的电厂发电效率，中国的效率要低6个百分点，这样在纳入可再生能源的热泵SPF （COP），要比欧盟高0.4~0.5。这说明，如果我们照搬欧盟的标准，中国的热泵需要有更高的COP值。
2015年中国能源消费总量43亿吨标准煤，同比增长0.9%，非化石能源消费比重占12%，同比提高0.8个百分点，比2010年提高了3.4个百分点。
国家能源局下发《可再生能源“十三五”发展规划（征求意见稿）》提出，到2020年非化石能源占能源消费总量比例达到15%，2030年达到20%，“十三五”期间新增投资约2.3万亿元人民币。到2020年底水电开发利用目标3.8亿kW（抽水蓄能约0.4亿kW），太阳能发电1.6亿千瓦（光伏1.5亿kW），风力发电2.5亿kW。
春节期间高速公路免费的时间2022年国务院办公厅《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》到2020年，一次能源消费总量控制在48亿吨标准煤左右。其中可再生能源占7.2亿吨标准煤。根据以往的统计数据，和今后的计划，我们可大致推测今后可再生能源的量，见表4。其绝对值的增长较大，应该说任务是很艰巨的。
我国今后对可再生能源寄托很大希望，由于受季节等条件限制，水电、风电和光电的发展会降低速度，热泵对可再生能源的贡献率将越来越重要。可用图1说明。
如果设我国平均采暖期60天，通过热泵技术每平方米利用50W可再生能源，对比效率为60%的中小型燃煤锅炉，相当于14.76kg标准煤。我国现有建筑总面积为600亿平方米左右，如果初步估算其中有20%即120亿平方米为热泵采暖，每年相当约1.77亿吨标准煤的可再生能源。实际上未来的可再生能源比例是个分子分母都增加的比值，需要分子增加的速度大于分母增加的速度，才能达到2015年15%和2030年20%的目标，见图1。大力推广热泵技术，包括空气源热泵，热泵在开采可再生能源的作用会显现出来。（未完待续）
阿布郭鑫表3中国热泵纳入可再生能源范围的SPF计算
年份发电煤耗
g/（kW·h）
发电效率浊
%SPF值
200934136.4 3.15 201033337.3 3.08 201133037.6 3.06 201232638.1 3.02 201332639.1 2.97 201431839.1 2.94 2015现役31040.1 2.87新建电厂<300>41.4<2.78表4我国能源消费总量和可再生能源比例
年
份
总消费
能量
（亿吨）
总发电
量
（亿kW·h）
火电量
（亿kW·h）
可再生
发电
（亿kW·h）
可再生能
（亿吨）
可再生
比例
（%）200929.1 3.50 2.700.64 2.247.7 200930.7 3.71 2.98 2.39 2.398 201032.4 4.21 3.330.72 2.798.6 201134.8 4.71 3.830.70 2.788 201236.5 4.99 3.890.87 3.249.1 201338.5 5.43 4.250.92 3.469.8 201442.6 5.65 4.23 1.06 4.410.3 201540--0.93 4.812 202048--- 6.7515 203048---9.620
图1热泵作为可再生能源的贡献率
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