日前，由中国建筑科学研究院联合清华大学、北京工业大学等单位共同承担的住房和城乡建设部科学技术计划项目——北方建筑热泵供暖关键技术研究与规模化应用验收会在京举行，经质询并讨论，验收委员会一致同意项目通过验收。“项目多项成果填补了国内外空白，在热泵供暖领域达到了国际领先水平。”北京市建筑设计研究院教授级高工吴德绳在验收会上说。
热泵供暖在北方地区清洁取暖的过程中将扮演什么角色?还有哪些难题待解?带着这些问题，记者进行了采访。
热源紧缺催生机遇
业内人士指出，我国供暖能源结构急需调整，热源燃煤热电联产占48%，燃煤锅炉占33%。 截至2016年，我国清洁取暖面积69亿平方米，清洁取暖率34%，还有66%需要改造或替代。
最新数据显示，北方地区占全国总面积的59.8%，集中供暖面积从2007年29.2亿平方米增加到2017年81.6亿立方米，而全国338个地级以上城市空气质量达标比例仅为29.3%，采暖季主要污染物排放量较非采暖季增加30%左右。
北方地区冬季供暖是大气污染治理的“重灾区”，“煤改气”和“煤改电”成为清洁取暖的有力抓手。但是入冬以来，天然气价格仍不断上涨，加之天然气在我国是稀缺资源，据统计，每年进口量占国际天然气贸易总额的40%，用其充当大体量的热源并不可行。
因此，很多地区更加倾向于“电代煤”，以节能环保的空气能热泵来取代燃煤采暖，如北京、天津、山西等地，安装空气能热泵的家庭不在少数。“自从安装了热泵，家里再也没煤灰了，干净了很多，而且政府补贴力度大，与烧煤采暖的费用相比高不了多少。”家住海淀上庄镇西闸村的村民告诉记者。
2017年住建部等四部共同印发《关于推进北方采暖地区清洁取暖的指导意见》，明确提出“在电力资源充足的地区，优先发展用户终端电供暖方式，综合运用各类热泵、高效电锅炉等多种方式推进电供暖，积极发展电供暖与蓄热相结合的供暖方式”。
“我国气候特点和能源结构决定了‘空气源热泵’和‘地源热泵’成为热泵供暖的主要形式。2018年空气源热泵占热泵供暖面积的37.6%，2017-2018年空气源热泵年平均增长率为25%。” 中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院院长徐伟告诉记者。
热泵供暖优势明显
据公开信息显示，西安市新增清洁供暖面积2万多平方米，其中热泵供暖占比达18.5%;淄博市农村地区共计35.9万户改造，其中热泵占比约41.2%;鹤壁市农村地区热源清洁化主要技术路线是空气源热泵，占比约85%;菏泽市完成改造面积约6000万平方米，空气源热泵占比约34.9%……
热泵成为非煤热源的重要方式，特别是在近两年得到推广应用。2016年北方地区建筑供暖面积约206亿立方米，各类热源中，热泵供暖约6.7亿平方米，占总供暖面积的3.3%，占非煤热源的19.4%;2017-2018年热泵新增2.08亿平方米，在新增非煤、非天然气热源中比重高达60%。
徐伟告诉记者：“在北方大规模实施空气源热泵供暖达到了供暖效果，运行费用较低，且空气源热泵系统运行性能良好。以山东省济宁市文化中心热泵项目为例，热泵占系统全年能耗的67%，冬季供暖运行电费占全年运行电费的67%。相比燃气锅炉，每年可减排二氧化碳7400多吨、二氧化硫54.86吨、烟尘27.43吨。”
“上述这些工程都是本课题的相关成果，此外还有北京大兴国际机场、门头沟妙峰山村、北京雁栖湖国际会展中心等，我们也参与制定了国家热泵供暖政策，助推热泵规模化应用。十三五期间，我国热泵规模化应用预计达到650万户，到2030年预计热泵规模化应用将达到20亿平方米,将形成约400亿元的经济规模，估算PM2.5每立方米浓度下降1.9微克。”
规模化发展有障碍
随着能源结构的调整，清洁取暖强势推进以及居民消费能力的提升，城镇地区和农村地区热泵借势快速发展，热泵应用空间不断扩大，热泵供暖优势也愈发明显。未来，北方地区热泵供暖将从补充方式发展为主导方式之一，但目前，热泵的发展仍存在不少掣肘。
我国北方地区农宅建筑体量大、保温性能差、供暖能耗高，导致应用热泵的初始投资和运行成本高，制约了热泵技术在北方地区的发展。据徐伟称，根据24个省、109个县、340个村、1209份农户调查表的典型村镇地区建筑用能方式显示，农房单位面积耗热量损失是城市的3倍，80%以上的房屋建筑无保温，每户供暖年耗煤量约1-3万吨，60%的农户年耗电量在500-1500千瓦时。
低温是空气源热泵的“克星”。公开数据显示，低温导致制热能效比下降24%，制热量衰减55%。此外，空气源热泵在冬季运行时导致不除霜和误除霜。结霜问题使机组制热能效比下降35%以上，供热能力下降30%-50%，排气温度过高，造成超压保护;同时，“无霜除霜”频发，测试结果表示，北京地区3200多次的除霜中约70%为无霜除霜。
地源热泵也存在一些问题。由于地理管换热系统性能不高，造成地源热泵系统能效多，钻孔数目多，初期投资难以估算，现阶段施工过程中多采用原浆回填，回填材料的热阻无法改造。
“该项目在国际上首次建立空气源热泵最佳除霜点理论和计算模型，研发了高效地埋管换热器，并在国内首次建立了城市级热泵供暖监测平台，首次明确了不同气候区空气源热泵的测试工况和性能要求。技术难题最终会被攻克，热泵供暖规模化发展是大势所趋。” 徐伟说。
