特色:英国的热泵目标只是热空气吗?

我们家庭供暖的方式已经坏了，英国政府有一个计划来解决这个问题:用低碳热泵取代旧的燃气锅炉，到2028年每年安装60万台。

这是一个更广泛的计划的一部分，该计划包括供热和建筑战略，重点是为房屋改造低碳供暖系统，并引入更严格的能效规定。政府希望逐步淘汰燃气锅炉，从2035年起安装的所有新供暖系统都将是低碳的。政府还宣布了到2035年减排78%的具有法律约束力的目标。

这些都是雄心勃勃的目标，如果实现，将是英国向净零过渡的关键部分。早在2019年，英国就成为世界上第一个通过法律要求该国到2050年实现净零排放的主要经济体。

但是，如果热泵要成为供暖的未来，那么需要克服许多障碍。

打好基础

热泵可以被认为是一种反向空调系统。它们从室外提取热量并将其输送到室内。有两种主要类型的热泵:地源，也称为地热，和空气源。

地热热泵是一种闭环系统，它依靠地下聚乙烯管道网络来吸收地面的热量，管道中充满了水和防冻剂的混合物。混合物被压缩在一个热交换器内，热交换器提取热量并将其传递给泵，然后再进入散热器和一个热水缸。

空气源热泵将外界的热量吸收到一种被称为液体制冷剂的化合物中，然后将其压缩，从而提高温度。液体凝结，释放热量，然后转移到加热系统。

地热热泵往往被认为是两者中更好的选择，因为地下的温度波动不像空气中那么大。空气源热泵的供热能力在寒冷的月份更容易下降。

但是地源热泵需要挖沟渠来铺设水平的管道网络或垂直系统的钻孔。后者尤其棘手。首先，房主不仅要有一个花园，还要有一个足够大的花园，可以容纳钻井设备来进行必要的工作。地面条件和地质环境也需要考虑在内。

那些没有自己的绿地的人怎么办?官方数据显示，八分之一的英国家庭没有花园，五分之一的人口住在公寓里。在这种情况下，空气源热泵是理想的。即便如此，当所有物业同时安装热泵系统时，公寓的热泵效果最好。所以，理想情况下，当街区第一次建造或作为改造计划的一部分时。

“毫无疑问，热泵是一种以环保方式为家庭供暖的绝佳解决方案，但安装过程的复杂性意味着它们更适合新建房屋或正在大规模翻修的现有房屋，”博世热工部门伍斯特博世(Worcester Bosch)的技术沟通和产品管理总监马丁·布里奇斯(Martyn Bridges)说。

地源热泵(来源:Shutterstock)

翻新的头痛

他补充道:“还要考虑散热器和管道系统。这些可能需要在旧建筑中更换，因为加热系统需要足够大，才能在热泵的较低温度下运行。”

然后是能源绩效证书(EPC)评级的问题，这是一种用颜色编码的等级，旨在反映一个物业的能源效率，并在a(最高)和G(最低)之间分配一个分数。英国的大多数房产都在D级和G级之间。

自2018年以来，私人租赁房屋的EPC评级必须达到最低e级。去年，政府概述了绿色住宅提案，这意味着到2030年，私人租赁房屋需要升级到C级。抵押贷款机构被要求在其账簿上的所有资产组合中，最低评级为C。“把一个家庭从低频段提升到C级或B级，将花费高达2万英镑。这还不包括安装设备本身的成本，”布里奇斯说。“没有什么实际考虑是不可克服的，它们只会增加成本。”

向电动化的转变

目前，安装热泵的成本在1万英镑左右，尽管空气源热泵的成本略低。政府希望与能源行业合作，到2025年将成本降低25%至50%，到2030年实现与锅炉价格持平。

虽然政府不会强迫人们从旧的供暖系统切换到闪亮的热泵，但它希望通过4.5亿英镑的锅炉升级计划鼓励人们这样做。从今年4月起，英国政府将向住户提供5000英镑的补助，以帮助他们支付更换房屋的费用。但该计划只实施三年，只会为9万户家庭提供财政支持。这几乎不可能对政府每年60万美元的目标造成影响。

阻碍热泵采用的不仅仅是更高的安装成本。热泵依靠电力提供动力。天然气相对于电力的成本更低，这可能会让人们难以摆脱锅炉。虽然热泵已被证明是有效的——它们产生的能量比它们消耗的能量多3到4倍——但天然气在加热方面非常有效。(气候变化委员会提倡混合热泵，也可以在冬季需求高峰时使用天然气)。

施耐德电气(Schneider Electric)家庭和配电部门副总裁尼科•范德默威(Nico van der Merwe)预计，未来10年全球向电气化的过渡将有助于降低电力成本，鼓励采用热泵。能源管理和可持续性方面的创新也至关重要。“这不像用热泵取代燃气锅炉那么简单，”他说。

降低清洁热能的成本

去年10月，政府宣布了一项6000万英镑的创新计划“热泵就绪”，作为其降低清洁供暖成本的努力的一部分。该基金希望投资的领域包括部署高密度热泵系统，例如用于高层建筑，以及提高工程人员的技能和知识转移。

英国可以支持的创新类型的一个例子是瑞典公用事业公司Vattenfall和荷兰供暖供应商Feenstra。双方已经开发了一种高温热泵，他们声称这种热泵不再需要绝缘材料或安装新的散热器。他们计划很快在荷兰推出，并希望在不久的将来进入英国。

荷兰蓝心能源公司是另一个例子。该公司的工程师团队开发了一种热声热泵，可以在充满氦气的电路中产生声波，然后将气体转移到热交换器中。这项技术消除了对制冷剂和相关法规的需求，理论上意味着它的制造更容易。该公司希望在2023年将其推向大众市场。

最终，规模经济将会胜出。即使市场上出现了比地热和空气源热泵效率更高的创新产品，如果消费者和制造业的需求不存在，它们也不会起飞。

布里奇斯说，如今市场上的热泵可能并不便宜，但它们是批量销售的，使用大量采购的部件，这降低了制造成本。

Bridges补充说，安装仍然是降低热泵成本的关键驱动因素。没有足够的受过培训的技术人员来安装热泵。据英国天然气所有者森特利克公司(Centrica)估计，英国目前有3000到4000名工人，但如果英国要实现其脱碳目标，就需要提高多达4万名工人的技能。随着越来越多的人在热泵安装方面接受培训并积累经验，这将减少安装时间和成本。

布里奇斯说:“如果不采取措施进行创新和培训员工，热泵总是会比安装锅炉更昂贵。”

学习经验教训

随着英国逐渐向其清洁能源目标迈进，政府最好还是看看其他国家的表现。

去年，苏塞克斯大学商学院高级研究员、苏塞克斯能源集团联合董事玛丽·马蒂斯卡宁博士探讨了为什么芬兰比英国更广泛地采用热泵。

造成这种情况的原因包括房屋存量较老，以及缺乏鼓励在新建建筑中使用热泵的立法，Martiskainen说。公用事业公司向消费者推广热泵的努力也很有限。

她补充说:“芬兰对天然气的依赖程度要低得多，而且政策支持逐步淘汰化石燃料供暖，为安装设备提供税收减免。”热泵爱好者相互联系并分享他们的经验，鼓励采用。

那么，英国能从芬兰的做法中学到什么呢?

她说:“如果英国希望在2028年之前接近每年60万台的目标，就需要长期的政策支持、强大的安装链，以及能够教育公众了解热泵好处的有影响力的人。”

---

想要最好的工程故事直接发送到您的收件箱?专业工程通讯为您提供最前沿的工程和令人兴奋的新工作机会的重要更新。要注册，请单击在这里．

专业工程发布的内容不一定代表机械工程师协会的观点。万博manbetx网址