建筑脱碳：电热泵如何帮助减少碳排放

建筑是碳排放的一个重要贡献者。随着整体经济向净零转型，各种利益相关者都在推动建设脱碳建筑——无论是已经做出净零承诺 的房地产投资者 ，制定排放限制的政策制定者，还是寻求更环保空间的租户。电气化空间和水加热系统是减少建筑排放的一种方式，而电热泵技术已经改进并在某些市场具有成本竞争力，已成为一种越来越可行的解决方案。

根据麦肯锡最近关于净零转型的 告，商业和住宅建筑的供暖和烹饪占全球二氧化碳排放量的 6% 。（考虑到总电力消耗的排放量，建筑物的能源使用量约占全球 二氧化碳排放量的 27%。 ) 这些排放主要是由于现场使用石油和天然气等化石燃料。

建筑供暖通常是大规模电气化的一个挑战，因为改造各种各样的现有供暖系统(蒸汽、热水、强制空气等)的成本高、复杂，而且在大多数寒冷的人口集中地区，化石燃料能源的相对成本效益较高。然而，由于操作、设备和安装成本在某些市场上变得更具竞争力，以及热泵技术的发展，电动热泵已经成为建筑脱碳的一种日益有效的方式。

热泵使用制冷剂和电力将室外空气或地面的热量传递到建筑物内部，即使在较低的温度下也是如此。今天的模式比煤气炉效率高 2.2 到 4.5 倍 。如果在全球范围内实施，使用热泵代替传统的锅炉和熔炉每年可以减少全球30亿吨的二氧化碳排放。根据麦肯锡的分析，到2050年，热泵可能占新供暖装置销售的 90% 左右，而今天这一比例为 35%。

麦肯锡的研究表明，不断变化的需求、不断变化的政策格局、某些市场的成本下降以及技术改进都使热泵成为脱碳的有力杠杆。然而，热泵并不是一种万能的解决方案。还有其他选项可以使建筑物的能源使用脱碳，包括使用可再生能源“绿色化”发电、炊具电气化、建筑物围护结构的能效改进以及安装智能建筑控制装置（例如恒温器）。

热泵是仅适用于某些建筑类型的最佳脱碳解决方案。在评估可行性时，建筑物所有者和其他利益相关者通常需要从了解建筑物当前的热分配系统开始（如下表所示）。

例如，强制通风或低温热水分配的建筑物往往是热泵改造的理想选择，因为它们不需要高工作温度。然而，需要高工作温度的分配系统（例如蒸汽）可能对改造没有多大意义。对于某些建筑物和市场而言，与其他低排放选项相比，热泵转换可能非常昂贵，包括混合锅炉系统，其中在电价飙升时启动化石燃料备用（在某些情况下，燃气分配系统可能会继续运行）在停电的情况下提供可靠性和弹性1 ）。依赖区域供热的地区是中央设施脱碳可能比安装单个热泵更具成本效益的市场。

为什么建筑供暖电气化呈上升趋势

随着许多市场的投资者、租户和监管机构要求脱碳，建筑供暖电气化的势头正在加速。作为回应，建筑业主越来越多地探索将热泵作为一种节能、具有成本效益的解决方案。

对热泵的兴趣由以下四个趋势驱动：

不断变化的需求

主要的房地产投资者、贷款机构、物业管理公司和租户已经做出了脱碳承诺，现在需要通过减少建筑的运营排放来实现这一承诺。考虑到空间和水加热是建筑排放的主要因素，电气化代表着实现脱碳目标的重要一步。假设电力来自清洁能源，在可行的情况下，为住宅和商业建筑的空间和水供暖提供电力，可以将这些建筑的供暖排放量较2016年减少 20%。

不断发展的监管

政策制定者，特别是欧洲和美国的政策制定者，开始引入支持建筑脱碳的立法，包括改变建筑规范要求、禁止新建建筑使用化石燃料、排放限制（对违规行为处以罚款）和激励措施。最近监管变化的例子包括：

改善的经济性

与多个市场的化石燃料热源相比，热泵的成本已接近平价。在某些地区，特别是在欧洲，天然气价格上涨以及能源效率的持续提高在某些情况下使热泵具有运营成本优势。

设备和安装成本在历史上一直是热泵应用的最大经济障碍。8 现在，原始设备制造商（包括现在大规模生产空对空热泵的亚洲空调系统制造商）之间日益激烈的竞争导致设备价格下降。在采用更为普遍的市场中，由于技术专业知识的提高，安装的劳动力成本已经下降。例如，根据麦肯锡的分析，在一些北欧国家，安装一个典型的空对空热泵平均需要两个人一个工作日，而欧洲其他国家则需要四到八人一个工作日。

先进技术

技术的发展，包括制冷剂成分和更好的压缩机速度，提高了热泵的效率。麦肯锡的研究发现，平均而言，热泵的效率每年提高约 2%。性能值的冷温度系数上升，一种能源效率的衡量标准，使热泵在一些北欧气候中有效。例如，根据 2014 年的一项研究，大约四分之一的挪威家庭已经使用热泵供暖。

一种方法不能适用于所有项目

虽然热泵提供了一种潜在的脱碳解决方案，但它们目前不能满足每一栋建筑和建筑业主的需求。由于年龄、规模和当前的热量分布等因素，不同类型的建筑的运营可行性和安装成本差异很大。对于建筑业主和其他相关利益相关者来说，灵活地考虑不同的脱碳途径是关键，即使时间很紧(比如满足新的减排目标)。

建筑业主和其他领导人如何为电气化的未来做准备

大规模采用热泵可以受益于多个利益相关者的行动，包括集体和个人的行动。除了政策制定者——他们中的许多人已经采取了措施——建筑业主、热泵制造商、电力公司和投资者都是可能在中短期内帮助加快建筑热脱碳的潜在利益相关者。

业主

在供暖方面，业主可能会面临新的监管准则或租户需求的变化。在某些市场，热泵系统可能具有成本竞争力。通过考虑一些潜在的行动，业主可以主动了解他们的选择和升级计划：

制造商

热泵制造商可以通过多种方式在市场激活和广泛采用中发挥作用，包括：

电力公司

电力公司处于多个利益相关者的交叉点，这些利益相关者将参与大规模采用热泵，并有可能发挥召集或协调作用。更环保的电力是优化热泵作为脱碳战略潜力的关键。传统的电力公司行动可能包括：

投资者

投资者可以帮助制定和跟踪脱碳目标，并可以与相关利益相关者（例如运营商和租户）合作，探索热泵如何帮助实现这些目标。投资者还可以探索不同的电气化融资模式（例如，能源即服务租赁）和相关的能效措施。

此外，仍需要创新来推进电力基础设施和能源管理等领域的建筑脱碳。这些可能是初创企业需要考虑的领域，例如，在风险资本家的支持下。

电气化建筑供暖是实现全球和当地净零目标以及房地产资产脱碳的关键且具有挑战性的一步。这可能需要大量的时间、金钱和计划投资。目前尚不存在一刀切的解决方案，因为完全电气化可能不适合建筑类型或能源输送系统的子集。然而，对于许多建筑类型，电热泵已成为一种可行的脱碳技术，并可以为提高能源效率和减少排放提供途径。