熱泵具有有償和節能兩個特征。從有償特征看,根據熱力學第二定律,熱能無法自發地、無代價地由低溫物體轉移至高溫物體。因此熱泵進行“熱能搬運工作”需要先輸入一部分熱能(通常為易被利用的高位能,如電能)用于啟動。從節能特征看,熱泵以少量的熱能(1 單位易被利用的高位能)啟動裝置,從而獲取空氣、土壤或水中的大量熱能(3-5 單位難被利用的低位能)。在提供等量熱能的前提下,熱泵能耗成本約為燃煤的 15%-20%,純電能的 25%-30%、燃油/燃氣的 30%-50%、常規太陽能的 60%-70%。
熱泵按低位能來源,可分為空氣源熱泵、地源熱泵和水源熱泵,空氣源熱泵為主流。據《中國熱泵產業發展報告(2022)》統計,2021 年中國熱泵行業銷額規模為 248.2 億元,其中空氣源熱泵銷額規模為 227.1 億元,占比達 91.50%。相比空氣源熱泵,地源熱泵與水源熱泵雖在部分體驗上具有優勢(如噪音、除霜等),但經濟和環境問題較為突出,體現在:1)經濟不友好,設計、建造以及維修成本較高。如為保證傳熱性能,地源熱泵埋管占地面積和深度大,短期設計建造難,長期維修難且不利土地未來開發。再如水源熱泵需充分調查水源狀況且取水構筑物復雜。2)環境不友好,存在引發次生環境問題的隱患。如水源熱泵若利用地下水,則需考慮回灌困難的問題。
歐洲市場:熱泵產品主要用于替換原有的燃氣壁掛爐,補貼加持下一般不到 3 年便可回本。我們以德國采暖市場為例進行測算,基于 AG Energiebilanzen 估算的德國每戶家庭年供熱耗能為 14644kwh 以及補貼為安裝費用的 45%,假設熱泵設備效率為 400%、燃氣壁爐設備效率為 92%、年資本成本為 6%。其中,電價取過去 12 個月的平均電價,天然氣價格則基于目前現價,分高、中、低三種情況進行測算。假設未來德國天然氣價格分別維持在 2.5 /2.0 /1.4 歐元/Nm3時,采用熱泵采暖的投資回收年限分別為 2.0/2.9 /6.4 年。