RMI-中国长三角地区零碳家庭供暖：热泵作为核心解决方案（英译中）

∧RMI中国长三角地区的零碳家庭供暖热泵作为核心解决方案保清洁，繁荣，零碳的未来。我们在世界上最关键的地区工作，并与企业，政策制定者，社区和非政府组织合作，rmi.org/2rmi.org/2Authors一汉郝欣欣其他贡献者联系人版权和引文rmi.org/3rmi.org/3缩写中国长三角地区迫切需要更好和更零度碳加热长三角地区家庭供暖面临的挑战家用暖气的发展趋势分布式家庭供暖系统的比较分析长江三角洲地区YRD地区主要的分布式家庭供暖设备多维比较Conclusions长三角地区规模化热泵的零碳途径23在YRD地区推广热泵的主要挑战与建议主要挑战建议中国及其他地区的热泵附录A：建筑模拟输入参数附录B：经济分析的概念和假设尾注rmi.org/4ASHPEFHGSHPHPFH迷你拆分PERHWSHPYRDrmi.org/5rmirmi.org/6空间供暖提高了人们的生活质量，但也是能源消耗和碳排放的主要来源。2021年，空间供暖和生活热水占全球最终能源消耗的近15%，导致约24.5亿吨二氧化碳排放量。鉴于全球人口的增长和生活水平的提高，建筑供暖面积预计将在2021年至2030年间增加12%。1由于供暖所需的能源主要由天然气等化石燃料提供，因此受热面在我国,北方地区的居民都有政府提供的区域供热服务,而我国南方地区的居民在供热设施方面还存在明显的不足,气候变化导致的极端天气频发。i这些变化，加上经济快速增长带来的更高的生活水平，意味着中国南方冬季更迫切需要为室内环境提供有效的供暖设施。根据中国雄心勃勃的气候目标，各省已开始制定计划，以实现自己的碳峰附件1:长江三角洲地区的位置i与2021年2月德克萨斯州毁灭性的寒潮类似，上海2021年1月前10天的平均气温达到1.2°C，是1987年以来的最低气温。长江三角洲（YRD）地区是位于中国东部沿海地区长江下游的三角形都市圈（见图表1，第6页）。它的总面积为35.8万平方公里，大约相当于德国的大小，涵盖了上海以及江苏，浙江和安徽等省。总结YRD区域基本信息的快照显示在图表2中。YRD地区作为中国南方地区人口最稠密、经济最发达的城市群之一，具有典型的气候特征，最有潜力探索零碳供热途径，成为中国南方其他地区的榜样。由于YRD地区缺乏足够的供暖设施，冬季室内环境不佳，迫切需要对家庭供暖系统进行改进。尽管冬季的室外温度不如北方的低（请参阅图表3，第8页但高空气湿度使人们在冬季感觉明显更冷。ii然而,目前在YRD区域中使用的大多数家庭加热设备,主要是无管迷你分体式系统空调(迷你分体式)和小电阻加热器,不足以创造舒适的室内热环境。人口人口：2.18亿（2020年） GDP:36700亿美元（2020年）气候:o根据柯本气候分类的潮湿亚热带气候住宅建筑类型：YRD地区的大多数居民都住在高层公寓中。家庭供暖系统：o分布式家庭供暖系统（由房主或房地产开发商安装在公寓中的设备或系统）是YRD地区的常态。(区域供暖是中国北方的主要供暖方式。）o超过60％的居民在冬季使用微型分离器（具有加热功能）进行空间加热，小型电阻加热器也被广ii寒冷天气下的高空气湿度会增加身体的热传导，并削弱衣服的绝缘质量。rmi.org/7附件3:上海的平均每小时气温YRD地区先进的经济发展为升级家庭供暖系统奠定了基础。YRD地区是中国最大的经济中心，对全国GDP的贡献超过24％。2021年，人均可支配收入达到每年7,350美元（每年49,000人民币），是全国平均水平的1.5倍。YRD地区的居民能够并愿意为更好的家庭供暖系统付费。YRD地区人口超过2亿，占中国人口的15是世界上人零碳家庭供暖的发展对于YRD地区的零碳转型至关重要。作为中国的经济中心和全球制造业中心之一，该地区具有高消费和高比例的化石能源，其中大部分是从中国其他地区进口的。YRD地区最终能源消费量占全国总量的17%，化石能源占能源消费总量的89.4%。YRD地区家庭供暖的快速发展必然导致能源需求的加速增长。要实现区域零碳转型，发展YRD地区的零碳供热至关重要。简而言之，YRD地区结合了收入增加，缺乏供暖设施以及对更好的家庭供暖系统的强烈渴望。YRD地区发展零碳家庭供暖路径至关重要，这不仅有助于区域零碳能源转型，也为中国南方其他省份和全球气候特征相似的地区树立了良好的榜样。rmi.org/8住宅建筑面积（十亿米住宅建筑面积（十亿米)家用暖气的发展趋势显然，在极端天气频繁，对更好的室内环境的需求增加以及人口涌入等多种因素的推动下，YRD地区的家庭供暖正在快速增长。供暖设施正在成为所有新建筑的标准，现有建筑的居民越来越多地购买新的供暖设备。在YRD地区，单独的家庭加热设备而不是区域加热系统将继续成为主要方法。iii图4说明了YRD地区家庭供暖的发附件4:YRD地区家庭供暖发展趋势（2020-2060） Year待建房屋没有暖气的房屋没有暖气的房屋带暖气的房屋系统升级系统升级2020年至2030年在短期内（2020-2030年YRD地区的住宅建筑建筑面积预计将增加25亿m2，目前住宅建筑面积的20%。超过2000万居民，目前没有家庭供暖系统，将配备新的供暖设施。到2030年，YRD地区将增加超过5亿千焦耳的供暖需求，相当于2020年总供暖需求的40%。iv用于新建筑物和目前没有供暖的现有房屋的家庭供暖设备对增长贡献最大。从长远来看（2030-2060年随着新建筑的建设高峰和现有建筑的改造加速，现有住宅建筑中加热装置的升级将为加热装置的购买创造主要动力。根据RMI的预测，约100亿m2住宅建筑面积有望通过升级家庭供暖iii多项研究表明，由于基础设施建设所需的高投资和对化石能源的强烈依赖，集中供热对于中国南方的大规模开发既不具有成本效益，也不具有能源效率。iv加热需求是指在冬季保持舒适的室内热环境所需的热量。rmi.org/9挑战1：化石燃料加热设备是YRD市场上的普遍产品根据RMI的研究，供暖设施已成为YRD地区新建住宅的标准。燃气锅炉很普遍，这些新建的住宅建筑中约有80%使用燃气锅炉。在现有的住宅建筑中，越来越多的居民正在使用燃气锅炉升级他们的家庭供暖。天然气设备的广泛使用将给YRD地区的能源供应稳定性和省级气候目标带来挑战。施“煤炭转换”政策，天然气需求也在增加v。YRD地区大规模使用燃气供暖将因此加剧国内燃气供此外，天然气设备的应用越来越多，将导致建筑业更直接的二氧化碳排放。如果目前YRD家庭供暖中的天然气占主导地位的趋势继续下去，那么住宅建筑的排放量将增加，到2030年，住宅使用燃气导致建筑物的直接二氧化碳排放量将达到5600万吨。从长远来看，从2060年的角度来看，如果建筑围护结构保持在目前的效率水平，由燃气设备在家庭取暖造成的二氧化碳排放量将急剧增加到1.2亿吨。如果对建筑围护结构进行翻新，则可以显着减少建筑物的供暖需求，到2060年，使用燃气设备将导致4,500万吨二氧化碳排放量。因此，建筑物仍然是实现区域气候目标的巨大障碍。挑战2：加热设施具有锁定效果供暖设施的锁定效应意味着采用某种类型的供暖设施(如燃气锅炉、热泵或区域供热系统)将导致此类设备长期使用加热装置使用寿命内能耗和碳排放的锁定：加热装置的使用寿命一般为10年,一旦采用加热装置,能源使用和CO2排放将基本固定十年,电加热装置的CO2排放可能会随着电网的脱碳而减少,但燃气锅炉在整个使用寿命内会造成高加热路径的锁定意味着由于产品意识的提高，相应的政策支持和基础设施的发展，大规模采用一种供暖设施将导致路径依赖。路径依赖性还将增加切换到另一加热路径的成本。例如，燃气锅炉的大规模采用将导致燃气基础设施和服务的扩展，燃气锅炉成本的降低，更多的配套政策以及更高的产品认知度。这些事情反过来将使燃气锅炉在几十年内主导供暖市场，加剧对能源供应和区域碳中和目标的负面影响。综上所述，在当前YRD地区家庭供暖需求快速增长的趋势下，燃气锅炉的广泛应用及其锁定效应将给当地能源供应和区域气候目标带来挑战。由于在YRD地区，家庭供暖的发展仍处于初期阶段，因此开发和推广节能低碳的供暖设备将是应对这一挑战的关键。rmi.org/10rmi.org/10YRD地区分布式家庭供暖系统对比分析理想情况下，家庭供暖系统应该能够提供安全健康的室内环境，同时减少温室气体排放和成本。但是，由于缺乏能效标签等统一的评估方法，消费者（包括房主和房地产公司）和相关政策制定者很难从市场上多样化的产品中选择最合适的家庭供暖系统。拥有一套统一的标准对于比较和评估YRD地区主要的分布式家庭供暖系统至关重要。在本节中，我们介绍了最典型的家庭供暖系统及其在YRD地区的典型应用场景，然后从多个维度对家庭供暖系统进行了彻底的比较。YRD地区主要的分布式家庭供暖设备分布式加热（也称为分散加热）是指每个家庭都配备了一个或多个加热装置。如上所述,分布式加热目前是并且将继续是YRD区域中最常见的加热方式。分布式供暖有多种形式，包括热泵循环地板采暖（HPFH）系统，微型分离器，电阻加热器，电地板加热器和燃气锅炉。其中，HPFH系统和微型分离器都属于热泵类别，其工作原理与其他加热装置有根本的不同。热泵热泵是一种可以通过将热量（热能）从低温物体传递到高温物体来加热建筑物（或建筑物的将其他形式的能量转化为热能的传统家庭供暖系统不同，热泵主要通过在环境中输送现有的热能来产生热量。其工·能够从低温热源吸收热量：低温热源是热泵工作的必要条件,其能够实现从低温侧向高温侧输送热量的功能。热泵的能量效率受热源温度的影响。使用环境空气作为热源的空气源热泵（ASHP）是最常见的热泵型号；其他类型包括地源热泵（GSHP）和水源热泵（WSHP）。·要求输入能量作为驱动能量：类似于水泵利用电能将水从低位置运送到高位置，热泵需要输入能量（通常是电力）将热量从低温侧传递到高温侧。燃气热泵可以由燃气发动机驱动，吸收式热泵需要外部（高级）热源作为驱动器。·具有高能效：尽管热泵是由电力输入驱动的，但热泵产生的热量（到高温侧）主要来自从低温侧吸收的热量。通常，1kWh的电力输入可以产生3kWh或更多的热量（即热泵从低温热源吸收2kWh或更多的热能从而使热泵的加热效率高。rmi.org/11·既能加热又能冷却:热泵从低温侧转移到高温侧，高温侧变热，低温侧变冷。因此，热泵也可以用于夏季的空热泵通常用于建筑物中的空间和水加热。在不同类型的热泵(ASHP、GSHP、WSHP)中，ASHP由于其易于安装而成为使用最广泛的热泵。在本报告中，我们重点介绍了用于住宅建筑的ASHP。在YRD地区，HPFH系统和迷你分体是住宅建筑中使用的两种最常见的ASHP类型。附件5:热泵工作原理简化示意图电力输入吸收热量热量释放吸收热量热源热源热泵循环地板采暖系统热泵循环地板加热系统或HPFH系统是YRD地区的新兴加热方法。HPFH系统是一种空气-水热泵。图表6（第13页）提供了这种加热系统的简化图。在夏季，当系统处于制冷模式时，热泵产生的冷水（或制冷剂）被送到室内风扇盘管单元以冷却室内空气。在冬季，在供暖模式下，热泵产生的热水被送到地板供暖系统。Therisaotherformofair-to-waterheatheatchpmpiwhwhichheatheatchpmsesthhotwatertogetheradiatorsistalledieachheatigroom.在YRD地区，由于HPFH系统能够提供更大的室内舒适度，因此地板采暖比可以与热泵单元耦合的其他形式更受欢迎。此外，地板采暖的采暖热水供应温度通常为35°C-40°C，低于散热器的温度（通常为50°C）。较低的供水温度将进一步提高热泵系统的能源效率。rmi.org/12附件6:HPFH系统简化系统图室内冷却端子（风机盘管）室外机室内加热终端（循环地板采暖，供水温度35°C-40ºC）Mini-split微型分体式指兼具制冷和制热功能的空调设备。它有两个主要组成部分，室外机和室内空气处理单元。作为一种空气对空气热泵，微型分体式单元直接加热空气并将其送入房间。在YRD地区，微型分体主要设计用于夏季的制冷模式；因此，它们通常不适合在极端寒冷的天气条件下加热使用（实际上，有新兴的微型分体产品是专门为极端寒冷地区设计的，但它们不是本研究的重点）。微型接头通常还配备有补充电阻加热元件，以便能够提供足够的热量，因此它们的能量效率低于HPFH系统的能量效率。还有其他类型的空气对空气热泵，例如管道式热泵；但是，这些类型在YRD地区的住宅建筑中很少见到。因此，我们的研究集中在微型分体式单元上，该单元通常仅满足单个房间的供暖需求。其他常见的分布式加热装置燃气锅炉燃气锅炉燃烧天然气来加热用于集中供热或热水通常与地板供暖系统（在新建筑物中）和散热器（在现有建筑物的改造中）连接。为了与HPFH系统具有更好的可比性，带有地板加热系统的燃气锅炉是本研究的重点。燃气锅炉燃烧化石燃料以产生热量，导致建筑物中的直接碳排放比电加热设备产生的更多。此外，燃气锅炉只能提供加热；需要额外的设备进行冷却。电地暖系统电地暖(EFH)系统是一种新型地暖。与上述使用热水作为热介质的地板加热系统不同，EFH系统使用铺设在地板下方的加热电缆来加热房间。与水基地板采暖系统相比，EFH系统具有快速响应（即能够快速加热空间）且易于维护。然而,EFH系统通常比热泵系统更昂贵且更耗能。对于YRD住宅建筑，EFH系统使用的电力大约是热泵rmi.org/13热泵循环地板采暖典型的建筑围护结构符合能量代码的包络露先进的建筑围护结构大(3b2b,108米)小(2b1b,70米)热泵循环地板采暖典型的建筑围护结构符合能量代码的包络露先进的建筑围护结构大(3b2b,108米)小(2b1b,70米)底层中间楼层顶楼燃气锅炉地板采暖Mini-split便携式电阻加热器便携式电阻加热器多维比较为了评估和比较YRD地区上述五种典型的家庭供暖系统，我们首先定义了该地区典型的54种家庭供暖方案，然后对1年的空间供暖能源使用进行建模，以确定碳排放量和10年的净成本。组成54种方案的变量如图表7所示。鉴于住宅建筑的供暖需求主要由地理位置、建筑围护结构、楼层水平和公寓面积决定，我们选择了与这些变量相关的参数来定义YRD地区最典型的家庭供暖方案。对于地理位置，我们选择了三个城市-江苏省的徐州，上海市和浙江省的温州-分别代表YRD地区的寒冷，温和和温暖的冬季气选择典型的建筑围护结构，符合能源法规的建筑围护结构和增强围护结构分别代表不良，正常和出色的建筑隔热条件（每个围护结构的参数在附录A中列出）。此外，楼层和公寓面积对建筑物的供暖需求也有影响。在这项研究中，选择了底层，中层和顶层作为变量，并考虑了YRD地区最常见的两种公寓尺寸（请参阅附录A除了碳排放和经济性之外，我们还考虑了与用户体验密切相关的其他因素，例如提供室内热舒适性的能力以及安装和维护的复杂性，从而能够更全面地分析五种加热系统类型的优缺点。附件7:YRD地区家庭供暖场景特征徐州上海温州rmi.org/14rmi.org/14CO2排放比较用于家庭供暖的热泵的碳排放量在所有用于家庭供暖的热泵的碳排放量在所有54种方案中最低;累积的二氧化碳排放量比竞争对手在10年寿命内产生的排放量少30%-70%。此外，与燃气锅炉相比，热泵可以进一步降低家庭供暖的二氧化碳排放量，因为电网变得更加绿vii家庭供暖直接和间接地导致二氧化碳排放。燃气锅炉燃烧天然气vii图表8显示了不同城市和公寓规模的五种典型家庭供暖系统的10年累积二氧化碳排放量比较。围护结构和地板的影响由展览中的误差条（条上的垂直线）表示。家庭供暖的二氧化碳排放量受到位置和公寓面积的强烈影响：较大的公寓面积和较冷的气候导致家庭供暖引起的二氧化碳排放量显着增加。然而，在所有建模的场景中，热泵（包括由于HPFH系统的高能效，HPFH系统的CO2排放量在五种典型的供暖系统中最低。以徐州的一间大型公寓为例,使用HPFH系统的家庭供暖仅产生了燃气锅炉地板供暖系统的70％的CO2排放量，而电地板供暖系统的CO2排放量约为30而电地板供暖系统的CO最高2由于该系统的低效率排放。附件8:按公寓面积和城市划分的各种家庭供暖系统的10年累积二氧化碳排放量viiCO在这项研究中，家庭供暖系统的排放量是在假设室内整个家庭的温度在冬天保持在18°C。viiiCO每千瓦时发电量排放量(千克CO/kWh)。本研究使用区域平均碳强度。rmi.org/15rmi.org/15图表9显示了从2020年到2060年各种家庭供暖系统的年度二氧化碳排放量，其中考虑了电网的脱碳。2020年,即使在YRD地区目前的电网碳强度下，HPFH系统的CO2排放量也低于燃气锅炉。随着电网的快速脱碳，HPFH系统在减排方面的优势将更加突出；一旦建筑物使用零碳电力，它们将在2060年实现净零。ix平均而言,与燃气锅炉加热相比，HPFH系统可以减少50％以上的CO2排放。与电地暖和电阻加热器相比，节省的费用甚至更高。附件9:考虑到2020年至2060年电网的脱碳，使用各种家庭供暖系统进行家庭供暖的年CO2排放量1010年累计CO排放量（CO吨)便携式电阻加热器电<unk>或加热热泵碳强度(kgCO/kWh)较高的前期成本使得较高的前期成本使得HPFH系统在YRD地区的成本竞争力下降。为了评估各种家庭供暖系统的成本效益，我们计算并比较了五个不同家庭供暖系统在预定义的54个家庭供暖系统中的生命周期成本。生命周期成本包括资本成本，运营成本（冬季家庭供暖系统的能源费用维护成本和设备本研究中使用的每个成本的定义和假设出现在附录B中。为了进行比较，在本研究中，生命周期成本以10年ix鉴于分布式太阳能光伏板（PV如屋顶PV）在建筑领域的快速部署，我们预测到2060年建筑物中使用的电力将变为零碳。x现值是未来现金流量转换为现值的价值。整个生命周期内所有现金流量的总现值为净现值。rmi.org/16小型公寓0燃气锅炉地板采暖迷你拆分便携式电阻加热器热泵循环地板采暖电地暖小型公寓0燃气锅炉地板采暖迷你拆分便携式电阻加热器热泵循环地板采暖电地暖热泵的成本效益随着加热需求的增加而提高。由于小型分块已经在所有比较系统中显示出最种地板采暖系统（HPFH，燃气锅炉地板rmi.org/17（温暖）（较冷）（温暖）（较冷）典型信封3层（中层）小型公寓大公寓0附件11:在需求最低和最高的情况下，等效年成本的比较0热泵循环地板采暖燃气锅炉地板采暖热泵具有相当低的运行成本;然而,总体成本效益主要由其前期成本决定。在所有分析的家庭供暖系统中，HPFH系统的运行成本最低。However,theoperatigcostsavigsareabletooffsetthehgepre-frotcostdifferece,resltigiaoverallhigherlife-cyclecostforaHPFHsystemcomparterswithitscompetitors(seeExhibit12).迷你分水岭享有低运营成本和低前期成本，使其成为YRD地区最具成本效益的家庭供暖系统。附件12：五种家庭供暖系统的生命周期成本分解前期成本rmi.org/18rmi.org/18-10%100%增加0%增加50%30%40%50%-10%100%增加0%增加50%30%40%50%为了进一步阐明为什么HPFH系统的成本高于其竞争对手以及如何提高其成本效益，我们进行了敏感性分析(见附件13）。它考虑了诸如前期成本、电价、折现率和热泵效率等因素对HPFH系统生命周期成本的潜在影响。主要发现如下：·HPFH（包括室外机和室内系统）的前期成本对生命周期成本效益的影响最大，室外机价格的影响超过室内系统的影响。附件13:当选定变量增加时，等效年成本的变化（在上海典型建筑围护结构的大型公寓的情况下）前期成本:热泵室内系统前期成本:热泵室外机山谷电费峰值电费折扣率热泵COP（不现实）20%xi贴现率用贴现现金流表示货币的时间价值。rmi.org/19rmi.org/19舒适与健康HPFH系统是考虑到温度、湿度、噪声和空气质量的最健康、最舒适的供暖选择。HPFH系统、燃气锅炉地暖、EFH可以提供更均匀的温度分布、更好的湿度水平和更好的供暖舒适度。HPFH系统还可以提供比燃气锅炉地暖更好的室内空气质量。温度、湿度和噪声是影响室内舒适度的最关键因素。在冬季室内舒适度方面，我们考虑了这三个因素来评估家庭供暖系统的性能。还需要考虑室内空气质量（包括过敏原，灰尘和CO2浓度等因素），因为它不仅影响室内舒适度，而且影响居住者的健康。供暖系统的传热方式对上述因素有重要影响。在五种常见的分布式家庭供暖系统中，HPFH系统、燃气锅炉地板加热器和EFH系统通过地板加热来加热空间，而迷你分水岭使用强制空气系统。以下各节将比较和评估不同家庭供暖系统对舒适和健康的影响。温度分布对室内舒适度非常重要。图表14比较了强制空气系统（通过微型分离器应用）和地板加热附件14：微型分体和地板采暖的舒适度比较强制空气系统强制空气系统(小型分体)2.7m地板采暖（HPFH等）2.7m酷冷xii许多微型分体制造商一直在努力开发更先进的微型分体产品，这些产品能够提供更高的室内舒适度（例如，通过调整气流模式）。然而，最典型的迷你分割YRD市场目前仍面临室内不适的问题。rmi.org/20rmi.org/20在湿度方面,典型的现有家庭供暖系统不能在加热模式下调节室内湿度。此外,微型分离器通常会导致室内干燥。这提供了朝向乘员头部的强气流,并且加速了空气中的水分和来自皮肤的水分的噪音是另一个重要的考虑因素。Hydroic地板采暖和电阻加热器安静地运行，避免了迷你分裂空气供应产生的噪音。类似地,EFH系统非常安静。相比之下，HPFH系统的室外单元和燃这些设备通常安装在远离卧室和客厅的地方（产生噪音的热引入新鲜空气是改善室内空气质量的重要措施。目前，大多数区域级家庭供暖系统没有新鲜空气系统。新鲜空气通过渗透和打开窗户进入，这不仅不足，而且还引入了室外污染物。一些更先进的HPFH系统可以配备机械通风模块，可以帮助改善室内空气质量。配备过滤器（HEPA/MERV）装置的机械通风系统可有效过滤室外空气污染物。更精确的机械控制可以确保充足的新鲜空气。各种分布式家庭供暖系统在舒适和健康方面的优缺点如图表15所示。比较尺寸Mini-SplitHPFH系统燃气锅炉EFHPERH温度湿度附件15:不同温度湿度噪声噪声可能导致温度分布不均；可能导致温度分布不均；吹气的感觉也可能导致舒适度差某些型号可能会提供新鲜空某些型号可能会提供新鲜空气，从而改善室内空气质量低噪音音低噪音音温度分布不均导致舒适度差温度分布不均导致舒适度差低噪音低噪音rmi.org/21rmi.org/21其他尺寸易于安装和与未来能源系统的兼容性也是选择家庭供暖系统的重要因素。除了上述三个主要比较维度(CO2排放、经易于安装Hydroic地板采暖很难安装。燃气锅炉地板加热器、HPFH系统、EFH系统的安装包括在地板下铺设管道或加热电缆和配套设施，大大增加了施工的复杂性，这将在一定程度上影响用户的选择。较小的电器，如微型分离器和电阻加热器，安装起来明显更容易，特别是在现有的建筑物中，用户可能会选择“即插即用”类型的加热系统，而不需要改造他们的房屋。此外，HPFH系统通常需要大量的室外单元，由于空间和结构的限制，无法将其安装在YRD地区的旧住宅建筑中。与电力系统的兼容性在通往未来零碳能源系统的道路上，电气化被认为是最可行和最有效的方法门可以被认为更容易电气化，因为电气化设备已经可以在市场上作为燃气锅炉/炉YRD地区所有供热系统的电气化将导致地区用电量和峰值电力负荷的大幅增加，从而导致间接碳排放的增加，对电网的稳定运行提出挑战。为了解决这个问题，使用高效的热泵将导致较低的电力需求并提供相同的热量，从而与效率较低的电阻加热器和EFH系统相比，对电力系统的影响较小。此外，考虑到可再生能源发电（如太阳能光伏和风能）在电力系统中的份额不断增加，提高电力系统的灵活性变得至关重要。与在供应侧部署更多的能量存储设施(例如电池存储)相比,需求响应通常是提供灵活性的更经济的方法。在HPFH系统中，地板还可以用作热量存储并降低电网的电力峰值。这可以通过在电力需求的高峰时段之前或当可再生发电充足时运行循环系统,然后在需要时释放存储的热能来实现。以这种方式,可以在不牺牲室内舒适度的情况下以非常低的成本实现需求侧负荷管理(负荷转移)。利用热泵对需求侧负荷的转移和调整已成为近年来的研究热点之一。研究表明，通过在热泵系统中安装额外的热缓冲，可以实现长达六个小时的负荷转移。7改造旧建筑围护结构和采用热泵技术提供的灵活性可以大大降低为新电力系统安装所需储能的成本。8rmi.org/22Conclusions我们比较了YRD地区五种常用的家庭供暖系系统的多维比较o对室内舒适度相对不敏感的用户：微型分离器和电阻加热器是用户使用的两种家庭供暖系统，他们对室内舒适度不太敏感。电阻加热器相对便宜，更灵活；然而，由于能源效率低，它们不适合用作主要的家庭供o对室内舒适度有较高要求的用户：对舒适性要求较高的用户更倾向于选择辐射家庭供暖系统(HPFH系统、燃气锅炉、电地板加热器)，而HPFH系统是最佳选择。HPFH系统在节能和减少碳排放方面具有显着的优势，HPFH系统比其他两种地板采暖系统提供了更好的室内热环境，因为它们可以同时提供加热和冷却。HPFH还可以带来新鲜空气并控制湿度。对于供暖需求较高的家庭（室内面积较大，气候相对较冷，并且更靠近建筑物的顶层或底层由于能源效率较高，HPFH系统的成本效益也显着提高。rmi.org/23长江三角洲地区通过扩展热泵寻求零碳途径YRDYRD地区的家庭供暖正处于发展和转型的早期阶段，选择节能低碳热泵系统（而不是燃气系统）将是该地区家庭供暖零碳转型的关键推动因素。RMI的研究表明，与使用燃气供暖相比，到2060年，在YRD地区采用热泵可以累计节为了分析YRD地区热泵供暖的总减排潜力，本研究为家庭供暖设置了两种情景：参考情景和零碳情景。在参考场景中，燃气系统将广泛用于新建筑，随后迅速扩张，最终在2060年形成以燃气为主的家庭供暖模式。在零碳情景下，热泵系统在新建筑中的推广阻碍了燃气系统的大规模部署，使热泵能够逐步取代并最终淘汰现有的燃气系统。图表17显示了两种情况下加热选择的比较。附件17：在参考情景和零碳情景中采用设备（2020-60）（热泵作为主要的加热装置）（热泵作为主要的加热装置）（以燃气锅炉为主要加热装置）如图表18（第25页）所示，在参考情景下，家庭供Y暖ear的总体碳排放量将首先上升，然后下降，最r变平。在2020-30年间，新建筑中广泛采用燃气系统将是家庭供暖碳排放量增加的主要原因。在rmi.org/24大多数人仍然使用迷你裂缝加热，xiii随着建筑围护结构的改造和网格碳强度的降低，家庭供暖的整体碳排放量将下降。在2040-60年期间，由于规模效应，燃气供暖系统在现有建筑物中的份额将逐渐增加，而改造带来的减排将逐渐被使用燃气引起的排放增长所抵消。到2060年，YRD地区的家庭供暖每年仍将产生约4500万吨的二氧化碳排放。在零碳情景下，家庭供暖的总体碳排放量起初将持平，随后将持续下降。在2020-2030年期间，由于新建筑采用HPFH系统作为主要供暖系统，由于供暖需求增加和电网碳强度降低的抵消，家庭供暖的总体碳排放量将持平。在2030-2060年期间，由于建筑围护结构的升级和热泵的普及，家庭供暖的碳排放量将减少。热泵的大规模采用和电力系统的逐步脱碳使零碳家庭供暖在2060年成为可能。与参考情景相比，零碳情景从2020年到2060年将累计减少约6亿吨的CO2排放。其中，2亿吨将由2020年之后建造的建筑物贡献，4亿吨将由2020年之前建造的建筑物贡献。附件18：不同情景下YRD地区家庭供暖总体碳排放量总总COYRD家庭供暖排放量：参考情景总COYRD家庭供暖的排放量：零碳情景2020年前建成的住宅建筑的减排潜力目前，燃气供暖系统的快速发展（尤其是在新建筑中）给YRD地区家庭供暖的零碳过渡带来了巨大挑战。解决这一问题的关键是尽快加快推广家用供暖热泵系统，分阶段在不同类型的建筑中推广。根据上述情景分析，YRD地区家用供暖热泵推广大致可分为以下三个阶段：。xiii在YRD地区的家用供暖方案的假设中，微型分体式指的是以微型分体式空调为主要加热源，以电阻加热器为辅助加热源的加热模式。由于电阻加热器通常用作辅助加热设备，因此在分析中并未将其列为单独的系统。rmi.org/25·第一阶段：家庭供暖系统过渡的初始阶段（2020-30）。供暖住宅建筑面积和供暖市场持续增长，促进了新建筑采用热泵供暖。在这个阶段，新建筑物和现有建筑物中没有暖气的家庭面临着新的家庭供暖系统的选择。防止这些用户选择燃气系统是这一阶段的首要任务。应努力大力促进在新建筑物中采用HPFH系统，并鼓励没有暖气的现有建筑物中的家庭使用微型分离器代替燃气锅炉。到2030年，YRD地区的所有居民都将获得暖气，约有2000万居民从无到有地安装家庭供暖系统。该地区约有17％的居民将采用热泵进行供暖，比2020年的水平高出15％。燃气锅炉扩容将得到遏制，并维持在2020年10%左右的水平。·第二阶段：家庭供暖系统过渡的中期（2030-45）热泵将在现有建筑物中广泛推广，从而减少燃气供暖系统的份额。在这个阶段，更换现有系统成为家庭供暖系统过渡的驱动力。随着燃气系统的寿命接近尾声，燃气系统将逐渐被HPFH系统取代，到2045年，其在家庭供暖领域的份额将下降到不到5%。同时，随着越来越多的建筑物进行改造，以及对室内热舒适性的要求越来越高，HPFH系统也将取代现有建筑物中的一些微型裂缝，成为一种主流的家庭供暖系统。·第三阶段：家庭供暖系统过渡的最后阶段（2045-60）。燃气供暖系统将完全淘汰，实现零碳家庭供暖的目标。在这一阶段，燃气供暖系统和效率较低的电地板加热器将完全被热泵取代，除了少数集中供暖的住宅建筑外，YRD地区的所有家庭供暖需求都将由热泵满足。xiv随着建筑物用电的脱碳，到2060年将实现零碳家庭供暖。xiv集中供热包括使用城市供热网络的区域供热和使用统一热源向社区供热的供热方式。在零碳情景下，集中供热应采用中央热泵、工业余热、生物质锅炉等零碳热源，以确保家庭供热的脱碳。rmi.org/26rmi.org/26为了响应中国的国家气候承诺和YRD地区对更好的室内舒适度的不断增长的需求，热泵是最佳解决方案。然而,热泵的大规模采用仍然面临许多挑战。根据前面的分析，本节将总结在YRD地区推广热泵供暖的挑战，然后为多个利益相关者提供建议。主要挑战高购买成本是使用HPFH系统的最大障碍。根据RMI的分析，在新建住宅中安装供暖系统已成为YRD地区的主流做法，房地产开发商在家庭供暖系统的选择中起着决定性的作用。燃气地板供暖系统的购买成本比HPFH系统低约15％，这是燃气系统是当前首选的加热方法的主要原因。如果没有热泵推广的优惠政策，开发商倾向于选择安装更便宜的系统。公众对HPFH的认识不足阻碍了热泵的使用。许多用户根本不知道热泵，因为与其他家庭加热设备相比，产品的渗透率较低。一些用户可能听说过热泵，但没有完全意识到它们在舒适性、环境效益和低运行成本方面的优势。此外，缺乏便捷的在线/离线购买渠道限制了用户对热泵的采用。HPFH系统对某些建筑物的适应性不足是一个挑战。HPFH系统的室外单元的安装需要很大的空间;高层公寓楼的有限预留空间限制了在这些建筑物处安装HPFH系统的能力。此外，潜在用户担心HPFH系统的复杂安装和维护。此外,因为YRD区域中的室外空气相对潮湿,所以室外热交换器可能在热泵的操作期间结霜,这可能导致诸如降低加热能力和不稳定操作的问题,从而负面影响用户的体验。不令人满意的加热舒适度是迷你分体的主要挑战。尽管许多小型分体式制造商一直在开发能够提供更高的室内热舒适性的更先进的产品，但YRD市场上的主流小型分体式热泵产品仍在加热模式下采用自上而下的气流模式,导致热舒适性差。研究表明，约有50％的迷你分体用户抱怨产品的“加热过程缓慢，加热性能差”。5rmi.org/27建议对于用户了解热泵，并优先考虑燃气锅炉作为家庭供暖设备。HPFH系统可在夏季和冬季提供出色的室内舒适度。HPFH系统的低运行成本也使其整个生命周期成本接近甚至低于燃气锅炉。对于迷你分体式产品，随着产品的改进，加热能力和加热舒适性（通过气流模式的调节）都将得到改善。这些改进，加上更低的成本和更简单的购买和安装，使迷你分割成为更多家庭供暖的推荐选择，特别是对于对前期投资敏感的家庭和不适合HPFH系统安装的旧住宅建筑。改造住宅以安装热泵。较旧的住宅建筑在安装HPFH系统的室外单元时可能会遇到困难，包括空间不足、外墙不稳定和承重能力低。为了解决这些问题，较旧住宅建筑中的家庭可能会考虑共享一套热泵装置(类似于集中式暖通空调[暖气,通风,空调]商业建筑中的系统）。这些家庭可以在不影响墙壁结构的情况下将室外单元安装在地面或屋顶上。但是，即使在这些情况下，也需要进行改造以改善旧住宅的隔热效果，从而减少整体供暖需求，从而可以安装具有较低热容量和较低价格的热泵。对于政策制定者支持热泵制造商和零售商提供补贴。有针对性的补贴对于缩小热泵与其他家用供暖设备之间的成本差距至关重要。生产端的补贴可以直接使热泵制造商受益，并促进热泵行业的发展。这种补贴可以采取多种形式，包括研发补贴，产品补贴和税收抵免。加快鼓励或强制要求在新住宅建筑中使用热泵供暖的政策。政策可以强制要求在新的住宅建筑中安装家庭供暖系统的某些方面，例如不鼓励使用化石燃料系统或需要热泵。在较软的方法中，政策可以为选择采用热泵的房地产开发项目提供激励，例如放宽对可售建筑面积比的限制。将热泵纳入自愿减排认证体系。使用热泵进行加热和冷却具有很大的碳减排潜力。通过允许为热泵减排项目颁发中国认证的减排量（CCER）来将热泵的环境属性货币化可能有助于降低热泵成本。提高公众对热泵的认识。目前，公众对热泵的认识不足是其发展的主要障碍。要提高公众对热泵的认知度，需要相关主管部门、社会组织、热泵厂商共同努力。宣传热泵的优势，包括用户舒适度、经济效益和积极的环境影响，将有助于潜在用户认识到热泵不仅是供暖的舒适和经济选择，也是实现国家气候目标的关键推动者。rmi.org/28对于房地产开发商与热泵供应商建立长期合作关系。通过与热泵制造商或零售商的合作，房地产开发商可以简化热泵的购买过程，加快其采用规模。开发商还可以帮助连接用户和热泵供应商，方便地获得热泵产品的购买和售后服务，以吸引更多的潜在用户。开发"热泵友好"and"热泵就绪"homes.在项目规划和设计阶段，开发商应考虑热泵安装所需的条件，例如为室外机的安装留出平台和空间。探索创新商业模式以分摊热泵的前期成本。鉴于HPFH产品的前期投入较高，开发商应探索创新的商业模式,帮助用户通过提供贷款购买整个系统，并通过收取取暖费和物业费获得回报等方式分摊早期成本。对于制造商和零售商优化热泵产品定制专门为YRD地区的气候。由于近年来“煤炭切换”政策的实施，针对中国北方农村用户开发的热泵产品一直是许多热泵制造商的重点。但是，针对中国南方居民的热泵产品需要进一步改进。可以在以下方面进行优化：·优化迷你分体的加热功能，提高加热舒适度：鉴于微型分体的加热舒适性差，应努力优化空气供应模式，通过增加送风量和向下吹空气来改善壁挂式微型分体加热模式下的温度分布。还可以优化塔式空调以开发分离的空气供应模式，该模式从顶部吹送冷却空气并从底部吹送加热空气。·为中小型公寓开发和推广较小的HPFH系统：HPFH系统购买成本高的主要原因之一是主流热泵产品的标称容量高,其发热量通常在10W以上。这些产品适用于大型公寓，但对于YRD地区典型的中小型公寓来说太大了，导致许多小型住宅配备了大型HPFH系统，并为用户带来不必要的成本负担。因此，我们建议热泵制造商设计和推广容量较小的产品（具有单风扇室外机的标称容量低于8W），这对于中小型公寓来说更容易安装。·解决YRD地区高空气湿度引起的霜冻问题：室外空气湿度过高会导致热泵系统室外机结霜的问题，从而导致供暖性能降低，能耗增加，降低供暖舒适度，增加成本，在热泵研发过程中应更好地解决这一问题。开发和推广能够提供冷却，加热和生活热水的多功能热泵。除了HPFH系统的加热和冷却功能外，多功能产品还能够提供生活热水，目前HPFH系统的用户需要安装单独的rmi.org/29家用热水器。相比之下，燃气锅炉通常同时具有加热和生活热水功能，这是用户选择燃气锅炉而不是HPFH系统的原因之一。因此，多功能热泵的发展将大大提高热泵的竞争力。此外，多功能热泵可以在夏季通过热回收装置进一步促进节能和减排。开发具有低GWP制冷剂的热泵。xv被称为制冷剂的传热介质对于热泵运行至关重要。具有高GWP的制冷剂(例如R410a，R134a等）已被广泛用于热泵产品中，如果泄漏，将导致全球变暖。为家庭供暖系统升级提供全系统服务。全系统方法意味着使信封更加气密，并在设备升级的同时改善绝缘。通过改进的信封，可以减少家庭供暖需求，进一步降低运营成本。可以应用更便宜且易于安装的小型热泵。传播并展示热泵的成功安装和使用。目前，YRD地区的居民了解热泵的机会有限。通过与热泵供应商和开发商合作，提供热泵安装和使用的成功案例研究将有助于提高潜在客户的认识和信心。xv全球变暖潜能值（GWP）是大气中任何温室气体吸收的热量，是相同质量的二氧化碳（CO）吸收的热量的倍数)。CO的GWP为1.rmi.org/30rmi.org/30热泵被认为是解决全球变暖的关键技术，由于其