中国长三角地区零碳家庭供暖 ： 热泵作为核心解决方案

中国长三角地区的零碳家庭供暖热泵作为核心解决方案报告 / 2024 年 1 月 rmi. org/2中国长江三角洲地区的零碳家庭供暖 ： 热泵作为核心解决方案关于 RMIRMI 是一家独立的非营利组织，成立于 1982 年，通过市场驱动的解决方案转变全球能源系统，以适应 1.5 ° C 的未来，并为所有人确保清洁，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，以确定和扩大能源系统干预措施，到 2030 年将减少至少 50 ％ 的温室气体排放。RMI 在科罗拉多州的玄武岩和博尔德设有办事处 ； 纽约市 ； 加利福尼亚州奥克兰 ； 华盛顿特区C.； 在中华人民共和国北京。 rmi. org/3中国长江三角洲地区的零碳家庭供暖 ： 热泵作为核心解决方案Acknowledgements作者和致谢Authors一汉郝欣欣胡婷李光绪王梦王其他贡献者爱德华 · 陈 ， 前身为 RMI 吴念英作者按字母顺序列出。除非另有说明 ， 否则所有来自 RMI 的作者。联系人王蒙, mwang @ rmi. org 王光旭, gwang @ rmi. org版权和引文郝一汉, 胡欣欣, 李婷, 王光旭, 王孟华,中国零碳家庭供暖’长江三角洲地区 ： 热泵作为核心解决方案， RMI ， 2023 年 ， https: / / rmi. org / insight / 零碳 - 中国家庭供暖 - 长三角地区 / 。RMI 重视协作 ， 旨在通过分享知识和见解来加速能源转型。因此 ， 我们允许感兴趣的各方通过知识共享 CC BY - SA 4.0 许可证来参考、分享和引用我们的工作。 https: / / creativecommons. org / licenses / by - sa / 4.0 / 。除非另有说明 ， 否则所有使用的图像均来自 iStock. com 。作者感谢以下个人提供他们的见解和观点。出现在此列表中并不表示对报告发现的认可。布雷特布里奇兰 ， RMI高一峰 ， 中国节能协会热泵委员会斯蒂芬妮 · 格林 ， RMI施文兴 ， 清华大学建筑学院 rmi. org/4中国长江三角洲地区的零碳家庭供暖 ： 热泵作为核心解决方案目录缩写5中国长三角地区迫切需要更好和更零度6碳加热长三角地区家庭供暖面临的挑战9家用暖气的发展趋势9分布式家庭供暖系统的比较分析11长江三角洲地区YRD 地区主要的分布式家庭供暖设备11多维比较14Conclusions23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27主要挑战27建议28中国及其他地区的热泵31附录 A ： 建筑模拟输入参数33附录 B ： 经济分析的概念和假设34尾注35 rmi. org/5中国长江三角洲地区的零碳家庭供暖 ： 热泵作为核心解决方案缩写ASHP空气源热泵EFH电地暖GSHP地源热泵HPFH热泵循环地板采暖迷你拆分无管、迷你分体式系统空调PERH便携式电阻加热器WSHP水源热泵YRD长江三角洲 中国长三角地区迫切需要更好的零碳供暖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 ， 因此受热面积的增加将导致建筑行业的 CO2 排放量大幅增加 ， 这对全球气候目标构成了巨大挑战。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，以实现自己的碳峰值和碳中和目标。有必要在广大的南部地区开发定制的零碳供热途径。附件 1:长江三角洲地区的位置资料来源 ： 郑等人 ， 2022 年2rmi. org/6i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。中国长江三角洲地区的零碳家庭供暖 ： 热泵作为核心解决方案 人口： 2.18 亿 （ 2020 年 ）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。此外 ， 该地区 10% - 30% 的居民不使用任何取暖设备。3因此 ， YRD 地区冬季室内环境较差 ， 冬季最冷月份的室内平均温度低于 15 °C 。相比之下 ， 发达国家类似气候地区近 90% 的家庭冬季室内温度超过 20 °C 。4附件 2:YRD 区域的快照面积:358, 000 公里2气候:o根据柯本气候分类的潮湿亚热带气候o极端炎热和潮湿的夏天 ， 寒冷的冬天o全年空气湿度高家庭供暖系统 ：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泛使用 ； 冬季仍有 10 ％ - 30 ％ 的居民没有热量。5ii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。中国长江三角洲地区的零碳家庭供暖 ： 热泵作为核心解决方案rmi. org/7住宅建筑类型 ：YRD 地区的大多数居民都住在高层公寓中。GDP:36700 亿美元 （ 2020 年 ） rmi. org/8中国长江三角洲地区的零碳家庭供暖 ： 热泵作为核心解决方案附件 3:上海的平均每小时气温来源 ： WeatherSpark. comYRD 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 ％，是世界上人口最稠密的地区之一。对更好的空间供暖的巨大需求也可能有助于家用供暖制造业的快速发展。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/9中国长江三角洲地区的零碳家庭供暖 ： 热泵作为核心解决方案长三角地区家庭供暖面临的挑战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 地区家庭供暖的发展趋势。附件 4:YRD 地区家庭供暖发展趋势 （ 2020 - 2060 ）住宅建筑2020 年后住宅建筑2020 年之前没有暖气的房屋没有暖气的房屋带暖气的房屋Year待建房屋系统升级系统升级2020 年至 2030 年来源 ： RMI 分析在短期内 （ 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设施得到改善。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。住宅建筑面积 （ 十亿米2) rmi. org/10中国长江三角洲地区的零碳家庭供暖 ： 热泵作为核心解决方案挑战 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。根据 RMI 的分析 ， YRD 地区的年度居民用气总量可能达到 260 亿 m3到 2030 年 ， 如果该地区的新供暖需求完全由燃气设备满足 ， 则约为 2020 年总消费量的 2.5 倍。中国限制了国内天然气生产 ， 因此依赖进口。由于北部农村地区实施 “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应紧张。此外 ， 冬季燃气消费激增可能对 YRD 地区燃气基础设施的延伸构成重大挑战。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。这种效应有两个方面: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