(报告出品方/分析师:信达证券 罗岸阳)
一、热泵:高效、环保的户用热能终端1.1 热泵:不直接产生热,是热的搬运工
热泵是一种由电能驱动能够高效利用低品位热能的加热装置,热泵机组可从自然界中吸收热量,经过热泵的“搬运”(电力做功驱动热泵),获得可用于生产、生活的热能。
热泵的热效率通常可达300%-400%以上,即1度电至少搬运3-4度电,其热效率比直接制热的电热水器、燃气锅炉采暖等高出几倍,且几乎无污染。
因此,推广热泵是大力推动节能减排、助力全球“碳达峰、碳中和”的最重要路径之一。
目前市面上常用的热泵可以主要分为三类——空气源热泵、水源热泵、地源热泵。
其中,空气源热泵是最经济、最成熟、最容易实现的方式。
1) 空气源热泵:从空气中吸热
空气源热泵是按照“逆卡诺”循环原理工作的。通过压缩机系统运转工作,吸收空气中热量制造热水。
具体过程是:压缩机将冷媒压缩,压缩后温度升高的冷媒,经过水箱中的冷凝器制造热水,热交换后的冷媒回到压缩机进行下一循环,在这一过程中,空气热量通过蒸发器被吸收导入冷媒中,冷媒再导入水中,产生热水。通过压缩机空气制热的新一代热水器,即空气源热泵热水器。
按照热输配对象的不同,空气源热泵又可分为有“空气-空气”和“空气-水”两种。
- 空气-空气:室内外换热器的换热介质均是空气。如一般的分体式家用空调可以算做广义上是某种热泵形态,广泛应用于住宅、学校、商场、写字间等中小型建筑物。
- 空气-水:室内换热器换热介质是水。当室内需要采暖制冷时,用户所需的热量和冷量由系统产生的冷热水来提供。
而由于用水作为换热媒介,对于人体感受上更为温和、舒适,因此“空气-水”热泵被更广泛推广和应用。
2)地源热泵:从土地中吸热
由于地表浅层温度受大气影响小,其温度常年维持在16-18度(以实际地方为准),远高于冬季室外温度,又低于夏季室外气温,所以以地源为冷热源的地源热泵系统,不仅突破了传统空调系统的技术障碍,而且还大大提高了空调的运行效率。
以冬季制热为例,地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功,并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量,通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发,将水路循环中的热量吸收至冷媒中,在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝,由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中,以强制对流、自然对流或辐射的形式向室内供暖。
- 优点:适用于地热资源丰富的地区,如部分北欧国家等。
- 缺点:需打孔深入地下埋管,工程复杂,长期从土地吸热易形成冻土。
3) 水源热泵:从水中吸热
水源热泵是利用地球表面浅层的水源,如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低品位热能资源,采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热能向高位热能转移的一种技术。
夏季高温,将建筑物中的热量转移到水源中,达到制冷的效果。冬季就从相对稳定、温暖的水源中提取能量,提升温度后送到建筑物中,以达到制暖的效果。同样,按照热输配对象的不同,水源热泵又可分为有水-空气式热泵和水-水式热泵两种。
- 优点:适用于河流资源丰富的地区。
- 缺点:受环境限制,若河流较小或不流动,长期吸热易造成结冰。