GEHP技术助力“双碳”目标

GEHP在超低排放改造行动深入开展的背景下，市场需求巨大。目前，受“双碳”目标的影响，减污降碳带来的节能减排需求更为明朗，不仅是二氧

GEHP在超低排放改造行动深入开展的背景下，市场需求巨大。

目前，受“双碳”目标的影响，减污降碳带来的节能减排需求更为明朗，不仅是二氧化碳排放受到关注，甲烷减排、氨氮、CO、硫化氢、VOCs等话题均被热议。

可以说，GEHP是应“双碳”目标、低氮改造需求以及“煤改气”而生的，市场销售波动会明显受客观因素影响，包括政策调整等，具有强现象级销售特性。

比如，蓝焰高科(天津)燃气技术有限公司专门从事设计、开发、生产、销售、服务一体的GEHP冷热水机组，多年来通过以燃气为能源的高效、低排放新技术产品研发，引领国内燃气采暖、供热水和燃气空调产业技术与国际接轨，依靠与国内知名高校的技术研发合作，使得公司在燃气机热泵技术领域达到了国际领先水平。当然，这也发挥了GEHP在减碳行动中发挥了重要的作用。

GEHP技术的优势在于能整合可再生或废弃的热源，从而减少了用电的需求以及降低污染气体的排放量，同时有效和可控地利用燃气或余热供热制冷。GEHP在建筑行业、工业生产、农业环境调控中都有巨大应用潜力，GEHP技术的应用更在节能减排中扮演重要角色。

一、建筑行业

2014年至今，我国民用建筑每年竣工面积基本稳定在40亿m2以上，每年大量建筑的竣工使得我国建筑面积存量不断高速增长（如图1-1），2019年我国建筑面积总量约644亿m2。如此巨大的建筑规模导致我国目前建筑运行每年CO2的排放在20亿吨以上。据中国建筑节能协会预测，中国建筑行业的碳排放将继续增加，达到峰值时间预计为2039年前后，比全国整体实现碳达峰的时间预计晚9年。从碳排放的来源看，2018年建筑运行阶段碳排放占全国碳排放的21.9%，主要来自居民和工业的供热/制冷。

GEHP技术拥有巨大的节能减排优势，GEHP技术应用将为建筑行业带来巨大减排量，是实现碳中和的有效方式。GEHP的应用可从“既有建筑改造”和“新建建筑热泵应用”两方面入手。

（1）既有建筑改造

规模庞大的存量建筑的低碳改造难度较大，GEHP可以在建筑物的深度改造中代替锅炉和常规冷水机组为建筑进行供暖和制冷，GEHP主要是以天然气作为燃料，天然气作为清洁能源,燃烧时产生的二氧化碳比其他化石燃料少,它可以减少近100%的二氧化硫和粉尘排放、60%的二氧化碳排放和50%的氮氧化物排放,有助于减少酸雨的形成,减缓地球的温室效应,从根本上改善环境质量。与燃煤锅炉相比，同等热值的天然气燃烧排放的二氧化碳比煤炭少41%~50%，尤其是将GEHP与其他可再生能源（驱动能源是风能、太阳能、水能等）相结合，将进一步减少既有建筑的能源需求，充分发挥可再生能源替代一次能源的潜力。当GEHP用于医院、发廊、学校、集体宿舍等既需要空调又需要热水供应的建筑时，经济效益非常显著。由于建筑部门的用热温度大多在100℃以下，以现有GEHP技术水平，可以直接采用生活中的常见低位热源对这个温区进行供热。此外，GEHP替代燃煤锅炉，可直接对接供暖和热水供应系统，末端系统不需要额外改造。

此外，GEHP系统可不需要任何屋顶冷却设备，将顶部空间留给光伏发电、太阳能制热，进一步促进建筑的产能。为使GEHP应用效益最大化，用热系统应进行必要改造：降低需用供热温度、减少中间传热环节（如输出热风）、实现小型、分散化用热等。

随着人们生活水平的提高，生活热水的普及率迅速增长，2013-2019年中国城镇居民家庭每百户淋浴热水器拥有台数从80.3台迅速增长至98.2台，基本实现了城镇家庭热水器普及。近年来，随着我国“煤改气”政策的实施及“清洁供暖”政策的积极推行，GEHP（也称“空气能燃气机热泵”）在我国家用热水器市场上逐渐兴起。据相关产业数据，2020年全球GEHP市场规模达到了47亿元，预计2027年将达到51亿元，年复合增长率(CAGR)为0.0%，我国预计届时GEHP增量将在12万台左右，且市场规模仍保持上涨趋势。

GEHP用于建筑供暖制冷、除湿和热水生产虽然具有较低的能源需求和较小的占地面积，但未来需要努力提升系统的集成水平，构建以GEHP为核心，融合供暖、空调、通风和热水供应系统的集成解决方案。

（2）新建建筑应用

实现碳中和需要继续推动超低能耗建筑发展，消除传统高污染气体排放供热方式，以被动式技术为基础，结合分布式清洁能源和先进GEHP技术，从而大幅度降低建筑能耗及污染气体排放量，将GEHP与蓄热设备结合还可通过蓄热克服能源需求与供应之间的时间差，为电网削峰填谷。

我国幅员辽阔，南北气候差异大，建筑的类型和特点不尽相同，在建筑低碳设计中也不能简单堆砌清洁能源与GEHP技术，而应根据不同气候环境特点、建筑负荷需求，因地制宜的采用包括GEHP在内的低碳技术。此外，还应当注意后期的监控、调试及运行策略控制，才能最大化地实现节能，降低建筑部门的二氧化碳及氮氧化物排放。

二、工业生产

我国50%~70%的工业能耗都以热能形式消耗，并且45%为中低温热量（小于250℃），大多在80℃~170℃之间。用GEHP提供这部分热量将显著降低了费用以及错开了冬夏用电高峰。由于许多工业过程是在高温下进行，因此大容量的高温工业GEHP是解决工业用电紧张问题的有效方案之一。GEHP在工业生产中的应用场景也非常丰富，下面列举了GEHP在工业中具有较大发展潜力的典型应用：

（1）高温工业热泵

GEHP技术在工业应用中的可行性取决于生产需要的温度水平。GEHP室内机配置有温度调节控制器，可以根据室内温度的需求进行调节，而室外机可以根据室内机的使用情况进行调节制冷或制热的功率，从而达到最优运行，减少能源的损失，降低运行费用。目前，市场上也有大量的商业化产品。GEHP能够提供高达150℃的热媒介质，我国现已有实验性解决方案和多款原型机，在碳达峰、碳中和以及煤改气和清洁能源改造的大背景下，GEHP是未来热泵技术研究的重要方向之一，技术突破将导致的性能和可靠性的大幅提升。GEHP的应用前景十分广阔，市场前景不可限量。

（2）余热回收

目前，我国工业能源利用率低于世界平均水平，工业产品的平均单位能耗比发达国家高出约30%，工业消耗的能源有50%以上转变为废气和废水形式的余热，但仅有30%的废热得到回收再利用。大量的工业余热为热泵的使用提供了良好的条件，利用GEHP技术，结合具体工艺生产进行系统性的设计，不但可减少对环境的热污染，又可把低温余热提高到可直接利用的温度，提高能源的利用率，降低氮氧化物的排放。如在原油产业中，原油在联合站的加热分离和集输都要消耗大量的热能，目前热能主要由燃油锅炉和天然气锅炉提供。如果利用GEHP对石油开采过程中油水分离产生的30～50℃的余热水进行热回收，输出70℃～90℃的高温热水，取代原油加热炉对输油管道进行加热，可以降低原油的粘度，提高原油输送效率，同时节省外供热，从而获得节能效果。原油集输系统加热工艺原理如图1-2所示。另外，生产酸奶制品过程中，要对牛奶进行一级降温，须将37℃冷却水降至30～32℃循环使用，同时车间每天需要用80℃～85℃的热水进行间歇式清洗，应用高温热泵+蓄热水箱系统回收冷却水中的热量制取高温热水供清洗生产线使用，充分利用低谷电价，省掉了冷却系统，同时节省外供热的能源消耗，节能和经济效果良好。酸奶厂的热泵工艺原理如图1-3所示。

利用GEHP还可以回收电厂冷却水、工业废水和城市污水排放中所含的热量。工业废水的出水温度往往比较高，利用水源热泵回收其中的热量，可以用于冬季供暖或生产工艺，并逐渐应用于石油、化工、冶金、纺织、食品等各行业。据统计，直接利用加热泵技术回收电厂余热和工业余热可承担170亿平米的供热面积。利用城镇污水资源，发展污水源热泵具有显著的减排效益。现阶段，我国城市污水年排放量约750亿吨，蕴涵的热能按4℃温差回收和利用50%的水量估算，可实现约4.5亿m2建筑的清洁取暖。污水热能回收所具有的节能环保特征完全契合清洁取暖需要，这种鲜明的需求导向使得工程推广迅速，但面临的普遍问题是污水换热器阻塞引起的换热器频繁拆洗和传热性能低下。目前正在开发低成本、高性能和免清渣的物理分离方法，适应分散、闭式、低成本污水热能回收系统的需求。

（3）工业干燥技术

工业干燥是一项高耗能操作，在各种工业部门总能耗中，干燥能耗大约为4%（化学工业）~35%（造纸工业）之间。在中国，干燥能耗在5280kJ/kgH2O，而美国的工业耗能中有12%用于干燥。因此，利用GEHP技术降低干燥能耗对于减缓能源紧张局面具有重要现实意义。

如图1-4所示，GEHP干燥系统工作时，热干空气进入干燥室内吸收物料水分，变成热湿空气，制冷剂在蒸发器吸收干燥室排出热湿空气中的全热，蒸发为气体，经压缩机压缩后被输送到冷凝器中放出冷凝热，加热蒸发器脱水后的干冷空气，由冷凝器出来的干热空气再进入干燥室，对湿物料进行干燥。干燥空气和制冷剂均实现闭式循环。GEHP干燥系统相对传统干燥技术虽维护要求较高，但有着高效节能（例如GEHP低温干燥木材时可节约能耗40%~70%，干燥污泥的节能率达20%~50%）、干燥过程参数易控制、干燥时间短（相较于传统的干燥方式时间可缩短1/3）、低废气排放、环境友好等特点。

总体而言，工业生产过程上下游联系紧密，碳中和目标必将改变现有生产流程，势必也带来整体产业链的变革，促进工业生产用热的技术革命和GEHP在的应用。

三、农业环境调控

受经济发展水平、气候环境、技术、政策等多重因素的影响，不同国家和地区农业碳排放总量与结构占比存在较大差异。自20世纪90年代以来，全球的农业碳排放增加了14%。中国作为第一农业大国，虽本世纪初中国碳排总量陡峭爬升，农业碳排放占总排放的比例出现明显下降，但农业碳排量始终高于欧盟和美国（见图1-5）。目前，农业碳排放保持在7%~8%的水平，虽然从总体上看占比不高，但随着碳中和目标的推进，农业部门必须在减排上发挥更大作用。

GEHP在当前农业环境调控领域主要应用于农业生长环境调控与农产品加工，开发应用潜力巨大。一方面工农业节能和环保要求越来越高，各个行业都在制定具体的能耗限额指标；另一方面，在农业生产中，农产品深加工的比例也在逐年提高，这为GEHP的应用创造了良好的条件。

（1）农业生长环境调控

农业生产需要提供与作物/畜禽生长相适应的环境条件，由于GEHP具有供热、供冷和除湿的功能，且能耗远低于传统的热风炉、暖风机等，是节能环保的应选替代技术，可应用于农业生长环境调控。在农业设施调温方面，主要针对农业温室大棚和农业畜禽猪舍，目前大多应用GEHP。目前已有大量实例证明在农业温室环境中采用GEHP相比燃煤加热可节约20~60%的能源消耗。

在我国农村，有丰富的环境热源，GEHP技术具有高效、容易控制、节能环保的特点，在设施农业环境调节中，具有较好的应用前景。

（2）农产品加工

农副产品富含糖、蛋白质、维生素等营养物质，同时又富含水分，为便于运输、贮藏及加工，常需要进行干燥等加工作业。与常规干燥方式相比，GEHP农产品干燥具有以下特点：

1）能源利用率高，运行费用低，低温干燥可有效减少氧化和化学分解等现象，特别适应热敏性农副产品的干燥，干燥产品质量高；

2）干燥条件可调，表1-1给出了部分农产品的干燥参数，可见GEHP适合多种农产品的干燥；

3）GEHP系统中蒸发器的除湿效率高，相比传统的干燥方式时间可缩短1/3；

4）采用闭路循环的GEHP干燥系统时，干燥工艺不受外界环境气候的影响，干燥过程稳定，也无环境污染问题。

表1-1 部分农产品干燥参数

目前在欧美及日本等发达国家GEHP已用于木材、食品、粮食、种子、果蔬、烟草等行业中，农产品的热泵干燥工程实例已可见经济效益，是GEHP农业工程应用的一个重点方向。

农业的全面脱碳需要创新农业生产技术与方式，提高农业生产效率。但由于传统农业惯性强，新技术难以快速渗透，而目前热泵设备的投资仍较高，农业新技术的普及需要政策的鼓励和支持，吸引资本及优秀人才加入。

燃气空气源热泵主要应用场景：

（一）空调领域

1、舒适空调：需要供冷供暖各类建 筑，如宾馆、酒店、写字楼，医院、学校、住宅小区、商场超市、城市综合体、物流园、工业园区厂房、车间。

2、净化空调：医院、净化车间等需要恒温恒湿净化的场所。

3、工艺空调：工厂工艺降温冷却。

（二）供热、卫生热水领域

1、大面积集中供热、游泳池、住宅小区、医院，学校，写字楼、宾馆酒店、别墅、农村住宅、工厂车间。

2、生产工艺加热及热水，如管道输送伴热，原油加热、酸洗电镀槽加热、各类需要热水和清洗的车间、洗浴场所等。

（三）农业种植、养殖及烘干领域

1、花卉、蔬菜、水果种殖大棚加热（降温）恒温恒湿。

2、各种菌类种植恒温恒湿，二氧化碳含量控制。

3、鸡、鸭、鹅、猪、牛等动物饲养场所恒温通风。

4、海水养殖池水加热恒温。

5、各类农副产品、工业品、污泥等需要烘干的产品。

（四）冷冻冷藏冷链物流领域

1、化工医药：化工、医药生产工艺，用于精细化工反应冷却及温度控制。

2、低温冷藏物流业：保鲜库、化学品恒温库、大中小冷藏库。

3、食品工业：水饺、面食、鱼丸、料理食品等系统。

4、农业：生物环境温控、谷物冷却、恒温恒湿库、气调保鲜库、果品催熟库。

5、宰杀加工业：鸡、鸭、鹅、猪、牛等，肉类冷藏保鲜。

6、建筑业：游泳场、人工造雪、滑冰场等。