五大热泵挑战及其解决方法 - 彭博社

Aira在英格兰哈罗盖特举办的Everything Electric North Show上展示的智能热泵。

摄影师：Ian Forsyth/Getty Images

自2023年6月7日，纽约自加拿大野火烟雾笼罩下的自由女神像。一项新请愿旨在正式将美国的极端高温和野火烟雾列为重大灾害。

摄影师：Victor J. Blue/Bloomberg热泵是在19世纪50年代发明的，并自20世纪中叶以来一直被用于住宅和商业建筑。虽然它们在供暖和制冷方面非常高效，但这并不意味着它们不需要升级。

设计和安装热泵（从空气、地面或水等外部来源提取热量，并将其传递到建筑物中）比设计和安装燃气锅炉或炉子更为复杂。热泵传统上依赖于对气候构成风险的制冷剂，对于那些习惯于燃烧化石燃料供暖的用户来说，需要一些时间适应。

BloombergGreen洛杉矶北部的大火正受到干燥风的助燃纽约本周将达到98华氏度，创下美国东北部的高温纪录美国何时能推出价值25000美元的电动汽车？团体表示，美国应将极端高温和烟雾列为灾难随着热泵逐渐走向主流，越来越多的人依赖它们来为家庭供暖和制冷，公司越来越重视改进和完善热泵技术。一些技术，如在热泵中使用磁铁或借鉴自NASA的压缩机，仍处于相对早期的开发阶段，但承诺带来巨大的效率提升。然而，市场上现在也有其他技术。虽然许多选择可能在初始阶段成本较高，但随着这些技术走向主流，价格可能会下降。

这里有五种公司正在解决热泵推广的障碍。

更好的制冷剂

热泵的运行温度相对较低，理想情况下为35摄氏度至45摄氏度（95华氏度至110华氏度），而燃气或燃油锅炉或炉子的温度为60摄氏度至80摄氏度。

它们被设计为“低速运行”，比锅炉或炉子工作时间更长，后者可能一天打开和关闭几次，提供更强烈的热量冲击。设计为在较高温度下加热的房屋需要一些修改，如新的绝缘材料，以确保保持舒适。

部分原因是热泵内部通常使用的制冷剂在较高温度下效果不佳。但情况正在改变。达肯欧洲的供暖和可再生能源总经理帕特里克·克伦贝兹表示，运行在较高温度下的热泵已经存在一段时间了。该公司自2009年以来一直在销售一款高温型号，这是一种“即插即用”的选择，适用于使用化石燃料供暖的家庭。

新的是，热泵越来越多地使用丙烷作为制冷剂，从室外吸收热量并释放到室内。丙烷可以比其他制冷剂更多地被压缩，而更多的压缩意味着更高的温度。“因此，开发朝着70、75摄氏度运行的系统在某种程度上更容易，”他说。

折衷之处在于，这类热泵的前期成本和运行成本可能更高，三菱电机住宅产品集团总监拉塞尔·迪恩表示。丙烷也具有易燃性，对制造和维护提出挑战，在美国，法规意味着丙烷热泵在不久的将来不太可能普及。但在难以进行效率升级的地方，它们仍然是合理的选择 — 而且它们也可以在较低温度下运行。

丙烷变得越来越受欢迎的另一个原因是，上世纪80年代，最常用的制冷剂被禁止使用，因为它们导致臭氧层出现破洞。它们被称为HFCs取代，这些化合物不会破坏臭氧层，但在很大程度上会导致气候变化。

制冷剂R410a——常用于空调和热泵中——对全球变暖的影响是二氧化碳的2088倍。虽然制冷剂不应该释放到大气中，但现实情况是，当设备损坏或维修不当时，它们可能会被释放。事实上，它们可能会被释放。

随着美国和欧洲的监管机构设定淘汰HFCs的最后期限，制造商越来越倾向于使用低全球变暖潜力的制冷剂，如丙烷。“大多数热泵公司正在推出、计划推出或已经推出一系列使用丙烷作为空气-水空间制冷剂的产品，” 丹麦工程公司Danfoss Climate Solutions的总裁Jürgen Fischer说。

5月24日在Everything Electric North Show上展出的一台热泵。摄影师：Ian Forsyth/Getty Images### 完全没有制冷剂

一个更前沿的想法是完全放弃传统制冷剂。这是德国初创公司Magnotherm的计划，他们使用一种称为磁热效应的技术，通过磁化金属使其升温。该公司目前还没有针对家庭供暖领域，而是首先推出了一款商用冷却器，但该技术未来可能会被用于这个目的，该公司的联合创始人兼首席运营官Max Fries表示，这可能是他们未来考虑的事情。

有其他制造热泵的方式，而不使用传统的制冷剂。声波热泵利用声音来压缩和膨胀氦气，而压力热泵则对某些固体材料施加压力。尽管这些可能注定只用于小众用途。

“这些‘热量’技术的优势在于它们比传统的气体压缩和膨胀循环效率要高得多，但从技术上来说也更具挑战性，” Fries说。

更好的压缩机

在极寒天气中，热泵开始失去效率。但有一种方法可以确保这种情况不会发生：改进循环制冷剂的压缩机。一个能够管理温度变化范围越大的压缩机，在较低温度下的工作效果就越好。

一个非常了解如何在极寒天气中运行热泵的组织是NASA。Evari的首席执行官史蒂夫·沃克表示，NASA在极端寒冷的温度下将它们用于卫星上。Evari是一家美国初创公司，致力于将太空机构的技术引入地球。

它的压缩机更小，只有一个运动部件 —— 一个内部轮子，其运动速度比声速更快。沃克表示，这使得内部热交换更加高效。最大的优势在于它能够应对大的热量极端，无论是在中西部严寒的冬天保持家庭温暖，还是在南方夏季高温时保持凉爽，而不会失去太多效率。

更好地利用空间

空气源热泵通常需要约3.5平方米（38平方英尺）的室外空间。但有几家公司正在研究制造适用于没有外部空间的小空间，如公寓的热泵。

一些独立的空气源热泵型号设计用于放置在公寓楼外或阳台上。在纽约市，由初创公司Gradient和全球制造商美的生产的窗口安装式热泵正被安装在公共住房中。另一种方法是将每个公寓连接到一个热源，比如地热。冰箱和其他冷却设备也会散发热量。（只需将手放在冰箱背面的线圈附近。）这种废热可以被收集并泵送到地下，可以用来储存供暖家庭。而且因为它已经被加热过，提取它需要更少的能量，降低运行成本。

英国地源热泵制造商Kensa最近推出了一款小型“鞋盒”热泵，占用公寓中的少量空间，并且可以独立控制。该热泵设计用于在密集的公寓楼或街道中与大型地源热泵一起使用，它的运行效率“与一个真正大而昂贵的热泵一样高效，但是体积只有一个微波炉那么大，可以放在厨房橱柜里，并且可以实现非常高的效率，从而降低运行成本、降低电费”，公司首席执行官Tamsin Lishman说。

更高效率

在美国和欧洲，电力通常比天然气更昂贵。这使得即使对于那些拥有顶级效率的人来说，购买热泵也变得更加困难。

在欧洲，天然气几乎比电力便宜三倍

2022年选定国家的电力与天然气价格比率

来源：欧盟统计局/Nesta

电力和天然气价格以欧元计算。所有税收和征费均已包含。

但也有一些收益可得。这就是Evari的目标，沃克表示。该公司的主要卖点是，与标准热泵相比，压缩机的效率在寒冷天气中下降的幅度要小得多，使其更便宜运行。然而，总体而言，要将效率提高到最佳热泵系统中所见的四到五倍水平以上是很困难的，Crombez表示。在那之后，成本开始呈“指数级”增长。

解决方案可能不是技术上的。相反，政策和计费方式可能会重新组织家庭支付电力和天然气的方式。英国和欧洲的一些公司正在试验专为热泵使用设计的特殊定价结构，这些结构在一天中的某些时间提供更低的电价。将热泵与电池结合，并用低成本的夜间电力或太阳能填充电池，对于试图最大程度减少热泵运行成本的房主来说也是一个不错的技巧。

“将热泵与家庭系统中的太阳能光伏整合，在英国可能还有动态电价，我认为最终用户将从中获益，”Crombez表示。

纽约和美国东北部即将迎来一场创纪录的热浪，这将提高电力需求，增加健康风险，并可能给通勤者带来麻烦。

曼哈顿的中央公园预计将在周五达到98华氏度（37摄氏度），美国国家气象局表示。这场热浪的最严重部分将在本周席卷中西部、纽约北部和新英格兰地区，然后袭击纽约市和华盛顿。纽约市市长埃里克·亚当斯在一次新闻发布会上表示，周四可能会发布热浪警报，届时气温可能会感觉接近99度。

彭博绿色洛杉矶北部的大火正受到干燥风的助长美国何时会推出价值25000美元的电动汽车？极端高温和烟雾应该被美国列为灾难，组织表示奥地利部长违抗总理后，欧盟自然法案获得通过“本季第一波热浪来袭，我们已经做好准备，”亚当斯说道。“对于六月来说，这是极端炎热的天气，气候变化导致热浪更加频繁和强烈。夏天已经不同于以往。”

尽管夏天正式开始要到周四，但美国各地可能会打破或并列超过120个日最高温记录，其中大部分在中西部、中大西洋和新英格兰地区，美国天气预测中心表示。湿度会让气温感觉更炎热，推高空调使用量。

在周末，纽约州州长凯西·霍楚尔在X上发布的一篇帖子中警告居民即将到来的热浪“绝不是闹着玩的”。她表示，高温是导致死亡的头号与天气有关的原因。它还可能使铁路轨道变形，并减慢依赖火车运输人员的大型东部城市的通勤速度。

天气预报中心的高级分支预报员鲍勃·奥拉维克表示，最强热浪可能会出现在新英格兰地区。新罕布什尔州康科德周四的最高气温可能达到101华氏度。根据加拿大环境与气候变化部门的数据，酷热天气也将蔓延至加拿大，蒙特利尔气温将达到93华氏度，多伦多为91华氏度。

奥拉维克表示，一个大型高压系统正在东部美国形成，这将使热浪困留在该地区，使其加剧。尽管新英格兰地区的酷热天气将在本周晚些时候减轻，但纽约和华盛顿可能会持续炎热到周末。

“这将成为本周的头条新闻，”奥拉维克说。这种高温“范围相当广，它被锚定在那里，整整一周都不会移动。”

活动人士正在请愿美国政府正式将极端高温和野火烟雾列为重大灾害，因为高温威胁着全国大部分地区创纪录。

他们在一份请愿书中向联邦紧急事务管理局提出申请，他们寻求解锁新的资金，帮助社区在灾害发生之前应对这些事件，为过滤烟雾的空气过滤器和在需求超过电力网的情况下提供电力的屋顶太阳能系统提供资金。

气候变化使致命的热浪变得更加强烈和频繁，而更炎热、更干燥的条件加剧了引发覆盖美国有毒烟雾的火灾风险。据估计，2023年是有史以来最热的一年，美国约有2,300人死于与高温相关的疾病。去年来自加拿大的大火浓烟一直传播到佐治亚州南部，促使人们躲在室内避难，一些美国最大城市的航班也被取消。

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包括环保人士、工会和公共卫生倡导者在内的二十多个团体于周一提交请愿书，要求联邦紧急事务管理局（FEMA）宣布极端高温和烟雾为《斯塔福德法案》下的“重大灾害”。他们将此举类比于FEMA迅速应对《斯塔福德法案》下的新冠疫情的决定。

“各州一直在遭受极端高温和野火烟雾的困扰，”生物多样性中心能源公正项目主任Jean Su说道。“随着更多极端高温事件和更危险的野火烟雾的增加，现在是承认这一点、确保各州可以获得资金，并分发资金以便各州最终能够应对这些危机的时候了。”

其他请愿者包括美国劳工联合会（AFL-CIO）、服务员工国际联盟和社会责任医师。

极端高温可能对工人造成严重后果，他们可能被迫在酷热的温度下户外劳作，或者放弃工资。它还可能损坏基础设施，使铁路线变形，道路变形。几十年来，高温一直是美国天气相关死亡的主要原因，同时导致急诊室就诊次数增加和医疗费用增加。这些影响尤其严重地落在生活在以硬质铺装为主的地区或者难以降温的住房中的弱势社区居民身上。

“极端高温是一种伤害倍增器，不仅使贫困住房困境的居民难以负担他们的公用事业账单，还增加了公用事业断开连接的风险，甚至会导致更糟糕的健康和经济后果，”这些团体在他们的请愿书中说道。

这份请愿书是鼓励转变的第一步。如果联邦紧急事务管理局拒绝或延迟决定，它可以作为诉讼的前奏。联邦紧急事务管理局在至少三次情况下拒绝了各州基于极端高温宣布重大灾难的请求，分别是1980年和1995年，以及2022年与热穹顶有关的加利福尼亚竞标。

努力是在一个异常的早季热浪中进行的，这将使本周美国部分地区的温度升至三位数。预计一个热穹顶将在中大西洋各州上空形成，高压将使酷热空气被困在地面附近。

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尽管联邦援助通常是为了帮助社区应对飓风、龙卷风和其他重大灾害后而调动的，但资源也可以在相对平静的时期提供。例如，它们可以支付用于防范热浪和烟雾的家庭改进。周一提交的请愿书列出了便携式空气净化器、高效窗户和建筑隔热作为潜在的资助候选。