热泵日益普及，但商业改造仍面临重重障碍

热泵在美国越来越被认可，因为与其他建筑供暖和制冷选项相比，它们具有能源效率高和温室气体排放减少的优势。美国气候联盟，一个由25位州长组成的两党联盟，最近承诺 增加热泵安装量 在其各州内，到2030年达到2000万台。目前，美国有 约480万台 热泵安装，根据清洁能源智库RMI的数据。

各州的采用情况各不相同。在马萨诸塞州，对前期成本和选择合适设备的复杂性的担忧减缓了采用速度，使该州落后于像 缅因州这样的同行，该州已经超过了其2025年安装10万台热泵的目标。缅因州州长Janet Mills最近设定了一个更雄心勃勃的目标，即到2027年达到17.5万台热泵。

考虑在现有建筑中部署热泵的设施经理担心成本——尽管有联邦激励措施——以及改造可能带来的大量工作和干扰。

物理挑战

在现有建筑中改造热泵的可行性因建筑而异。“这当然是一项成熟的技术。[但]仅仅将你的HVAC系统更换为热泵系统可能不是最佳策略，”国际规范委员会创新副总裁Ryan Colker说。

Arch Energy（Consigli Construction的子公司）的能源总监Kailash Viswanathan指出了两个重大挑战。首先是建筑占用率。进行如此大规模翻新的能力“很大程度上取决于占用者，”Viswanathan说。“如果是一个集中计划，那就更容易。但你仍然必须进入建筑。你必须打开墙壁并更换管道才能实现。[在大多数情况下]，只有在占用者离开或租户更替时才能进行此类更改。”

其次是维持空间供暖和生活热水的温度。Viswanathan指出，热泵在较低水温下运行效率最高。改造现有建筑涉及将水温从180华氏度降低到120至140华氏度之间。要在较低水温下实现相同的热量输出，需要更大的流量。“这意味着你需要增加管道的直径。这涉及到进入占用者的空间并拆除和更换管道。这是破坏性的，”他说。“这就是为什么有10到12年的计划。这不会一夜之间发生。而具有挑战性的建筑，如历史建筑，将需要更长时间进行改造——大约20年左右。”

Viswanathan是一个团队的一员，该团队正在纽约市345 Hudson St.的高层建筑中改造热泵。这项由纽约州能源研究与发展局发起的首创性倡议旨在快速实现纽约市一座百年建筑的电气化。“我们帮助工程师[和客户]找到解决方案，并……找出减少这座建筑碳排放的最佳方法，”他说。

“设施经理总是决策过程的一部分，”他补充道。“他们思考在操作、维护和控制热泵技术方面涉及哪些挑战。随之而来的是很多自动化，他们必须学习这些。”

经济挑战

另一个重大障碍是成本。Rosen Consulting Group的估计表明，2022年在纽约州一座典型的燃气办公建筑中改造地源热泵的总成本范围为 每平方英尺17至24美元，而空气源热泵的成本为每平方英尺12至21美元。这些估计包括热泵热水器、必要的基础设施和电气升级。报告指出，办公建筑的热泵改造可以随着时间的推移产生“显著的能源账单节省”，尽管这些节省估计是基于额外的建筑外壳改进，这将产生额外成本。《通货膨胀削减法案》提供了联邦税收抵免和州管理的回扣，以抵消购买和安装成本。

设施经理需要清楚了解财务成本和收益，包括长期维护因素，以验证他们的决策，Prospect Silicon Valley的创始人兼执行董事Doug Davenport说，这是一个专注于交通、能源和基础设施的非营利清洁技术加速器。

Davenport还强调需要更多的“关于汇总和解释实际安装的性能结果的教育和培训，以证明技术如报告所述工作。[这]对于即将进入市场的新设计浪潮尤其如此。”

降低改造成本的一种方法是实施混合系统。 带有混合热交换的地热热泵 可以帮助建筑业主降低资本支出并提高经济可行性，国家可再生能源实验室在9月报告说。NREL在其REopt工具中增加了分析此类系统的能力，该工具帮助建筑管理者 评估可再生能源的组合、常规能源、存储和GHP技术，以满足成本、清洁能源和韧性目标。

潜在的电网挑战

尽管热泵具有直接的脱碳效益，但在大规模应用时，它们可能会给当地电网带来压力，这些电网可能缺乏发电能力来适应预期的建筑电气化增长。“你不能只安装热泵而不修复电网。每个人都在等待的是电网是否会绿化自己，”Cortex Sustainability Intelligence的收入副总裁Owen Glubiak说。

Cortex最近在其建筑脱碳平台上推出了一项自动化功能 以帮助客户减少能源使用和碳排放。在需求响应驱动的场景中使用热泵可以缓解电网压力，Glubiak说。“你在最温暖和最寒冷的日子看到最大的问题。因此，需求响应计划将变得非常重要，以确保你满足峰值需求。”

脱碳拼图的一部分

正如Glubiak所指出的，热泵本身并不是电气化的完整解决方案。当设施经理将热泵作为包括太阳能电池板和电池存储在内的完整系统的一部分时，效益最大化，施耐德电气的可持续发展研究总监Thomas A. Kwan说。

在决定热泵改造是否具有经济意义时，ICC的Colker建议进行深入的能量审计，以提供关于“你在哪里能获得最大的性价比，以及在哪里能获得最佳的气候变化影响”的全面见解。

升级数十年老系统的设施经理倾向于做出务实的决策，领导EY Americas房地产实践数字化转型计划的Mark Grinis说。“如果某样东西坏了，让我们正确修复它。但我们是否想要进行非常复杂的改造？”他说，描述了典型的思考。热泵改造的可行性还取决于位置，在吸引更广泛的租户群体和实现更高的经济回报方面。他补充说，旧建筑可能有机会安装凉爽屋顶和屋顶太阳能，但“我觉得我在新建筑中看到热泵更多。”

根据国际能源署的数据，热泵目前仅满足全球建筑供暖需求的约10%，远低于与2050年净零排放目标所需的部署量。它呼吁更多的政策支持和技术创新，以提高能源效率，降低前期成本，并消除复杂改造的市场障碍。