安装了热泵系统的房主通常都对其表现赞不绝口，并乐于分享他们的经验与技术知识，帮助他人找到最适合的安装位置。将这种技术应用于商业建筑，同样可以为业主和环境带来显著的好处。
尽管热泵在非住宅建筑中的应用日益增多，但对于大型建筑来说，找到最合适的热泵配置需要进行更加细致的前期规划。大型建筑的能源需求通常较高，且基础设施往往老化，这无疑增加了实施的难度。
要将热泵系统有效改造到现有商业建筑中，必须对现有建筑的能源表现、结构以及供暖和制冷系统进行详细评估。此外，任何新安装的系统都需要与其他可持续技术相结合，以确保整体脱碳策略的有效性。
对于大型商业建筑来说，通常依赖集中供暖系统，因此大型中央空气源热泵 (ASHP) 或地源热泵 (GSHP) 比单个小型分布式单元更为合适。这些集中式系统能更好地满足大规模建筑的需求，提高效率并降低整体能源消耗。
热传递
了解技术的工作原理是确保系统提供所需性能的重要起点。
热泵的工作原理是将热量从一个位置转移到另一个位置，并利用电力驱动这一过程。空气源热泵 (ASHP) 从外部空气中提取热量，而地源热泵 (GSHP) 从地面吸收热量。在商业环境中，地源热泵通常效率更高，但需要较大的安装空间，这限制了其在大型住宅中的应用。
空气能热水器 (ASHP) 虽然安装更方便，用途也更广泛，但在寒冷气候下效率往往会下降。最近的创新减少了在寒冷气候下依赖化石燃料备用的混合系统的需求。新型寒冷气候空气能热水器 (ASHP) 可在低至 -25°C 甚至更低的室外温度下高效运行。
对于极寒地区仍需要混合系统的地区，非化石燃料备用选项（包括电阻加热器、热能储存、生物质系统、可再生能源水暖和区域供热系统）提供了实现完全脱碳的途径。
商用热泵可显著节能。根据实际项目数据，精心设计的热泵系统可以降低供暖能耗，尤其是在精心规划将其集成到楼宇管理系统的情况下。如果与储能系统和太阳能电池板等可再生能源相结合，节能效果将更加显著，这将成为实现全天候无碳能源和消除间接范围二排放的基石。
将热泵付诸实践
为了探索热泵在商业项目中的潜力，我们来考虑一座旨在减少能源消耗和碳足迹的大型办公楼。
办公楼，尤其是采用开放式设计和中央暖通空调系统的办公楼，全年都有很高的供暖和制冷需求，并且每日和每周的入住率也各不相同。
为每个项目选择正确系统的起点是详细的建筑性能审查，其中包括计量的能耗数据、占用模式以及建筑结构和服务的细节。
通过使用智能传感器和数字能源孪生模型来模拟潜在的运行模式，可以准确评估建筑物的能源使用情况。通过实时的占用率和环境条件数据，可以将其划分为高峰时段和非高峰时段，从而识别整个能源系统中效率低下的部分，并实现整体系统优化。
掌握这些知识，并评估建筑物的供暖和制冷系统，即可探索实施热泵策略的可行性。鉴于大多数办公楼位于城市，由于空间限制，ASHP 可能是最佳选择，而且它可以与现有的 HVAC 系统集成，提供持续的供暖和制冷。
动态调节温度
该系统将通过与智能控制系统集成，在建筑物入住率较低时（例如夜间或周末）优化供暖和制冷，从而降低能耗。此类系统可以根据实时入住率数据动态调节温度，自动减少非高峰时段的供暖，最大限度地减少不必要的能源消耗，并最大限度地提高效率。
这种方法结合最新的空气能热水器 (ASHP) 技术和隔热性能良好的建筑围护结构，可节省高达 50% 的能源，但实际节省的成本会因建筑隔热、气候和系统设计而异。实际节省金额还会根据当前的火花比（即燃气和电力之间的价格差）而有所不同。转换为电热还可以通过消除现场化石燃料的使用来减少建筑物范围一类的排放。
碳信托 (Carbon Trust) 的数据支持了Mott MacDonald)交付的项目所实现的节能效果，数据显示，商业环境中设计良好的热泵可减少 30% 至 50% 的能源消耗。
挑战和并发症
然而，为每栋建筑进行正确的设置并不是热泵的唯一考虑因素——还有其他环境问题和障碍需要解决。
热泵系统的一个关键复杂性在于所使用的制冷剂，它既会影响性能，又会影响环境影响。许多热泵依赖于氢氟碳化物 (HFC) 制冷剂，这种制冷剂一旦泄漏，全球变暖潜能值 (GWP) 很高。较新的系统使用 GWP 较低的氢氟烯烃 (HFO)，但这些制冷剂现已被认定为PFAS（永久化学物质）类别的一部分，可能构成长期环境风险。
二氧化碳和丙烷等天然制冷剂是最可持续的替代方案，因为它们对环境的影响极小，且臭氧消耗潜能值为零。在考虑大型商业建筑的热泵策略时，选择合适的制冷剂系统对于最大限度地减少范围一排放并符合未来的环境法规至关重要。
前期成本高
更广泛采用热泵技术的主要障碍在于前期成本较高以及行业技能的差距。目前，许多顾问和承包商缺乏为大型商业项目设计、安装和维护热泵系统的专业知识和经验。
然而，随着能源价格的波动和监管压力的增加，热泵的成本逐渐变得更具吸引力，这为专业技术的提升创造了机会。同时，政府的激励措施，如可再生能源项目补贴和碳减排计划，也在帮助企业抵消安装成本，使其能够更容易地证明初期投资的可行性。
尽管热泵技术并非适用于所有情况，但当与智能建筑技术、可再生能源以及高效设计结合使用时，它能够显著降低运营成本并减少碳排放。虽然热泵在商业化推广方面仍面临一定的挑战，但它的优势已经得到了广泛认可，在推动向更加可持续的未来转型过程中，热泵有可能发挥重要作用。
本文作者：Chris Vallis是Mott MacDonald可持续建筑部门的总监
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