五大熱泵挑戰及其解決方法 - 彭博社

Aira在英格蘭哈羅蓋特舉辦的Everything Electric North Show上展示的智能熱泵。

攝影師：Ian Forsyth/Getty Images

自2023年6月7日，紐約自加拿大野火煙霧籠罩下的自由女神像。一項新請願旨在正式將美國的極端高温和野火煙霧列為重大災害。

攝影師：Victor J. Blue/Bloomberg熱泵是在19世紀50年代發明的，並自20世紀中葉以來一直被用於住宅和商業建築。雖然它們在供暖和製冷方面非常高效，但這並不意味着它們不需要升級。

設計和安裝熱泵（從空氣、地面或水等外部來源提取熱量，並將其傳遞到建築物中）比設計和安裝燃氣鍋爐或爐子更為複雜。熱泵傳統上依賴於對氣候構成風險的製冷劑，對於那些習慣於燃燒化石燃料供暖的用户來説，需要一些時間適應。

BloombergGreen洛杉磯北部的大火正受到乾燥風的助燃紐約本週將達到98華氏度，創下美國東北部的高温紀錄美國何時能推出價值25000美元的電動汽車？團體表示，美國應將極端高温和煙霧列為災難隨着熱泵逐漸走向主流，越來越多的人依賴它們來為家庭供暖和製冷，公司越來越重視改進和完善熱泵技術。一些技術，如在熱泵中使用磁鐵或借鑑自NASA的壓縮機，仍處於相對早期的開發階段，但承諾帶來巨大的效率提升。然而，市場上現在也有其他技術。雖然許多選擇可能在初始階段成本較高，但隨着這些技術走向主流，價格可能會下降。

這裏有五種公司正在解決熱泵推廣的障礙。

更好的製冷劑

熱泵的運行温度相對較低，理想情況下為35攝氏度至45攝氏度（95華氏度至110華氏度），而燃氣或燃油鍋爐或爐子的温度為60攝氏度至80攝氏度。

它們被設計為“低速運行”，比鍋爐或爐子工作時間更長，後者可能一天打開和關閉幾次，提供更強烈的熱量衝擊。設計為在較高温度下加熱的房屋需要一些修改，如新的絕緣材料，以確保保持舒適。

部分原因是熱泵內部通常使用的製冷劑在較高温度下效果不佳。但情況正在改變。達肯歐洲的供暖和可再生能源總經理帕特里克·克倫貝茲表示，運行在較高温度下的熱泵已經存在一段時間了。該公司自2009年以來一直在銷售一款高温型號，這是一種“即插即用”的選擇，適用於使用化石燃料供暖的家庭。

新的是，熱泵越來越多地使用丙烷作為製冷劑，從室外吸收熱量並釋放到室內。丙烷可以比其他製冷劑更多地被壓縮，而更多的壓縮意味着更高的温度。“因此，開發朝着70、75攝氏度運行的系統在某種程度上更容易，”他説。

折衷之處在於，這類熱泵的前期成本和運行成本可能更高，三菱電機住宅產品集團總監拉塞爾·迪恩表示。丙烷也具有易燃性，對製造和維護提出挑戰，在美國，法規意味着丙烷熱泵在不久的將來不太可能普及。但在難以進行效率升級的地方，它們仍然是合理的選擇 — 而且它們也可以在較低温度下運行。

丙烷變得越來越受歡迎的另一個原因是，上世紀80年代，最常用的製冷劑被禁止使用，因為它們導致臭氧層出現破洞。它們被稱為HFCs取代，這些化合物不會破壞臭氧層，但在很大程度上會導致氣候變化。

製冷劑R410a——常用於空調和熱泵中——對全球變暖的影響是二氧化碳的2088倍。雖然製冷劑不應該釋放到大氣中，但現實情況是，當設備損壞或維修不當時，它們可能會被釋放。事實上，它們可能會被釋放。

隨着美國和歐洲的監管機構設定淘汰HFCs的最後期限，製造商越來越傾向於使用低全球變暖潛力的製冷劑，如丙烷。“大多數熱泵公司正在推出、計劃推出或已經推出一系列使用丙烷作為空氣-水空間製冷劑的產品，” 丹麥工程公司Danfoss Climate Solutions的總裁Jürgen Fischer説。

5月24日在Everything Electric North Show上展出的一台熱泵。攝影師：Ian Forsyth/Getty Images### 完全沒有製冷劑

一個更前沿的想法是完全放棄傳統制冷劑。這是德國初創公司Magnotherm的計劃，他們使用一種稱為磁熱效應的技術，通過磁化金屬使其升温。該公司目前還沒有針對家庭供暖領域，而是首先推出了一款商用冷卻器，但該技術未來可能會被用於這個目的，該公司的聯合創始人兼首席運營官Max Fries表示，這可能是他們未來考慮的事情。

有其他製造熱泵的方式，而不使用傳統的製冷劑。聲波熱泵利用聲音來壓縮和膨脹氦氣，而壓力熱泵則對某些固體材料施加壓力。儘管這些可能註定只用於小眾用途。

“這些‘熱量’技術的優勢在於它們比傳統的氣體壓縮和膨脹循環效率要高得多，但從技術上來説也更具挑戰性，” Fries説。

更好的壓縮機

在極寒天氣中，熱泵開始失去效率。但有一種方法可以確保這種情況不會發生：改進循環制冷劑的壓縮機。一個能夠管理温度變化範圍越大的壓縮機，在較低温度下的工作效果就越好。

一個非常瞭解如何在極寒天氣中運行熱泵的組織是NASA。Evari的首席執行官史蒂夫·沃克表示，NASA在極端寒冷的温度下將它們用於衞星上。Evari是一家美國初創公司，致力於將太空機構的技術引入地球。

它的壓縮機更小，只有一個運動部件 —— 一個內部輪子，其運動速度比聲速更快。沃克表示，這使得內部熱交換更加高效。最大的優勢在於它能夠應對大的熱量極端，無論是在中西部嚴寒的冬天保持家庭温暖，還是在南方夏季高温時保持涼爽，而不會失去太多效率。

更好地利用空間

空氣源熱泵通常需要約3.5平方米（38平方英尺）的室外空間。但有幾家公司正在研究製造適用於沒有外部空間的小空間，如公寓的熱泵。

一些獨立的空氣源熱泵型號設計用於放置在公寓樓外或陽台上。在紐約市，由初創公司Gradient和全球製造商美的生產的窗口安裝式熱泵正被安裝在公共住房中。另一種方法是將每個公寓連接到一個熱源，比如地熱。冰箱和其他冷卻設備也會散發熱量。（只需將手放在冰箱背面的線圈附近。）這種廢熱可以被收集並泵送到地下，可以用來儲存供暖家庭。而且因為它已經被加熱過，提取它需要更少的能量，降低運行成本。

英國地源熱泵製造商Kensa最近推出了一款小型“鞋盒”熱泵，佔用公寓中的少量空間，並且可以獨立控制。該熱泵設計用於在密集的公寓樓或街道中與大型地源熱泵一起使用，它的運行效率“與一個真正大而昂貴的熱泵一樣高效，但是體積只有一個微波爐那麼大，可以放在廚房櫥櫃裏，並且可以實現非常高的效率，從而降低運行成本、降低電費”，公司首席執行官Tamsin Lishman説。

更高效率

在美國和歐洲，電力通常比天然氣更昂貴。這使得即使對於那些擁有頂級效率的人來説，購買熱泵也變得更加困難。

在歐洲，天然氣幾乎比電力便宜三倍

2022年選定國家的電力與天然氣價格比率

來源：歐盟統計局/Nesta

電力和天然氣價格以歐元計算。所有税收和徵費均已包含。

但也有一些收益可得。這就是Evari的目標，沃克表示。該公司的主要賣點是，與標準熱泵相比，壓縮機的效率在寒冷天氣中下降的幅度要小得多，使其更便宜運行。然而，總體而言，要將效率提高到最佳熱泵系統中所見的四到五倍水平以上是很困難的，Crombez表示。在那之後，成本開始呈“指數級”增長。

解決方案可能不是技術上的。相反，政策和計費方式可能會重新組織家庭支付電力和天然氣的方式。英國和歐洲的一些公司正在試驗專為熱泵使用設計的特殊定價結構，這些結構在一天中的某些時間提供更低的電價。將熱泵與電池結合，並用低成本的夜間電力或太陽能填充電池，對於試圖最大程度減少熱泵運行成本的房主來説也是一個不錯的技巧。

“將熱泵與家庭系統中的太陽能光伏整合，在英國可能還有動態電價，我認為最終用户將從中獲益，”Crombez表示。

紐約和美國東北部即將迎來一場創紀錄的熱浪，這將提高電力需求，增加健康風險，並可能給通勤者帶來麻煩。

曼哈頓的中央公園預計將在週五達到98華氏度（37攝氏度），美國國家氣象局表示。這場熱浪的最嚴重部分將在本週席捲中西部、紐約北部和新英格蘭地區，然後襲擊紐約市和華盛頓。紐約市市長埃裏克·亞當斯在一次新聞發佈會上表示，週四可能會發布熱浪警報，屆時氣温可能會感覺接近99度。

彭博綠色洛杉磯北部的大火正受到乾燥風的助長美國何時會推出價值25000美元的電動汽車？極端高温和煙霧應該被美國列為災難，組織表示奧地利部長違抗總理後，歐盟自然法案獲得通過“本季第一波熱浪來襲，我們已經做好準備，”亞當斯説道。“對於六月來説，這是極端炎熱的天氣，氣候變化導致熱浪更加頻繁和強烈。夏天已經不同於以往。”

儘管夏天正式開始要到週四，但美國各地可能會打破或並列超過120個日最高温記錄，其中大部分在中西部、中大西洋和新英格蘭地區，美國天氣預測中心表示。濕度會讓氣温感覺更炎熱，推高空調使用量。

在週末，紐約州州長凱西·霍楚爾在X上發佈的一篇帖子中警告居民即將到來的熱浪“絕不是鬧着玩的”。她表示，高温是導致死亡的頭號與天氣有關的原因。它還可能使鐵路軌道變形，並減慢依賴火車運輸人員的大型東部城市的通勤速度。

天氣預報中心的高級分支預報員鮑勃·奧拉維克表示，最強熱浪可能會出現在新英格蘭地區。新罕布什爾州康科德週四的最高氣温可能達到101華氏度。根據加拿大環境與氣候變化部門的數據，酷熱天氣也將蔓延至加拿大，蒙特利爾氣温將達到93華氏度，多倫多為91華氏度。

奧拉維克表示，一個大型高壓系統正在東部美國形成，這將使熱浪困留在該地區，使其加劇。儘管新英格蘭地區的酷熱天氣將在本週晚些時候減輕，但紐約和華盛頓可能會持續炎熱到週末。

“這將成為本週的頭條新聞，”奧拉維克説。這種高温“範圍相當廣，它被錨定在那裏，整整一週都不會移動。”

活動人士正在請願美國政府正式將極端高温和野火煙霧列為重大災害，因為高温威脅着全國大部分地區創紀錄。

他們在一份請願書中向聯邦緊急事務管理局提出申請，他們尋求解鎖新的資金，幫助社區在災害發生之前應對這些事件，為過濾煙霧的空氣過濾器和在需求超過電力網的情況下提供電力的屋頂太陽能系統提供資金。

氣候變化使致命的熱浪變得更加強烈和頻繁，而更炎熱、更乾燥的條件加劇了引發覆蓋美國有毒煙霧的火災風險。據估計，2023年是有史以來最熱的一年，美國約有2,300人死於與高温相關的疾病。去年來自加拿大的大火濃煙一直傳播到佐治亞州南部，促使人們躲在室內避難，一些美國最大城市的航班也被取消。

BloombergGreen洛杉磯北部的大火得到乾燥風的助燃紐約市本週氣温將達到98華氏度，創下美國東北部的最高紀錄美國何時會推出價值25000美元的電動汽車？奧地利部長違背總理意願，歐盟通過自然法案閲讀更多： 紐約面臨酷熱，東部美國氣温飆升

包括環保人士、工會和公共衞生倡導者在內的二十多個團體於週一提交請願書，要求聯邦緊急事務管理局（FEMA）宣佈極端高温和煙霧為《斯塔福德法案》下的“重大災害”。他們將此舉類比於FEMA迅速應對《斯塔福德法案》下的新冠疫情的決定。

“各州一直在遭受極端高温和野火煙霧的困擾，”生物多樣性中心能源公正項目主任Jean Su説道。“隨着更多極端高温事件和更危險的野火煙霧的增加，現在是承認這一點、確保各州可以獲得資金，並分發資金以便各州最終能夠應對這些危機的時候了。”

其他請願者包括美國勞工聯合會（AFL-CIO）、服務員工國際聯盟和社會責任醫師。

極端高温可能對工人造成嚴重後果，他們可能被迫在酷熱的温度下户外勞作，或者放棄工資。它還可能損壞基礎設施，使鐵路線變形，道路變形。幾十年來，高温一直是美國天氣相關死亡的主要原因，同時導致急診室就診次數增加和醫療費用增加。這些影響尤其嚴重地落在生活在以硬質鋪裝為主的地區或者難以降温的住房中的弱勢社區居民身上。

“極端高温是一種傷害倍增器，不僅使貧困住房困境的居民難以負擔他們的公用事業賬單，還增加了公用事業斷開連接的風險，甚至會導致更糟糕的健康和經濟後果，”這些團體在他們的請願書中説道。

這份請願書是鼓勵轉變的第一步。如果聯邦緊急事務管理局拒絕或延遲決定，它可以作為訴訟的前奏。聯邦緊急事務管理局在至少三次情況下拒絕了各州基於極端高温宣佈重大災難的請求，分別是1980年和1995年，以及2022年與熱穹頂有關的加利福尼亞競標。

努力是在一個異常的早季熱浪中進行的，這將使本週美國部分地區的温度升至三位數。預計一個熱穹頂將在中大西洋各州上空形成，高壓將使酷熱空氣被困在地面附近。

閲讀更多： 紐約面臨酷熱，東部美國温度飆升

儘管聯邦援助通常是為了幫助社區應對颶風、龍捲風和其他重大災害後而調動的，但資源也可以在相對平靜的時期提供。例如，它們可以支付用於防範熱浪和煙霧的家庭改進。週一提交的請願書列出了便攜式空氣淨化器、高效窗户和建築隔熱作為潛在的資助候選。