建筑是中国能源消耗和碳排放的主要领域之一。中国既有建筑总量大，能耗和碳排放强度高。中国宏观经济研究院发布的《中国能源转型展望2022》报告中，提出了一条在合理成本和可行技术下实现“双碳”目标的途径。在该碳中和情景下，建筑和供热行业都需要加速电气化。研究表明，建筑领域将主要通过提高分布式和集中供暖的热泵使用率实现电气化、减少化石能源消耗，到2035年，建筑供暖的终端能源消费应该基本实现无煤化，并在2060年完全停止直接消耗煤炭和天然气（详见图 4-33，CNS2情景）。尽管其他研究对实现“双碳”目标的路径会有所不同，但几乎可以确定的是，随着未来建筑能耗的进一步增长，建筑领域需要采取多种措施大幅减少化石能源的直接或间接使用。
近年来，得益于国家与市政的支持和推广，中国热泵行业取得了显著进展。然而，推广热泵的应用仍然面临挑战，其中高昂的初装和运营成本是经常被提及的主要障碍，但实际上，从产品的寿命周期来看，热泵的高效能可以持续降低电费，使得用户不出几年便可回收成本。
本文旨在探讨如何有效提升居民和商业用户的供暖水平，在满足民生需求的同时最大化的降低费用成本。除了安装高效节能的供暖产品，提高建筑物自身能效，也是非常重要的工作。对于既有建筑，通过加强建筑围护结构的改造可以减少运行时的能量损失和供暖费用，并在安装或更换供暖设备时让用户可以选择容量更小、更便宜的热泵来满足供暖或制冷需求；对于新建筑，通过超低能耗设计也能实现同样的效果，进一步降低热泵初装和运营成本。若在建筑的整个寿命周期内尽早进行全面的节能改造，则能够获得最大的成本节约效果。虽然建筑围护结构的节能改造已是老生常谈，但将其作为热泵的“外挂”，实现热泵和围护结构一体化，能达到1＋1＞2的效果，丰富政策设计和资源调度。
通过物理“外挂”降低供暖成本
在确保取暖效果、节省费用的同时实现节能环保，技术手段层出不穷。作为取暖设备，热泵越来越为人们所熟知。热泵能够将热量从空气、地层，或水体等低位热源中搬运到室内，每消耗一度电可以搬运3到4度热能，因此理论上比直热式电暖器要节省75%的电费，而且相比燃气供暖效率更高，相比散煤供暖更加安全、环保。
然而，2022年电热泵在供暖领域总体市场渗透率仅为5.04%。如前文所述，影响其发展空间的主要障碍是大家普遍认为热泵的初装和运营费用较高。据业内人士统计，无论是区域大型采暖还是住宅小区和公共建筑改造项目，空气源热泵的初装投资要比电锅炉采暖高出一倍多。但根据计算，热泵对比电锅炉拥有高效运行的优势，多出的初装投资能在两到三年内通过节省的电费收回。然而，还是有用户反映电热泵的实际用电量较高，一部分原因可以归结于为建筑围护结构的保暖性差导致热量散失较快，用户不得不花更多电费以维持供暖需求。
作为物理“外挂”，建筑围护结构是建筑室内外环境之间的物理屏障。它包括墙壁、屋顶、窗户、门和其他将内部空间与外部环境分隔开的结构。建筑围护节能改造可以提高建筑外围的绝热性能，减少室内供暖或制冷损失，同时提升空气质量和舒适性。通常，这些改造包括提升墙体保温、更换节能门窗和改善建筑气密性，以提高能源利用效率、减少空气流动并增加建筑的整体舒适度
提升建筑围护结构的节能效果还可以显著降低取暖成本。例如，北京农村住宅节能改造案例发现，增加外墙、屋顶和窗户的保温层可带来40-60%的综合节能率。山东农村住宅的节能改造项目可在一个冬天节省约700元，约运行费用的30%，并在3到7年后回收节能改造投资。上述两个案例均为北方农村住宅的节能改造，但无论是农村住宅、城市住宅，还是其他公共建筑都具有很大改造潜力。
若热泵和围护结构的改造升级“双管齐下”，则能达到1＋1＞2的效果。深度节能改造，即同时进行多方面的节能改造项目，例如安装热泵、更换节能门窗并添加墙体保温层等，多管齐下可带来规模效应。对于既有建筑，深度节能改造通常可以显著降低能量损失，即使选择容量更小的热泵，也能满足供暖和制冷需求，从而降低热泵的初装和运行成本。对连接到热网的建筑群进行改造，也能减少供热源头的设备投资。新建建筑应按照绿色建筑规范建设超低能耗建筑，再根据建筑围护结构的保暖状况合理配置热泵容量。从建筑的寿命周期来看，尽可能充分地进行深度节能改造能带来最大的费用节省，而每个延迟或不彻底的后续改造最终会累积成更高的总成本。
建筑节能水平提升势在必行
据测算，中国存量建筑中仍有近40%为非节能建筑，其中大量老旧居住建筑围护结构差、设备老旧效率低、运行维护管理缺失，导致中国建筑全生命周期能耗在全国能源消费总量中的占比居高不下。中国建筑节能协会指出，目前建筑运行阶段碳排放约占全国碳排放的22%；要想实现2030年建筑碳达峰，“十四五”末建筑全过程二氧化碳排放总量应该控制在25亿吨。然而，2020年中国建筑全过程碳排放足有50.8亿吨，是碳达峰预测量的两倍。随着城镇化率和居民生活水平的不断提升，中国建筑领域能源消耗和二氧化碳排放将保持刚性增长。显然，通过节能改造降低建筑碳排的潜力巨大。
为了在2050 年实现全球净零排放，国际能源署(IEA)建议所有国家最迟在 2030 年为新建建筑和既有建筑制定零碳建筑节能规范。这一建议强调，建筑物应具有高能效和弹性，并直接使用可再生能源或依赖可完全脱碳的能源供应。中国在建筑节能规范方面位列先锋。2022年3月，住房和城乡建设部发布了《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》（建标〔2022〕24号），其中重点呼吁“提高新建建筑节能水平“与”加强既有建筑节能绿色改造”， 并提出具体目标——“到2025年，完成既有建筑节能改造面积3.5亿平方米以上，建设超低能耗、近零能耗建筑0.5亿平方米以上”。今年5月，国务院发布《2024—2025年节能降碳行动方案》（国发〔2024〕12号），重新强调对新建筑 “严格执行建筑节能降碳强制性标准”和“推进存量建筑改造”，在“十四五”收官之际加大节能降碳攻坚力度。
实现热泵和围护结构一体化政策建议
归根结底，建筑围护节能改造不“挑食”，无论是何种供热方式，提升建筑保暖效果都会带来显著的节能效益。在“双碳”目标下，继续推动绿色建筑发展和建筑节能改造既能降低热泵初装和运行费用、提升用户选购意愿，更能减少建筑能耗和碳排。对此，我们总结几点基础建议：
- 推进深度节能改造项目。未来的建筑节能改造项目应探索供暖系统升级与多项围护结构改进同步实施，争取创造规模经济。
- 向领先地方政府学习，持续完善改造项目的设计和资金支持。考虑同时规划节能建筑和新能源供热的资金支持。
- 贯彻落实“建筑节能降碳强制性标准”，继续完善“绿色建筑”标准，旨在将超低能耗和近零能耗建筑标准扩展到所有建筑。
“十四五”是绿色建筑在有条件地区的推广周期和超低能耗建筑的示范周期，为建筑领域的绿色、高效发展打下坚实基础。“十五五”期间可进一步提升建筑绿色发展目标，将“绿色建筑”标准扩张到全国范围，力争实现《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》提倡的“城乡建设领域2030年前碳达峰”目标。
本文首刊于中国电力新闻网，2024年8月6日
