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全球空气-水热泵市场2021年综述
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全球空气-水热泵市场2021年综述
耿惠彬编译自JARN2022年7月特刋
随着新冠肺炎疫苗在全球范围内的持续部署,各国采取了积极的财政和货币政策及其他措施,全球经济于2021年开始复苏。然而,未来的脱碳目标令人望而生畏。热泵技术对于实现这一目标至关重要,业已成为共识。尤其是,欧洲国家制定并颁布了清洁能源政策。许多国家为热泵提供了慷慨的补贴,极大地促进了空气-水(ATW)热泵市场。继2020年经历了相对较低的增长率之后,全球ATW热泵市场在2021实现了卓越的V型复苏。
根据JARN的数据库,2021全球ATW市场同比增长19.3%,达到410万台。好消息是,欧洲、中国和日本等三个市场继续扩张。其中,欧盟市场的增长速度最为显著,而世界上最大的中国市场又回到了快速增长的轨道上,日本市场保持了稳定的增长。JARN估计,欧洲、日本和美国市场分别增长了46.1%、11.6%和8.8%,而中国则增长了12.6%。中国、欧洲和日本是ATW热泵主要的市场和生产基地。ATW热泵收集大气热量,作为热水的热源,而热水则用于空间供暖和卫生热水供应。
本期特刊涵盖了热泵热水器(HPWH)的全球市场,重点关注ATW热泵。
 
1、 市场情况
欧洲
先进的欧洲环境保护政策为热泵市场的发展奠定了基础,并为全球可持续发展模式树立了榜样。芬兰、法国、德国、意大利、荷兰、葡萄牙、西班牙和英国等国已实施补贴政策,以加速不合适的热泵及国内石油和天然气锅炉的淘汰。德国、荷兰和西班牙甚至为商业设备用热泵提供补贴。在这些政策的推动下,由法国主导的欧洲ATW热泵市场已经蓬勃发展。
日本
据日本制冷与空调行业协会(JRAIA)统计,2021日本ATW热泵市场达到年增长11.6%。日本热泵和蓄热技术中心(HPTCJ)积极推动热泵的部署。自2001年Eco Cute首次在全球商业化以来,制造商开发了许多新的、备受追捧的功能,如地板采暖、根据客户需求供应家用热水(DHW)以及缩小安装空间。最新统计数据显示,截至2022年3月底,使用CO2的Eco Cute HPWH累计发货量达到801.7万台。2021 年10月,日本修订了基本能源计划。计划到2030年,将Eco Cute的累计销量从1400万台增加到1590万台。
中国和东南亚地区
2021年中国ATW热泵市场整体同比增长约12.6%,达到219万台。东南亚颁布了节能法规和建筑节能法,但尚未出台HPWH政策。除了热泵空调系统以外,热泵作为一种节能环保技术在该地区的接受度还比较低。HPTCJ发布了一份关于东南亚HPWH的报告,调查如何在印度尼西亚、泰国和越南等东南亚国家的酒店和医院推广商用HPWH。澳大利亚现在实施了世界上最严格的一些环境法规。作为电加热器的替代品,ATW热泵和生活热水器的使用正在增长。韩国市场有一定的业务规模,有一些实力雄厚的供应商。商业和工业用的ATW热泵模型已在展览会上展出。
美国
美国由于采暖文化的差异,目前美国对用于空间采暖的ATW的需求较少。然而,用于家庭、商业和工业过程热水应用的ATW热泵数量不断增加。公用事业公司和一些市政当局有激励计划。美国2021年ATW热泵型的市场规模为11.2万台。单体或分体式ATW热泵在美国并不常见。家用热水器市场的年销售量很大,有800万至1000万台,但HPWH在美国的份额并不很大。美国展示了游泳池ATW热泵的商业潜力。
 
图1  ATW热泵增长率:右图为中囯,左图为其他地区
附注:
*本期特刊中的ATW热泵市场数据是以室外机为基础估算的。本特刊中的表格和数字基于JARN的数据库,除非另有规定。JARN对全球领先的ATW热泵制造商进行问卷调查和访谈。JARN的数据库主要基于对市场答卷的分析。所有数据均为估计值。
**Eco Cute是空气源热泵(ASHP)热水器的一个特定名称,使用CO2作为制冷剂。
***在中国市场数据中,自2019年以来,还包括了用于热水生产的ATW热泵数量。
#在本文中,使用了2021年基于国际货币基金组织(IMF)数据的平均汇率:6.45人民币元/美元(0.155美元/人民币元)、0.85欧元/美元(1.176美元/欧元)、0.73英镑/美元(1.370美元/英镑)、8.59挪威克朗/美元(0.116美元/挪威克朗)、8.85土耳其里拉/美元(0.113美元/土耳其里拉),73.92卢比/美元(0.014美元/卢比),109.75日元/美元(0.009美元/日元)。
 
2、 市场分析 
ATW热泵系统的生产和销售也受到原材料价格飙升、半导体芯片短缺和不可预测的供应链的不利影响。尽管如此,在补贴的推动下,欧洲对ATW热泵的需求继续快速增长。就欧洲住宅采暖市场而言,如果没有政府支持和财政补贴,ATW热泵很难商业化。中国市场也不例外。
 
2.1  政策驱动着市场
 
2.1.1  欧州的55成套措施(The fit for 55 package in Europe)
2021 年7月,欧盟委员会(EC)发布了55成套措施的第一部分,旨在使欧盟(EU)在气候、能源、土地使用、运输、建筑和税收政策等方面做好准备,以实现到2030年将温室气体(GHG)排放量比1990年减少55%的目标。55成套措施的第一部分包含16项不同政策的引入或修订建议。用于采暖、通风和空调(HVAC)/SIS行业和整个建筑,最相关的政策建议是将欧盟排放交易系统(ETS)扩展到建筑行业,并修订能效和可再生能源指令(EED和RED II),以进一步降低采暖和冷却的碳排放。2021年12月,欧共体在55年冬季计划中提出了《建筑能源性能指令》(EPBD)。EPBD的修订版补充了55成套措施。2022年3月,国际能源机构(IEA)向欧盟提供了一个10点计划,以减少对俄罗斯供应的三分之一以上的依赖,同时支持欧洲绿色协议,并提供了进一步的紧急选择。国际能源署的报告指出,减少石油使用绝不能成为一项临时措施。持续减排对于改善国家能源安全、应对气候变化和减少空气污染至关重要。该报告列出了实现这一目标所需的关键减排措施,包括加速热泵的部署。欧盟委员会于2022年5月发布了REPowerEU计划。欧盟的目标是将当前热泵的使用率提高一倍,从而在未来五年内累计达到1000万台。
图2  欧洲民用采暖热水市场的变化
 
 
2.1.2  加利福尼亜24条
美国过去能源价格低,政策疲软,清洁能源发展缓慢。然而,通货膨胀已经成为一个主要问题,能源价格也在上升。好的一面是,在美国回到巴黎协议之后,它也开始了净零能耗建筑(nZEBs)项目。
加利福尼亚州实施的积极减排计划推动了可再生能源的发展,包括热泵。2019年提出的加利福尼亚24条(Title24-2019)是加利福尼亚州全州建筑能效标准(BEES)的最新修正款,于2020年1月1日发布。值得注意的变化包括在新住宅建设中采用强制性光伏(PV)系统,标准鼓励需求响应技术,包括电池储能和HPWH。新制定的规则之一是使用能源设计评级(EDR)对供暖、制冷和DHW系统的性能,以及电器、照明、插头负载和光伏的性能进行评估。24条还重点介绍了热泵供应热水,它显著降低了家庭的整体能源负荷,从而更容易在光伏生产和电力使用之间达成必要的平衡。
 
2.1.3  纽约市第97号地方法律
第97号地方法律的目标是到2030年,与建筑有关的温室气体排放量减少40%;到2050年城市环境污染减少80%。作为实现碳中和目标的一部分,2024年起首先应贯彻第97号地方法律的是面积为25000F2(2323m2)以上旳建筑。电气化涉及改造建筑系统,如供暖、热水、制冷、通风等,将其从化石燃料燃烧系统改到电力系统。目前,纽约市的建筑碳排放是该市最大的排放源,其原因是采用化石燃料发电厂、锅炉和热水器。尽管市民从天然气系统转向电热泵(EHP)是一项挑战,但预计会大幅降低碳排放并带来降低成本和提高能效的好处
 
2.2  热泵型式
JARN在本特刊中将热泵定义为电动的基于水的热泵,其主要应用是提供空间采暖和/或卫生用水加热。有些装置可能具有反向循环提供冷却的功能(可逆装置)。
 
2.2.1  单体式和分体式系统
ATW热泵室外机组分为单体式和分体式两种。
单体式热泵不需要安装制冷剂管道,其中有些设有独立的热水部件,而另一些则将热水部件组装在室外机组中。德国和英国大都接受整体式系统。相反,分体式系统需要安装制冷剂管道,通常由制冷剂管道承包商和普通管道承包商进行安装工作。整体式和分体式系统的销售因国家的习俗和气候而异。在寒冷气候下,在室外安装单体式机组会有水管冻结的风险。目前,当室外温度低于冰点时,单体式系统可以正常运行,但一些锅炉服务提供商对该系统持谨慎态度,因为存在管道冻死的风险。同时,分体式系统的室外机具有紧凑设计的优点。分体系统在整个欧洲更为普遍,约占市场的68%。以前的设计侧重于室内机,而现在的设计也使室外机更加紧凑。分体式机组的能效远高于单体式机组。DHW系统还有集成热水筒的,此时热泵容量一般小于3 kW,使用R134a制冷剂。这些装置可以与太阳能光伏发电装置相连接。
 
2.2.2  欧盟南部地区的可逆式热泵
可逆式ATW热泵模式提供加热和制冷两种功能,可在冬季和夏季提供最佳舒适度。新的可逆式热泵可以在夏天生产制冷用水,並同时生产卫生热水。
这一复杂的系统主要应用于新建的高端住宅,具有一定的市场份额,但销售额仍较低。因此,到目前为止,可逆型的年增长率没有达到预期。对于夏季大部分时间需要冷却功能的南欧地区,集成可逆ATW热泵具有巨大的潜力。在一些集成系统中,室内热水部件和封闭式水箱安装在室内,如厨房。在厨房里,外观漂亮很重要。意大利和西班牙对空调的需求量很大,具有热回收选项的ATW热泵在市场上获得了认可。相反,在不需要房间空调(RAC)的国家,如德国和英国,市场上没有出现重大需求。
 
2.2.3  混合系统
考虑到气候条件、电价和化石燃料成本之间的平衡,可能需要将热泵和燃气/燃油锅炉相结合的混合系统。当室外温度降低到5到6°C左右之前,采用热泵运行,当温度进一步下降时,使用燃气系统。医院和其他需要考虑突发风险的设施,对同时使用电力和燃气的混合系统的需求可能会上升。在油气价格下降的情况下,最终用户也会对混合系统表现出更高的兴趣。越来越多的混合系统在展览会上展出,是欧洲最有前景的产品之一。几乎所有制造商都在积极开发混合系统。混合系统可以计及风险,为最终用户提供一个很好的选择。混合式ATW热泵在法国、意大利和荷兰不断扩张。
 
2.2.4  区域控制和各种室内单元
某些ATW热泵可以控制两种不同流体的温度,从而适应两种不同的热负荷要求。当不同的房间需要不同的温度时,系统可以调整和保持两个流体温度。这种型号的另一个特点是双区冷却控制。开发了ATW热泵各种室内机,提出了具有创新功能的各种类型。对于冬季寒冷的地区,基于辐射效应的散热器可以在不运行风机的情况下实现较高的加热能力。微型风扇可以保持舒适的温度,空气流动小,功耗低,噪音小。许多制造商还开发了集制冷、供暖和DHW于一体的室内机。这种室内机结构紧凑,降低了安装成本、时间、空间,并且易于维护。
 
2.2.5  多户建筑使用的热泵
在一些国家,尤其是在欧洲,热泵已经是独户住房的典型设备。然而,随着人们越来越多地迁往高密度城市,多户型住宅变得越来越普遍。在现有的多户建筑中使用热泵是一个重要的未充分开发的潜在领域,有助于在城市地区降低有大规模热量需求的建筑物的碳排放。这些多户型建筑通常包含3个或3个以上的住宅单元,这些单元大约生活着8至9个家庭成员。这种类型的住房也将为热泵创造巨大的潜在市场。
 
2.2.6  空间采暖/热水供应
欧洲大部分地区都经历寒冷的冬天,因此家庭需要采暖。热水主要用于淋浴,一般不需要大量热水。这样,欧洲ATW热泵市场的大部分仅用于空间采暖,也有同时滿足空间采暖和热水供应的设备。此外,仅供应热水产品的需求也在增长,例如在法国和德国。过去在欧洲,地板采暖产品非常受欢迎,但一些客户也选择了幅射散热器,因此ATW热泵连接包括散热器的室内机。然而,与地板采暖相比,销售额还相当低。
 
2.2.7  商用热水应用
尽管各个市场的使用范围有所不同,但商用热水应用中使用的ATW热泵在欧洲呈增长趋势。正在安装越来越多的大容量ATW热泵,以取代中型商业应用的电热水器和燃油锅炉,为公寓楼、医院和养护设施,提供空间采暖和热水供应。其中,能够为餐厅、美发沙龙和体育中心等设施提供高温热水的ATW热泵的份额正在稳步增长。大多数商用热水器ATW热泵采用R410A和R32,但使用CO2作为制冷剂生成高温热水的环保HPWH系统在市场上不断扩大。最近,一些制造商已经开始推广小容量Eco Cute系统。ASHP和地源热泵(GSHP)都已在市场上推出。
 
2.2.8   欧洲旧房更新的潜在大市場
ATW热泵不仅适用于新建筑,同时也在住宅改造市场中为使用各种类型的热泵设备带来了巨大的机遇。欧洲的目标是到2030年改善3500万套住房的性能,以实现脱碳目标。基于资金量,到2030年,热泵在采暖中的比例将增加到80%。传统的方法是使用燃烧型锅炉在房间内循环温度约为65℃的热水,并使用散热器加热房间。因此,为了改造现有房屋,需要安装热水温度在65°C以上的ATW热泵。旧房改装的潜在市场是使用热泵替代燃烧式锅炉。例如,在意大利,已经实施了激励政策,可以免费安装热泵系统。这一政策将促进市场的爆炸性增长。2021意大利ATW热泵需求大幅增加至约15.4万台,其中40%为混合型ATW热泵。对热泵/燃气锅炉或光伏混合系统的需求也在不断增大。
 
2.2.9   Eco Cute热水器
欧洲已经制定了制冷剂法规,使制造商将使用二氧化碳制冷剂的产品占领市场。几家日本制造商推出了Eco Cute 热水器,使用CO2作为制冷剂,以应对欧盟北部的寒冷气候。然而,这些型式最初在欧洲销售不佳。主要原因是水质等技术限制以及高昂的初始成本。但Eco Cute系统的销售目前正在法国等国扩大。虽然安装高压CO2制冷剂管道会导致提高初始成本,但是,其环境性能与提供高温热水的能力相结合,不仅适用于住宅,也适用于商业应用。
 
2.2.10  区域特征
冬季使用热水循环的采暖系统已深深植根于欧洲ATW热泵采暖规范,适用于不同气候和文化的各种市场,适用于极端寒冷的气候。即使在室外温度较低的情况下,热泵也具有高性能,易于维护,适用于寒冷和较暖和的气候。欧洲各地对热泵系统的要求也不同。制造商必须丰富其产品阵容,以满足这些多样化的需求。欧洲根据气候特点可分为三个主要区域:温暖、寒冷和极冷区域。西班牙和意大利属于温暖区域。这些区域的特点是冬季采暖,夏季空调。可实现加热/冷却切换的可逆模式非常流行。由于西班牙和意大利是欧洲的主要空调市场,整个市场都习惯于分体式ATW热泵。ATW热泵的大量销售都是通过空调销售渠道进行的。德国和奥地利等中纬度国家属于寒冷区域,夏天不需要空调。近年来,由于受到气候变化的影响,这些国家的空调市场也在扩大。这些区域的消费者喜欢高端产品。北欧地区非常寒冷。可以说,这个地区的采暖是居民抵御严寒的生命线。ATW热泵在极低温度条件下运行,不仅要求有很强的供热能力,而且对系统的可靠性要求很高。此外,北欧地区强调系统的美学特点。欧洲不仅气候多样,而且有50多种语言,因此控制器的显示和指令需要有多种语言表示。
 
2.2.11  寒冷区域用ATW热泵
在一些寒冷区域,ATW热泵的销售受到限制。虽然这是由于其他类型加热方式的竞争,但也是由于ATW热泵在室外低温下的加热能力和效率低下造成的。然而,在室外较低温度下性能更好的ATW热泵现在已经面世。这将导致ATW热泵在寒冷区域得到更广泛的使用。这些ATW热泵保证在室外温度低至-15°C时具有相同的运行效率,在温度低至-28°C时尚可无故障运行。
 
2.2.12  更小的容量
欧盟的EPBD和其他能源法规以提高建筑物整体效率为目标。这样,欧洲建造的新住宅开始具有更高的隔热性能。家庭的隔热性能提高,可以减小所需的ATW热泵的容量。因此,生产低温热水的小容量ATW热泵将能够在供暖运行期间为散热器和地板采暖系统提供热水。如果普通建筑物采暖要使用16 kW ATW热泵系统,那么同样大小、具有高隔热性能的新房屋可以使用8 kW ATW热泵。为了满足这一市场需求,越来越多的制造商正在将其产品系列的容量降低到约5kW。这一发展将促进大规模生产,並降低热泵成本。从大容量系统向小容量系统的转变也可能降低建筑成本。如果制造商能够以用户更实惠的价格提供ATW热泵,这将有助于增大ATW热泵的销量。
 
2.2.13  降低噪声
欧盟认为,噪声是影响大众健康的主要因素之一,欧洲正在不断颁布新的噪声法规。德国、瑞士、奥地利和其他一些欧洲国家对室外机噪声控制有严格的要求,其中德国最为严格。德国和瑞士也在考虑进一步的限制。在这些寒冷气候国家,ATW热泵室外机组在恶劣的运行条件下往往会产生噪声。在这种情况下,为法国开发的产品将很难在德国部署。降低噪声水平已成为ATW热泵产品的一个竞争特征。制造商正在努力改善压缩机的性能和风扇的结构,以降低室外机的噪声水平。
 
2.2.14  智能ATW热泵
一些制造商已针对ATW热泵开发智能云服务,用于远程控制采暖和供应热水功能,包括监测能量消耗。用户可以远程操作所有机组功能。云控制的优点包括节能、舒适、随时随地控制、提高效率和资源管理。可再生能源发电的快速增长造成了电力供应和需求之间的缺口问题。为了解决这一问题,具有智能电网控制功能的ATW热泵通过为热泵的智能电网集成创建统一的接口,使电力需求响应更加灵活。当控制器接收到信号时,配备此功能的ATW热泵可以改变运行模式。
 
2.2.15  系统的服务
质量是供热设备最重要的用户评价指标。用作加热设备的ATW热泵运行要非常可靠。为了快速满足用户需求并实现可靠性,ATW热泵制造商必须建立自己的服务网络。
亚洲空调制造商通过空调渠道销售和维修ATW热泵。安装服务提供商通常从1月至8月销售和安装空调,ATW热泵的销售和服务从9月开始。然而,当地采暖设备制造商拥有强大的采暖设备销售服务渠道。
 
2.2.16  制冷剂
许多主要制造商正在欧洲市场推广使用R32制冷剂的ATW热泵系统。改用R32制冷剂是一种加速的市场趋势。R290等天然制冷剂具有优异的环保特性,但也存在安全风险。对于分体式ATW热泵系统,R290的安全维护成本可能很高。制造、安装施工、售后服务和最终用户运行过程中的安全问题不容忽视。
然而,在德国和其他一些欧盟国家,在单体系统中采用R290的趋势已经加快。因此,越来越多的制造商将R290应用于圆筒式和单体式ATW热泵中。此外,单体式ATW热泵设有室外冷却系统和室内水系统,不会造成安全问题。制造商一直在尝试生产R290单体式ATW热泵。2022年4月6日,欧盟委员会开始对氟气(F-gas)法规进行审查。F-gas提案旨在到2030年将温室气体排放量至少减少55%,并到2050年使欧洲排放达到碳中和。该提案将在氢氟碳化合物(HFC)逐步减少的背景下收紧配额制度,在2015年至2050年间将新的HFC进入欧盟市场的潜在气候影响降低98%。
根据国际气候变化专门委员会关于分体式空调和ATW热泵的第四次评估报告(IPCC 4),可将GWP描述如下:
1. 从2025年1月起,对于制冷剂充注量小于3 kg的单体和分体式系统,禁止GWP≥ 750;
2、自2027年1月起,对于制冷能力小于12kW的分体式系统,禁止GWP≥150;
3、自2027年1月起,对于制冷能力大于12kW的分体式系统,禁止GWP≥750。
欧洲制冷部件制造商协会(ASERCOM)前主席沃尔夫冈·扎伦斯基(Wolfgang Zaremski)表示:“我们的行业正面临着巨大的挑战,这就是即将进行的氟气体审查和计划中的禁止“永久化学品”——过氟烷基和聚氟烷基物质(PFAS)。”
021-66086281