在冬季供暖的节能减排战场上,有两大“热量搬运工” 备受关注:一种是深入地下取热的地源热泵,另一种是用冰储存热量的储能式热泵(SSHP)。前者靠稳定的地温保障效率,后者凭灵活的储热技术打破局限。美国能源部(DOE)联合国家可再生能源实验室(NREL)和特灵科技推进的SSHP项目,不仅为建筑供暖提供了新选项,更与地源热泵形成互补,共同助力全球脱碳目标。

传统供暖的困局:低温低效与高碳排放

冬天越冷,建筑需要的热量越多,但传统供暖方式始终难逃“两难”:天然气锅炉供暖碳排放居高不下,占美国商业建筑供暖面积的30%,是建筑领域的 “碳大户”;空气源热泵虽清洁,却受限于室外温度 —— 零下环境中,空气中的 “可用热量” 锐减,热泵制热能力大幅下降,不得不启动低效的电电阻加热,既费电又加重电网负荷,碳排放甚至超过天然气供暖。

为了破解这一困局,行业早有探索:地源热泵和储能式热泵(SSHP),两种技术从不同角度找到了突破方向。

地源热泵:向地下要 “恒温热量”

地源热泵的核心逻辑的是“借地温”。地球表层土壤的温度常年稳定,冬季比室外空气高,夏季比室外空气低,是天然的 “恒温热源库”。它通过埋在地下的管道回路,抽取土壤中的热量,再通过热泵系统提升温度后送入室内供暖;夏季则反向运行,将室内热量排放到地下储存,实现制冷。

这种技术的优势十分突出:不受室外极端温度影响,全年能效稳定,制热效率远高于空气源热泵,且几乎不依赖化石能源,碳排放极低。但它也有明显局限:安装需要大量地下空间,需钻孔埋管,地质条件复杂(如岩石层多)或空间有限(如城市中心建筑)的区域难以施工;初期投资成本高,回收周期长,对于中学等公共建筑的预算来说压力较大。

储能式热泵:用冰块存 “灵活热量”

如果说地源热泵是“向地下借热”,储能式热泵(SSHP)就是 “给自己存热”。它的核心创新是搭配了一个 “热量仓库”—— 冰储存罐,看似矛盾的设计,实则藏着巧妙的热力学智慧:

冰储存罐兼具“储热” 和 “储冷” 双重功能。在白天电价低、热泵效率高时,系统会将多余热量(或夏季的冷量)储存在罐中;到了夜晚低温、用电高峰时,热泵不再依赖寒冷的室外空气,而是从冰储存罐中提取热量 —— 罐内储存的热量温度远高于冬季室外空气,让热泵即便在零下环境中也能高效工作。

这个“仓库” 还能当 “缓冲器”:平衡供暖和制冷负荷,提升能量回收效率,同时实现 “错峰用电”,减轻电网压力。整个系统通过四大热水回路协同工作,适配不同设备的流量需求,让能耗降到最低。

与地源热泵相比,SSHP的优势在于灵活性:无需依赖地质条件,安装不受地下空间限制,适合中学、办公楼等遍布城市社区的建筑;初期成本更低,在税收减免后,年度总成本已接近传统系统,且能实现 “负荷转移”,进一步降低运行成本。

实测对决:两种技术各展所长,SSHP更适配公共建筑

在科罗拉多州丹佛市一栋210,000平方英尺的中学测试中,SSHP系统展现出了亮眼的性能,与地源热泵形成了鲜明的应用场景互补:

SSHP的实测数据尤为突出:相比传统空气源热泵,年耗电量降低10.2%,冬季峰值负荷减少27.5%;随着电网清洁能源占比提升,到2030年,其碳排放将远低于天然气锅炉和传统空气源热泵,甚至能与地源热泵持平。更重要的是,它能适配中学等公共建筑的普遍需求,无需复杂施工,推广难度更低。

未来趋势:互补共生,共推建筑脱碳

无论是地源热泵的“恒温稳定”,还是SSHP的 “灵活便捷”,核心目标都是替代化石能源供暖,实现建筑脱碳。这两种技术并非竞争关系,而是互补共生:

地源热泵适合郊区、园区等有充足地下空间的建筑,凭借稳定能效成为长期减排的“主力军”;

SHP适合城市中心、社区公共建筑等空间有限的场景,以低成本、高灵活性填补市场空白。

目前,SSHP项目正在推进 “硬件在环实验”,升级设备以支持供暖+制冷双模式运行,并采用 “模型预测控制(MPC)” 技术,根据天气、电价提前调度充放热,进一步提升能效。同时,特灵科技正在制定商业化计划,未来将优先在中学等公共建筑推广,与地源热泵共同助力全球脱碳目标 —— 到 2035年建筑单位面积能耗降低35%、碳排放降低25%,到2050年能耗降低50%、碳排放降低75%。

结语:科技让供暖更低碳,选择更多元

从地源热泵的“地下恒温库” 到 SSHP的 “冰上储能仓”,建筑供暖技术的创新,正在打破 “越冷越费电、越费电越不环保” 的恶性循环。地源热泵用稳定的能效征服了郊区市场,SSHP则用灵活的设计适配了城市需求,两种技术各有侧重,共同为建筑脱碳提供了多元解决方案。

未来,随着技术的不断优化,无论是向地下借热,还是用冰存热,都将让我们的冬季供暖更温暖、更低碳。而对于遍布社区的中学、办公楼来说,SSHP的出现,无疑为它们提供了一条成本可控、安装便捷的脱碳路径,让节能减排真正走进每一个生活场景。