分体式空气源热泵与光伏并网系统用于住宅供暖的能源—经济—环境综合评估

《Sustainability》：Towards Sustainable Heating: An Energy–Economic–Environmental (3E) Analysis of an Air-to-Water Heat Pump System Integrated with Grid-Connected Photovoltaics for the Southern Romanian Climate

　　

摘要

通过热泵实现住宅供暖电气化是欧洲能源转型的核心方向之一；然而，对这些系统进行评估需要超越仅依赖纯能量指标的传统方法。本文提出了一种综合3E分析（能源—经济—环境），研究对象为由一台分体式空气源热泵（额定制热量8 kW，使用R410A制冷剂）和一套并网光伏系统（峰值功率6.02 kWp）组成的混合系统，该系统安装于一栋位于气候区II、传统冬季设计室外温度为t_ext = ?15 °C的独栋住宅中，该住宅的可用建筑面积为122.3 m²。运营数据在两个连续供暖季（2024–2025和2025–2026）以日分辨率采集并按月汇总，经处理确定了季节性能系数（SPF）、单位热需求、与传统天然气方案相比的运行成本，以及通过TEWI（总等效增温影响）指标衡量气候影响。结果显示SPF值为3.30–3.51（±7%，标准不确定度），室外温度与COP之间存在强相关性（在月度与日度水平上均成立），与传统天然气方案相比年均节省约2834罗马尼亚列伊，投资回收期约为15–16年。该设备在整个生命周期内的累积气候影响（TEWI ≈ 15年内35.1 t CO₂-eq）在很大程度上（≈83%）被光伏发电所避免的排放（≈29.25 t CO₂-eq）所抵消。结果表明，本文所述系统的LCCP（生命周期气候性能）比TEWI高出约4.0%。该研究还识别出与地方电网基础设施相关的局限性，这些局限性限制了在太阳辐射潜力较高时段的太阳能利用，并提出了优化方向，如电池储能和建筑围护结构的改进。研究结果支持采用多准则、3E/4E类型评估方法来支撑住宅建筑部门脱碳决策。