1.1 热泵：不直接产生热，是热的搬运工
热泵是一种由电能驱动能够高效利用低品位热能的加热装置，热泵机组可从自然界中吸收热量，经过热泵的“搬运”（电力做功驱动热泵），获得可用于生产、生活的热能。
热泵的热效率通常可达300%-400%以上，即1度电至少搬运3-4度电，其热效率比直接制热的电热水器、燃气锅炉采暖等高出几倍，且几乎无污染。
因此，推广热泵是大力推动节能减排、助力全球“碳达峰、碳中和”的最重要路径之一。
目前市面上常用的热泵可以主要分为三类——空气源热泵、水源热泵、地源热泵。
其中，空气源热泵是最经济、最成熟、最容易实现的方式。
1） 空气源热泵：从空气中吸热
空气源热泵是按照“逆卡诺”循环原理工作的。通过压缩机系统运转工作，吸收空气中热量制造热水。
具体过程是：压缩机将冷媒压缩，压缩后温度升高的冷媒，经过水箱中的冷凝器制造热水，热交换后的冷媒回到压缩机进行下一循环，在这一过程中，空气热量通过蒸发器被吸收导入冷媒中，冷媒再导入水中，产生热水。通过压缩机空气制热的新一代热水器，即空气源热泵热水器。
按照热输配对象的不同，空气源热泵又可分为有“空气-空气”和“空气-水”两种。
- 空气-空气：室内外换热器的换热介质均是空气。如一般的分体式家用空调可以算做广义上是某种热泵形态，广泛应用于住宅、学校、商场、写字间等中小型建筑物。
- 空气-水：室内换热器换热介质是水。当室内需要采暖制冷时，用户所需的热量和冷量由系统产生的冷热水来提供。
而由于用水作为换热媒介，对于人体感受上更为温和、舒适，因此“空气-水”热泵被更广泛推广和应用。
2）地源热泵：从土地中吸热
由于地表浅层温度受大气影响小，其温度常年维持在16-18度（以实际地方为准），远高于冬季室外温度，又低于夏季室外气温，所以以地源为冷热源的地源热泵系统，不仅突破了传统空调系统的技术障碍，而且还大大提高了空调的运行效率。
以冬季制热为例，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以强制对流、自然对流或辐射的形式向室内供暖。
- 优点：适用于地热资源丰富的地区，如部分北欧国家等。
- 缺点：需打孔深入地下埋管，工程复杂，长期从土地吸热易形成冻土。
3） 水源热泵：从水中吸热
水源热泵是利用地球表面浅层的水源，如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低品位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。
夏季高温，将建筑物中的热量转移到水源中，达到制冷的效果。冬季就从相对稳定、温暖的水源中提取能量，提升温度后送到建筑物中，以达到制暖的效果。同样，按照热输配对象的不同，水源热泵又可分为有水-空气式热泵和水-水式热泵两种。
- 优点：适用于河流资源丰富的地区。
- 缺点：受环境限制，若河流较小或不流动，长期吸热易造成结冰。
空气源热泵是目前最成熟、最经济、最容易实现的方式，自然也最利于大规模普及：
1）最成熟：1824年，卡诺发表论文并提出“卡诺循环”理论，为空气能热泵的起源。
1852年，英国科学家开尔文提出了首个正式热泵系统“热量倍增器”，是世界上第一个空气能热泵机。80年代初至90年代末我国出现“热泵热”，空气源热泵迅速普及到酒店、校园等企事业单位设施中。
近年来随着“煤改清洁能源”措施的实施，我国空气能热泵行业得到空前的发展机遇。可见，空气源热泵的发展距今已有接近200年的历史，在我国发展也有接近五十年，技术迭代与应用已经非常成熟。相比较而言，我国水源、地源热泵在进入21世纪后才逐渐引起学术界和企业界的关注。
2）最经济：相较于地源及水源热泵，其初始投资较低，最利于家用或中小型商业建筑应用。
3）最容易实现：空气源热泵适用温度范围广、地理条件限制小，不受阴、雨、雪等恶劣天气和冬季夜晚的影响，均可正常使用。
1.2. 热泵相较于传统冷暖空调有哪些优势？
热泵的技术脱胎于冷暖空调的压缩机-冷媒系统，而空气源热泵的COP（热效能转换）普遍为300%以上，即1度电可带3度电甚至更多，而传统空调直接用电加热/制冷COP/EER仅在100%上下，即空气源热泵在日常家用制热、制冷时用电量约仅为空调的三分之一。为什么热泵的COP比其他采暖/制冷设备高？
热泵的原理是利用电能驱动热泵吸收空气中的热量，其初始热能来源于空气中，与锅炉、电加热器等制热装置相比，热泵的突出特点是消耗少量电能或燃料能，即可获得大量的所需热能。假设Q1为热泵提供给用户的有用热能，Q2为热泵从低温热源中吸取的免费热能，W为热泵工作时消耗的电能或燃料能（以上能量单位均为kW），则Q1=Q2+W。
已知COP=用户获得的热能/热泵消耗的电能或燃料能=Q1/W=（Q2+W）/W,也就是说，当空气源热泵制热COP=3时，热泵从低温热源中吸取的免费热能Q2将是所消耗电量W的2倍。而传统冷暖空调不具备直接从空气中吸收热能的作用，热交换过程全由电能驱动，因此用户所获得的热能与所消耗的电能基本相等，COP约等于1。
与同为“逆卡诺”循环的冷暖空调比，空气源热泵需要承受更高的冷凝压力和压缩比，带来了更高的热转换效率；同时为了达到更广泛适用的环境温度要求，空气源热泵各零部件性能指标要求更高。
具体而言，空气源热泵在系统除霜、使用环境、零部件、运行方式等方面与空调存在较大差异，因此其对零部件性能的要求更高，制造成本也相应更高。
和空调对比，空气源热泵除了制冷供暖外，还可兼具热水和烘干等功能，在相同条件下，空气源热泵在单位能耗、运行费用、环保等维度具有显著优势。
我们将分别列举烘干、供暖两个场景下，空气源热泵相较于其他设备的优势：
1） 空气源热泵-烘干：
参考海信热泵烘干机产品所提供的参数，在环境温度为20摄氏度时：
a）热效率：海信热泵烘干机产品热效率为300%，而电加热烘干机、燃油锅炉分别仅为100%、80%，燃煤锅炉仅为30%，有效热值相较单位热值大幅降低。
b）运行费用：每烘干1kg水所需燃料费用，热泵烘干机为0.43元，而电加热烘干机、燃油锅炉均超过1元，接近热泵烘干成本的3倍，天然气锅炉也需要0.64元。
c）环保评价：热泵烘干机对环境无污染，而燃煤、燃油、天然气锅炉均有不同程度污染。
4）维护成本：热泵烘干机为5类设备中最低。
2） 空气源热泵-供暖：
参考四季沐歌空气能采暖机所提供的参数，在100平米采暖面积、120天采暖时间、每天14小时采暖时长、每天所需总热量为98000kcal的同样条件下：
a）热转换效率：空气能采暖及热效率约为300%，而空调、燃气壁挂炉、电地暖热效率分别为120%、105%、97%。
b）运行费用：由于所需能源用量（电量）约仅为38度每天，大幅低于空调和电地暖的95/117.5度，因此每天费用仅为19元，约仅为电地暖费用的1/3。
c）环保评价：燃煤、燃气能源供暖方式对环境存在污染，部分空调制冷剂也一定程度上对臭氧层存在破坏。
空气能热泵制冷与空调类似，也是利用冷媒，但热泵机组在进行冷量交换时，不仅依靠冷媒，还添加了水路管道，以水作为二次介质来运输冷气。制冷模式下，热泵产生低温的冷却水，冷却水沿着管道前进，送到建筑物中的各个末端。末端将冷水变成冷风，及时外排，实现室内降温。同时，因为冷风完全是冷水变化而来，所以房间不会干燥，舒适度极佳。
综上所述，热泵产品和传统空调系统相比的优势主要可以体现在：
1） 更高的采暖/制冷效率；
2） 更舒适环保的用户体验。
因此，随着产品形态的不断完善和产品教育的推进，热泵开始更多走进消费者的日常生活之中。
二、热泵欧洲市场率先爆发，渗透率提升具备持续性
2.1 复盘2017年煤改电推动国内热泵普及：补贴带来的经济性
根据我国不同地区的月度PM2.5和二氧化氮浓度来看，每年的10月至次年3月是空气中PM2.5或二氧化氮浓度最高的时间，其主要原因就是冬季居民、工商业、工业大规模取暖带来的环境污染。
而细分地区来看，京津冀和汾渭平原相较长三角和珠三角地区冬季的空气污染情况更为严重。造成该现象主要是因为我国北方冬季天气更为寒冷，以秦岭淮河为界，北京、河北、黑龙江、吉林、辽宁、陕西、山东、内蒙古、甘肃、青海、宁夏、新疆等十多个省份会在冬天采取集中供暖，江苏、河南、贵州等地部分地区采取局部供暖。
北方大规模集中供暖保障居民温暖过冬的同时也带来了严重的环境污染问题，化石燃料的燃烧不仅会产生大量二氧化碳加重温室效应，产生众多可吸入颗粒物形成雾霾，还有可能带来大量氮氧化物污染。
从过去8年PM2.5和二氧化氮浓度变化情况来看，我国不论是南方还是北方环境质量都得到了明显改善。2021年京津冀全年平均PM2.5和二氧化氮浓度为44.00/31.17微克/立方米，较2014年分别下降52.41/34.49%；2021年长三角地区全年平均PM2.5和二氧化氮浓度为31.42/28.08%，较2014年分别同比下降47.32/26.45%。我们认为环境的改善离不开过去十年来政府出台了众多关于节能减排、推动清洁能源应用的政策和规划。
进入“十三五”时期后，公司国务院颁布了“十三五”减排综合工作方案。
指出到2020年，节能环保、新能源装备等绿色低碳产业总产值将突破10万亿元，成为支柱产业。推动制冷和供热系统节能改造，因地制宜采用空气热能等解决农房采暖、炊事、生活热水等用能需求，实现以电代煤，率先使用空气能等清洁能源提供供电、供热/制冷服务。
为了改善北方地区冬天因为集中供暖带来的污染情况，2017年发改委、能源局等10部委联合发布了《北方地区冬季清洁取暖规划（2017~2021年）》。
截至2016年底，北方地区城乡建筑取暖总面积约为206亿平方米，其中燃煤取暖面积占总取暖面积的83%，天然气、电、地热能、生物质能、太阳能、工业余热等合计约占17%。针对燃煤取暖的高比例，规划中提出要求到2019/2021年，北方地区清洁取暖率达到50/70%。
为了达成十三五期间对于北方地区冬季清洁能源取暖目标，北方各地都开始推出一系列整改措施，其中较为典型的就是“煤改电”措施，即将原有的煤炭改为使用电锅炉等集中式供暖设施或发热电缆、电热膜、蓄热电暖器等分散式电供暖设施，以及各类电驱动热泵向居民功能暖的方式。
“煤改电”的项目推进天然存在许多阻力，如技术路线参差不齐影响取暖效果，节能功效较高的空气源热泵、地源热泵等产品购置费用昂贵，在广大农村地区难以推广等。
因此，为了加快各地“煤改电”的项目推进，国家财政和各地都出台了相应的补贴政策和完善的改造机制。其中，补贴方面可以主要分为电价补贴和设备补贴，以北京2018年对于煤改电项目的补贴政策为例：
1）设备补贴：对于农村地区个人改造使用空气源热泵、地源热泵的居民，市财政按采暖面积每平方米100元进行补贴，其他清洁能源取暖设备按照设备价格1/3进行补贴，以1.2万元为限额；用于配套电网方面，10千伏及以下“煤改电”配套电网工程,市政府给予30%固定资产投资资金补助。
2）电价补贴：电价补贴又可以分为两方面，一方面在取暖季期间，当日晚8点至次日8点，享受0.3元/度低谷电价，另一方面市、区两级财政各补贴0.1元/度，1万度为限额。
随着国家对清洁能源的推广和补贴政策的推进，我国热泵市场规模在2017年大幅增长。2017年我国热泵市场第规模首次超过200亿，同比增长48.41%。
包括“煤改电”在内的各种路径清洁能源的推广使得北方地区清洁取暖率从2016年的17%目前已经提升至2021年的73.60%。从环境角度来看，2021年冬天（10月至次年3月）京津冀地区平均PM2.5、二氧化氮含量为57.33、38.33微克/立方米，较13年分别减少54.80、39.15%，和长三角地区空气质量水平差距明显缩小。
我们也同样观察到，国内补贴逐渐退坡后，热泵渗透率上升速度出现了显著放缓，我们认为主要原因在于改造的经济性有所下降。
我们对煤改电中空气源热泵路径所带来的经济效应进行了测算，首先做出以下假设：
A）假设北京怀柔区的一套80平方米的房屋，实际供暖/制冷面积为48平方米。
B）所采用的热泵设备冬日COP为250%，夏季COP为450%，热水场景下COP为400%。
C）电价方面，热泵全年采用峰谷电价，峰价0.48元/度，谷价0.3元/度，采暖季补贴情况下谷价0.1元/度。常规情况下，阶梯电价取平均值为0.65元/度。
1）采暖成本对比测算
以上述假设中的房屋为例，我国规定住宅供暖面积热指标为47~70W/㎡，假设此处采暖负荷的面积指标60W/㎡，则每年冬天的总采暖负荷（kW·h）Q=8294.4kW·h，按照空气源热泵COP取250%，则整个采暖季耗电量3317.8度，获得政府补贴后冬季采暖费用约为962元，和集中供暖相比每年可以省下958元供暖电费。
2）热水成本对比测算
按照一家3口人，每人每天60L热水用量，热水加热需求为从常温15度加热至55度的基本情况来计算。使用电热水器，按照平均阶梯电价0.65元/度电费计算，一个家庭一年热水所需电费花费为1992.9元；若使用的是燃气热水器，按照燃料成本2.5元/m³，则每年热水电费花费为823.7元；若使用空气源热泵热水器，空气源热泵热水器COP可达到400%，即1 kWh的电能可以产生4kWh的热量（其中3kWh的热量从空气中吸收）,按照全年平均热泵电价0.42元/度计算，则每年热水电费花费为321.9元，和使用电热水器和燃气热水器分别减少花费1670.97/501.77元。
3）夏天制冷成本对比测算
夏季住宅制冷面积负荷取120W/㎡，夏季热泵COP较高为450%，假设整个夏季空调使用时长为90天，每天8小时，则整个夏季耗电量921.6度，电价按照热泵类全日均价0.42元/度，夏季热泵路径制冷费用为387元。
若使用常规普通空调，则80平米房间一般需要两台1.5匹空调，对应每小时耗电量2.2kW·h，则每年夏季制冷所需耗电量为1584度，则无补贴情况下按照阶梯均价0.65元/度，每年夏季制冷费约为1030元。
因此在热泵类产品补贴情况下，每年夏季电费可节省642.5元。
综合以上假设测算，如果家庭使用空气源热泵产品进行冬季采暖（相较集中供暖）、夏季制冷和日常的热泵热水器（相较燃气热水器），则每年约可以省下2102.15元。普通户用热泵产品价格约为2万元，按照北京补贴准则，设备购置有效取暖建筑面积200元/平米进行补贴，则可获得约9600元购置设备补贴，因此在补贴情况下热泵的投资回报周期为4~5年。
若没有补贴，则每年采暖/热水器/制冷可省电费合计约1770元，在无补贴情况下热泵的投资回报周期会增加至10年以上。
正因为热泵设备初始投资大，且随着政府补贴的逐渐退坡进一步导致采用热泵途经改造的投资回报周期延长，因此我国热泵行业在经历了2017年的爆发后，逐渐出现增长乏力的现象。
2.2 为什么这轮欧洲热泵需求率先爆发？
从去年开始，电力需求的上升推动了煤炭、天然气等能源价格的上涨，俄乌冲突导致的对于俄罗斯煤炭、天然气产品的进口禁令进一步催化了国外能源价格的疯狂上涨。2022年6月欧洲天然气商品价格亿同比上涨233%达到34.35美元/百万英热单位，7月欧洲ARA港动力煤现货价格也同比上涨217%达到平均384美元/吨。
欧洲能源价格高企从去年下半年开始推高各国的家用电力价格。2021下半年欧盟各国平均批发电价达到0.0546欧元/千瓦时，较2020年下半年同比增长14.7%。俄乌冲突后，电价进一步随着能源紧缺上涨，2022年1~5月德国平均批发电价为0.178欧元/千瓦时，超过2021年同期平均电价（0.051欧元/千瓦时）三倍之多。
能源价格的上升成为了欧洲能源转型的又一强化催进剂。
根据2019年底正式颁布的绿色能源计划，欧盟在2030年将减少55%温室气体排放，可再生资源占比要达到40%，2050年将实现碳中和。为了实现这个目标，各国政府出台各类补贴政策提高清洁能源的使用，如太阳能、风能、热泵等路径。
德国最早在2000年颁布的《市场刺激计划》中便已提到支持包括热泵在内的可再生能源供热，2015年MAP修订后，安装热泵将获得35~45%的补贴；在意大利，选择安装热泵可以获得政府110%的补贴；英国政府为安装空气源热泵的家庭一次性补贴5000英镑，而水源、地缘热泵则可获得补贴6000英镑。
除了环保，热泵再一次成为热点的原因正是因为电价的快速上涨带来的经济压力。我们沿用国内的测算假设80平米的房间，48平米的实际供暖面积进行测算，对于电价和天然气价格进行假设：
A）假设2021年欧洲电价为0.2欧元/千瓦时，22年为0.4欧/千瓦时；
B）假设2021年天然气0.14欧/千瓦时，22年为0.27欧/千瓦时
1）采暖端
按照2021年德国平均0.2欧元/千瓦时价格计算，整个冬季使用热泵采暖费用为664欧/年。若使用天然气取暖，则天然气所需费用为1125.5欧元，热泵相较天然气采暖可节省461.98欧元/年。
2）热水器端
同样按照一家3口人，每人每天60L热水用量，热水加热需求为从常温15度加热至55度的基本情况来计算。
使用电热水器，按照0.2欧元/度电费计算，一个家庭一年热水所需电费花费为613.2欧元；若使用的是燃气热水器，按照21年天然气平均成本0.14/千瓦时，则每年热水电费花费为416.05元；若使用的空气源热泵热水器，则每年热水电费花费为153.3欧元，和使用电热水器和燃气热水器分别减少花费459.90/262.75欧元。
由于欧洲夏天家用空调装机量较低，因此暂时不考虑夏季制冷问题，每年热泵安装热泵系统可以节省的电费主要为采暖和热水制热相关，即若以2021年能源价格为基准每年约可以节省724.73欧元。
假设欧洲热泵产品的价格（产品+安装）约为8000欧元，若以德国补贴标准40%计算，按照21年电费价格为基准，则安装热泵的回报期约为7年左右。
21年以来，由于欧洲主要国家电价、天然气价格涨幅均达到100%以上，因此热泵产品的投资回报期明显缩短，若未来几年产品价格电价、天然气价格维持今年的高位，则热泵取暖类产品的投资回报期将缩短至3年以内。
在环保政策和高能源成本价格的双重推动下，欧洲热泵装机市场进入快速上升通。2021年欧洲21个国家热泵销量达到220万台，同比增长34%。21年热泵销售总额占欧洲取暖设备销售总额（热泵+锅炉）的比例提升至21.35%，较2010年提升10.15pct。
2.3 光储热一体化推动热泵产业应用
为了降低对于化学燃料的依赖、提升清洁能源比例，欧洲近两年来在太阳能光伏领域也在不断发力。2021年欧洲新增太阳能光伏装机量240.8亿万瓦特，同比增长14.3%，明显高于全球和中国新装机增速（5.7/8.5%）。
伴随光伏装机量一起增长的还有全球储能市场。
储能系统可以通过对能量的实时存储和释放保障能源供应的稳定性，可将光伏、风力发电等系统所产生的的额外电量进行储存，在晚间或其他需要的时候进行再次利用。因此，随着光伏、风力发电等清洁能源发电方式的普及，全球储能市场也进入快速扩张阶段。根据中商情报网，2021年全球储能市场规模达到25.2千兆瓦时，同比增长133%，预计22年全球储能市场规模将同比增长184.5%，达到70千兆瓦时以上。
光储一体化产品逐渐成为市场热门，可以有效帮助家庭或工商业主体降低对天然气、煤炭等能源的依赖，所转化、存储的电能可以极大满足日常所需。同时，由于日常户用或工商业用储能系统容量有限，若不选择并网则需要尽管使用所储电能。因此，随着光储产品的推广，市面上开始出现“光伏+储能+X”的一体化产品，例如阳光电源可以提供光储充一体化产品，充分利用清洁能源，减少额外的能源消耗。
“光伏+储能+X”模式为热泵需求提升创造条件。对于多数欧洲地区而言，冬日采暖为生活必需，光储产品在欧洲装机量的快速增加为热泵产品渗透率的提升创造极佳的市场条件，可以真正做到节能环保，物尽其用，未来或将成为清洁能源系统的重要标准配置。
2.4 欧洲市场热泵渗透率上升会持续吗？
受能源涨价和补贴影响，21年欧洲多国热泵销售额出现爆发态势。其中，法国、意大利、德国热泵销售额合计超过总量的50%，分别达到53.7、38.0、17.8万欧元，分别同比增长36.29/63.09/26.24%。波兰、爱尔兰热泵销售规模增长超过了50%，分别同比增长60.66/150.00%。
2022年5月欧盟提出了REPowerEU Plan, 旨在通过快速推动清洁能源转型降低欧盟对于俄罗斯的能源依赖。通过该计划欧盟可以实现节能、多元化供应链、通过加速欧洲清洁能源转型替代化石能源。根据计划欧盟计划在接下来的5年内新增热泵装机量1000万台。
目前欧洲热泵渗透率仍有巨大提升空间。挪威每千户居民中拥有50台热泵，是欧盟中保有量最高的国家之一，西班牙、芬兰每千户保有量略超40台，而捷克、德国、匈牙利、英国每千户热泵保有量目前不足10台。
根据目前欧洲每千户的保有量，我们认为其未来发展空间巨大。我们对未来欧洲热泵市场的发展空间进行了测算：
1）以2021年欧盟人数为总群体人数，3.2人/户；
2）假设欧洲家庭均需要采暖设备，热泵的渗透率最高达到40%；
3）根据EHPA数据，目前欧洲热泵在采暖市场的市场占有率为13%。
根据测算，未来欧洲市场户用热泵市场空间将达到3773万台，叠加更新和商业、工业用热泵需求，我们预计未来欧洲市场热泵的长期市场需求量将超过4000万台，对应市场规模将超过4000亿欧元。
欧洲热泵市场的长期空间毋庸置疑，我们认为决定欧洲热泵渗透率上升的可持续性的核心因素是经济性：
1）如我们在前文进行的回本周期测算，最差情景下，假设2023年之后欧洲的天然气价格、电价回落至地缘政治冲突导致能源价格上涨前的2021年平台期。则当年所对应的欧洲市场热泵回本周期为6-7年，同时伴随欧洲热泵市场加速增长的结果。因此，我们认为只要能源价格不出现大幅暴跌至比2021年之前显著更低的水平，欧洲热泵渗透加速上升的趋势将会一直持续。
2）在能源安全、碳排放指标两大因素影响下，无论未来天然气价格走势如何，我们认为欧洲国家去天然气化的趋势将会持续，因此欧洲对于热泵补贴的力度还有进一步上升的可能。
作为全球暖通产品的主要制造国，欧洲热泵需求的快速增长也为我国热泵企业带来了巨大的发展空间。2021年我国热泵出口规模达到48.6亿元，同比增长93.6%。
