热泵被视为降低建筑供暖相关碳排放的重要技术工具，美国多个州已设定在未来几十年内大幅提高热泵使用比例的目标。不过，最新研究显示，在现有住宅中推广热泵面临明显的经济性约束，其中电价水平是关键因素之一。

使用率与区域差异

热泵通过电力将热量从室外转移至室内，目前在美国家庭中的普及率仍然较低。数据显示，仅约14%的美国家庭使用热泵，且主要集中在冬季较为温和的南部州，如佛罗里达等地。在冬季更寒冷、供暖期更长的东北部地区，使用热泵的家庭比例约为5%。

美国各地家庭供暖燃料类型差异明显，受气候、能源价格及基础设施条件影响较大。在较冷的北部和落基山脉地区，多数家庭依赖天然气或丙烷以保障冬季供暖可靠性，加利福尼亚州大部分家庭同样使用天然气供暖。包括佛罗里达和得克萨斯在内的南部暖和州，电价相对较低，多数家庭使用电力供暖，形式包括电炉、基板电阻加热以及热泵。在太平洋西北地区，由于水电资源丰富、电价较低，电力也是主要供暖能源。

社区类型同样影响燃料选择。城市地区天然气管网较为完善，家庭更倾向使用天然气；而在农村地区，由于天然气分布网络不健全，家庭更常使用可储存在地面油罐中的取暖油和丙烷。东北部，尤其是新英格兰地区，房屋普遍较为老旧，约三分之一家庭仍依赖取暖油供暖。

成本效益研究结果

在最新研究中，哈佛大学环境中心研究员Roxana Shafiee及其合著者Dan Schrag，分析了在美国各县，平均户规模家庭改用热泵后对年度供暖费用的影响，旨在评估热泵在不同地区的成本效益，并识别除成本之外可能阻碍家庭更换供暖系统的因素。

研究指出，热泵不通过燃烧天然气等燃料直接产生热量，而是利用电力转移热量。空气源热泵从室外空气中提取热量，地源热泵（又称地热热泵）则从地下储存的热量中取热。热泵效率受当地气候影响显著：在佛罗里达等温暖地区，每单位电力可产生的热量多于明尼苏达或马萨诸塞等较冷州。

尽管存在气候差异，研究认为热泵整体效率较高。与基于化石燃料的现有供暖系统相比，空气源热泵可减少约30%至50%的家庭供暖能耗；与基板加热器等低效电加热系统相比，节能幅度可达75%。热泵还可降低温室气体排放，但减排效果取决于其所用电力是来自化石燃料还是风能、太阳能等清洁能源。

研究结果显示，对于目前使用取暖油、丙烷或非热泵电加热（如电炉或基板电阻加热）的家庭，在全美范围内改用热泵通常可以降低供暖费用。以平均户规模家庭为例，使用丙烷或取暖油供暖的家庭，每年可节省约200至500美元。对于北部地区使用低效电加热的家庭，节省潜力更大。在东北部，高电价背景下，热泵相较电炉或基板加热，每年可为消费者节省高达3000美元。

然而，对于使用天然气供暖的寒冷北部地区家庭——这些家庭约占全国家庭年度供暖需求的一半——改用热泵可能导致年度供暖费用上升。研究显示，在电价高达天然气每千瓦时价格约五倍的北部地区，家庭供暖成本可能每年增加约1200美元。即便安装效率更高的地源热泵，在电价相对天然气水平最高的地区，家庭供暖费用仍可能上升。

安装成本与电价压力

研究指出，在能源成本较低的地区，热泵运行成本的节省有望在长期内抵消前期投资，但较高的安装费用本身也是重要障碍。平均来看，安装一套空气源热泵的费用约为1.7万美元，而地源热泵的安装成本通常至少在3万美元以上。

部分住宅还可能需要升级电气系统。如果需要进行昂贵的电力服务升级，整体安装成本可能再增加数万美元。在空调普及的地区，家庭可通过以热泵同时替代空调和供暖系统，部分抵消改造支出。例如，加利福尼亚州一项新计划鼓励计划安装中央空调或更换损坏空调系统的业主，选择既能制冷又能供暖的高效热泵设备。

研究认为，电价水平是影响家庭是否安装热泵的关键因素之一。近年来，美国电价显著上涨，原因包括极端天气、基础设施老化以及电力需求增加。新建数据中心带来的用电需求进一步加大电网压力，并引发关于相关成本由谁承担的讨论。

热泵的大规模应用将推高电网负荷。研究估算，如果全国家庭供暖全面电气化，峰值电力需求可能增加约70%。与此同时，热泵若与热水储存等技术结合，可为电网负荷调节提供一定空间，并通过折扣电价或分时电价降低用户运行成本。一些州的监管机构已要求公用事业公司向使用热泵的家庭提供电价优惠。

研究最后指出，要推动家庭更广泛采用热泵以及更大范围的经济电气化（包括电动汽车），除了技术改进和增加电力供应外，降低电价仍是关键条件之一。

文中观点来自哈佛大学环境中心环境研究员Roxana Shafiee，其隶属于哈佛肯尼迪学院。相关内容转载自The Conversation，依据知识共享许可协议发布。