将可再生能源整合到HVAC系统中重新定义了大气排放控制的格局。工程师们正在利用可再生能源技术，以及先进的热泵、智能控制和混合系统架构来实现更高的效率。

将可再生能源整合到供暖、通风和空调（HVAC）系统中，重新定义了大气排放控制的格局。在减少碳排放和提高能源效率的迫切需求驱动下，工程师们正在利用太阳能、风能和地热技术，结合先进的热泵、智能控制系统和混合系统架构。

可再生能源是集成暖通空调技术基础

太阳能是暖通空调应用中使用最广泛的可再生能源。光伏（PV）板将阳光转化为电能，直接为热泵和空调机组等暖通空调组件提供动力。同时，太阳能集热器可以提供热水或空气用于供暖，减少暖通空调对电力或燃气锅炉的依赖。

空气源热泵（ASHP）变得特别受欢迎，在过去20年里，其出货量翻了一番，如图表所示。

税收激励措施是美国ASHP装置增长的主要驱动因素之一（图片来源：Statista)

推动这一快速增长的主要因素总结如下图。从消费者角度来看，美国联邦政府提供的最高2000美元的热泵安装税收抵免政策，直到2032年。这显著降低了前期成本，被认为是推动这一趋势的关键因素。

光伏效率的提高和成本的降低使太阳能供暖、制冷和空调系统在家庭和企业中越来越可行。当与储能相结合时，它们即使在低阳光条件下也能确保暖通空调应用可靠运行。

虽然在单个建筑中较为少见，但风能有助于电网脱碳。安装了涡轮机或接入绿色电网的建筑可以利用可再生能源为暖通空调系统供电，从而减少排放。在某些地区，地源热泵可以通过地下循环管道，利用地球稳定的地下温度，实现暖通空调高效稳定的供暖和制冷。

现代热泵，尤其是制冷型，通过转移热量而非产生热量，实现了高达3-5的性能系数。当暖通空调系统使用可再生能源驱动时，它们能提供低排放控制。

智能控制系统通过根据能源供应、人员流动和天气状况动态调节暖通空调参数，显著提升运行效率。需求响应系统能将用电负荷转移至可再生能源高产期或低需求时段，而暖通空调应用混合能源系统则整合太阳能、地热能等多元能源与传统能源，让暖通空调应用实现灵活可靠的供电保障。在暖通空调系统的低能耗部件中，微能量收集技术为远程传感器提供电力支持，有效降低电池依赖度并减少暖通空调设备维护需求。

四个可再生能源集成HVAC安装的实际案例

阿姆斯特丹的Edge Building将太阳能电池板、地热热泵和含水层热能储存整合到其HVAC系统中，与类似建筑暖通空调应用相比，能源消耗减少了70%。实现能源正回报，并使用智能控制，根据占用和天气优化HVAC，符合BREEAM标准。

阿姆斯特丹的Edge大楼（照片：由MrAronymous提供)

马萨诸塞州的Bristol（布里斯托）社区学院的John J. Sbrega Health & Science Building（John J. Sbrega健康与科学大楼）结合了地热交换系统、3.2兆瓦太阳能阵列、热回收轮、无管道通风柜和自然通风等，实现净零能耗。

Bahrain World Trade Center（巴林世贸中心）安装了三台29米高的风力涡轮机，每台功率为221千瓦。虽然没有直接为暖通空调系统供电，但它们减少了对暖通空调系统的需求，并提供了遮荫，降低了暖通空调冷却负荷。智能能源管理系统平衡了风力发电与电网和备用电源。

西雅图的Bullitt中心是一座净零能耗建筑，采用屋顶太阳能阵列和先进的热泵为全电暖通空调系统供电。能源回收通风和智能控制提高了效率、需求响应和能源存储集成度。

技术经济因素

可再生能源暖通空调系统得益于稳定的电力供应和先进的控制技术，这延长了暖通空调使用寿命并减少了维护需求。虽然改造成本高昂且复杂，但新型适配器和财政激励措施正在提高暖通空调应用可行性。气候适宜性指导着可再生能源的选择，阳光充足的地区适合太阳能，多风区域适合风能，而地热则适用于全年运行。

尽管前期成本较高，但运营成本节约、能源费用降低以及排放处罚减少确保了这些系统的长期成本效益。它们的采用还使建筑能够抵御不断上涨的能源价格。

智能电网和先进控制

智能电网和自动化使HVAC负载与可再生供应相匹配，支持需求响应，降低峰值需求，并支持诊断和预测性维护，从而提高可靠性和性能。

趋势和创新

变制冷剂流量（VRF）系统提供高效的分区温度控制，使用可再生能源时最多可节省30%的能源。将暖通空调与电池或热储存相结合，最大限度地利用现场能源，并确保在停电期间的舒适度。政策支持和不断发展的行业规范正在推动其采用，尤其是在新建和改造项目中。

使能技术：功率半导体和智能传感器

在众多组件中，功率半导体和智能传感器作为核心技术，为可再生能源系统的高效能源转换、分配及电力管理提供了关键支撑。像碳化硅和氮化镓这类宽带隙材料能显著提升功率晶体管的性能并降低功耗，使暖通空调设备设计更加紧凑高效。而人工智能技术不仅优化了传感器性能，还能让系统实时响应环境条件的变化，并预测未来变化趋势。

除了概述的暖通空调应用技术和经济考虑因素外，这些组件有助于使个人和商业建筑将可再生能源整合到其HVAC系统中。