將製冷和供熱視為孤立、脱節的系統是一種過時但仍然普遍存在的思維方式，這導致了能源浪費、更高的温室氣體排放和不必要的成本。
馬薩諸塞州北安普頓 / ACCESS Newswire /2025 年 12 月 22 日/ 全球能源使用和工業排放的很大一部分源於供熱和製冷操作。歐洲環境署報告稱，工業部門的供熱和製冷約佔歐洲二氧化碳排放的 20-25%。這些系統在幾十年來一直孤立運行，分別進行安裝和管理。這種碎片化的方法意味着有用的能源常常被浪費，包括來自制冷冷凝的廢熱和供熱操作的多餘熱量。然而，這種低效模型有替代方案。
機會
一種新的熱能生產、回收和再利用的方法為減少碳排放、提高效率、最大化能源利用和降低各行業運營費用提供了直接途徑。通過挑戰傳統思維，集成熱管理系統使工業設施能夠捕獲、重定向和分配熱能。這種整體視角對於工業脱碳至關重要——降低排放、減少費用並實現真正的碳中和運營。
物理定律
熱力學第一定律指出，‘能量不能被創造或毀滅；它只能從一種形式轉變為另一種形式。’ 這一基本原理突顯了機會：當我們從 ‘熱’ 的角度思考時，我們看到在一個地方被拒絕的能量，例如由冷卻機產生的能量，可以在過程的另一個點變成有用的熱量。
在食品和飲料生產中，通過製冷和供熱進行温度控制至關重要，以保障食品安全、保持產品質量和延長保質期。維持適當的温度可以抑制有害細菌和病原體的發展，確保產品安全可食用。準確的温度管理還可以保持食品和飲料的預期質地、味道和營養成分，確保產品質量的一致性。
在其他行業中，供熱和製冷支持過程的一致性、材料的保存和安全存儲。這些需求可以通過使用全電熱管理系統的綜合方法更有效地滿足。
將孤立的供熱和製冷廠轉變為整體熱系統
根據麥肯錫報告，能源消耗的能量比全球任何其他行業都要多。2017 年，它佔 149 百萬太焦耳，其中幾乎 45% 的總量歸因於工業過程的熱量生成。歐洲熱泵協會（EHPA）數據顯示，過程供熱對用於供熱和製冷的 2,388 TWh 最終能源的貢獻很大。
傳統上，供熱來自燃燒化石燃料的鍋爐，而製冷依賴於電動冷卻機。這些系統是分開設計和操作的，忽視了它們之間的熱力學聯繫。考慮以下幾點：
<ul>
<li>工業過程通常需要同時進行供熱和製冷。</li>
<li>冷卻機在冷卻過程中產生的熱量通常被拒絕到大氣或周圍環境中。</li>
<li>通常還有其他廢能來源可以通過熱泵技術重新利用，例如壓縮空氣的多餘熱量/冷卻、分散式製冷系統和通風系統。</li>
</ul>
冷卻機和鍋爐作為獨立系統並行工作的設計已不再合理。熱泵使得在不消耗額外化石燃料的情況下，將廢熱重新利用於低温和中温需求成為可能。
案例研究：Organon
總部位於荷蘭奧斯的製藥製造商 Organon 採用了熱管理思維，表明集成分散式熱泵可以通過替代中央供熱鍋爐來提高能源效率。
作為其可持續發展努力的一部分，Organon 正在逐步在各個建築中安裝 Trane 熱泵。第一個項目於 2024 年 5 月完成，涉及在一家制造設施中安裝兩台水對水熱泵（RTSF 070 G），為壓縮空氣處理提供冷卻並回收熱量，然後將其分配到中央供熱網絡。
這一舉措每年節省 7,700 吉焦耳的能源，約等於 243,000 立方米的天然氣。Organon 計劃實施更多改進，例如修改空氣處理單元以適應低温供熱，旨在減少對天然氣的依賴，並在 2035 年前實現碳中和。這些發展代表了一次重大的哲學轉變：從依賴燃料的供熱轉向電氣化、優化的能源系統。
將廢熱轉化為資源
多餘的熱量並不是一個需要處理的問題；它是未被利用的能量，隨時可以被利用。我們周圍存在着豐富的免費能源，熱管理系統使我們能夠利用這一資源，創造機會完全消除對化石燃料的依賴。這些系統使各行業重新思考熱量的使用，將以前被浪費的熱量轉變為有用的資源。
儘管熱泵的概念已有一百多年的歷史，但熱泵通過熱力學設計、低全球變暖潛力（GWP）製冷劑以及壓縮機和控制技術的持續進步而不斷演變。如今，熱泵更加可行、高效和可靠，為需要低至中温的製造過程提供了一種清潔的替代方案。
像 Trane® RTSF HT 這樣的熱泵可以將回收的能量提升到高達 110°C 的温度，滿足超出空間供暖、儲熱或預熱家庭熱水的多樣化工藝需求。完全電氣化的熱系統提供加熱和冷卻水，用於温度控制過程，並能夠在產生零現場碳或氮氧化物排放的同時捕獲和重定向能量。
同時提供加熱和冷卻的系統的運行效率是傳統方法的三到四倍，帶來了可觀的成本節省。現代熱泵每消耗一千瓦電能可以產生三到四千瓦的可用能量，平均效率比率達到 300-400%，是傳統鍋爐的三倍以上。
這些好處不僅限於性能：通過結合冷卻和加熱系統，設施可以減少前期投資，節省空間，並降低運營成本。這就是系統方法的實際應用。
改變思維，突破障礙
考慮到工業操作的過程密集特性，全面控制設施的熱管理系統可以迅速減少能源使用、碳排放和運營成本。儘管對工業熱泵應用的傳統疑慮和猶豫仍然存在，但其優勢顯著超過了挑戰。關於技術複雜性、投資需求或設施限制的典型擔憂通常源於基於孤立系統方法的過時觀點。
<ul>
<li>初始成本：雖然集成技術和可再生能源系統的初始成本可能較高，但通過長期節省可以抵消這些成本。綜合（供暖/製冷）熱管理系統通常由於更高的能效和運營節省，其回報期僅為 2-3 年。</li>
<li>複雜性：設計一個淨零設施確實需要建築師、工程師和承包商之間的仔細規劃和協調，但核心基礎設施和技術已經存在。重點應放在轉向熱系統工廠並獲得市場接受度上。</li>
<li>場地限制：目前約 80% 的項目是改造，而非新建——這證明現有設施可以採用這一模式。</li>
</ul>
從獨立系統轉向集成系統並不意味着重新設計工廠。這意味着重新思考能源在其中的流動方式。
案例研究：Saint Jean
著名的法國意大利麪製造商 Saint Jean 需要 150kW 的臨時製冷能力，以應對其一處設施在夏季的額外負荷。最初作為一個典型項目的開始，轉變了管理者的思維方式，使其不再將供暖和製冷視為獨立的部分。
在對設施進行評估以分析工廠的製冷需求時，考慮到 Saint Jean 致力於提高運營能源效率，Trane 工程師建議使用熱泵，而不是推薦額外的冷卻器來滿足短期製冷需求。這一解決方案不僅提供了所需的額外製冷能力，還完全消除了工廠的 300kW 化石燃料供電鍋爐供暖系統，從而帶來了可觀的能源節省。
安裝兩台 Trane City™ RTSF 熱泵，並與工廠現有的冷卻器連接，使得能夠利用和提升在冷卻過程中產生的廢熱。
結果是供暖成本降低了 68%，排放量大幅下降。
項目總結：
<ul>
<li>製冷能力：150kW</li>
<li>供暖能力：300kW（替代化石燃料鍋爐）</li>
<li>冷水温度：-8°C 到 -4°C</li>
<li>熱水温度：高達 60°C</li>
<li>特點：與現有冷卻器集成以重用廢熱。</li>
</ul>
展望未來：從設備到戰略
轉變對供暖和冷卻系統管理的方式對於實現能源效率和可持續發展目標至關重要。熱管理已經超越了簡單選擇適當的鍋爐或冷卻器。它現在代表了一種專注於能源優化、碳減排和運營穩定性的戰略合作。
隨着歐洲製造商尋求創新方法以實現淨零目標，集成熱系統的論點變得愈加引人注目。然而，最重要的挑戰是概念性的：從碎片化的系統模型轉變為將能源視為流動的、可回收的和自給自足的。
重新構思供暖和冷卻作為統一熱系統的組成部分不僅是技術上的演變；它是領導力的轉變。通過用整體系統視角取代孤立的方法，工業運營商可以最小化能源浪費，降低排放，併為未來保護其運營。這一轉變已經在進行中。現在是擴展它的時候。
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這篇文章討論了將工業加熱和冷卻系統視為獨立實體的過時做法，這導致了能源浪費和更高的排放。文章提倡採用集成熱管理系統，以提高能源效率並減少碳排放。藥品公司 Organon 的案例研究突顯了使用熱泵替代傳統加熱方法的好處，節約能源並朝着碳中和邁進。文章強調了將廢熱作為資源再利用的潛力，促進從化石燃料依賴向電氣化能源系統的轉變

工業脱碳：從孤立到系統化 - 重新審視熱管理