关于热泵，你最常听到的反对意见是：它“真冷起来就不管用了”。可各国的拥有率数据讲的却是另一回事。欧洲热泵普及最高的是挪威、瑞典和芬兰，这些国家 1 月的平均气温都远低于冰点。不过，寒冷确实会改变工程设计：需热量最大的时候，制热量偏偏下降；效率降低，室外换热器结霜；在温和气候里无关紧要的选型细节，到这里会决定系统能不能用。这篇指南讲清楚 0 °C 以下会发生什么，以及怎样设计一套在 −20 °C 寒潮中依然高效的系统。
为什么天冷效率会下降
效率取决于温升，也就是热源和采暖水之间的温差。理论（卡诺）极限为：
Example: flow 45 °C (318 K), outdoor −15 °C (258 K) COP_max = 318 / 60 ≈ 5.3 → real machine at ~45% of Carnot ≈ 2.4
天冷带来的是双重打击。一方面，室外温度一降，温升就跟着变大。另一方面，建筑这时需要更多热量，气候补偿控制会把供水温度往上调。从室外 +7 °C、供水 35 °C 变成室外 −15 °C、供水 50 °C，温升大约翻了一倍，COP 可能因此减半。
低温型机组的真实表现
厂家会按照 EN 14511 规定的标准工况点公布性能表。下面是目前变频低温型空气源机组（R290、R32 或喷气增焓压缩机）的典型数值，具体产品上下浮动约 ±15%。
| 室外温度 | 供水 35 °C 时 COP | 供水 45 °C 时 COP | 供水 55 °C 时 COP | 制热量占额定值 |
|---|---|---|---|---|
| +7 °C | 4.5–5.3 | 3.6–4.2 | 2.9–3.4 | 100% |
| +2 °C | 3.4–4.0 | 2.9–3.4 | 2.4–2.8 | 85–100%（除霜） |
| −7 °C | 2.8–3.4 | 2.4–2.9 | 2.0–2.4 | 75–100% |
| −15 °C | 2.2–2.7 | 1.9–2.3 | 1.6–2.0 | 65–90% |
| −25 °C | 1.6–2.0 | 1.4–1.8 | 1.2–1.5（如机组支持） | 50–75% |
Gibb、Rosenow 等人在 2023 年发表于 Joule 的综述中汇总了实测和实验室数据：空气源热泵在 −10 到 −15 °C 时 COP 保持在 2 左右，在 −20 °C 及以下的大多数测试中仍高于 1.5。所以，就算在一年中最难熬的那些时段，热泵也比电阻加热强，何况这样的时段并不多。
为什么季节数值依然站得住
真正的极寒天气其实很少见。在奥斯陆、赫尔辛基或蒙特利尔，供暖季的大部分时间气温都在 −5 °C 到 +8 °C 之间。一台在 −20 °C 时 COP 为 1.8 的机组，一年可能只有 50–150 小时处于这个温度。季节性能因子（SPF）按各温度下送出的热量加权，所以寒冷地区的 SPF 通常只比温和地区低 0.3–0.7，不会一落千丈。
| 气候 | 城市举例 | 空气源典型 SPF（45 °C 系统） | 地源 SPF |
|---|---|---|---|
| 温和 | 伦敦、巴黎、西雅图 | 3.0–3.6 | 3.8–4.5 |
| 寒冷 | 柏林、华沙、布加勒斯特、芝加哥 | 2.7–3.3 | 3.6–4.3 |
| 严寒 | 奥斯陆、赫尔辛基、蒙特利尔、哈尔滨 | 2.4–3.0 | 3.4–4.1 |
| 亚北极 | 费尔班克斯、拉普兰北部 | 1.8–2.5 | 3.0–3.8 |
除霜：−7 °C 到 +5 °C 之间的隐性损失
室外换热器在潮湿空气中低于 0 °C 运行时会结霜，堵住气流。机组这时反转循环 2–10 分钟，用从屋里取来的热量把霜化掉。结霜最严重的时候不是 −20 °C（那时空气很干），而是在**−3 °C 到 +3 °C、湿度很高**的时候，这正是海洋性和大陆性冬季的常见天气。在这个温度区间，除霜通常要消耗送出能量的 2–10%。好的做法：
- 把室外机装在支架或墙架上，高出预计积雪线 30–50 cm。
- 给冷凝水接一条不会冻住的排水管。机组下方结冰是常见故障。
- 避开雪堆和屋檐滴水线；加一个小雨棚会有帮助。
- 选按需除霜（传感器控制）的机组，不要选定时除霜的。
按设计温度选型
设计室外温度是系统必须扛住的严寒日气温，一年通常只有几天会低于它。柏林约为 −12 °C，布加勒斯特为 −14 °C 到 −16 °C，奥斯陆为 −20 °C，赫尔辛基为 −26 °C，蒙特利尔或明尼阿波利斯约为 −23 °C 到 −30 °C。准确数值可查各国标准和 ASHRAE 气候数据。
给热泵选型，有两种不同的思路：
- **单热源选型：**热泵独自承担 100% 的设计负荷。简单、高效，但在供暖季大部分时间里机组都偏大。
- 双热源选型：热泵承担负荷直到双热源切换点（常为 −5 °C 到 −10 °C），低于这个温度，由电加热元件或原有锅炉补足。
一年里最冷的时段并不多，所以只按峰值负荷 80–90% 选型的热泵，在大多数情况下仍能提供全年 95–99% 的热量。剩下的几个百分点交给电阻加热，也花不了多少钱。
计算示例：奥斯陆附近一栋 160 m² 的住宅
- 设计热负荷：−20 °C 时 9 kW（1990 年代住宅，已翻新）；全年热需求 21,000 kWh。
- 方案 A：9 kW 低温型空气–水机组。−20 °C 时它能出约 70%，即 6.3 kW，约 −12 °C 以下由 6 kW 电辅助加热帮忙。按逐小时气象模拟，辅助加热约占热量的 3%，SPF ≈ 2.8。用电：21,000 / 2.8 ≈ 7,500 kWh。
- 方案 B：地源热泵，钻孔 120 m（在挪威常见的基岩里打两口 60 m 的井），SPF ≈ 3.8。用电约 5,530 kWh。
- 按 1.5 挪威克朗/kWh（约 0.13 欧元）计算，方案 B 每年少用约 2,000 kWh，省约 260 欧元，但要多花 10,000–15,000 欧元。回收期很长，这也是为什么挪威虽然寒冷，新装的热泵仍以空气源为主。
- 和直接电加热相比（会多用 5,000–20,000 kWh），两个方案都是一大进步。
用热泵计算器试试你所在的气候，再用地源热泵计算器确定钻孔长度。
空气–空气：寒冷地区的主力
在斯堪的纳维亚和日本，最典型的热泵并不是带散热器的水系统，而是挂在客厅墙上的一台普通空气–空气分体机。面向北欧市场的机型，在欧盟“偏冷”参考气候下 SCOP 达到 4.5–5.5，能在 −25 °C 或 −30 °C 下运行。在用电阻式电暖供暖的房子里，一台 2,000–3,500 欧元的机组负责开放式起居区，就能让采暖用电减少 30–50%。局限在于：不提供热水，关着门的卧室分不到多少热。
地源热泵和其他方案
地下约 2 m 以下，温度接近当地年平均气温：斯堪的纳维亚约 +5 到 +8 °C，中欧约 +9 到 +12 °C。钻孔换热器即使在 2 月，回来的载冷剂也有约 0–5 °C。因此热泵面对的温升几乎始终不变，也永远不需要除霜。缺点是成本和长期选型：在欧洲，钻孔每米 40–80 欧元，钻孔还必须够大，才不会在几十年里把土壤里的热量耗尽。
其他选择：
- 混合热泵把空气源机组和原有的燃气或燃油锅炉组合起来，最冷的时段交给锅炉。电网容量紧张或散热器无法升级时，这种方案比较合理。
- CO₂（R744）热泵能高效制取 65–90 °C 的热水，适合寒冷地区的生活热水。
- 排风热泵从气密性好的北欧住宅的通风排气中回收热量。
寒潮对电网的影响
等到几百万户家庭都用热泵供暖时，一年中最冷的那些时段就决定了用电高峰有多高。送出同样的热量，COP 为 2 的热泵只用电阻加热器一半的功率。所以用热泵取代直接电加热（在挪威、瑞典、法国和魁北克很普遍），会压低冬季峰值；取代燃气则会抬高峰值。保温好、蓄热能力强的住宅，可以在高峰时段关掉供暖撑过去，越来越多的智能电价方案会为此付钱。可以在世界能源地图上比较各国的电力结构。
寒冷地区安装检查清单
- 按当地设计温度做正规的热负荷计算，不要照搬旧锅炉的功率。
- 选公布了 −15 °C 和 −20 °C 下制热量和 COP 数据的机型。在北美，NEEP 的低温产品清单是很好的筛选工具。
- 争取尽可能低的供水温度：散热器条件允许的话，设计工况下 35–45 °C。
- 先做保温再买机器。在寒冷地区，每少一 kW 热损失，既省设备钱又省电（见保温节能计算器）。
- 室外机装在积雪线以上，避开主导风向，排水管要加热或做防冻。
- 把辅助加热设为只在双热源切换点以下启动，并记录它的用电量。
- 在供暖费用对比中比较总成本，把能省掉的燃气固定费用也算进去。
结论
气温越低，热泵的制热量和效率就越低。但现代低温型机组在 −15 °C 时，每用一份电仍能送出约两份热；北欧气候下的优质系统，季节性能远高于 2.5。拉开差距的是设计：按真实的设计温度选型，供水温度低，室外机位置合适，辅助加热真正只做辅助。COP 和运行费用的基础知识，请看热泵详解。
本主题相关计算器
常见问题
气温低到多少度热泵就不工作了？
热泵在 −15 °C 时 COP 是多少？
寒冷地区需要装辅助加热器吗？
寒冷地区用地源热泵比空气源好吗？
为什么我的热泵冬天会冒白汽？
哪些国家在寒冷地区用热泵？
资料来源与参考
- IEA (2022). The Future of Heat Pumps
- Gibb, D., Rosenow, J., Lowes, R., Hewitt, N. (2023). Coming in from the cold: Heat pump efficiency at low temperatures. Joule 7(9)
- NREL — 低温空气源热泵实地与实验室研究
- Northeast Energy Efficiency Partnerships (NEEP) — 低温空气源热泵技术规范与产品清单（Cold Climate Air Source Heat Pump Specification）
- European Heat Pump Association (EHPA) — 市场与统计报告
本指南中的数据是根据上述来源整理的典型范围，你的实际数字取决于所在地、价格和设备。需要针对具体场地的估算，请使用文中链接的计算器。