空氣源熱泵熱水系統(tǒng)在鐵路企業(yè)中應(yīng)用

上海鐵路局 王天寧 丁 巍

鐵路是我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要基礎(chǔ)性設(shè)施和大眾化的交通工具，也是國家交通運(yùn)輸體系中的骨干。鐵路行業(yè)規(guī)模龐大，在現(xiàn)有的8萬公里的營業(yè)里程線上，有數(shù)千個(gè)車站及數(shù)量眾多的運(yùn)輸、維修、生產(chǎn)單位遍布全國各地，這些單位大多沿用傳統(tǒng)的燃煤鍋爐用于提供生活熱水。近年來，隨著我國對(duì)環(huán)境保護(hù)要求不斷提高，越來越多的大中城市相繼提出取消分散的燃煤鍋爐，強(qiáng)令推行清潔生產(chǎn)方式供熱。面對(duì)不斷增長的能耗需求和節(jié)能減排的壓力，鐵路企業(yè)必需尋求新技術(shù)和新產(chǎn)品替代傳統(tǒng)供熱方式。

目前，在世界范圍內(nèi)空氣源熱泵作為能源技術(shù)商品已處于成熟期，在我國也處于迅速發(fā)展期。空氣源熱泵，作為一種節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)品，在鐵路行業(yè)將發(fā)揮越來越重要的作用。

1 項(xiàng)目概況

上海鐵路局南京東車輛段上、下行兩個(gè)列檢所，共有人員266人，每日需要供應(yīng)洗浴熱水10t。原來采用2臺(tái)燃煤鍋爐提供生活熱水，年耗煤量約450t。2008年采用空氣源熱泵系統(tǒng)替代燃煤鍋爐，其中上行列檢所配置一臺(tái)沃姆牌空氣源熱泵卓越系列MWV-L300T1/St熱水機(jī)組（額定功率7.5kW,額定出水量18t/d，工作環(huán)境溫度為-8℃～43℃，最高出水溫度為60℃，制冷劑類型為R22），配置一臺(tái)7t水箱；下行列檢所配置一臺(tái)沃姆牌空氣源熱泵卓越系列MWV-LB210T1/S熱水機(jī)組（額定功率3.8kW，額定出水量為9.5t/d，工作環(huán)境溫度為-10℃～43℃，最高出水溫度為60℃，制冷劑類型為R22），配置一臺(tái)5t水箱。水箱采用4mm厚不銹鋼板制作，表面包裹5cm厚巖棉板保溫，外加一層彩鋼板加以保護(hù)。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)專門的循環(huán)管路，配置循環(huán)泵強(qiáng)制循環(huán)，提高整個(gè)系統(tǒng)的換熱效率。系統(tǒng)流程見圖1。

2 效果分析

1）經(jīng)濟(jì)效益。

南京東車輛段上、下行列檢所熱泵使用前后的能耗與經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果見表1（2007年使用燃煤鍋爐，2009年使用熱泵系統(tǒng)）：

表1 南京東車輛段上、下行列檢所熱泵替代鍋爐的經(jīng)濟(jì)對(duì)比

根據(jù)表1所示，2009年全年上行列檢所使用空氣源熱泵機(jī)組后運(yùn)營成本僅為改造前燃煤鍋爐年運(yùn)營成本的47.1%，年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約為14.8萬元，按投資總額18萬元測算，投資回報(bào)期為1.2年。下行列檢所空氣源熱泵機(jī)組運(yùn)營成本僅為改造前燃煤鍋爐年運(yùn)營成本的46.0%，年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約為13.6萬元，按投資總額13萬元測算，投資回報(bào)期為0.96年。

2）節(jié)能效果。

南京東車輛段上、下行列檢所采用熱泵替代燃煤鍋爐后的綜合能耗對(duì)比見表2。

根據(jù)表2所示，上行列檢所使用空氣源熱泵機(jī)組后年綜合能耗為39.4噸標(biāo)準(zhǔn)煤，僅為改造前綜合能耗的20.6%，單位產(chǎn)量綜合能耗為12.1kg標(biāo)準(zhǔn)煤/噸熱水，節(jié)能率達(dá)65.1%。下行列檢所使用空氣源熱泵機(jī)組后年綜合能耗為32.24噸標(biāo)準(zhǔn)煤，僅為改造前綜合能耗的19.5%，單位產(chǎn)量綜合能耗為11.5 kg標(biāo)煤/噸熱水，節(jié)能率達(dá)65.3%。

表2 南京東車輛段上、下行列檢所熱泵替代鍋爐的綜合能耗對(duì)比

3）減排效果。

2007年上、下行列檢所采用燃煤鍋爐產(chǎn)生的二氧化硫排放量分別為3846kg和3330kg,煙塵排放量分別為9616kg和8327kg,由于空氣源熱泵在工作中不排放廢氣，在環(huán)保減排方面較傳統(tǒng)燃煤鍋爐優(yōu)勢明顯，上、下行列檢所安裝空氣源熱泵后，每年累計(jì)實(shí)現(xiàn)減少二氧化硫排放量7.1噸，減少煙塵排放量17.9噸。

4）聲環(huán)境改善。

上、下行列檢所原鍋爐房鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)噪聲一般可達(dá)70-85dBA，鼓風(fēng)機(jī)安裝在鍋爐房內(nèi)，通過風(fēng)管或地下風(fēng)道向爐膛送風(fēng)，機(jī)殼噪聲和進(jìn)風(fēng)口噪聲常常直接影響操作工人與周圍環(huán)境；引風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口和送風(fēng)口分別與除塵器及煙囪連接，對(duì)環(huán)境影響以機(jī)殼噪聲為主。鍋爐運(yùn)行時(shí)因工藝需要，有時(shí)將蒸汽直接排放到大氣中，由于蒸汽壓力都比較大，排氣噪聲的聲功率級(jí)常達(dá)80dBA以上，污染范圍方圓幾百米。而空氣源熱泵機(jī)組散熱無需冷卻塔，噪聲源強(qiáng)較小，根據(jù)噪聲監(jiān)測情況，上、下列檢所空氣源熱泵運(yùn)行噪聲為50～60dBA，聲環(huán)境情況好于改造前。

3 空氣源熱泵系統(tǒng)實(shí)施效果評(píng)價(jià)

目前，我局已有南京東車輛段、南京東站、合肥車輛段、南京生管所、南京橋工段、阜陽工務(wù)段、南京鐵路會(huì)議中心、杭州機(jī)務(wù)段、徐州北站、太湖療養(yǎng)院、阜陽機(jī)務(wù)段等十多家單位使用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)。通過對(duì)空氣源熱泵系統(tǒng)工程實(shí)施過程及成效分析，初步結(jié)論如下：

1)供熱效果明顯，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。

通過能效監(jiān)測，空氣源熱泵的平均COP在1.8-4.0之間，并且不受陰雨天氣的影響，可正常使用。與太陽能供熱方式相比，熱泵系統(tǒng)可連續(xù)加熱，穩(wěn)定性更高。

2)節(jié)能減排效果突出，投資回收期短。

空氣源熱泵運(yùn)行單位能耗僅為燃煤鍋爐單位能耗30%左右，對(duì)于小型供熱系統(tǒng)而言，投資回收期短[1]。全局十多家單位使用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)，累計(jì)減少燃煤鍋爐12臺(tái)，每年減少燃煤約5000噸左右，而且減少了廢氣和污染物排放，節(jié)能減排效果突出。

3)安裝方便、維護(hù)簡易。

空氣源熱泵占地空間很小，外形與空調(diào)室外機(jī)相似，可直接接保溫水箱或與供暖管網(wǎng)連接，而且全自動(dòng)控制，無需人員值守，用于替代鐵路沿線工區(qū)小型供熱鍋爐比較適合[2]。

4 空氣源熱泵系統(tǒng)推廣應(yīng)用的前景展望

1）空氣源熱泵是可再生能源利用的典范。

空氣中的熱能源于太陽輻射能，是地球“與生俱來”的豐富資源，在自然界中可以不斷再生，永續(xù)利用，是取之不盡、用之不竭的資源，它對(duì)環(huán)境無害，而且資源分布廣泛，是自然界給予全人類共有的“財(cái)富”。隨著全社會(huì)節(jié)能環(huán)保意識(shí)不斷提高，空氣源熱泵可成為無污染的“綠色能源技術(shù)”，加以推廣應(yīng)用。

2）空氣源熱泵使用推廣要“因地適宜”。

空氣源熱泵系統(tǒng)的室外溫度適宜使用范圍是-10～40℃，冬季溫度低于-10℃地區(qū)使用空氣源熱泵容易使外機(jī)產(chǎn)生霜凍問題，需要頻繁停機(jī)來進(jìn)行除霜，而且空氣源熱泵采用壓縮制熱方式，與鍋爐直接加熱模式相比，供給速度相對(duì)較慢，出水溫度一般在60℃（水源熱泵可達(dá)80℃），不能產(chǎn)生80℃以上高溫水或蒸汽。因此，總體而言，空氣源熱泵在南方地區(qū)的使用效果好于北方，部分極寒地區(qū)不適合使用空氣源熱泵系統(tǒng)[3]。

3）空氣源熱泵系統(tǒng)與太陽能系統(tǒng)的組合。

太陽能熱水系統(tǒng)在節(jié)能環(huán)保方面優(yōu)勢明顯，但在實(shí)際的應(yīng)用中常常會(huì)受到陰雨天氣的影響，而空氣源熱泵在陰雨天氣也能發(fā)揮功效。在大型的中央熱水系統(tǒng)中，空氣源熱泵與太陽能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)“資源共享和優(yōu)勢互補(bǔ)”，兩者互為輔助熱源，可最大限度的利用太陽能和空氣熱能，解決陰雨天氣及冬季環(huán)境溫度較低太陽能資源不足時(shí)熱水供應(yīng)情況不佳的問題，做到全年、全天候供應(yīng)熱水。目前，將熱泵與太陽能利用技術(shù)結(jié)合形成較大規(guī)模的熱水系統(tǒng)是比較看好的組合[4]，有些鐵路局已經(jīng)開始實(shí)施“太陽能-熱泵”聯(lián)合供熱系統(tǒng)工程。

5 結(jié)語

空氣源熱泵系統(tǒng)在生活熱水供應(yīng)方面已被廣泛應(yīng)用，在鐵路沿線工區(qū)、辦公樓宇和機(jī)車車輛恒溫檢修庫等場所，具有很好的應(yīng)用前景。目前，上海鐵路局已實(shí)施了十多個(gè)空氣源熱泵項(xiàng)目，豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和資料為進(jìn)一步推廣應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。隨著鐵路改革發(fā)展的不斷深入，鐵路建設(shè)和運(yùn)輸生產(chǎn)對(duì)節(jié)能減排和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)將提出更高要求。降低能耗成本，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，空氣源熱泵技術(shù)將在“綠色省能和組合靈活”方面凸現(xiàn)其優(yōu)異特性，在運(yùn)用實(shí)踐中將不斷發(fā)展和完善。

[1]曹斌,蔣學(xué)明.空氣源熱泵在港口的規(guī)模化集成應(yīng)用[J].港口裝卸,2008(5)32-38

[2]賴瓊.空氣源熱泵熱水器技術(shù)在裝卸現(xiàn)場的實(shí)踐應(yīng)用[J].上海鐵道科技，2009(1),42-45

[3]Stefan S Bensch.Eckhard A Groll Review of Air-Source Heat Pumps for Low Temperature Climates 2005

[4]白永鋒，胡永鋒，畢春璺.太陽能熱泵供熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析[J].煤炭工程，2007（10），31-34