空氣源熱泵在鐵路沿線站區能源改造中的探討

段 桂 英

(大秦鐵路股份有限公司太原鐵路房建段，山西 太原 030013)

空氣源熱泵在鐵路沿線站區能源改造中的探討

段 桂 英

(大秦鐵路股份有限公司太原鐵路房建段，山西 太原 030013)

結合實例，依據鐵路沿線站區的采暖現狀及形勢，從可行性和經濟性兩方面對空氣源熱泵在鐵路沿線站區清潔能源改造中的應用進行了探討，為沿線站區清潔能源改造提供選擇途徑。

空氣源熱泵，沿線站區，清潔能源改造

1 鐵路沿線站區的采暖現狀及面臨的形勢

改革開放以來，隨著我國經濟的飛速發展，中國鐵路迎來了大發展時期，重載鐵路、高速鐵路建設一日千里、日新月異，尤其是高速鐵路引領著世界高鐵的發展方向。由于鐵路的行業特性，鐵路站房均分布在鐵路沿線，在較大城市設置的采暖站房，近年來隨著城市集中供熱的發展基本上并入了城市熱網，設置在城市邊緣的編組場、縣級城市的站房以及沿線的中間站、中途工區，由于遠離市區甚至地處偏遠山區，城市熱網無法覆蓋，依然采用燃煤鍋爐甚至土鍋爐解決站區房屋的采暖問題。

在冬季采暖期，由于燃煤鍋爐燃燒的礦物質產生大量的SO2，NOx以及CO2等有害氣體，對環境造成污染，嚴重地威脅著人類的身心健康。同時采用傳統鍋爐煤耗量大、熱效率低，且鍋爐房遠離站段本部監管不便、管理成本高，存在嚴重的安全隱患。

近年來，隨著自然環境的惡化、霧霾天氣的增多，世界各國均加大環境保護的力度，尤其是我國將環境保護列入國家發展戰略。在十二屆全國人民代表大會第三次會議上，李克強總理就2015年節能減排作出如下安排：今年，二氧化碳排放強度要降低3.1%以上，化學需氧量、氨氮排放都要減少2%左右，二氧化硫、氮氧化物排放要分別減少3%左右和5%左右。深入實施大氣污染防治行動計劃，實行區域聯防聯控，推動燃煤電廠超低排放改造，促進重點區域煤炭消費零增長。

2 沿線站區清潔能源改造途徑

由于鐵路的特性，編組場、小型站房以及沿線的中間站、中途工區，大多分布在遠離城市的偏遠地區，城市熱網無法覆蓋、天然氣管網不能涉及，唯一可利用的資源就是以電為動力源的電熱轉換方式。

常用的電熱轉換方式中有以下幾種形式：空調、空氣源熱泵、地源熱泵、電鍋爐。

根據我局所處地域情況，就上述幾種電熱轉化形式的可行性進行探討。

2.1 空調

空調現在已經普及家用，但多用于夏季制冷，在冬季采暖期當室外溫度低于-5 ℃時，空調制熱效果極差，能效比低于40%，因此不適應于寒冷區采暖所用。

2.2 地源熱泵

地源熱泵是一種新型的采暖制冷技術，在我國南方多有應用，其工作原理是利用地下淺層所吸收的太陽能和地熱資源來進行制熱和制冷的高效環保節能設備。通過輸入少量高品味能源(如電能)，即可實現熱量從低位熱源向高位熱源的傳遞，能效比高約在1∶8左右。但由于我局所處地域地熱資源極不發達，主要以土壤熱源為主，隨著使用年限的增加效果逐年遞減甚至失效，因此不宜使用。

2.3 電采暖鍋爐

電鍋爐是常見的一種將電能轉換為熱能的設備，其優點是：性能穩定、不受外溫影響，但電能轉化為熱能的效率低在1以下，運行成本高，因此不宜推廣使用。

2.4 空氣源熱泵

空氣源熱泵與地源熱泵一樣，也是一種新型的采暖制冷技術，通過輸入少量高品味能源(如電能)，吸收周圍空氣中的低溫熱能，通過壓縮機壓縮后轉化為高溫高壓的熱能，通過熱交換器傳遞給介質水，提高水溫用于采暖，同樣也可用于制冷，能效比為1∶4，高效節能，具有較高的推廣價值。其缺點是：由于現代技術的局限，現有產品僅適應于外溫在-15 ℃以上的地域。

通過上述探討，在現代技術條件下的電熱轉化方式中，空氣源熱泵是一種較為理想的燃煤鍋爐替代產品。下面就空氣源熱泵從可行性及經濟性兩方面進行分析。

3 可行性分析

空氣源熱泵與水泵的工作原理是相通的(見圖1)，水泵是將水從低位提升到高位，空氣源熱泵是將熱能從周圍環境提取，通過壓縮機提升品質，變為高溫高壓的空氣，然后通過熱交換器將熱能傳遞到介質(水)，最后通過介質(水)將熱能傳遞到終端用戶，達到采暖的目的。

空氣源熱泵的工作原理與空調比較，其實是相同的，都是按照逆卡諾循環工作，兩者的不同之處是空氣源熱泵的冷凝溫度比空調更高，蒸發溫度更低。空氣源熱泵與普通空調相比，其適應環境溫度的范圍更寬，它“搬運”熱能的能力更大(溫差更大)。它不僅可以在夏季將室內的熱能“搬運”到室外(制冷)，而且還可以在冬季將室外的熱能“搬運”到室內(制熱采暖)。

下面從空氣源熱泵的優點結合我局沿線站區現狀進行可行性分析。

3.1 從能效比方面比較

由工作原理可知，空氣源熱泵能從周圍空氣獲取大量的免費熱量，每消耗1度電大約能產生3度～4度電以上的熱量。相當于熱效率超過300%～400%，而鍋爐的熱效率最高才能達到80%，從節能的角度來說是可行的。

3.2 從運營成本方面比較

如果在現有鍋爐房的基礎上改為空氣源熱泵，空氣源熱泵機組可以安裝在現有鍋爐房內，無需增加專門的設備房，節省土建投資；而且跟燃煤鍋爐比較，空氣源熱泵無需相應的燃料和除渣運輸，因此無需燃料、灰渣輸送費用和管理費用；因為沒有煙氣排放，無需繳納排污費、環境檢測費用；而且空氣源熱泵操作維護簡單，無人值守，無需人工管理費用。從這四個方面可以節約大量的運營成本。

3.3 從減排環保方面比較

空氣源熱泵對大氣及環境無任何污染，符合我國目前的減排環保方面的基本政策。與傳統的燃煤鍋爐相比，沒有相應的燃料供應、灰渣清運和煙氣排放，減少了上煤、除渣對環境造成的二次污染以及煙氣排放對空氣造成的污染，屬于綠色環保類產品，符合節能減排的要求。

3.4 從適用范圍來講

空氣源熱泵型熱水機組的工作范圍比較寬，室外環境溫度在-15 ℃～40 ℃范圍內，熱泵機組都能正常工作，能滿足我局管轄范圍內沿線站區的室外環境溫度要求。

4 經濟性分析

以我局峰東鍋爐房空氣源熱泵改造前后的運行成本為例進行對比分析：

峰東鍋爐房原有一臺0.3 t采暖鍋爐，鍋爐的型號為CWNH-XM0.21MW-75/50，供暖面積890 m2，2013年改為空氣源熱泵，我們取改造前兩年的平均數據及改造后兩年的平均數據對比，如表1所示。其中改造前人工按照三個司爐工、五個月計算，月工資為1 474元/(月·人)，管理費用包含段、車間全年包保人員下現場檢查以及化驗人員、巡檢人員所需費用，按照人工費用的30%計算，維修費用包含停爐保養、夏季整修、焚火準備以及采暖期檢修費用(內含電器、化驗)，由車間全年維修計劃及補充計劃統計得出，排污費按環保局收費標準5元/m2計算。

表1 峰東鍋爐房改選前后數據對比表

從表1可以看出，雖然采用空氣源熱泵技術后，用電量大幅增加，但因為是無人值守，無燃料運輸、無除渣，保養、維護成本低，每年運營費用節約110 605-83 215=27 390元，每平方米節約124.28-93.5=30.78元。

5 結語

通過以上分析我們可以看出，空氣源熱泵與鍋爐相比，雖然存在一些缺點，比如加熱速度慢，一次性投入大、加熱水溫有限等，但相比其優點來說，比如一次性投入大的缺點，當短期內運營費用大大節約時，完全可以忽略不計。而且隨著國際性能源短缺，煤價、油價、天然氣的價格越漲越高，清潔能源應用的普及以及環保要求越來越高，空氣源熱泵采暖的優勢越來越凸顯。

針對其在高寒地區(-15 ℃以下區域)運行能力差的問題，筆者認為采用空氣源熱泵輔以電鍋爐的運行方式，即：在初寒期、末寒期及日間溫度較高時以空氣源熱泵運行，在寒冷期和夜間以電鍋爐方式運行，也是一種有效解決鐵路沿線站區燃煤鍋爐污染環境、降低運行成本的有效途徑。

綜上所述，筆者認為在我局所處的華北地區特別適合推廣空氣源熱泵作為沿線站區燃煤鍋爐的替代產品。

[1] 空氣源熱泵熱水器熱效率達到400%[DB/OL].[2009-08-17].慧聰暖通制冷網.

[2] 空氣源熱泵機組運行費用比較[Z].

On exploration for air source pump in energy resources reconstruction at station areas along railways

Duan Guiying

(TaiyuanRailwayHousingConstruction,Datong-QinhuangdaoRailwayCo.,Ltd,Taiyuan030013,China)

Combining with the examples, the paper explores the application of the air source pump in energy resources reconstruction at station areas along railways from its feasibility and money-saving according to the heating supply status at the stations, so as to provide some selection channel for the clean energy resource reconstruction at the stations.

air source pump, stations along railways, clean energy resource reconstruction

2015-03-27

段桂英(1967- )，女，工程師

1009-6825(2015)16-0150-03

TU833.3

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