地鐵毛細管供熱技術應用價值分析

辛華鈺 何智昕 周雷

摘 要：本文從社會、經濟、生態、市場的角度，深入探討了該技術的應用價值。據測算，若該技術推行至全國在建地鐵隧道，每年可節省運營費用30.5億元，節省標準煤144萬噸，減少6.3萬噸二氧化碳、3.7萬噸灰渣、2.16萬噸粉塵顆粒物和2880噸二氧化硫等溫室氣體或環境污染物的排放，經濟、生態效益顯著。

關鍵詞：地鐵毛細管供熱技術；應用價值；經濟效益；生態效益

一、社會價值

（一）地鐵出行

作為方便快捷的交通工具之一，地鐵在市民心目中往往有舉足輕重的地位。以青島市為例，據調查，近92.6%的青島市民基本上使用地鐵出行。其中有近88.2%的市民每月都會乘坐地鐵。地鐵逐漸成為青島市民最喜愛的交通工具，具有很高的社會價值?；诖?，在地鐵的能源結構上提出改進和調整的地鐵毛細管技術，將受到地鐵相關負責人的高度重視和得廣大市民的關注。

（二）技術本身

據調查，88.5%的青島市民基本不了解地鐵毛細管供熱技術，而近75%的市民愿意支持毛細管技術的推廣。由此可以看出，雖然青島市民對地鐵毛細管技術不了解，但并不影響他們對技術的支持。地鐵毛細管技術可以帶來可觀的經濟效益和生態效益，市民對該技術的鼎力支持不僅僅是因為環保，還有技術自身所帶來的社會效益切實影響到市民。由此可知地鐵毛細管技術蘊含可觀的社會價值，收到廣大市民的一致認可。

二、經濟價值

（一）建設投資

如果以青島地區建筑總面積1萬平方米的地鐵站臺為例，根據實際尺寸建立模型，模擬得出單位巖土面積下毛細管換熱器夏季排熱量約為51.9 ，冬季取熱量約為69.5 。如果沿長度約為1324m隧道頂部及兩側均布毛細管換熱器，。冬季可提供熱量1472kW，可滿足地上約2.1萬平方米建筑的空調熱供應需求。

（二）能源供給

毛細管壁面前端換熱熱泵系統既可為地鐵車站供冷，冬季又可為地上建筑供熱。有關資料顯示，如采用毛細管前端換熱熱泵系統，與地鐵車站傳統空調冷水機組供冷+地上建筑集中供熱系統相比，總投資可節省157.2萬元，每年節省運行費用39.5萬元。

同時，智研咨詢發布的《2017-2022年中國城市軌道交通建設市場深度調研及投資前景分析報告》顯示，2016年年末，全國又39個城市在建軌道交通，線路長度4870公里，分別比上年增長21.9%。由此得出：如果全國所有在建地鐵軌道交通隧道都使用毛細管供熱技術，以2016年年末全國范圍內在建的4870公里來計算，則全國范圍內每個冬季可提供5441.4萬千瓦熱量，可滿足地上約7724.3萬平方米建筑的空調熱供應需求，每年可節省運營費用為7724.3萬平方米*39.5萬/1萬平方米=30.5億元，經濟效益十分可觀。

三、生態價值

地鐵毛細管供熱技術改變傳統供熱系統形式，將地鐵產生的熱量導出用于建筑供熱，易于實施，且節能環保。相關資料顯示，每燃燒一噸標準煤可產生44千克的二氧化碳，2千克的二氧化硫，26千克灰渣，15千克灰塵，根據經濟效益計算可知，若以熱電廠燃煤來解決該7724.3萬平方米建筑的冬季取暖問題，每千克標準煤熱值為7000千卡（29307千焦），則需要5441400KJ/S*（90*24*60*60）S/29307=144萬噸標準燃煤，所以，采用地鐵毛細管供熱技術可節省標準煤144萬噸，如果將這些標準燃煤全部用于供熱，那么可以連續不間斷給十萬平方米的區域供暖30年。同時，還可以減少6.3萬噸二氧化碳和2880噸的二氧化硫排放，減少3.7萬噸灰渣和2.16萬噸灰塵的產生。因此，如果該項目可以在全國成功推廣，在解決建筑冬季取暖的同時，也將降低大氣污染，生態效益十分顯著。

四、市場價值

（一）原料市場

傳統的供熱系統所用的鐵質供熱熱管材質往往成本較高。而毛細管主要以聚丙烯單位組成的高分子為主要材質，是只有碳元素和氫元素組成的有機化合物。由于市場生產高分子塑料的工藝已經日益成熟，市場上現有的毛細管造價和成本普遍偏低。此外，毛細管所用的材料無毒，對環境無害，可以進行充分回收并循環利用?？梢?，毛細管本身的低成本再加上極高的質量，其市場潛力十分巨大，大規模地使用毛細管可以節省十分可觀的成本。

（二）交通市場

在已經建成的地鐵隧道中，由于地鐵產生大量的熱量，所以制冷系統建設顯得尤為重要。傳統的冷卻系統主要使用冷卻塔，冷卻塔的建設往往帶來場地的問題。不僅會對城市景觀造成影響，還會帶來噪聲污染和衛生隱患。一般使用冷卻塔的地鐵項目在建設初期往往需要投入大量的資金。對于毛細管來說，毛細管作為優秀的換熱器，同樣可以為地鐵散熱。將毛細管鋪設在地鐵隧道內壁上，可以很好地將廢熱散發出去。相關實驗表明：使用毛細管網熱泵系統，一段時間后巖土的平均溫度為18.2℃，較初始溫度升高了3.6℃，且有趨于平穩的趨勢。而沒有使用毛細管的巖土一段時間后平均巖土溫度升高近7℃。說明利用毛細管網作為前端換熱器的地源熱泵可有效減少地鐵隧道巖土的熱量堆積。由此，可節省建設冷卻塔的成本且無需考慮場地問題。

（三）能源市場

相關資料顯示，每千米隧道頂部及兩側均布毛細管換熱器時冬季可提供熱量約為1112 kW，可滿足地上約1.59萬平方米建筑的空調熱供應需求。從城市供能方式的角度來說，城市供能形式將從單一的鍋爐供暖變成鍋爐供暖和廢熱供暖兩種形式。那么，供熱公司就可省下部分燃燒鍋爐所需的成本；對于不使用暖氣的城市來說，無論是供暖還是制冷，都需要使用空調完成相關的能量傳遞工作。使用毛細管供熱技術后，能源部門可省下部分發電所需的成本。所以毛細管供熱技術的出現，將會導致能源市場的供能模式出現變化，而這種變化可以為市場省下巨額能源投資。所以，毛細管供熱技術擁有很明顯的能源市場潛力。

參考文獻

[1] 胡松濤，施志鋼，高號.毛細管壁面換熱器用于地鐵隧道的可行性分析[J].暖通空調，2015，45（7）：14-17.

（作者單位：山東大學（威海））