地源熱泵技術(shù)在鐵路基層站段供暖環(huán)保改造中的應(yīng)用

文_高微 中國鐵路北京局集團有限公司北京車輛段

1 地源熱泵技術(shù)

1.1 地源熱泵技術(shù)的現(xiàn)狀

地源熱泵技術(shù)是一種利用可再生能源的空調(diào)技術(shù)。因其兼具節(jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)勢而被給予厚望，尤其是建筑等熱源需求量較高的領(lǐng)域。在污染相對嚴重、能源使用效率相對較低的北方地區(qū)，地源熱泵技術(shù)更是作為“建設(shè)節(jié)約型社會，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟”的重要舉措，而被納入能源安全保障的范疇。我國自20 世紀90 年代發(fā)展地源熱泵技術(shù)以來，歷經(jīng)最初的起步和推廣階段，現(xiàn)已突破基礎(chǔ)技術(shù)瓶頸。如地源熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)節(jié)能中的應(yīng)用即已解決了關(guān)鍵的熱堆積現(xiàn)象，實現(xiàn)有效技術(shù)突破。隨著地緣熱泵技術(shù)相關(guān)理論、技術(shù)與配套產(chǎn)業(yè)的逐步完善與國家政策的扶持，地源熱泵正朝區(qū)域性、規(guī)模化和熱源多元化的方向飛速發(fā)展，在包括鐵路界的各行各業(yè)都形成了廣泛應(yīng)用。但如何實現(xiàn)基層化改造，仍是有待深入探究的話題。

1.2 地緣熱泵技術(shù)的基本原理

地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源既能供熱又能制冷的高效節(jié)能環(huán)保型空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（電能），即可實現(xiàn)能量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹霓D(zhuǎn)移。在冬季，該技術(shù)可以把土壤中的熱量“取”出來，提高溫度后供給室內(nèi)用于采暖；在夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來釋放到土壤中去，并且常年能保證地下溫度的均衡。

1.3 地源熱泵技術(shù)的優(yōu)勢

1.3.1 可再生性

地源熱泵技術(shù)屬可再生能源利用技術(shù)。其是一種利用地球淺層地?zé)豳Y源作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地球淺層地?zé)豳Y源可稱之為地能，不受地域、資源等限制，具有“量大面廣，無處不在”的優(yōu)勢。

1.3.2 安全環(huán)保

地源熱泵技術(shù)在使用過程中只消耗電力，沒有燃燒過程，對周圍環(huán)境無污染排放，不需使用冷卻塔，沒有外掛機，沒有熱島效應(yīng)，無噪音，也不抽取地下水或破壞水資源。可以說地源熱泵技術(shù)從根本上杜絕了鍋爐爆炸、污染等隱患。

1.3.3 經(jīng)濟性強

地源熱泵技術(shù)擁有較長的使用壽命和較低的維護費用。相關(guān)設(shè)備使用壽命可達20a 以上，是分體式或窗式空調(diào)器的2～4 倍。地源熱泵的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi)，有效避免了室外的惡劣氣候。此外，在同等條件下，采用地源熱泵系統(tǒng)的建筑物的維護費用也相對較低，且設(shè)備多為自動控制，可無人值守。

1.3.4 環(huán)境效益顯著

地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70%以下。

1.3.5 應(yīng)用范圍廣

地源熱泵技術(shù)可廣泛應(yīng)用于賓館、辦公樓等建筑物，可冬季供暖、夏季制冷及提供生活熱水，一機多用。

2 地源熱泵技術(shù)在鐵路基層站段供暖環(huán)保改造中的應(yīng)用

熱源地泵技術(shù)因具有較成熟的技術(shù)條件和上述優(yōu)勢，而具有廣泛應(yīng)用價值。其在鐵路基層站段供暖環(huán)保改造中也可發(fā)揮巨大作用，下文以北京車輛段邯鄲客整所為例。

2.1 改造背景

邯鄲客整所自2014 年以來一直使用2 臺0．35MW 燃油鍋爐進行供暖，但這2 臺燃油鍋爐沒有任何環(huán)保處理設(shè)施，所產(chǎn)生的廢氣直排，造成了大氣污染。根據(jù)《河北省大氣污染防治工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室關(guān)于開展燃氣鍋爐氮氧化物治理工作的通知》及當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門要求，邯鄲客整所鍋爐房內(nèi)用于冬季供暖的2 臺0．35MW 燃油鍋爐排放不達標(biāo)被納入改造范圍，后列入集團公司投資改造進程。

2.2 整體實施方案

北京車輛段對邯鄲客整所供暖設(shè)施進行了改造，包括拆除原有鍋爐房內(nèi)2 臺0．35MW 燃油鍋爐及輔助設(shè)備，利用既有鍋爐房將其改造為地源熱泵設(shè)備用房，并安裝地源熱泵及相關(guān)設(shè)備（包括地埋管、空調(diào)設(shè)備、空調(diào)水系統(tǒng)等設(shè)備安裝），系統(tǒng)調(diào)試直至有效運行，滿足面積4435m2的既有房屋實現(xiàn)冬季供暖，夏季制冷的需求，從而實現(xiàn)清潔能源的有效利用。

2.3 具體施工方案

2.3.1 室外鉆孔及外線工程

該部分工程主要包括鉆孔埋管及PE 管道外線施工。其技術(shù)流程包括：①測量放線-鉆探成孔-成孔-下PE 管。②注漿管-注漿。③回填-水平管連接。

如邯鄲客技站12000 延米的工程量中，地源熱泵系統(tǒng)地埋孔數(shù)量100 口，井深120m。系統(tǒng)管材采用32mm 聚乙烯管，PE管連接方式為熱熔連接，敷設(shè)方式采用無補償直埋敷設(shè)。

2.3.2 熱泵機房設(shè)備安裝

為減輕工程量和工程成本，邯鄲客整所利用既有鍋爐房將其改造為地源熱泵設(shè)備用房，包括設(shè)備搬運、安裝、試運轉(zhuǎn)及水泵安裝。

2.3.3 機房電氣安裝

具體施工內(nèi)容包括軟管敷設(shè)、配線安裝及管內(nèi)穿線。

2.3.4 空調(diào)系統(tǒng)安裝

該改造主要分為風(fēng)機盤管的安裝與空調(diào)水系統(tǒng)的安裝。

風(fēng)機盤管安裝的工藝流程主要為：預(yù)檢-施工準(zhǔn)備-吊架制作安裝-風(fēng)機盤管安裝-連接配管-檢驗。

空調(diào)水系統(tǒng)安裝的工藝流程主要包括：安裝準(zhǔn)備-墻體打孔、預(yù)制加工、防腐處理-干管安裝-立管安裝-支管安裝-管道試壓-防腐保溫-管道沖洗等。

2.3.5 系統(tǒng)調(diào)試

室外換熱孔、外管線、機房設(shè)備及管線等各系統(tǒng)安裝完后，開始系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試分為地源熱泵機房系統(tǒng)調(diào)試和室外地埋管道調(diào)試。

調(diào)試后，可以利用電腦進行各類操作，主界面菜單上各個按鈕可引導(dǎo)進入其他控制界面。通過設(shè)置各種參數(shù)，調(diào)試人員確保系統(tǒng)可以實現(xiàn)功能需求，完成對邯鄲客整所供暖設(shè)施的有效操作。

2.4 改造效果

邯鄲客整所于2019 年9月開始安裝地源熱泵及相關(guān)設(shè)備，于2019 年11 月15 日正式投入使用，經(jīng)過一個采暖季的正常使用，證實了其效果，圓滿地解決了邯鄲客整所的供暖設(shè)施環(huán)保改造問題。

2.4.1 綜合效益

邯鄲客整所原來使用燃油鍋爐采暖。由于缺少環(huán)保處理設(shè)施，廢氣直排，其對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成了大氣污染。另外，由于鍋爐設(shè)備是特種設(shè)備，需配備專業(yè)人員來負責(zé)，存在一定的安全隱患。采用地源熱泵技術(shù)后，系統(tǒng)自動化程度高，使用、管理方便，不僅改善職工工作環(huán)境，又減少了大氣污染，降低污染物的排放，符合當(dāng)前環(huán)保要求及能源結(jié)構(gòu)的變化。同時，改造完成后既解決了邯鄲客整所因燃油鍋爐供暖對環(huán)境造成的污染，又可實現(xiàn)無人值守，緩解因冬季供暖造成的季節(jié)性缺員。同時也消除了燃油管路系統(tǒng)存在的安全隱患，減少單位內(nèi)危險源的發(fā)生。

2.4.2 經(jīng)濟效益

原先使用燃油鍋爐采暖，邯鄲客整所2018～2019 采暖季需要柴油（-35 號柴油）69．19t，費用為：69．19t×6600 元/t=45．67 萬元。

該所使用地源熱泵后用電情況如表1。

表1 改造后邯鄲客整所2018.11～2020.3用電統(tǒng)計表

2019 年11 月至次年3 月電費為：390000kWh×0．85 元/kWh =33．15 萬元。

2018 年11月至次年3月電費為：121800kWh×0．85元/kWh+46200 kWh×0．955 元/kWh=14．77 萬元。

二者差額為：33．15 萬元-14．77 萬元=18．38 萬元。

通過該表1 可看出：

用電量增加：390000-168000=22．2 萬kWh。

用電費用增加：331500-147561=18．38 萬元。

改造后能源使用費用與改造前能源使用費用差值計算公式為：45．67 萬元-18．38 萬元=27．29 萬元。

即若不考慮投資，采用地源熱泵技術(shù)，能源費用支出減少27．29 萬元，節(jié)約資金約60%。

3 結(jié)語

根據(jù)環(huán)保要求及能源結(jié)構(gòu)的變化，采用地源熱泵技術(shù)來滿足采暖、空調(diào)等需求，具有安裝簡便、運行穩(wěn)定、環(huán)保等特點。隨著我國經(jīng)濟實力的提高和人民生活水平的進步，該項技術(shù)在我國，尤其是在鐵路基層站段的節(jié)能技改建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。