空氣源熱泵熱水系統(tǒng)在鐵路企業(yè)中應用

上海鐵路局 王天寧 丁 巍

鐵路是我國社會經濟發(fā)展中的重要基礎性設施和大眾化的交通工具，也是國家交通運輸體系中的骨干。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)千個車站及數(shù)量眾多的運輸、維修、生產單位遍布全國各地，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，隨著我國對環(huán)境保護要求不斷提高，越來越多的大中城市相繼提出取消分散的燃煤鍋爐，強令推行清潔生產方式供熱。面對不斷增長的能耗需求和節(jié)能減排的壓力，鐵路企業(yè)必需尋求新技術和新產品替代傳統(tǒng)供熱方式。

目前，在世界范圍內空氣源熱泵作為能源技術商品已處于成熟期，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)保的產品，在鐵路行業(yè)將發(fā)揮越來越重要的作用。

1 項目概況

上海鐵路局南京東車輛段上、下行兩個列檢所，共有人員266人，每日需要供應洗浴熱水10t。原來采用2臺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沃姆牌空氣源熱泵卓越系列MWV-L300T1/St熱水機組（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7t水箱；下行列檢所配置一臺沃姆牌空氣源熱泵卓越系列MWV-LB210T1/S熱水機組（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。整個系統(tǒng)設計專門的循環(huán)管路，配置循環(huán)泵強制循環(huán)，提高整個系統(tǒng)的換熱效率。系統(tǒng)流程見圖1。

2 效果分析

1）經濟效益。

南京東車輛段上、下行列檢所熱泵使用前后的能耗與經濟分析結果見表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濟對比

根據表1所示，2009年全年上行列檢所使用空氣源熱泵機組后運營成本僅為改造前燃煤鍋爐年運營成本的47.1%，年節(jié)約運行費用約為14.8萬元，按投資總額18萬元測算，投資回報期為1.2年。下行列檢所空氣源熱泵機組運營成本僅為改造前燃煤鍋爐年運營成本的46.0%，年節(jié)約運行費用約為13.6萬元，按投資總額13萬元測算，投資回報期為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比見表2。

根據表2所示，上行列檢所使用空氣源熱泵機組后年綜合能耗為39.4噸標準煤，僅為改造前綜合能耗的20.6%，單位產量綜合能耗為12.1kg標準煤/噸熱水，節(jié)能率達65.1%。下行列檢所使用空氣源熱泵機組后年綜合能耗為32.24噸標準煤，僅為改造前綜合能耗的19.5%，單位產量綜合能耗為11.5 kg標煤/噸熱水，節(jié)能率達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比

3）減排效果。

2007年上、下行列檢所采用燃煤鍋爐產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，每年累計實現(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機和引風機噪聲一般可達70-85dBA，鼓風機安裝在鍋爐房內，通過風管或地下風道向爐膛送風，機殼噪聲和進風口噪聲常常直接影響操作工人與周圍環(huán)境；引風機的進風口和送風口分別與除塵器及煙囪連接，對環(huán)境影響以機殼噪聲為主。鍋爐運行時因工藝需要，有時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常達80dBA以上，污染范圍方圓幾百米。而空氣源熱泵機組散熱無需冷卻塔，噪聲源強較小，根據噪聲監(jiān)測情況，上、下列檢所空氣源熱泵運行噪聲為50～60dBA，聲環(huán)境情況好于改造前。

3 空氣源熱泵系統(tǒng)實施效果評價

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、阜陽工務段、南京鐵路會議中心、杭州機務段、徐州北站、太湖療養(yǎng)院、阜陽機務段等十多家單位使用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)。通過對空氣源熱泵系統(tǒng)工程實施過程及成效分析，初步結論如下：

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。

空氣源熱泵運行單位能耗僅為燃煤鍋爐單位能耗30%左右，對于小型供熱系統(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)，累計減少燃煤鍋爐12臺，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、維護簡易。

空氣源熱泵占地空間很小，外形與空調室外機相似，可直接接保溫水箱或與供暖管網連接，而且全自動控制，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“財富”。隨著全社會節(jié)能環(huán)保意識不斷提高，空氣源熱泵可成為無污染的“綠色能源技術”，加以推廣應用。

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產生霜凍問題，需要頻繁停機來進行除霜，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，供給速度相對較慢，出水溫度一般在60℃（水源熱泵可達80℃），不能產生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，但在實際的應用中常常會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)可以實現(xiàn)“資源共享和優(yōu)勢互補”，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熱水供應情況不佳的問題，做到全年、全天候供應熱水。目前，將熱泵與太陽能利用技術結合形成較大規(guī)模的熱水系統(tǒng)是比較看好的組合[4]，有些鐵路局已經開始實施“太陽能-熱泵”聯(lián)合供熱系統(tǒng)工程。

5 結語

空氣源熱泵系統(tǒng)在生活熱水供應方面已被廣泛應用，在鐵路沿線工區(qū)、辦公樓宇和機車車輛恒溫檢修庫等場所，具有很好的應用前景。目前，上海鐵路局已實施了十多個空氣源熱泵項目，豐富的實踐經驗和資料為進一步推廣應用這項技術奠定了基礎。隨著鐵路改革發(fā)展的不斷深入，鐵路建設和運輸生產對節(jié)能減排和發(fā)展低碳經濟將提出更高要求。降低能耗成本，實現(xiàn)清潔生產，空氣源熱泵技術將在“綠色省能和組合靈活”方面凸現(xiàn)其優(yōu)異特性，在運用實踐中將不斷發(fā)展和完善。

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

[2]賴瓊.空氣源熱泵熱水器技術在裝卸現(xiàn)場的實踐應用[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)經濟性分析[J].煤炭工程，2007（10），31-34