地源热泵技术在铁路基层站段供暖环保改造中的应用

文_高微 中国铁路北京局集团有限公司北京车辆段

1 地源热泵技术

1.1 地源热泵技术的现状

地源热泵技术是一种利用可再生能源的空调技术。因其兼具节能、环保、高效等优势而被给予厚望，尤其是建筑等热源需求量较高的领域。在污染相对严重、能源使用效率相对较低的北方地区，地源热泵技术更是作为“建设节约型社会，发展循环经济”的重要举措，而被纳入能源安全保障的范畴。我国自20 世纪90 年代发展地源热泵技术以来，历经最初的起步和推广阶段，现已突破基础技术瓶颈。如地源热泵技术在暖通空调节能中的应用即已解决了关键的热堆积现象，实现有效技术突破。随着地缘热泵技术相关理论、技术与配套产业的逐步完善与国家政策的扶持，地源热泵正朝区域性、规模化和热源多元化的方向飞速发展，在包括铁路界的各行各业都形成了广泛应用。但如何实现基层化改造，仍是有待深入探究的话题。

1.2 地缘热泵技术的基本原理

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（电能），即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。在冬季，该技术可以把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖；在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，并且常年能保证地下温度的均衡。

1.3 地源热泵技术的优势

1.3.1 可再生性

地源热泵技术属可再生能源利用技术。其是一种利用地球浅层地热资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地球浅层地热资源可称之为地能，不受地域、资源等限制，具有“量大面广，无处不在”的优势。

1.3.2 安全环保

地源热泵技术在使用过程中只消耗电力，没有燃烧过程，对周围环境无污染排放，不需使用冷却塔，没有外挂机，没有热岛效应，无噪音，也不抽取地下水或破坏水资源。可以说地源热泵技术从根本上杜绝了锅炉爆炸、污染等隐患。

1.3.3 经济性强

地源热泵技术拥有较长的使用寿命和较低的维护费用。相关设备使用寿命可达20a 以上，是分体式或窗式空调器的2～4 倍。地源热泵的部件不是埋在地下便是安装在室内，有效避免了室外的恶劣气候。此外，在同等条件下，采用地源热泵系统的建筑物的维护费用也相对较低，且设备多为自动控制，可无人值守。

1.3.4 环境效益显著

地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以下。

1.3.5 应用范围广

地源热泵技术可广泛应用于宾馆、办公楼等建筑物，可冬季供暖、夏季制冷及提供生活热水，一机多用。

2 地源热泵技术在铁路基层站段供暖环保改造中的应用

热源地泵技术因具有较成熟的技术条件和上述优势，而具有广泛应用价值。其在铁路基层站段供暖环保改造中也可发挥巨大作用，下文以北京车辆段邯郸客整所为例。

2.1 改造背景

邯郸客整所自2014 年以来一直使用2 台0．35MW 燃油锅炉进行供暖，但这2 台燃油锅炉没有任何环保处理设施，所产生的废气直排，造成了大气污染。根据《河北省大气污染防治工作领导小组办公室关于开展燃气锅炉氮氧化物治理工作的通知》及当地环保部门要求，邯郸客整所锅炉房内用于冬季供暖的2 台0．35MW 燃油锅炉排放不达标被纳入改造范围，后列入集团公司投资改造进程。

2.2 整体实施方案

北京车辆段对邯郸客整所供暖设施进行了改造，包括拆除原有锅炉房内2 台0．35MW 燃油锅炉及辅助设备，利用既有锅炉房将其改造为地源热泵设备用房，并安装地源热泵及相关设备（包括地埋管、空调设备、空调水系统等设备安装），系统调试直至有效运行，满足面积4435m2的既有房屋实现冬季供暖，夏季制冷的需求，从而实现清洁能源的有效利用。

2.3 具体施工方案

2.3.1 室外钻孔及外线工程

该部分工程主要包括钻孔埋管及PE 管道外线施工。其技术流程包括：①测量放线-钻探成孔-成孔-下PE 管。②注浆管-注浆。③回填-水平管连接。

如邯郸客技站12000 延米的工程量中，地源热泵系统地埋孔数量100 口，井深120m。系统管材采用32mm 聚乙烯管，PE管连接方式为热熔连接，敷设方式采用无补偿直埋敷设。

2.3.2 热泵机房设备安装

为减轻工程量和工程成本，邯郸客整所利用既有锅炉房将其改造为地源热泵设备用房，包括设备搬运、安装、试运转及水泵安装。

2.3.3 机房电气安装

具体施工内容包括软管敷设、配线安装及管内穿线。

2.3.4 空调系统安装

该改造主要分为风机盘管的安装与空调水系统的安装。

风机盘管安装的工艺流程主要为：预检-施工准备-吊架制作安装-风机盘管安装-连接配管-检验。

空调水系统安装的工艺流程主要包括：安装准备-墙体打孔、预制加工、防腐处理-干管安装-立管安装-支管安装-管道试压-防腐保温-管道冲洗等。

2.3.5 系统调试

室外换热孔、外管线、机房设备及管线等各系统安装完后，开始系统调试。系统调试分为地源热泵机房系统调试和室外地埋管道调试。

调试后，可以利用电脑进行各类操作，主界面菜单上各个按钮可引导进入其他控制界面。通过设置各种参数，调试人员确保系统可以实现功能需求，完成对邯郸客整所供暖设施的有效操作。

2.4 改造效果

邯郸客整所于2019 年9月开始安装地源热泵及相关设备，于2019 年11 月15 日正式投入使用，经过一个采暖季的正常使用，证实了其效果，圆满地解决了邯郸客整所的供暖设施环保改造问题。

2.4.1 综合效益

邯郸客整所原来使用燃油锅炉采暖。由于缺少环保处理设施，废气直排，其对当地环境造成了大气污染。另外，由于锅炉设备是特种设备，需配备专业人员来负责，存在一定的安全隐患。采用地源热泵技术后，系统自动化程度高，使用、管理方便，不仅改善职工工作环境，又减少了大气污染，降低污染物的排放，符合当前环保要求及能源结构的变化。同时，改造完成后既解决了邯郸客整所因燃油锅炉供暖对环境造成的污染，又可实现无人值守，缓解因冬季供暖造成的季节性缺员。同时也消除了燃油管路系统存在的安全隐患，减少单位内危险源的发生。

2.4.2 经济效益

原先使用燃油锅炉采暖，邯郸客整所2018～2019 采暖季需要柴油（-35 号柴油）69．19t，费用为：69．19t×6600 元/t=45．67 万元。

该所使用地源热泵后用电情况如表1。

表1 改造后邯郸客整所2018.11～2020.3用电统计表

2019 年11 月至次年3 月电费为：390000kWh×0．85 元/kWh =33．15 万元。

2018 年11月至次年3月电费为：121800kWh×0．85元/kWh+46200 kWh×0．955 元/kWh=14．77 万元。

二者差额为：33．15 万元-14．77 万元=18．38 万元。

通过该表1 可看出：

用电量增加：390000-168000=22．2 万kWh。

用电费用增加：331500-147561=18．38 万元。

改造后能源使用费用与改造前能源使用费用差值计算公式为：45．67 万元-18．38 万元=27．29 万元。

即若不考虑投资，采用地源热泵技术，能源费用支出减少27．29 万元，节约资金约60%。

3 结语

根据环保要求及能源结构的变化，采用地源热泵技术来满足采暖、空调等需求，具有安装简便、运行稳定、环保等特点。随着我国经济实力的提高和人民生活水平的进步，该项技术在我国，尤其是在铁路基层站段的节能技改建设中具有广阔的应用前景。