空气源热泵在铁路沿线站区能源改造中的探讨

段 桂 英

(大秦铁路股份有限公司太原铁路房建段，山西 太原 030013)

空气源热泵在铁路沿线站区能源改造中的探讨

段 桂 英

(大秦铁路股份有限公司太原铁路房建段，山西 太原 030013)

结合实例，依据铁路沿线站区的采暖现状及形势，从可行性和经济性两方面对空气源热泵在铁路沿线站区清洁能源改造中的应用进行了探讨，为沿线站区清洁能源改造提供选择途径。

空气源热泵，沿线站区，清洁能源改造

1 铁路沿线站区的采暖现状及面临的形势

改革开放以来，随着我国经济的飞速发展，中国铁路迎来了大发展时期，重载铁路、高速铁路建设一日千里、日新月异，尤其是高速铁路引领着世界高铁的发展方向。由于铁路的行业特性，铁路站房均分布在铁路沿线，在较大城市设置的采暖站房，近年来随着城市集中供热的发展基本上并入了城市热网，设置在城市边缘的编组场、县级城市的站房以及沿线的中间站、中途工区，由于远离市区甚至地处偏远山区，城市热网无法覆盖，依然采用燃煤锅炉甚至土锅炉解决站区房屋的采暖问题。

在冬季采暖期，由于燃煤锅炉燃烧的矿物质产生大量的SO2，NOx以及CO2等有害气体，对环境造成污染，严重地威胁着人类的身心健康。同时采用传统锅炉煤耗量大、热效率低，且锅炉房远离站段本部监管不便、管理成本高，存在严重的安全隐患。

近年来，随着自然环境的恶化、雾霾天气的增多，世界各国均加大环境保护的力度，尤其是我国将环境保护列入国家发展战略。在十二届全国人民代表大会第三次会议上，李克强总理就2015年节能减排作出如下安排：今年，二氧化碳排放强度要降低3.1%以上，化学需氧量、氨氮排放都要减少2%左右，二氧化硫、氮氧化物排放要分别减少3%左右和5%左右。深入实施大气污染防治行动计划，实行区域联防联控，推动燃煤电厂超低排放改造，促进重点区域煤炭消费零增长。

2 沿线站区清洁能源改造途径

由于铁路的特性，编组场、小型站房以及沿线的中间站、中途工区，大多分布在远离城市的偏远地区，城市热网无法覆盖、天然气管网不能涉及，唯一可利用的资源就是以电为动力源的电热转换方式。

常用的电热转换方式中有以下几种形式：空调、空气源热泵、地源热泵、电锅炉。

根据我局所处地域情况，就上述几种电热转化形式的可行性进行探讨。

2.1 空调

空调现在已经普及家用，但多用于夏季制冷，在冬季采暖期当室外温度低于-5 ℃时，空调制热效果极差，能效比低于40%，因此不适应于寒冷区采暖所用。

2.2 地源热泵

地源热泵是一种新型的采暖制冷技术，在我国南方多有应用，其工作原理是利用地下浅层所吸收的太阳能和地热资源来进行制热和制冷的高效环保节能设备。通过输入少量高品味能源(如电能)，即可实现热量从低位热源向高位热源的传递，能效比高约在1∶8左右。但由于我局所处地域地热资源极不发达，主要以土壤热源为主，随着使用年限的增加效果逐年递减甚至失效，因此不宜使用。

2.3 电采暖锅炉

电锅炉是常见的一种将电能转换为热能的设备，其优点是：性能稳定、不受外温影响，但电能转化为热能的效率低在1以下，运行成本高，因此不宜推广使用。

2.4 空气源热泵

空气源热泵与地源热泵一样，也是一种新型的采暖制冷技术，通过输入少量高品味能源(如电能)，吸收周围空气中的低温热能，通过压缩机压缩后转化为高温高压的热能，通过热交换器传递给介质水，提高水温用于采暖，同样也可用于制冷，能效比为1∶4，高效节能，具有较高的推广价值。其缺点是：由于现代技术的局限，现有产品仅适应于外温在-15 ℃以上的地域。

通过上述探讨，在现代技术条件下的电热转化方式中，空气源热泵是一种较为理想的燃煤锅炉替代产品。下面就空气源热泵从可行性及经济性两方面进行分析。

3 可行性分析

空气源热泵与水泵的工作原理是相通的(见图1)，水泵是将水从低位提升到高位，空气源热泵是将热能从周围环境提取，通过压缩机提升品质，变为高温高压的空气，然后通过热交换器将热能传递到介质(水)，最后通过介质(水)将热能传递到终端用户，达到采暖的目的。

空气源热泵的工作原理与空调比较，其实是相同的，都是按照逆卡诺循环工作，两者的不同之处是空气源热泵的冷凝温度比空调更高，蒸发温度更低。空气源热泵与普通空调相比，其适应环境温度的范围更宽，它“搬运”热能的能力更大(温差更大)。它不仅可以在夏季将室内的热能“搬运”到室外(制冷)，而且还可以在冬季将室外的热能“搬运”到室内(制热采暖)。

下面从空气源热泵的优点结合我局沿线站区现状进行可行性分析。

3.1 从能效比方面比较

由工作原理可知，空气源热泵能从周围空气获取大量的免费热量，每消耗1度电大约能产生3度～4度电以上的热量。相当于热效率超过300%～400%，而锅炉的热效率最高才能达到80%，从节能的角度来说是可行的。

3.2 从运营成本方面比较

如果在现有锅炉房的基础上改为空气源热泵，空气源热泵机组可以安装在现有锅炉房内，无需增加专门的设备房，节省土建投资；而且跟燃煤锅炉比较，空气源热泵无需相应的燃料和除渣运输，因此无需燃料、灰渣输送费用和管理费用；因为没有烟气排放，无需缴纳排污费、环境检测费用；而且空气源热泵操作维护简单，无人值守，无需人工管理费用。从这四个方面可以节约大量的运营成本。

3.3 从减排环保方面比较

空气源热泵对大气及环境无任何污染，符合我国目前的减排环保方面的基本政策。与传统的燃煤锅炉相比，没有相应的燃料供应、灰渣清运和烟气排放，减少了上煤、除渣对环境造成的二次污染以及烟气排放对空气造成的污染，属于绿色环保类产品，符合节能减排的要求。

3.4 从适用范围来讲

空气源热泵型热水机组的工作范围比较宽，室外环境温度在-15 ℃～40 ℃范围内，热泵机组都能正常工作，能满足我局管辖范围内沿线站区的室外环境温度要求。

4 经济性分析

以我局峰东锅炉房空气源热泵改造前后的运行成本为例进行对比分析：

峰东锅炉房原有一台0.3 t采暖锅炉，锅炉的型号为CWNH-XM0.21MW-75/50，供暖面积890 m2，2013年改为空气源热泵，我们取改造前两年的平均数据及改造后两年的平均数据对比，如表1所示。其中改造前人工按照三个司炉工、五个月计算，月工资为1 474元/(月·人)，管理费用包含段、车间全年包保人员下现场检查以及化验人员、巡检人员所需费用，按照人工费用的30%计算，维修费用包含停炉保养、夏季整修、焚火准备以及采暖期检修费用(内含电器、化验)，由车间全年维修计划及补充计划统计得出，排污费按环保局收费标准5元/m2计算。

表1 峰东锅炉房改选前后数据对比表

从表1可以看出，虽然采用空气源热泵技术后，用电量大幅增加，但因为是无人值守，无燃料运输、无除渣，保养、维护成本低，每年运营费用节约110 605-83 215=27 390元，每平方米节约124.28-93.5=30.78元。

5 结语

通过以上分析我们可以看出，空气源热泵与锅炉相比，虽然存在一些缺点，比如加热速度慢，一次性投入大、加热水温有限等，但相比其优点来说，比如一次性投入大的缺点，当短期内运营费用大大节约时，完全可以忽略不计。而且随着国际性能源短缺，煤价、油价、天然气的价格越涨越高，清洁能源应用的普及以及环保要求越来越高，空气源热泵采暖的优势越来越凸显。

针对其在高寒地区(-15 ℃以下区域)运行能力差的问题，笔者认为采用空气源热泵辅以电锅炉的运行方式，即：在初寒期、末寒期及日间温度较高时以空气源热泵运行，在寒冷期和夜间以电锅炉方式运行，也是一种有效解决铁路沿线站区燃煤锅炉污染环境、降低运行成本的有效途径。

综上所述，笔者认为在我局所处的华北地区特别适合推广空气源热泵作为沿线站区燃煤锅炉的替代产品。

[1] 空气源热泵热水器热效率达到400%[DB/OL].[2009-08-17].慧聪暖通制冷网.

[2] 空气源热泵机组运行费用比较[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，工程师

1009-6825(2015)16-0150-03

TU833.3

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