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地區鐵路車站熱泵應用情況分析及建議范文

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地區鐵路車站熱泵應用情況分析及建議

1熱泵技術

1.1水源熱泵系統及優缺點

原理:水源熱泵是利用地球表面水源,如井水、湖河水、污水、礦井疏干水等中低品位熱能,采用熱泵原理,通過輸入少量高位電能,實現低位熱能向高位熱能轉移的一種技術(見圖3)。構成:水源熱泵系統一般由水源系統、水源熱泵機房系統和末端散熱系統三部分組成。其中,水源系統包括水源、取水構筑物、輸水管網和水處理設備等,又分為單井和雙井系統。優點:首先,水源熱泵機組可利用的水源水體溫度一般比環境空氣溫度高,能效比較高,最典型的項目如依附于熱電廠運行的吸收式熱泵,是效率較高一種熱泵技術。其次,由于水的比熱容大,因此水源熱泵系統運行非常穩定。第三,常規項目下水源熱泵投資相比較地源熱泵投資較低。缺點:水源熱泵對施工工藝的技術水平要求較高;對于地下水水源熱泵,過度開采可能引發地下水資源浪費、水位下降和地面沉降等問題,地下水回灌過程中還可能引發二次污染。

1.2空氣源熱泵系統及優缺點

原理:空氣源熱泵主要是通過和室外空氣進行熱交換,將室外的低溫空氣能量回收,供室內采暖及人員的生活熱水的一種熱泵技術。構成:空氣源熱泵系統一般也由空氣源系統、空氣源熱泵機房系統和末端系統三部分組成。現階段在北方寒冷地區,為滿足冬季采暖和熱水需要,一般配置鍋爐、太陽能等,必要時予以替代或補充。優點:首先,由于這種空氣源熱泵換熱的媒介是空氣,隨處可得,應用不會受到地區限制;其次,工藝較水源、地源熱泵系統簡單,安裝方便,投資相對較少。缺點:首先,空氣源熱泵效率對空氣溫度依賴程度較高,不如水源、地源穩定,在很冷或很熱的環境中,它能發揮的作用與實際需要剛好相反;其次,在冬季室外空氣溫度很低(-20℃)的時候效率降低迅速,僅比電加熱稍好或相當,運行費用較高。

1.3熱泵方案綜合比較

對于晉陜蒙交界地區,冬季天氣比較寒冷,最冷溫度達到-25℃,甚至更低,同時此區域多為山地,地質條件較為復雜。位于此區域的鐵路車站多處于偏遠地帶,不具備大型集中供暖和制冷的條件,過去多采用小鍋爐房滿足采暖和熱水要求,為響應節能減排政策,同時盡可能節省成本,近幾年,以上區域嘗試采用熱泵技術,以替代小鍋爐和高耗能的常規空調系統。針位該地區特點,對以上三種熱泵技術和常規的燃煤鍋爐+空調方案進行了分析對比(見表1),比較邊界條件如下:(1)項目為該地區某鐵路車站辦公樓,建筑面積10000m2,滿足其采暖、制冷和熱水需求;(2)夏制冷3個月,冬供暖6個月;(3)電費按0.6元/kWh;(4)煤價按600元/t,發熱量按6000cal/kg;(5)廠區鍋爐效率按70%;(6)生活熱水量為50t/d,加熱溫度為10℃→45℃;(7)值班人員工資按合同工計算;(8)如考慮采用EMC等模式,基建投資會有所增加。

2某鐵路公司熱泵案例應用分析

2.1地源熱泵系統

地源熱泵目前主要用于鐵路沿線新建站場,部分舊站場改造已開展前期工作,多布置在辦公樓前廣場、綠化帶、停車場、堆煤場下方等,用于辦公樓、公寓樓的采暖、制冷和生活熱水,以替代燃煤鍋爐或空調,在當地減排,從而達到節能目的。已投入運行的項目有十余個站場,現階段設備運行總體可靠。選擇地源熱泵的原因一般是由于該地區環境溫度較低,采用常規的空氣源熱泵滿足不了冬季采暖需要,水源熱泵又不具備水源條件,當采暖鍋爐無法獲批或出于節能減排需要時,主要考慮采用地源熱泵系統。存在問題如下:(1)由于該地區地質較為復雜,打井成本較高,初期投資普遍較高。(2)該地區為嚴寒地區,冬季采暖期長,夏季制冷期短,導致冬季采暖時地下取熱量大于夏季制冷時的地下排熱量,因此當地埋管系統井間距較小時,易出現大地冷熱不平衡現象。(3)部分項目由于施工、設計不規范,監管不嚴等問題,或項目未經正式驗收,運行維護不到位,項目滴漏、堵塞嚴重,無法達到預期建設目的。

2.2水源熱泵系統

水源熱泵應用較少,原因是水源距鐵路站場一般距離較遠,管道敷設長,征地困難,投資過大,沿線熱量損失偏大,節能環保及經濟性較差,目前水源熱泵沒有被采用。水源熱泵目前在該鐵路公司尚無項目,常規需考慮以下問題:(1)地下水水源熱泵可能存在回灌難的問題。(2)靠近污水廠的鐵路車站有限,適用性受到了限制。

2.3空氣源熱泵系統

空氣源熱泵主要應用于鐵路沿線站場的夏季制冷、過渡季采暖和非采暖季節制取生活熱水,一般同時設置采暖(熱水)鍋爐、太陽能等,空氣源熱泵的作用是盡可能減少鍋爐運行時間,盡可能提高節能減排效果。已正常投入運行的項目有3個:一個僅用于春、夏、秋季空調和制取熱水,冬季由鍋爐替代制熱水,一個作為太陽能系統的補充制熱水,另一個為試驗項目,用于場站全年制取熱水。存在問題如下:(1)冬季適應性較差,該公司空氣源熱泵項目主要用于夏季和過渡季制冷、制熱水或配合太陽能做補充,尚無冬季采暖業績。(2)冬季能效比較低,當溫度達到-20℃以下,為保證正常運行,宜采用低溫空氣源熱泵技術,容量和運行費用大幅增加。該公司已投入使用的熱泵項目對照情況

3結論和建議

水源、地源、空氣源熱泵以及太陽能、鍋爐等,都是很成熟的系統,針對晉陜蒙交界地區鐵路車站,應結合當地條件,因地制宜,合理選擇和組合熱泵系統,也可與太陽能、鍋爐系統靈活搭配,兼顧節能減排與經濟適用性。建議采用以下原則:(1)有污水處理廠等水源的地方,宜結合投資等因素,優先考慮采用水源熱泵的可行性。(2)在采暖鍋爐無法批復、且無水源的地方,宜綜合考慮鐵路車站布置條件和地質因素等,可優先考慮地源熱泵,必要時增加補熱系統。(3)一是在水源熱泵、地源熱泵都無法適用時,可考慮采用空氣源熱泵系統;二是對于僅滿足制熱水需要且熱水用量較小的項目,或能夠獲批采暖鍋爐的地方(或已建),宜在夏季和過渡季采用空氣源熱泵(或配合太陽能系統)用于制冷和制熱水,冬季改用鍋爐采暖和制熱水。(4)不管采用哪種熱泵技術,熱泵項目都要特別注重項目建設的過程管理,從工藝設計、設備選型、施工質量和性能考核等全過程實行規范監管,確保達到設計指標,為移交用戶和運行維護創造良好條件。

作者:趙生光單位:神華集團有限責任公司

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