地源熱泵技術(shù)在鐵路沿線(xiàn)建筑運(yùn)用研究

【摘要】文章指出了地源熱泵技術(shù)在鐵路沿線(xiàn)建筑運(yùn)用的可行性，并結(jié)合具體項(xiàng)目工程實(shí)例，探討了地源熱泵技術(shù)在鐵路沿線(xiàn)建筑的具體運(yùn)用，其中包括項(xiàng)目工程的技術(shù)指標(biāo)，節(jié)能目標(biāo)，實(shí)施方案等內(nèi)容。將地源熱泵技術(shù)運(yùn)用到鐵路沿線(xiàn)建筑中，不僅能夠降低能耗，還能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，將來(lái)在鐵路沿線(xiàn)建筑中值得進(jìn)一步推廣和運(yùn)用。

【關(guān)鍵詞】地源熱泵技術(shù)；鐵路沿線(xiàn)建筑；運(yùn)用；效益

1.地源熱泵系統(tǒng)介紹及工作原理

在自然界中，水總是由高處流向低處，熱量也總是從高溫傳向低溫。人們可以用水泵把水從低處抽到高處，實(shí)現(xiàn)水由低處向高處流動(dòng)，熱泵同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫。

所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，工作時(shí)它本身消耗很少一部分電能，卻能從環(huán)境介質(zhì)（水、空氣、土壤等）中提取4-7倍于電能的裝置，提升溫度進(jìn)行利用，這也是熱泵節(jié)能的原因。地源熱泵是熱泵的一種，是以大地或水為冷熱源對(duì)建筑物進(jìn)行冬暖夏涼的空調(diào)技術(shù)，地源熱泵只是在大地和室內(nèi)之間“轉(zhuǎn)移”能量。利用極小的電力來(lái)維持室內(nèi)所需要的溫度。在冬天，1千瓦的電力，將土壤或水源中4-5千瓦的熱量送入室內(nèi)。在夏天，過(guò)程相反，室內(nèi)的熱量被熱泵轉(zhuǎn)移到土壤或水中，使室內(nèi)得到?jīng)鏊目諝?。而地下獲得的能量將在冬季得到利用。如此周而復(fù)始，將建筑空間和大自然聯(lián)成一體。以最小的低價(jià)獲取了最舒適的生活環(huán)境。

工作原理

地源熱泵則是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進(jìn)行冷熱交換來(lái)作為地源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來(lái)，供給室內(nèi)采暖，此時(shí)地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來(lái)，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時(shí)地能為“冷源”。

2.地源熱泵技術(shù)在鐵路沿線(xiàn)建筑運(yùn)用的可行性

2.1緩解能源壓力

在我國(guó)能源消耗中，建筑物供熱和制冷所用能耗占建筑總能耗的30—50%，其中單位面積采暖能耗相當(dāng)于氣候條件相近的發(fā)達(dá)國(guó)家的2—3倍。不僅造成了巨大的能源壓力，也帶來(lái)了廢氣排放、溫室效應(yīng)和酸雨等環(huán)保問(wèn)題。

2.2降低鐵路運(yùn)輸成本，提高能源利用效率

目前，鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中，有相當(dāng)多的是用燃煤、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t和電鍋爐。許多鐵路企業(yè)在冬季供暖的能源消耗費(fèi)用支出增加了50%—70%，不僅增加了鐵路運(yùn)輸成本，還在提高能源利用效率、保護(hù)環(huán)境方面面臨很大的壓力。因此，鐵路系統(tǒng)迫切需要一種綠色節(jié)能環(huán)保的供暖、制冷方式。

2.3地源熱泵技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，適應(yīng)了鐵路沿線(xiàn)車(chē)站建筑采暖需要

地源熱泵技術(shù)屬清潔、經(jīng)濟(jì)有效的可再生能源利用技術(shù)，環(huán)境效益顯著。由于采用了特殊的能源方式，使它具有高效、節(jié)能，環(huán)保、無(wú)污染，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，控制簡(jiǎn)單，運(yùn)行靈活，節(jié)省占地空間，使用壽命長(zhǎng)，一機(jī)多用等優(yōu)點(diǎn)。其節(jié)能、環(huán)保、應(yīng)用范圍廣、不受地域限制等特點(diǎn)恰恰順應(yīng)了鐵路沿線(xiàn)車(chē)站建筑采暖需求，因而在鐵路行業(yè)得到了迅速的應(yīng)用和發(fā)展。

3.地源熱泵技術(shù)在鐵路沿線(xiàn)建筑的具體運(yùn)用

3.1項(xiàng)目簡(jiǎn)介

包神鐵路煤制烯烴專(zhuān)用線(xiàn)河西站處于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市轄區(qū)內(nèi)，項(xiàng)目位于黃河沿岸，地質(zhì)構(gòu)造由粘土細(xì)砂交錯(cuò)夾雜形成，地下賦水條件好，地下水位高。該項(xiàng)目所處地區(qū)冬季氣候寒冷，采暖期長(zhǎng)，夏季空調(diào)期短，屬冬、夏空調(diào)冷熱量不平衡地區(qū)。主要建筑包括工作區(qū)、生活區(qū)、接觸網(wǎng)工區(qū)、配電所。采用地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)為河西站空調(diào)采暖房間提供，夏季制冷和冬季供暖及單身公寓全年生活洗澡用熱水。系統(tǒng)形式為：空調(diào)采暖采用地埋管換熱器+地源熱泵機(jī)組+末端風(fēng)機(jī)盤(pán)管的空調(diào)形式，生活熱水采用地埋管換熱器+地源熱泵機(jī)組+獨(dú)立熱水水箱進(jìn)行加熱，加熱方式采用夜間一次性加熱到設(shè)定溫度，全天隨時(shí)使用。系統(tǒng)形式為在工作取建筑周?chē)裨O(shè)134個(gè)地埋管換熱器，機(jī)房設(shè)置1臺(tái)空調(diào)用地源熱泵機(jī)組和1臺(tái)洗澡用熱泵機(jī)組，通過(guò)循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)移。末端風(fēng)機(jī)盤(pán)管吊裝與室內(nèi)裝修相配合。

3.2項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)和目標(biāo)

3.2.1技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)《暖通空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范》河西站地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)投入使用后，預(yù)期達(dá)到運(yùn)行參數(shù)為夏季空調(diào)供、回水溫度為7/12℃，冬季空調(diào)供、回水溫度為45/40℃；洗澡熱水出水50℃以上?？照{(diào)房間夏季室內(nèi)溫度22-26℃，冬季室內(nèi)溫度18-22℃。

3.2.2節(jié)能目標(biāo)。按照發(fā)改委2008年公布的各種能源平均低位發(fā)熱量及折算標(biāo)準(zhǔn)煤的系數(shù)：1度用戶(hù)消耗電能折合0.404kg標(biāo)準(zhǔn)煤，1kg原煤折合0.7143kg標(biāo)準(zhǔn)煤。并強(qiáng)制推行所有形式的能源節(jié)約數(shù)值全部通過(guò)折算成標(biāo)準(zhǔn)煤進(jìn)行比較分析。使用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)采暖年運(yùn)行所消耗的電量為230784kwh，折算成標(biāo)準(zhǔn)煤92t。使用煤鍋爐進(jìn)行采暖年運(yùn)行所消耗的原煤為780t，折算成標(biāo)準(zhǔn)煤為546t。經(jīng)比較分析河西站采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)僅冬季采暖一項(xiàng)每年可節(jié)省能源相當(dāng)于454t標(biāo)準(zhǔn)煤。

3.2.3環(huán)保目標(biāo)。按照發(fā)改委公布的煤燃燒1t原煤所排放的SO2為0.014t，煙塵0.011t，固體廢氣物0.3t。河西站通過(guò)使用地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，建筑用采暖相對(duì)與使用燃煤鍋爐系統(tǒng)每年可減少燃燒原煤780t，相當(dāng)于減少燃煤所排放的SO2為11t，煙塵為85.8t，固體廢棄物234t。

3.3項(xiàng)目的實(shí)施方案

3.3.1技術(shù)特點(diǎn)。

3.3.1.1高效節(jié)能。常用的地源熱泵是取之距地表面30米以下深度的土壤熱量，這種地?zé)岢从诘厍騼?nèi)部的熱能向上傳遞外，地表淺層也收集了大量太陽(yáng)輻射的熱能，是取之不盡、用之不竭的可再生能源。并且地?zé)釡囟缺容^穩(wěn)定，基本不受季節(jié)變化的影響。在地源熱泵供暖、制冷時(shí)，70%的能量來(lái)源于地?zé)?，相?dāng)于替代了70%的燃料，真正做到了最大程度的高效節(jié)能。

3.3.1.2運(yùn)行費(fèi)用低。夏季高溫差的散熱和冬季低溫差的取熱，使得地源熱泵具有很高的換熱效率。其供熱系數(shù)≥3.5，制冷系數(shù)≥5.0。由于相當(dāng)于有70%的能量是不需要化錢(qián)的，僅用30%的電能來(lái)搬運(yùn)這些能量。所以供暖時(shí)，運(yùn)行費(fèi)用比其他采暖設(shè)備節(jié)省30—70%左右；制冷時(shí)，運(yùn)行費(fèi)用比常規(guī)空調(diào)節(jié)省50%左右。

3.3.1.3應(yīng)用廣泛、安全可靠。地源熱泵對(duì)土壤和地下水的要求，只要達(dá)到10—20℃即可正常運(yùn)行。適用于任何大小建筑，及新建、改建工程，也可分期、分批施工。地源熱泵在運(yùn)行中全部為自動(dòng)化控制，一般情況下不需專(zhuān)人值守。機(jī)組壽命長(zhǎng)（20年以上），故障率低，其他附屬設(shè)施少，維修量極小。由于無(wú)儲(chǔ)煤、儲(chǔ)油及天然氣、煤氣的輸送，無(wú)安全隱患。

3.3.1.4布置靈活、節(jié)省空間。地源熱泵機(jī)組為定型產(chǎn)品，選型、安裝簡(jiǎn)便。既可集中安裝，也可分散安裝在地下室、樓梯間及走廊吊頂內(nèi)。由于拆除了傳統(tǒng)的暖氣片，使室內(nèi)更加寬敞明亮。另外，沒(méi)有了鍋爐房、煙囪、煤場(chǎng)、渣場(chǎng)及冷卻塔和中央空調(diào)集中占地，節(jié)省了空間和地皮，不但美化了環(huán)境，也可產(chǎn)生附加的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3.1.5無(wú)任何污染、保護(hù)了環(huán)境。地源熱泵機(jī)組在運(yùn)行中無(wú)任何化學(xué)燃燒反應(yīng)，不排放任何廢氣、廢水、廢渣等污染物。從根本上解決了傳統(tǒng)的供暖、制冷方式所帶來(lái)的溫室效應(yīng)和酸雨等問(wèn)題，保護(hù)了環(huán)境。

3.3.2項(xiàng)目的具體實(shí)施。實(shí)施內(nèi)容：引進(jìn)地源熱泵技術(shù)在河西站場(chǎng)內(nèi)建筑上應(yīng)用，以達(dá)到節(jié)能、減排的目的，為今后在沿線(xiàn)各站推廣實(shí)施此技術(shù)打下基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司節(jié)能減排目標(biāo)，取得更大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。技術(shù)路線(xiàn)為，引進(jìn)相應(yīng)的技術(shù)，并對(duì)員工進(jìn)行內(nèi)部培訓(xùn)，讓員工掌握相應(yīng)的施工技術(shù)，并在施工中熟練的運(yùn)用。

4.地源熱泵技術(shù)在鐵路沿線(xiàn)建筑的運(yùn)用的效益

4.1顯著降低能耗。河西站地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)項(xiàng)目年運(yùn)行費(fèi)用低，節(jié)能效益顯著；大氣污染物及廢渣廢液為“零”排放，推動(dòng)了環(huán)保工作。通過(guò)運(yùn)用該節(jié)能技術(shù)，可為集團(tuán)公司今后鐵路沿線(xiàn)建筑的采暖形式確定了一個(gè)良好的發(fā)展方向，為企業(yè)節(jié)能減排找到出路，使企業(yè)的能源消耗量在短期內(nèi)有顯著的降低。

4.2經(jīng)濟(jì)效益。地源熱泵系統(tǒng)屬遠(yuǎn)期效益顯著的項(xiàng)目，能降低運(yùn)輸公司的日常運(yùn)行成本，減少日常開(kāi)支，改善員工辦公環(huán)境，降低污染給企業(yè)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)，促進(jìn)公司完成年節(jié)能減排的任務(wù)目標(biāo)。

4.3環(huán)境效益。采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)每年減少大氣污染物的排放，對(duì)改善大氣質(zhì)量起到了模范作用，有利于今后在其它地方推廣。

5.結(jié)論及展望

綜上所述，在該項(xiàng)目中，通過(guò)采用地源熱泵技術(shù)，能夠達(dá)良好的節(jié)能、環(huán)保目的，不僅節(jié)省了人力和財(cái)力，降低了成本，還減少對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，收到良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境效益，將來(lái)值得進(jìn)一步運(yùn)用，從而為有效保護(hù)鐵路沿線(xiàn)生態(tài)環(huán)境，建設(shè)綠色鐵路通道奠定良好的基礎(chǔ)。

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