某鐵路站區(qū)供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造效果評估

趙學(xué)友

（中國鐵路北京局集團有限公司 南倉站，天津 300402）

1 概述

鐵路節(jié)能技術(shù)改造是落實《交通強國建設(shè)綱要》[1]綠色發(fā)展、節(jié)約、低碳環(huán)保要求，實現(xiàn)《新時代交通強國鐵路先行規(guī)劃綱要》[2]中提出的綠色環(huán)保優(yōu)勢和綠色骨干作用的有效途徑之一。在鐵路節(jié)能減排措施中，提高能源的綜合利用效率，尤其是重點耗能設(shè)備的能效將顯著節(jié)省能源開支、降低排放。在此，以某鐵路車站供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造工程項目為例，從熱源和建筑維護結(jié)構(gòu)2 個方面提出改造方案，分析站區(qū)改造后的效果和效益，為鐵路站區(qū)節(jié)能技改措施提供參考。

該鐵路站區(qū)建筑大多建于九十年代，年代較久遠，建筑物基本未采取保溫隔熱措施，隨著燃油價格及人工費用的上漲，供暖的成本逐漸升高，采暖鍋爐也產(chǎn)生SO2和NOX等污染物排放。針對站區(qū)內(nèi)建筑較分散、使用燃油鍋爐采暖的情況，采用綜合節(jié)能技術(shù)方案進行改造，設(shè)計方案主要針對教育基地片區(qū)和辦公樓片區(qū)，包括采暖熱源改造及建筑圍護結(jié)構(gòu)改造。

（1）熱源改造為采用清潔高效的熱源，即CO2空氣源熱泵作為采暖熱源。CO2空氣源熱泵采用CO2作為制冷劑，能夠制備高溫?zé)崴?，從而滿足采暖系統(tǒng)對供水溫度的要求；同時，CO2作為一種自然工質(zhì)，對臭氧層及大氣不產(chǎn)生任何污染，是替代傳統(tǒng)采暖方式的理想熱源[3]。考慮到擬改造工程為綜合性節(jié)能技術(shù)改造，建筑圍護結(jié)構(gòu)均采用保溫措施。因此，冷熱負荷估算指標可以參照節(jié)能型建筑標準，辦公樓、公寓等建筑單位熱負荷為50 W/m2、冷負荷為80 W/m2，生產(chǎn)車間及庫房等建筑單位熱負荷為40 W/m2、冷負荷為60 W/m2。

（2）建筑圍護結(jié)構(gòu)改造對保溫隔熱性能的要求較高，圍護結(jié)構(gòu)改造可選擇外墻、門窗、屋面等[4]，該站區(qū)改造方案為新做聚苯板外墻外保溫并粉刷、更換為LOW-E 中空玻璃塑鋼窗、屋面加做聚苯板保溫屋面并新做SBS屋面防水。

2 節(jié)能技術(shù)改造效果

2.1 熱源改造效果

2.1.1 機組運行情況

站區(qū)辦公樓片區(qū)工程在機房內(nèi)安裝有監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r采集環(huán)境溫度及CO2空氣源熱泵機組的運行狀態(tài)和運行參數(shù)，并通過上位機界面供操作人員查看。熱源改造為安裝5 臺CO2空氣源熱泵機組，同時各樓房間內(nèi)依據(jù)實際使用面積配備相應(yīng)型號的風(fēng)機盤管。在檢測期間，每日平均環(huán)境溫度變化較大，日平均溫度最高值為13.83℃、最低值為-5.1℃。CO2空氣源熱泵受環(huán)境溫度影響較小，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，在整個采暖季最低環(huán)境溫度-10.3℃下機組正常工作。

圖1 為循環(huán)水供水溫度變化曲線，受熱負荷、環(huán)境溫度變化影響，循環(huán)水供水溫度變化較大，供水溫度最高達到44.46℃。

圖1 循環(huán)水供水溫度變化曲線

圖2 為循環(huán)水供回水溫差變化曲線，供回水溫差最大值為3.93℃，最小值為1.44℃，供回水平均溫差為2.78℃。由于房間進行了圍護結(jié)構(gòu)改造，使房間的熱負荷降低，在循環(huán)水流量一定的情況下，引起供回水溫差較小。在滿足房間熱舒適性條件的前提下，較小的供回水溫差有利于減少機組出力，降低機組運行能耗。

2.1.2 溫度測試情況

采用溫濕度計對辦公樓片區(qū)、教育基地片區(qū)部分房間的溫度進行測試，測試結(jié)果如表1所示。

圖2 循環(huán)水供回水溫差變化曲線

表1 辦公樓、教育基地部分房屋測試結(jié)果

根據(jù)以上測試結(jié)果，參照《公共建筑節(jié)能檢測標準》(JGJ/T 177—2009)[5]，房間內(nèi)各測點溫度均達到18℃以上，能夠滿足檢測標準的要求，說明系統(tǒng)運行良好，CO2空氣源熱泵作為采暖熱源能夠滿足使用要求，同時室內(nèi)外管網(wǎng)設(shè)計及施工正確，沒有出現(xiàn)部分房間不熱的現(xiàn)象。

2.2 圍護結(jié)構(gòu)改造效果

針對圍護結(jié)構(gòu)改造，采用R70B 建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能現(xiàn)場檢測設(shè)備進行測試，同時應(yīng)用紅外熱成像儀對圍護結(jié)構(gòu)進行拍攝，以檢測圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能、熱工缺陷。對項目實施后冬季某日教育基地片區(qū)的教育基地、下行車間圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)進行了現(xiàn)場檢測，采集時間為2 月20 日10:30:16 至2 月21 日8:33:56，詳細數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 教育基地和下行車間圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)

采用紅外熱成像儀進行測試，教育基地某房間內(nèi)墻表面溫度達到27℃，屋面內(nèi)表面溫度達到26.7℃，內(nèi)墻及屋面內(nèi)溫度分布較為均勻(見圖3)，說明建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫性能良好，圍護結(jié)構(gòu)無漏點導(dǎo)致溫度突變的地方。

圖3 教育基地某房間熱成像及可見光圖

3 節(jié)能技術(shù)改造效益評估

3.1 節(jié)能效益

機組運行時水泵同時消耗電能，定期記錄機房總電表讀數(shù)并整理得到用電數(shù)據(jù)。檢測期為11月9日至次年3 月25 日，教育基地片區(qū)共耗電371 680 kW?h，辦公樓片區(qū)共耗電466 400 kW?h；教育基地片區(qū)和辦公樓片區(qū)CO2空氣源熱泵運行期間日均能耗分別為0.34 tce/d和0.42 tce/d。

項目實施前教育基地片區(qū)采用1臺0.5 t燃油鍋爐，1 個采暖期的耗油量約80 t，循環(huán)泵耗電量為4.32 萬kW?h。辦公樓片區(qū)采用1臺1 t燃油鍋爐，1個采暖期的耗油量約150 t，循環(huán)泵耗電量約為4.32 萬kW?h。為對比分析，將CO2空氣源熱泵采暖期調(diào)整為與燃油鍋爐供暖期相同，分析教育基地和辦公樓片區(qū)節(jié)能情況，詳細數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 教育基地和辦公樓片區(qū)節(jié)能情況

3.2 經(jīng)濟效益

經(jīng)濟效益分析是在投資總額的基礎(chǔ)上，對其生產(chǎn)成本、收入、資金利潤率和內(nèi)部效益率等進行計算，給出項目可行性的結(jié)論。一般采用兩類指標對經(jīng)濟效益進行分析。第一類是動態(tài)評價指標，包括動態(tài)投資回收期、凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率等指標，考慮資金時間、凈現(xiàn)金流量、基準收益率等因素，其中符合經(jīng)濟現(xiàn)實的基準收益率是動態(tài)評價指標計算的基礎(chǔ)，但基準收益率的確定往往比較困難。第二類是靜態(tài)評價指標，包括靜態(tài)投資回收期、投資收益率等，不考慮資金的時間因素，并且能夠直接反映原始總投資的返本期限，經(jīng)濟意義明確直觀[6]。此次節(jié)能技術(shù)改造類項目采用靜態(tài)評價指標(即靜態(tài)投資回收期和投資收益率)對經(jīng)濟效益進行分析。

教育基地片區(qū)燃油鍋爐在采暖期的費用包括燃油費用、循環(huán)泵耗電費、人工費用和維修費。辦公樓片區(qū)燃油鍋爐在采暖期的費用包括燃油費用、循環(huán)泵耗電費、人工費用、維修費、外購熱水費用、管理費、折舊費和排污費。經(jīng)統(tǒng)計，該站區(qū)教育基地片區(qū)、辦公樓片區(qū)工程共投資1 212.15萬元(包括熱源改造、保溫圍護結(jié)構(gòu)改造)，詳細數(shù)據(jù)如表4所示。

3.3 環(huán)保效益

根據(jù)相關(guān)資料，1 t 燃油產(chǎn)生SO2、NOx和煙塵排放分別為5 kg、3.67 kg 和1.02 kg[7]。根據(jù)站區(qū)教育基地片區(qū)、辦公樓片區(qū)燃油消耗量，計算得到燃油鍋爐的污染物排放量如表5所示。

表4 教育基地和辦公樓片區(qū)經(jīng)濟效益分析

表5 燃油鍋爐污染物排放量 kg

CO2熱泵運行時只消耗電能，不產(chǎn)生有害氣體排放，同時制冷劑CO2作為天然制冷劑，是一種不破壞大氣臭氧層和全球變暖指數(shù)很小的環(huán)境友好型制冷劑，用其替代燃油鍋爐具有顯著的環(huán)保效益，站區(qū)熱源改造采用CO2空氣源熱泵替代燃油鍋爐每年可減少SO2、NOx和 煙 塵 排 放 分 別 為1 150 kg、844.1 kg 和234.6 kg。

4 結(jié)束語

站區(qū)供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造工程實施后，CO2空氣源熱泵運行平穩(wěn)，冬季采暖能耗和運營成本大幅下降，污染物實現(xiàn)零排放，達到了工程預(yù)期目標，取得了一定經(jīng)濟和社會效益。此外，節(jié)能技改的評估能夠充分了解技改項目的效益和效果，對鐵路熱源改造和建筑維護改造具有借鑒意義。