二氧化碳空气源热泵技术在铁路系统的应用.docx

凯德二氧化碳热泵技术在高寒地区铁路沿线建筑中的应用二氧化碳这一天然的制冷工质，以它多重节能环保的优势，开 启了绿色低碳技术的大门许多国家已经研发和推广了二氧化碳热泵 技术日前，日本和欧盟已具有较成熟的二氧化碳热泵技术我国二 氧化碳热泵研究权威专家表示：二氧化碳制冷剂对臭氧层破坏潜能为 零（ODP=0），温室效应潜能较小（GWP=1）；有较高的单位容积 制冷量;较好的传热性和流动性能;又是惰性气体，不会燃烧或爆炸； 价格也相对便宜，并维护起来方便但是，二氧化碳在高压下的安全 问题让行业人士产生许多质疑，如何解决这一难题成了二氧化碳热泵 压缩机企业的严格考验2012年开始，专业致力于气体处理与压缩技术开发与装备制造 的凯德人研发了国内首套工业应用标准的二氧化碳空气源热泵机组， 并已在国内广泛开始应用，具有成熟的技术应用案例和经验，日前该 设备已成系列化，并命名为ECOLAND （铱兰德）由于二氧化碳制冷剂的特性及其低温热泵熔霜专利技术的应用，使热泵机组能够适应 较低的环境温度，最低达-20 °C同时二氧化碳空气源热泵余热回收 能量循环利用技术，实现冷、热双高效超临界压缩技术，不仅实现了 为我们冬季供暖、夏季制冷，同时可产生高达90度的高温热水，真正 做到了”一机多用”。

使其应用领域更加广泛这里仅以铁路示范项日为例；我国铁路营业里程长，涉及地域广 阔，自然环境温度变化大，单体建筑数量多绝大多数建筑都需要冬 季供暖、夏季制冷，几乎所有铁路建筑都有生活热水需求，此外，还 有机车、车辆配件在维修中采用高温热水清洗的需求为了研究二氧 化碳热泵机组在铁路沿线建筑供暖中的应用，本课题选择了以东北地 区两个具有代表性的城市丹东和通辽市为例，说明二氧化碳热泵机组 在高寒地区铁路沿线建筑供暖中的应用情况项目一、沈阳铁路局沈阳供电段丹东66KV变电所该建筑始于2003年，整体为一座2层办公楼砖混结构，墙体 厚度约为50cm，属非节能型建筑建筑面积达600m2，共分为9个 房间，即：值班室、工长室、职工休息室、会议室、材料库、食堂、 控制室、高压设备间等建筑设计共有40扇窗户，建筑围护结构的 保温隔热和门窗的气密性差该建筑原有的供暖方式为2台13.5KW功率的电锅炉进行供暖， 没有生活热水使用整个供暖系统不节能，运行费用高应用技术方案（1） 功能要求冬季供暖及每天生产1吨生活用热水2） 末端形式由于本项日没有制冷要求，故末端形式不变，采用原暖气 片3） 热负荷计算公式丹东地区建筑单位热负荷按60w/m2计算，则总热负荷为 60x600=36 （kw）1吨生活热水热负荷为（进水温度为10°C，出水温度为60°C） 1000X4187X（60-10） /24X60X60=2.423 （kw）合计负荷：36+2.423=38.423 （kw）设安全系数为1.1，计算总负荷为38.423X1.1=42.2653 （kw）（4）二氧化碳热泵机组选择依据天津凯德CO2空气源热泵规格参数表丹东二氧化碳热泵的选择规格制热量水流量冷水出口 / 入口温度热水出口 / 入口温度输入 电功率ELLR-3559kw8m3/h10/15 C50/60 C25kw注：以上参数为环境温度为-20 °C时选定。

5 ）二氧化碳热泵供热系统为满足丹东66KV变电所冬季供暖并提供生活用热水需求系统 主要设备构成：1台ELLR-35二氧化碳机组；1台有效容积为1.5吨 的不锈钢保温生活热水箱；1套电脑控制系统；2台空调循环泵（一 主一备）和二台生活热水循环泵（一主一备）项目二、沈阳铁路局通辽车站二站台值班室该建筑为砖混结构，墙体厚度45cm，建筑面积60m2二站台值 班室分为两个房间：客运值班室和运转值班室，客运值班室职岗7人， 运转值班室职岗2人，由于接送列车，出入频繁，屋内温度变化较大； 该建筑内无暖气片，只有上水管路，无下水管道考虑到值班人员眉 负着接发列车职责和保证站台人员的安全所以在建筑的三个方向都 有玻璃窗，共计5扇，因此围护结构的保温隔热就会受到一定的影响应用技术方案（1）功能要求冬季供暖；夏季制冷2）末端形式采用二台风机盘管3） 冷热负荷计算通辽地区冬季供暖热负荷按照120w/m2计算冬季热负荷：120X60=7.2kw夏季空调冷负荷按照100 w/m2计算夏季冷负荷：100X60=6.0 kw（4） 二氧化碳热泵机组选择依据天津凯德CO2空气源热泵规格参数表通辽二氧化碳热泵的选择规格制热量制热量水流量冷水出口 / 入口温度热水出口 / 入口温度输入电功 率ELLR-715kw12kw1.5m3/h10/15 C45/50 C5kw注：以上参数为冬季环境温度为-20°C、夏季环境温度25°C时选定。

5）二氧化碳热泵供热系统根据通辽车站二站台值班室的功能要求，选取了具有供暖和制冷 性能的二氧化碳热泵机组系统主要设备构成：1台ELLR-7二氧化 碳热泵机组；2台空调循环水泵（一主一备）；1台空调系统控制柜； 1套电脑控制系统应用技术方案实施后的系统运行分析与对比1、系统的能效分析能效比（COP ）定义为热泵输出的冷量或热量与输入功率的比 值为了更合理的评价系统的节能性，日本的JRA4046标准和美国 的ARI210240-2003标准均采用季节能效比作为能效评价指标在环境温度变化的情况下，机组的制冷和制热性能都会有较大影 响图中可见，系统制冷量随着环境温度的升高有明显下降的趋势， 温度在30°C以下时，制冷量为80KW，此后随着环境温度的升高， 制冷量急剧下降而冬季机组的制热量随着温度的降低趋势更加明显， 因此运行工况对二氧化碳热泵的制冷量和制热量影响非常显著，由于 机组输出功率是一定的，也就表明二氧化碳热泵的能效比(COP)值 受环境影响非常显著20 22 24 26 2B 30 32 34 36 3B 40 42环境温度〔口｝120-,1D02C181 6 141210 A 6 4 2 0 2 4 6 -8环境泌度g制冷温度变化图 制热温度变化图二氧化碳热泵机组在运行中主要有三种工况：一是丹东金山变电 所的冬季供暖同时提供生活热水；二是通辽车站二站台值班室的夏季 制冷和冬季供暖。

由于机组运行工况不同，所以下面将分地区的进行 能效分析，并与往年供热方式进行对比1) 丹东66KV变电所二氧化碳热泵机组的能效分析氧化碳热泵机组不同温度下的能效比环境温度(C)蒸发温度(C)蒸发压力(MPa)排气压力(MPa)二氧化碳热泵能效比电锅炉、电暖器能效比12 〜1774.1812.53.20.957〜1223.67113.00.952〜7-33.229.62.60.95-3〜2-82.808.42.40.95-8 〜-3-132.4312.92.30.95-13 〜-8-182.0912.22.00.95-15〜-10-201.97121.980.95-20-251.5811.51.540.95-25-301.4610.51.360.95备注：二氧化碳热泵机组工作工况为出水温度60°C，回水温度50°C(2) 通辽站二站台值班室二氧化碳热泵机组能效分析氧化碳热泵机组不同温度下的能效比室外环境 温度C蒸发温度C蒸发压力MPa排气压力MPa二氧化碳热泵能效比电暖气能效 比12 〜1774.1811.53.20.957〜1223.6711.43.00.952〜7-33.2211.52.580.95-3〜2-82.8011.42.410.95-8 〜-3-132.4311.02.30.95-13 〜-8-182.0910.92.00.95-15 〜-10-201.9710.91.980.95-20-251.5810.51.540.95-25-301.4610.11.330.95备注：机组工作工况为出水温度45C，回水温度40C【上述温度参数均来自中国气象局公共气象服务中心 所创办的天气网( 降而降低，从而制造的热量也会随着COP的值的降低而降低，但是， 相同的室外温度条件下，COP的值与传统的加热方式相比，仍然高 出很多，制造相同的热量，二氧化碳热泵要优于传统的的供暖方式， 换言之，二氧化碳热泵比传统的供暖方式节能。

2、系统的能耗分析丹东66KV变电所，二氧化碳热泵系统从2012年12月8日开 始正式运行且记录参数数值，因此，不能以整个2012~2013年度供暖 期的耗电量来进行对比则采用平均日耗电量对二氧化碳热泵系统和 电锅炉供暖系统的节能效果进行比较1） 电锅炉供暖能耗分析：改造前本系统采用二台电锅炉供暖， 总功率为27kw根据沈阳供电段提供资料显示：2011年11月15日〜 2012年3月15日冬季采暖期（122天）消耗用电共计为75000kwh（不含生活热水）；得出平均单位时间内所消耗的电能：75000/122=614 （kwh/d）（2） 二氧化碳热泵供热系统能耗分析：丹东66KV变电所采用 二氧化碳热泵机组后，根据现场管理人员记录的数据：从2012年12 月8日到2013年3月18日（101天），系统运行用电共计为31209kwh（含生活热水）得出平均单位时间内所消耗的功率：31209/101=309 （kwh/d）（3） 两种供热形式能耗对比分析氧化碳热泵机组与电锅炉运行对比参数表项目二氧化碳热泵机组电锅炉额定功率（kw）3027系统开停比1:1基本常开运行天数（d）2012年12月8日〜2013 年3月18日（共计 101d），2011年11月15日〜 2012年3月15日（共计 122d），电耗（kwh）31209 （含生活热水）75000（不含生活热水）系统效率3.0 〜1.360.9单位时间所消耗的 平均电能kwh/d309614功能冬季供暖、生活热水冬季供暖（4）节能率计算节能率是在生产的一定可比条件下，采取节能措施之后节约能源的数量，与未采取节能措施之前能源消费量的比值，它表示所采取的 节能措施对能源消费的节约程度。

即得：（1-309/614）X100%=49.67%通辽火车站二站台值班室：（1） 电暖器供暖能耗分析：本系统供暖方式采用2台电暖器， 总功率为8kw从2011年10月20日到2012年4月20日（采暖期 184天）共计采暖用电35000kwh得出单位时间内的所消耗的电能：35000/184=190（kwh/d）（2） 二氧化碳热泵系统供暖能耗分析:依据现场记录统计数据， 从2013年1月30日到2013年4月12日，2013年10月20日到2013 年11月19日（机组运行天数105天。