空气源热泵空调系统在铁路系统中的应用初探

摘要：铁路系统对能源的依赖程度很高，本文通过概述不同热源热泵系统的技术特点，重点分析了空气源热泵空调在铁路系统中的应用现状，并且从适应情况、能源消耗和节能减排的角度对比分析了空气源热泵空调系统的技术优势，为铁路系统的能源管理提供了一个可供考虑的技术参考。

关键词：空气源热泵空调；铁路能源系统；应用分析

中图分类号：P754.1 文献标识码：A 文章编号：

铁路系统作为我国运输能力最强、运输最为繁忙的交通运输方式，在我国的国民经济发展中发挥了极其重要的作用。但是在自身实力和规模已经得到快速发展的同时，我们也应该看到，铁路系统也是一个能源消耗大户，无论是蒸汽机唱主角时代的煤炭消耗还是现在电力机车时代的耗电大户，铁路系统对于能源的需求已经日益增长。动力能源需求上，电力需求大幅度上扬，这主要是缘于铁路运输系统的升级换代，电力机车替代了原来的蒸汽机车、内燃机车，同时铁路提速也对铁路电网能力提出了更高的要求；铁路运输服务系统中照明、保温取暖、饮食等等也需要消耗大量的电力、燃油和燃气资源。由此可见，在铁路系统中节能减排是一个十分值得探讨的问题。就铁路服务系统中的制冷取暖来说，当前的铁路系统中主要还是采用空调系统。空调系统主要包括地源热泵空调系统和空气源热泵空调系统，由于地源热泵空调系统在技术要求、使用范围以及能量利用效率上都具有较大的限制，因此，空气源热泵空调系统逐渐成为铁路系统中最常用的空调系统。空气源热泵系统主要是利用压缩制冷剂空气来达到制冷制热的目的，工作效率较高，而且噪声小，节能环保，在铁路系统中扮演着越来越重要的角色。

一、空气源热泵空调系统的工作原理

空气源热泵空调系统主要是一个空气压缩调温系统，它是由压缩机、换热器、以及节流器等等装置组成的一个空气循环系统。实际工作中主要由三部分功能模块组成：

1）热量吸收模块；从进风口引入的空气在经过处于低温低压状态的蒸发器时，空气中的热量被蒸发器吸收，液态的制冷剂变为气态，在换热器中开始流动。

2）气体压缩和能量转化；液态的制冷剂介质在吸热变为气态之后，在空气压缩机中受压，气体状态呈现高温高压，在这一过程中，压缩机所做的功转化为冷媒的气体压缩功。

3）热量交换环节，在高温高压的冷媒介质流经吸热器时，与换热器中的低温水进行热量交换，冷媒介质恢复低温低压状态，呈液态，然后再次进行1）中的环节，循环使用。

从上述的功能模块的介绍中可以看出热泵装置实际上是一个能量转换装置，通过热泵将外界空气中的热量转换给冷媒介质，可以实现室内制暖的功能，同样，将此功能的顺序反转就能实现制冷的功能，由于外界空气中能量的参与，将使得在实际制冷、制热过程中对于电能的消耗大大降低。

二、空气源热泵空调系统在铁路系统中的应用分析

与其他的热泵空调系统相比，空气源热泵空调系统在铁路系统中的应用范围更广泛，综合来说主要应用在以下三个领域：

2.1在铁路系统公寓中的应用

铁路公寓多是为铁路职工和旅客提供住宿，入住人数多，入住率高，因此，对于铁路公寓的空调系统在运行效率和持续运行能力上都提出了较高的要求，相比于高能耗的机电式和锅炉式热泵系统，空气源热泵系统在系统运行效率和经济效益上都拥有明显的优势。以北京南站铁路公寓楼为例，该公寓每日有180人洗浴，原有洗浴热水系统为太阳能系统，在阳光不充足的环境需要开启大功率电热管来补充能量才能满足洗浴要求，运行费用很高。2011年决定采用空气源热泵系统替代原有太阳能系统，以洗浴用水按照每天19吨考虑，配置两台XG----110EC空气源热泵热水机组和2个共20吨不锈钢保温水箱，系统改造后从根本上解决了太阳能在阴雨天不能正常使用的弊端，取消了水箱中的电加热管，使用安全性大大提高。过去使用太阳能系统全年费用28620元，现在使用空气源系统全年费用为11520元，由此可见，从经济效益上来看，耗电量和耗水量的减少以及运行故障率的降低，为公寓带来了高额的经济回报，运行资金的投入产出比更高，实际的节能效果也是十分明显。

2.2在铁路系统酒店中的应用

铁路系统酒店的设置是为了方便乘客及时搭载火车而成立的，因此，为了应对乘客快节奏的供热制冷需求，保障乘客的健康，铁路酒店基本实现了全天候开启的空调系统，因此，这对铁路系统来说是一项巨大的投入力量，选择合适的热泵空调系统是保障空调系统运行效率、提高经济效益的核心所在。针对南北方不同的气候条件和乘客需求，铁路系统设置了不同的空气源热泵空调系统的运行方案，在气候温热的南部地区，以制冷为主要的需求，因此，合理的规划空调系统的冷凝效果至关重要，加大冷凝器，增强冷凝效果，而在北方地区，取暖需求为主要，因此，增加空气能的热交换量是主要的技术手段，同时不同地域的安装方式和维修保养方案也是差异较大。

2.3在铁路站房中的应用

铁路站房是为候车的乘客和铁路工作人员提供空间服务，因此，空调系统的工作稳定性、噪声污染水平以及空调废气排放情况成为选用空调系统类型的考虑因素。空气源热泵空调系统工作原理简单，运行故障率极低，适合于长时间的空调作业；由于没有配置锅炉，在实际使用中空气源热泵系统只有少量的气动噪声，基本上达不到噪声污染的最低值；空气源热泵空调系统没有燃料燃烧和液体加热蒸发的过程，因此，不会出现燃烧废物、废气污染，对于乘客的身体健康不存在危害；与此同时，高效率的运行能力和低成本的运行方式也是空气源热泵空调系统成为铁路站房空调系统的主要原因之一。

三、空气源热泵空调系统技术函待提高

空气源热泵系统的热源主要来自于外界空气，这就决定了装置本身的热量交换能力不够，不能够提供较大功率的制冷制热效果；同时当装置工作环境较恶劣时，一旦换热器暴露在低温环境下，就会出现表面结霜的情况，这大大的降低了空气的流动能力，影响换热器的正常工作，因此，对于空气源热泵空调系统应对气候的适应能力改进技术还有待提高。

总结：

空气源热泵空调系统相比于原有的热泵系统，能量产出投入比更大，能耗更低，而且对环境的污染程度更低，在保障铁路运输服务系统运行效率的同时，大幅度的提高了铁路服务系统的经济效益，在铁路系统中将得到越来越广泛的应用。

参考文献

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[2]单勇，浅谈空气源热泵空调系统，商品与质量[J]，2011（9）

[3]钱付平，空气源热泵空调系统节能分析[J]，能源研究与信息，2004（20）