趙學(xué)友

（中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司 南倉(cāng)站，天津 300402）

1 概述

鐵路節(jié)能技術(shù)改造是落實(shí)《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》[1]綠色發(fā)展、節(jié)約、低碳環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》[2]中提出的綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)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(diǎn)耗能設(shè)備的能效將顯著節(jié)省能源開(kāi)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(xiàng)目為例，從熱源和建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)2 個(gè)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(yuǎn)，建筑物基本未采取保溫隔熱措施，隨著燃油價(jià)格及人工費(fèi)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(duì)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(jìn)行改造，設(shè)計(jì)方案主要針對(duì)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(hù)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(duì)供水溫度的要求；同時(shí)，CO2作為一種自然工質(zhì)，對(duì)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(hù)結(jié)構(gòu)均采用保溫措施。因此，冷熱負(fù)荷估算指標(biāo)可以參照節(jié)能型建筑標(biāo)準(zhǔn)，辦公樓、公寓等建筑單位熱負(fù)荷為50 W/m2、冷負(fù)荷為80 W/m2，生產(chǎn)車間及庫(kù)房等建筑單位熱負(fù)荷為40 W/m2、冷負(fù)荷為60 W/m2。

（2）建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造對(duì)保溫隔熱性能的要求較高，圍護(hù)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L(zhǎng)OW-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(jī)組運(yùn)行情況

站區(qū)辦公樓片區(qū)工程在機(jī)房?jī)?nèi)安裝有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)采集環(huán)境溫度及CO2空氣源熱泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，并通過(guò)上位機(jī)界面供操作人員查看。熱源改造為安裝5 臺(tái)CO2空氣源熱泵機(jī)組，同時(shí)各樓房間內(nèi)依據(jù)實(shí)際使用面積配備相應(yīng)型號(hào)的風(fēng)機(jī)盤管。在檢測(cè)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(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，在整個(gè)采暖季最低環(huán)境溫度-10.3℃下機(jī)組正常工作。

圖1 為循環(huán)水供水溫度變化曲線，受熱負(fù)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(dá)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(jìn)行了圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造，使房間的熱負(fù)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(jī)組出力，降低機(jī)組運(yùn)行能耗。

2.1.2 溫度測(cè)試情況

采用溫濕度計(jì)對(duì)辦公樓片區(qū)、教育基地片區(qū)部分房間的溫度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)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(cè)試結(jié)果

根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果，參照《公共建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 177—2009)[5]，房間內(nèi)各測(cè)點(diǎn)溫度均達(dá)到18℃以上，能夠滿足檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)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(shí)室內(nèi)外管網(wǎng)設(shè)計(jì)及施工正確，沒(méi)有出現(xiàn)部分房間不熱的現(xiàn)象。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造效果

針對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造，采用R70B 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)應(yīng)用紅外熱成像儀對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍攝，以檢測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能、熱工缺陷。對(duì)項(xiàng)目實(shí)施后冬季某日教育基地片區(qū)的教育基地、下行車間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，采集時(shí)間為2 月20 日10:30:16 至2 月21 日8:33:56，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 教育基地和下行車間圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

采用紅外熱成像儀進(jìn)行測(cè)試，教育基地某房間內(nèi)墻表面溫度達(dá)到27℃，屋面內(nèi)表面溫度達(dá)到26.7℃，內(nèi)墻及屋面內(nèi)溫度分布較為均勻(見(jiàn)圖3)，說(shuō)明建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能良好，圍護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)漏點(diǎn)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(jiàn)光圖

3 節(jié)能技術(shù)改造效益評(píng)估

3.1 節(jié)能效益

機(jī)組運(yùn)行時(shí)水泵同時(shí)消耗電能，定期記錄機(jī)房總電表讀數(shù)并整理得到用電數(shù)據(jù)。檢測(cè)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(yùn)行期間日均能耗分別為0.34 tce/d和0.42 tce/d。

項(xiàng)目實(shí)施前教育基地片區(qū)采用1臺(tái)0.5 t燃油鍋爐，1 個(gè)采暖期的耗油量約80 t，循環(huán)泵耗電量為4.32 萬(wàn)kW?h。辦公樓片區(qū)采用1臺(tái)1 t燃油鍋爐，1個(gè)采暖期的耗油量約150 t，循環(huán)泵耗電量約為4.32 萬(wàn)kW?h。為對(duì)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(xì)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(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益分析是在投資總額的基礎(chǔ)上，對(duì)其生產(chǎn)成本、收入、資金利潤(rùn)率和內(nèi)部效益率等進(jìn)行計(jì)算，給出項(xiàng)目可行性的結(jié)論。一般采用兩類指標(biāo)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。第一類是動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括動(dòng)態(tài)投資回收期、凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率等指標(biāo)，考慮資金時(shí)間、凈現(xiàn)金流量、基準(zhǔn)收益率等因素，其中符合經(jīng)濟(jì)現(xiàn)實(shí)的基準(zhǔn)收益率是動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算的基礎(chǔ)，但基準(zhǔn)收益率的確定往往比較困難。第二類是靜態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括靜態(tài)投資回收期、投資收益率等，不考慮資金的時(shí)間因素，并且能夠直接反映原始總投資的返本期限，經(jīng)濟(jì)意義明確直觀[6]。此次節(jié)能技術(shù)改造類項(xiàng)目采用靜態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)(即靜態(tài)投資回收期和投資收益率)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。

教育基地片區(qū)燃油鍋爐在采暖期的費(fèi)用包括燃油費(fèi)用、循環(huán)泵耗電費(fèi)、人工費(fèi)用和維修費(fèi)。辦公樓片區(qū)燃油鍋爐在采暖期的費(fèi)用包括燃油費(fèi)用、循環(huán)泵耗電費(fèi)、人工費(fèi)用、維修費(fèi)、外購(gòu)熱水費(fèi)用、管理費(fèi)、折舊費(fèi)和排污費(fèi)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，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(wàn)元(包括熱源改造、保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造)，詳細(xì)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(jì)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(jì)效益分析

表5 燃油鍋爐污染物排放量 kg

CO2熱泵運(yùn)行時(shí)只消耗電能，不產(chǎn)生有害氣體排放，同時(shí)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(yǔ)

站區(qū)供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造工程實(shí)施后，CO2空氣源熱泵運(yùn)行平穩(wěn)，冬季采暖能耗和運(yùn)營(yíng)成本大幅下降，污染物實(shí)現(xiàn)零排放，達(dá)到了工程預(yù)期目標(biāo)，取得了一定經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。此外，節(jié)能技改的評(píng)估能夠充分了解技改項(xiàng)目的效益和效果，對(duì)鐵路熱源改造和建筑維護(hù)改造具有借鑒意義。