地源热泵中央空调技术在火车站的应用和经济效益分析

于文海

摘 要：文章先分析了地源热泵的运行原理，随后介绍了火车站的中央空调应用状况，并对其应用效益进行详细分析，最后对地源热泵中央空调的实际效用进行总结，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：地源热泵；中央空调；火车站

引言：某一火车站是一等甲级的客货运站，日最高的人流聚集量可以达到十五万人，是当地重要的交通枢纽。车站的候车厅本来是空调设计，整窗封闭，但是在实际投入使用后，一直没有安装通风换气设备和空调，导致室内通风条件较差，在夏季火车站中的候车厅温度几乎可以达到四十摄氏度，室内空间难闻，对车站的服务质量和窗口形象造成影响，为此需要进行全面改革。

一、地源热泵运行原理

随着经济的发展和人们生活质量的提升，空调已经成为公共住宅和公共建筑中的普遍需求。发达国家中空调和供热能耗在整个社会消耗中可能会占到25%到30%左右。而我国的能源结构主要是以矿物燃料为主，其中煤炭能源在矿物能源消耗中占据较大的比重。燃烧矿物资源容易产生各种污染气体，进而对大气环境造成不良影响，包括二氧化碳和二氧化硫等有害气体，而气候环境也逐渐成为各个国家重点关注的问题。

地源热泵的中央空调技术，结合了地表下水资源和土壤的庞大储存量以及恒温特点，创建出一种空调机组运行的最佳环境，其制冷过程中，机组会置换空调内部空间的热量，并将其传输到地下水源和土壤附近吸收，在制热过程中，机组还会把地下深层的土壤热能输送到采暖连通空进内，因为地下土壤温度适中，因此可以促进空调机组运行效率的全面提升。其能效比值处于采暖过程中时能够超出4.0，在制冷工作中则可以达到5.2，和一般的中央空调相比，其节能效果达到了30%到50%左右，具有突出的节能优势。同时机组在运行过程中的用水量较少，噪音小，不会产生任何多余的污染物和废弃物，环保效果突出。其安装过程中，机组的组装工作比较方便简单，占地小，进而省去了室外搭建冷却塔的占地，缩减了机组的维修量，大大降低了投资成本，是现代化发展过程中比较经济的一种空调技术。

二、火车站中央空调应用状况

本文以某一火车站中的地源热泵，即地埋管中央空调系统的构建方案为例，设计成水式热泵机组以及地埋管的换热器系统，包括室外管道、室内系统、地下换热系统和地缘热泵机组等几部分构成，整体投资金额达到四百万元。

第一，在设计过程中需要对室内空调系统的运行参数进行合理设置，夏季室外的计算干球温度设置为35.2摄氏度，而计算湿球的温度设置为27.9摄氏度。冬季计算干球的相对湿度是69%，而温度状态是-7摄氏度。夏季的室内温度是25到27摄氏度之间，冬季火车站候车室中的室内温度是16到18摄氏度，而办公室中的温度是18到20摄氏度。

第二，需要确定热负荷与冷负荷按照车站中的实际状况和中央空调的应用功能，进行全面计算，最终得出热量总负荷是530千瓦，而冷负荷是731.8千瓦。

第三，是对热泵机组进行合理选型。针对中央空调的热泵机组可以选择MWH105CA型号，共需要两台设备，其中地源热泵技术的主要参数是供热量每台400千瓦，供冷来拿是每台370千瓦，在夏季的输入功率是每台73.1千瓦，而在冬季的输入功率是每台98.3千瓦。

第四，地埋管换热系统，按照整体的负荷量进行综合计算，地埋管的换热器总长度是四万米，呈双U型下管，下管的埋藏深度是一百米，孔徑是D150，共有一百个孔，孔之间的距离是4米，地表层中的连接管道埋藏深度是2米，地下管选择DN32的专用聚乙烯塑料材料制作而成的管材。

三、效益分析

从实际效用角度分析，通过冷水机组和燃煤锅炉联合应用的中央空调是一种最为经济的运行方式，但是我国当下大部分城市都开始禁止创建燃煤锅炉系统，同样本地也是如此，此外，我国铁道部还明确规定了在没有特殊的条件要求下，禁止构建燃油锅炉。因此将燃油锅炉和燃煤锅炉进行对比已经没有任何意义，这里仅和燃气锅炉加上冷水机组的空调系统应用进行比较分析。当前，该市的天然气标准价格是每立方米2.4元，电价是每千瓦时0.83元。按照该火车站的实际应用状况和当地的气候条件，该火车站中的中央空调系统在夏季需要持续运行十二天，火车站第一层中的第一候车室需要每天连续运行二十四小时。而二层的候车室和火车站中的办公区以及售票厅需要每天连续运行十六个小时，剩余空间每天需要连续运营十个小时。冬季需要连续运行九十天，其中第一层候车室需要每天运行二十四小时，二层的候车室、办公厅和售票厅需要每天连续运行十六个小时，连续八个小时保温，剩余区域空间每天需要连续运行十个小时，保温十四个小时。

夏季工况，按照国内统计符合以及ARI，每天运行二十四小时，折算成满负荷时间是1152个小时，末端功率是15千瓦；每天运行十个小时折算满负荷时间是480.2小时，末端功率是2.655千瓦，而每天连续运行十六个小时折算满负荷时间是768.2小时，末端功率是23.4千瓦。水泵的消耗费用如下：共有两台循环水泵，满负荷系数是0.6，共计30千瓦，电力消耗是51840千瓦时，费用是43027元。冬季制热状态下，电力消耗是272867千瓦时，电费共计226480元。全年，即中央空调的一个运行周期的电力消耗是539167千瓦时，而电费共计447509元。

选择和本地维度相同，距离接近，天气和气候状况相同的某一城市中的火车站天然气锅炉加上冷水机组系统作为参考物，和地源热泵的重要空调系统进行对比。其火车站中只有一台燃气锅炉，蒸发量是每小时四吨，冷水机组是16JT665型号，设备制冷量是1758千瓦，蒸汽量是每小时2300千克。据相关数据统计分析，其中央空调平均运行投入资金是0.951元/（m2d），如果使用这种方式，本车站中的年消耗费用将会达到799239元，由此可以看出，和燃气锅炉加上冷水机组的方式相比，地源热泵技术可以有效节约费用351730万元，达到了44%的节约率，其经济效益相当可观[1]。

四、实际效用

通过上述分析可以发现，地源热泵技术下的中央空调系统具有良好的环保效果和节能效果。其在冬季运行中，COP是4，投入1千瓦电能，便可以获得4千瓦热能，夏季运行中，其COP能够达到1千瓦电能，即获得超出4千瓦的冷量。其费用消耗仅占传统中央空调资金消耗的60%，同时还无需对埋热管进行除霜工作，进而降低了除霜和结霜能耗。从环保性的层面分析，地源热泵技术下的中央空调系统主要是使用地表浅层的热能资源，无需进行燃烧，因此也不会出现废弃物和烟气排放，环保清洁，无污染。在系统供热的过程中，还省去了其中的锅炉房环节，在供冷中省去了其中的冷却塔建设工作，预防冷却塔中的霉菌污染和噪音问题。从可再生角度分析，土壤自身的蓄热性能突出，在冬季可以利用热泵将地下低位热能传输至室内，为建筑供暖，此外还可以储存大量冷量。在夏季可以利用热泵将建筑空间中的热量输送到地下实施自然降温处理，并储存热量，从而为冬季应用做好储备，维持大地的热量平衡[2]。

结语：综上所述，通过车站中的应用效果可以发现，地源热泵技术能够进一步提高资源节约效率，提升能源利用率，降低二氧化碳等温室气体的出现，有效减少了各种燃烧污染物的排放，属于一种持续发展节能技术，其应用范围较广，运行投入费用低，环保效果和节能效果显著。

参考文献：

[1]张明.地源热泵中央空调技术在南阳火车站的应用和经济效益分析[J].节能，2017（10）：49-50.

[2]韦宏益.地源热泵中央空调技术在南阳火车站的应用和经济效益分析[C].中国科学技术协会：中国科学技术协会学会学术部，2017：4.