某铁路站区供热系统节能技术改造效果评估

赵学友

（中国铁路北京局集团有限公司 南仓站，天津 300402）

1 概述

铁路节能技术改造是落实《交通强国建设纲要》[1]绿色发展、节约、低碳环保要求，实现《新时代交通强国铁路先行规划纲要》[2]中提出的绿色环保优势和绿色骨干作用的有效途径之一。在铁路节能减排措施中，提高能源的综合利用效率，尤其是重点耗能设备的能效将显著节省能源开支、降低排放。在此，以某铁路车站供热系统节能技术改造工程项目为例，从热源和建筑维护结构2 个方面提出改造方案，分析站区改造后的效果和效益，为铁路站区节能技改措施提供参考。

该铁路站区建筑大多建于九十年代，年代较久远，建筑物基本未采取保温隔热措施，随着燃油价格及人工费用的上涨，供暖的成本逐渐升高，采暖锅炉也产生SO2和NOX等污染物排放。针对站区内建筑较分散、使用燃油锅炉采暖的情况，采用综合节能技术方案进行改造，设计方案主要针对教育基地片区和办公楼片区，包括采暖热源改造及建筑围护结构改造。

（1）热源改造为采用清洁高效的热源，即CO2空气源热泵作为采暖热源。CO2空气源热泵采用CO2作为制冷剂，能够制备高温热水，从而满足采暖系统对供水温度的要求；同时，CO2作为一种自然工质，对臭氧层及大气不产生任何污染，是替代传统采暖方式的理想热源[3]。考虑到拟改造工程为综合性节能技术改造，建筑围护结构均采用保温措施。因此，冷热负荷估算指标可以参照节能型建筑标准，办公楼、公寓等建筑单位热负荷为50 W/m2、冷负荷为80 W/m2，生产车间及库房等建筑单位热负荷为40 W/m2、冷负荷为60 W/m2。

（2）建筑围护结构改造对保温隔热性能的要求较高，围护结构改造可选择外墙、门窗、屋面等[4]，该站区改造方案为新做聚苯板外墙外保温并粉刷、更换为LOW-E 中空玻璃塑钢窗、屋面加做聚苯板保温屋面并新做SBS屋面防水。

2 节能技术改造效果

2.1 热源改造效果

2.1.1 机组运行情况

站区办公楼片区工程在机房内安装有监测系统，能够实时采集环境温度及CO2空气源热泵机组的运行状态和运行参数，并通过上位机界面供操作人员查看。热源改造为安装5 台CO2空气源热泵机组，同时各楼房间内依据实际使用面积配备相应型号的风机盘管。在检测期间，每日平均环境温度变化较大，日平均温度最高值为13.83℃、最低值为-5.1℃。CO2空气源热泵受环境温度影响较小，通过对监测数据的分析，在整个采暖季最低环境温度-10.3℃下机组正常工作。

图1 为循环水供水温度变化曲线，受热负荷、环境温度变化影响，循环水供水温度变化较大，供水温度最高达到44.46℃。

图1 循环水供水温度变化曲线

图2 为循环水供回水温差变化曲线，供回水温差最大值为3.93℃，最小值为1.44℃，供回水平均温差为2.78℃。由于房间进行了围护结构改造，使房间的热负荷降低，在循环水流量一定的情况下，引起供回水温差较小。在满足房间热舒适性条件的前提下，较小的供回水温差有利于减少机组出力，降低机组运行能耗。

2.1.2 温度测试情况

采用温湿度计对办公楼片区、教育基地片区部分房间的温度进行测试，测试结果如表1所示。

图2 循环水供回水温差变化曲线

表1 办公楼、教育基地部分房屋测试结果

根据以上测试结果，参照《公共建筑节能检测标准》(JGJ/T 177—2009)[5]，房间内各测点温度均达到18℃以上，能够满足检测标准的要求，说明系统运行良好，CO2空气源热泵作为采暖热源能够满足使用要求，同时室内外管网设计及施工正确，没有出现部分房间不热的现象。

2.2 围护结构改造效果

针对围护结构改造，采用R70B 建筑围护结构热工性能现场检测设备进行测试，同时应用红外热成像仪对围护结构进行拍摄，以检测围护结构的热工性能、热工缺陷。对项目实施后冬季某日教育基地片区的教育基地、下行车间围护结构的传热系数进行了现场检测，采集时间为2 月20 日10:30:16 至2 月21 日8:33:56，详细数据如表2所示。

表2 教育基地和下行车间围护结构参数

采用红外热成像仪进行测试，教育基地某房间内墙表面温度达到27℃，屋面内表面温度达到26.7℃，内墙及屋面内温度分布较为均匀(见图3)，说明建筑围护结构保温性能良好，围护结构无漏点导致温度突变的地方。

图3 教育基地某房间热成像及可见光图

3 节能技术改造效益评估

3.1 节能效益

机组运行时水泵同时消耗电能，定期记录机房总电表读数并整理得到用电数据。检测期为11月9日至次年3 月25 日，教育基地片区共耗电371 680 kW∙h，办公楼片区共耗电466 400 kW∙h；教育基地片区和办公楼片区CO2空气源热泵运行期间日均能耗分别为0.34 tce/d和0.42 tce/d。

项目实施前教育基地片区采用1台0.5 t燃油锅炉，1 个采暖期的耗油量约80 t，循环泵耗电量为4.32 万kW∙h。办公楼片区采用1台1 t燃油锅炉，1个采暖期的耗油量约150 t，循环泵耗电量约为4.32 万kW∙h。为对比分析，将CO2空气源热泵采暖期调整为与燃油锅炉供暖期相同，分析教育基地和办公楼片区节能情况，详细数据如表3所示。

表3 教育基地和办公楼片区节能情况

3.2 经济效益

经济效益分析是在投资总额的基础上，对其生产成本、收入、资金利润率和内部效益率等进行计算，给出项目可行性的结论。一般采用两类指标对经济效益进行分析。第一类是动态评价指标，包括动态投资回收期、净现值、内部收益率等指标，考虑资金时间、净现金流量、基准收益率等因素，其中符合经济现实的基准收益率是动态评价指标计算的基础，但基准收益率的确定往往比较困难。第二类是静态评价指标，包括静态投资回收期、投资收益率等，不考虑资金的时间因素，并且能够直接反映原始总投资的返本期限，经济意义明确直观[6]。此次节能技术改造类项目采用静态评价指标(即静态投资回收期和投资收益率)对经济效益进行分析。

教育基地片区燃油锅炉在采暖期的费用包括燃油费用、循环泵耗电费、人工费用和维修费。办公楼片区燃油锅炉在采暖期的费用包括燃油费用、循环泵耗电费、人工费用、维修费、外购热水费用、管理费、折旧费和排污费。经统计，该站区教育基地片区、办公楼片区工程共投资1 212.15万元(包括热源改造、保温围护结构改造)，详细数据如表4所示。

3.3 环保效益

根据相关资料，1 t 燃油产生SO2、NOx和烟尘排放分别为5 kg、3.67 kg 和1.02 kg[7]。根据站区教育基地片区、办公楼片区燃油消耗量，计算得到燃油锅炉的污染物排放量如表5所示。

表4 教育基地和办公楼片区经济效益分析

表5 燃油锅炉污染物排放量 kg

CO2热泵运行时只消耗电能，不产生有害气体排放，同时制冷剂CO2作为天然制冷剂，是一种不破坏大气臭氧层和全球变暖指数很小的环境友好型制冷剂，用其替代燃油锅炉具有显著的环保效益，站区热源改造采用CO2空气源热泵替代燃油锅炉每年可减少SO2、NOx和 烟 尘 排 放 分 别 为1 150 kg、844.1 kg 和234.6 kg。

4 结束语

站区供热系统节能技术改造工程实施后，CO2空气源热泵运行平稳，冬季采暖能耗和运营成本大幅下降，污染物实现零排放，达到了工程预期目标，取得了一定经济和社会效益。此外，节能技改的评估能够充分了解技改项目的效益和效果，对铁路热源改造和建筑维护改造具有借鉴意义。