鐵路客車冬季熱泵式空調(diào)取暖可行性分析

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1、鐵路客車冬季熱泵式空調(diào)取暖可行性分析摘要：目前我國(guó)鐵路空調(diào)客車冬季取暖仍然以電加熱器取暖為主，電加熱器取暖方式操作簡(jiǎn)單、基本滿足客車取暖的要求。但是，由于現(xiàn)在能源狀況趨于緊張，對(duì)于冬季取暖仍然以電加熱器取暖為主的鐵路客車而言，就顯得有些浪費(fèi)能源。借助已得到廣泛應(yīng)用的房間熱泵空調(diào)技術(shù)，通過理論計(jì)算與分析，對(duì)在南方地區(qū)運(yùn)行的鐵路空調(diào)客車冬季采用熱泵取暖的可行性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面進(jìn)行分析，認(rèn)證了鐵路空調(diào)客車冬季采用熱泵空調(diào)取暖的可行性。關(guān)鍵詞：鐵路客車熱泵供熱分析1鐵路客車供熱現(xiàn)狀及問題隨著鐵路運(yùn)行速度的不斷提高，客車空調(diào)化是必然的進(jìn)程，如何使鐵路空調(diào)客車安全、快

2、速、舒適、健康、高效運(yùn)行，是鐵路大提速的重要課題。目前我國(guó)鐵路客車冬季取暖以電加熱器取暖為主，電加熱器取暖方式操作簡(jiǎn)單、基本滿足客車取暖的要求；北方地區(qū)部分客車采用燃煤爐獨(dú)立溫水取暖裝置，該裝置也能達(dá)到客車取暖的要求，但乘務(wù)員操作強(qiáng)度增加，客室空氣易被煤灰與煤煙污染；而電加熱器耗電量太大，熱效率不高，使用成本偏高，有的客車為了降低能耗，或避免火災(zāi)隱患，確保行車安全，行車中關(guān)閉車頂空調(diào)機(jī)組內(nèi)新風(fēng)預(yù)熱器或通風(fēng)機(jī)，以減少新風(fēng)量，這樣嚴(yán)重影響了客室的空氣品質(zhì)，在南方地區(qū)運(yùn)行的客車，其車廂兩側(cè)的電加熱器使用時(shí)間極短，使用效率極低。因此上述兩種取暖都不是理想的取暖方式。近年

3、來熱泵技術(shù)在空調(diào)制冷行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，技術(shù)也日益成熟，本文側(cè)重于對(duì)鐵路客車空調(diào)冬季采用熱泵取暖進(jìn)行探討。2熱泵技術(shù)在空調(diào)客車上使用的可行性分析2．1冬季客車熱負(fù)荷計(jì)算2．1．1車內(nèi)所需要的供熱量冬季鐵路客車車內(nèi)所需熱量的計(jì)算公式為：Q=Q1+Q6-Q3-Q5(k2.K)，車體傳熱面積F=310m2來計(jì)算，則有：Q1=1．15KF(tB—tH)=1.15*1.5*310*（18-（-7））=13.369（k3/h.人，則：Q6=GHC’p(tB—tH)=16.726k3/h人Q6=9.417(k3/h人Q6=5.2(kW)Q=16.181kW2．1．2單元式空調(diào)機(jī)

4、組熱泵循環(huán)供熱量的理論計(jì)算根據(jù)不同工況下制冷量換算公式Q0b=Q0aλbqvb/λaqva，可計(jì)算出不同工況下的制冷量。對(duì)于KLD-29PQ和KLD-40PQ而言，其名義制冷量Q0a=29.07kW和Q0a=40.7kW時(shí)，查相關(guān)圖得λb、λa；再由制冷系統(tǒng)換熱器計(jì)算公式QK=Q0+W，可得到在不同外氣條件下，單元式空調(diào)機(jī)組一個(gè)制冷系統(tǒng)熱泵循環(huán)時(shí)的產(chǎn)熱量分別如表1所示：不同外氣溫度條件下單元式熱泵式空調(diào)機(jī)組的供熱量表1　70C00C-70C-150CKLD-29PQ（1個(gè)系統(tǒng)）17．751kW14．104kW12．686kW10．307kWKLD-40PQ（1個(gè)

5、系統(tǒng)）25．105kW19．997kW18．011kW14．679kW冬季不同客車車種在-70C時(shí)，其所需熱量與電加熱器、單元式空調(diào)機(jī)組熱泵的產(chǎn)生熱量如表2所示：電加熱與單元式空調(diào)熱泵方式供熱量比較表2　電加熱器供熱量熱泵供熱量車廂需要的熱量YZ2524．15kW25．372kW（2個(gè)制冷系統(tǒng)）22．414kWYW2520．7kW18．011kW（1個(gè)制冷系統(tǒng)）18．461kWRW2520．7kW18．011kW（1個(gè)制冷系統(tǒng)）16．181kW注：YZ25車用兩臺(tái)KLD-29機(jī)組，共4個(gè)制冷系統(tǒng)；YW25與RW25車均用一臺(tái)KLD-40機(jī)組，共2個(gè)制冷系統(tǒng)。2．

6、2用電量比較現(xiàn)行的客車冬季的供熱都采用電加熱的方式，每車種所耗電量及單元式空調(diào)熱泵循環(huán)時(shí)的耗電量如表3所示：電加熱器與單元式空調(diào)熱泵耗電量表3　電加熱器用電量（全負(fù)荷）熱泵用電量YZ2524．15KW16KW（13KW）（2個(gè)制冷系統(tǒng)）YW2520．7KW11KW（單個(gè)制冷系統(tǒng)）RW2520．7KW11KW（單個(gè)制冷系統(tǒng)）2．3經(jīng)濟(jì)性比較房間空調(diào)器的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與室內(nèi)、室外的空氣狀態(tài)有十分密切的關(guān)系，性能系數(shù)是通常用來定量反映運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的理論指標(biāo)，熱泵系統(tǒng)的性能系數(shù)為：COPT=供熱量／消耗功率=T0／(T0-T1)式中：COPT--理論性能系數(shù)，W／W；T0--

7、室內(nèi)空氣溫度，K；T1--室外空氣溫度，K。考慮到種種熱力不完善因素對(duì)實(shí)際熱泵系統(tǒng)效率的影響，實(shí)際熱泵系統(tǒng)的性能系數(shù)可以用下式表示為：COP=ξCOPT=ξ[T0／(T0-T1)]式中：COP--實(shí)際性能系數(shù)，W／W；ξ--熱力完善度。根據(jù)有關(guān)資料表明，當(dāng)T1=-19℃，T0=20℃時(shí)，性能系數(shù)的計(jì)算值僅為COP=1.0W/W。此計(jì)算結(jié)果的物理意義就是，如果系統(tǒng)的熱力完善度不變，當(dāng)室外氣溫降低至-19℃時(shí)，熱泵系統(tǒng)的耗電量等于供熱量，從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的角度而言，熱泵循環(huán)與電熱供熱方式已經(jīng)相等，隨著氣溫進(jìn)一步將降低，熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性將低于電熱器。而在我國(guó)的長(zhǎng)江流域

8、及其以南地區(qū)，冬季氣溫一