王　飞　上海铁路局上海铁路经济开发有限公司

宁波站建于1959年9月，位于宁波市海曙区，是上海铁路局在宁波市的主要铁路管理一等站点。在2010年10月，宁波市政府和上海铁路局对宁波站进行了大规模改建工程。改建工程于2013年12月28日顺利竣工。宁波站改建后的总面积达到28万m2，可满足近万名旅客的通行和http：//baike.baidu.com/subview/798457/9729681.htm候车。候车厅设计为空调候车厅，候车厅的舒适度与铁路候车室的温度、新风量、照度等环境和配套有关。候车室由于人流量大，辐射散热和热量流动大，所以候车室的温度对乘客的舒适性有很大的关系和要求。另外，影响铁路候车室舒适度的要素也受能源消耗影响。因此，宁波站旅客的舒适性和对能耗的优化节能是本文研究的两个重要内容面。宁波站有西南区和东北区中央空调机房，每个机房各自满足六个区域制冷和供热需求。两个空调机房每年合计耗电323.83万元，蒸汽7859t。

1　空气源热泵空调概述

在国内外对办公和住宅楼，大型商场和电影院等的空调设备的调节效果和能源消耗已经有很多的学者在研究，但在铁路系统，对候车室空调的调节效果和系统能源消耗或节能措施的研究还比较少。铁路候车室在空调系统中，包括供热系统的能源消耗占其能源消耗总量的比例，并且分析了候车室空调设备的能源消耗，对整个候车室在进行乘客舒适和节能方面带了很多的启发和作用。空调系统的能源消耗与铁路候车室等候乘客人数密切相关。在候车室候车的乘客数量对空调设备和新风系统的内部负载有直接的影响。在总体空调负荷方面，新的风荷载主要取决于新鲜空气的体积，新鲜空气量越小，空调系统的节能效率越高，新鲜空气和温度就能得到很好的控制，但同时也会使候车室内空气质量出现一定的降低。室内空调温度是影响空调系统能源消耗的另一个主要因素，空调系统的能源消耗，必须考虑到空调的水平。空调温度应考虑舒适度和能量要求的两个方面，应根据等候室热舒适模型设定室内空调温度。

水流和空气的流动在自然状态下的热量只能从高温到低温，但人类可以使用外部设备（如热泵）从低温到高温的热量，热泵是一种能量提升装置。热泵和冰箱的原理有点类似，两者的作用都是通过源源不断地吸收周围环境中散发的热量，然后将吸收到的热量传递给其他物体。空气源热泵通过吸收空气中的热量，并且热泵系统在循环过程中消耗的热量比较低。空气源热泵热水系统就是把空气作为低品位热源，通过查阅大量的文献资料得知与常规热水产热系统相比，空气源热水系统具有以下优势。

（1）资源丰富。地球上百分之九十几的能量是来自太阳的，太阳能数量巨大，且取之不尽用之不竭，一系列的常规能源，譬如煤炭、石油都是太阳能长期转换的结果，而这只是相当小的一部分能量。另外一大部分能量都以地流热、辐射热等形式存在于空气中。空气源热泵热水系统就是将空气中的这些热量和其他低温热源中无法利用的潜热及工业排放的废热通过泵传输到水中去，从而使水变热。

（2）技术的日趋成熟。国际上美国空气源热泵热水器已经有20多年历史了，澳大利亚也在15年前就开始研制同类产品，国内虽然起步较晚，但在国家重点扶持和科研、生产部们的不断努力下，目前空气源热泵设备的生产已初具规模，部分厂家产品已达到或超过国际先进水平，空气源热泵热的产业化和产品质量的提高，为我们的尝试提供了条件。

（3）经济性和实用性。空气源热水系统热效率较高，从而年节约电能高达80%以上。空气源热泵热水系统采用的是容积式储热方式，在短时停电停水的情况下可连续供热水，且费用低于常规热水系统，连续供水还可减少管道腐蚀，延长管道寿命并保证水质清洁。所以，使用热泵技术具有显着的节能特点。空气源热泵空调的原理如图1所示。

图1　空气源热泵原理图

2　主要发展形式

空气源热泵系统的整体制冷量无法直接测得，可通过公式计算得出：

其中，QA为空气源热泵机组制冷量，cW为水定压比热容，mW为睡系统质量流量，由涡轮流量计测得，tr、ts分别为水系统供回水温度，由铂电阻测得。

由上述公式可得，空气源热泵集成系统COP：

其中COPA为空气源热泵集成系统能效比；QA为空气源热泵集成系统制冷量；PA为空气源热泵集成系统功率。

通过分析，我们可以看出空气源热泵热水机组是一种新型的高效、环保、安全的节能产品，空气源热泵热水系统逐步替代电、燃气、燃油热水系统是必然趋势。该产品可以有效地解决目前国内有关部们对节约能源、环保、安全等各方面较棘手的问题，利国利民，值得大力推广应用。系统通过不断地运行，消耗的能源不是什么分均匀，常规中央空调空调系统的运行效率比较低，所以会是火车站候车室建筑的冷源和热源不均。在空调运行期间天会有大量的冷凝废热没有利用认识直接排放和散发到大气中。这是对能源的一种低效利用和浪费，最重要的是还会对火车站候车室周围的环境代理严重的热污染。对铁路的其他建筑和设备，如LED灯，信号灯等设备造成热辐射，使其故障了提高，寿命缩短。目前，在节能减排的大背景下，如何合理的回收或利用中央空调系统散发的这部分废热，也受到越来越多人的关注和研究。

3　系统设计

根据候车室建立模型，分为候车室内和候车室外。候车室外热量的传递和热辐射，候车室内主要以热辐射和对流换热为主。候车室外的热量通过屋顶、墙面和玻璃传入室内，热量传递的傅里叶方程如下：

其中，p是物体的密度；

c是空气的比热容大小；

T(x,t)表示x处在t时刻的温度；

k表示导热系数。

用下面的模型来计算候车室太阳辐射的热量和候车室墙面和玻璃接收到的红外线辐射的热能。

候车室内接收到的辐射能力计算如下：

假设NW表示候车室玻璃窗的数目，Nf表示地板表面的数目，Nn表示候车室屋顶和墙体的数量，则可得通过玻璃到达候车室内的太阳辐射热量为

假设太阳辐射热量H进入候车室后部分先被地面吸收，然后部分反射指其他墙面或玻璃。则反射后候车室地板接收到的热量为：

其中αix和τix为太阳辐射在表面Ai的吸收率和反射率。候车室内地板总共辐射的热量为：

从候车室屋顶和墙面接收的热量由热的传递定律可得：

到达候车室内的辐射为：

所以候车室内总的太阳辐射热量为：

由《建筑给水排水设计规范》中对我国各个地区温度的统计表可知，宁波地区常年平均温度12℃左右，地下表面的水的温度为 5℃左右。根据火车站候车室热辐射模型，本空气源热泵空调系统采用循环热水系和冷却塔的形式。候车室热水箱的容积分别为 20m3、10m3，水箱均设在屋顶处。宁波站候车室空调系统设计和选用的是带有热回收装置的三体式空气源热泵---冷却塔系统，采用的是典型能实现热回收和循环的空气源热泵机组为候车室散热，同时夏季可开启冷却塔作为辅助冷源。宁波站候车室空调系统选用的是一台型号DCM-3000的高效节能冷却塔，连接到空气源热泵换热器，提高热泵的换热效果和寿命。由于优化控制离散系统可以降低空气处理设备的供冷量，显著地提高机组性能。运用DCU SCADA800C中央空调能源管理控制系统，满足了宁波站候车室各区域的冷（热）需求，使各区域冷（热）量需求和供给达到平衡。

4　结论

本工程通过对宁波火车站候车室热量来源的研究，建立候车室内外辐射热量的模型，通过模型设计出热泵空调相关的参数。实际中我们采用由CPU、终端传感器和执行设备构成的离散控制（DCC）系统，通过数据传输系统将宁波站中央空调采集到的数据和运行中存在的问题进行分析研究。得出空调系统、候车室内、候车室外等温湿度和制冷效果以及水循环系统的数据。经过测算得出宁波站候车室空气源热泵系统能耗降低了8.82%～18.41%，平均降低了13.78%，改造前，宁波站中央空调运行费用（电费不含蒸汽费用）每年约为320万，改造后，每年可减少运行费用（电费）支出50万元左右，是比较经济可行的节能项目。同时，该系统以低能源消耗创造一个人体感觉舒适需求最佳温湿度环境。

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