1、凱德二氧化碳熱泵技術在高寒地區鐵路沿線建筑中的應用二氧化碳這一天然的制冷工質，以它多重節能環保的優勢，開啟了綠色低碳技術的大門。許多國家已經研發和推廣了二氧化碳熱泵技術。目前，日本和歐盟已具有較成熟的二氧化碳熱泵技術。我國二氧化碳熱泵研究權威專家表示：二氧化碳制冷劑對臭氧層破壞潛能為零（ODP=0），溫室效應潛能較小（GWP=1）；有較高的單位容積制冷量；較好的傳熱性和流動性能；又是惰性氣體，不會燃燒或爆炸；價格也相對便宜，并維護起來方便。但是，二氧化碳在高壓下的安全問題讓行業人士產生許多質疑，如何解決這一難題成了二氧化碳熱泵壓縮機企業的嚴格考驗。 2012年開始，專業致力于氣體處理與壓縮技術

2、開發與裝備制造的凱德人研發了國內首套工業應用標準的二氧化碳空氣源熱泵機組，并已在國內廣泛開始應用，具有成熟的技術應用案例和經驗，目前該設備已成系列化，并命名為ECOLAND（銥蘭德）。由于二氧化碳制冷劑的特性及其低溫熱泵熔霜專利技術的應用，使熱泵機組能夠適應較低的環境溫度，最低達-20。同時二氧化碳空氣源熱泵余熱回收能量循環利用技術，實現冷、熱雙高效超臨界壓縮技術，不僅實現了為我們冬季供暖、夏季制冷,同時可產生高達90度的高溫熱水，真正做到了”一機多用”。使其應用領域更加廣泛。這里僅以鐵路示范項目為例；我國鐵路營業里程長，涉及地域廣闊，自然環境溫度變化大，單體建筑數量多。絕大多數建筑都需要冬季

3、供暖、夏季制冷，幾乎所有鐵路建筑都有生活熱水需求，此外，還有機車、車輛配件在維修中采用高溫熱水清洗的需求。為了研究二氧化碳熱泵機組在鐵路沿線建筑供暖中的應用，本課題選擇了以東北地區兩個具有代表性的城市丹東和通遼市為例,說明二氧化碳熱泵機組在高寒地區鐵路沿線建筑供暖中的應用情況。項目一、沈陽鐵路局沈陽供電段丹東66KV變電所 該建筑始于2003年，整體為一座2層辦公樓。磚混結構，墻體厚度約為50cm，屬非節能型建筑。建筑面積達600m2，共分為9個房間，即：值班室、工長室、職工休息室、會議室、材料庫、食堂、控制室、高壓設備間等。建筑設計共有40扇窗戶，建筑圍護結構的保溫隔熱和門窗的氣密性差。該建

4、筑原有的供暖方式為2臺13.5KW功率的電鍋爐進行供暖，沒有生活熱水使用。整個供暖系統不節能，運行費用高。應用技術方案（1）功能要求冬季供暖及每天生產1噸生活用熱水。（2）末端形式由于本項目沒有制冷要求，故末端形式不變，采用原暖氣片。（3）熱負荷計算公式丹東地區建筑單位熱負荷按60w/m2計算,則總熱負荷為 60×600=36（kw）1噸生活熱水熱負荷為（進水溫度為10，出水溫度為60）1000×4187×（60-10）/24×60×60=2.423（kw） 合計負荷：36+2.423=38.423（kw） 設安全系數為1.1 ，計算總負荷為3

5、8.423×1.1=42.2653（kw）（4）二氧化碳熱泵機組選擇依據天津凱德CO2空氣源熱泵規格參數表 丹東二氧化碳熱泵的選擇規格制熱量水流量冷水出口/入口溫度熱水出口/ 入口溫度輸入電功率ELLR-3559kw8m3/h10/1550/6025kw注：以上參數為環境溫度為-20時選定。（5） 二氧化碳熱泵供熱系統為滿足丹東66KV變電所冬季供暖并提供生活用熱水需求。系統主要設備構成：1臺ELLR-35二氧化碳機組；1臺有效容積為1.5噸的不銹鋼保溫生活熱水箱；1套電腦控制系統； 2臺空調循環泵（一主一備）和二臺生活熱水循環泵（一主一備）。項目二、沈陽鐵路局通遼車站二站臺值班室該

6、建筑為磚混結構，墻體厚度45cm，建筑面積60m2。二站臺值班室分為兩個房間：客運值班室和運轉值班室，客運值班室職崗7人，運轉值班室職崗2人，由于接送列車，出入頻繁，屋內溫度變化較大；該建筑內無暖氣片，只有上水管路，無下水管道。考慮到值班人員肩負著接發列車職責和保證站臺人員的安全。所以在建筑的三個方向都有玻璃窗，共計5扇，因此圍護結構的保溫隔熱就會受到一定的影響。應用技術方案（1）功能要求冬季供暖；夏季制冷。（2）末端形式采用二臺風機盤管。（3）冷熱負荷計算通遼地區冬季供暖熱負荷按照120w/m2計算 冬季熱負荷：120×60=7.2kw夏季空調冷負荷按照100 w/m2計算夏季冷負

7、荷：100×60=6.0 kw （4）二氧化碳熱泵機組選擇依據天津凱德CO2空氣源熱泵規格參數表通遼二氧化碳熱泵的選擇規格制熱量制熱量水流量冷水出口/入口溫度熱水出口/入口溫度輸入電功率ELLR-715kw12kw1.5m3/h10/1545/505kw注：以上參數為冬季環境溫度為-20、夏季環境溫度25時選定。（5）二氧化碳熱泵供熱系統根據通遼車站二站臺值班室的功能要求，選取了具有供暖和制冷性能的二氧化碳熱泵機組。系統主要設備構成：1臺ELLR-7二氧化碳熱泵機組； 2臺空調循環水泵（一主一備）； 1臺空調系統控制柜；1 套電腦控制系統。應用技術方案實施后的系統運行分析與對比1、系

8、統的能效分析能效比（COP）定義為熱泵輸出的冷量或熱量與輸入功率的比值。為了更合理的評價系統的節能性，日本的JRA4046標準和美國的ARI210240-2003標準均采用季節能效比作為能效評價指標。在環境溫度變化的情況下，機組的制冷和制熱性能都會有較大影響。圖中可見，系統制冷量隨著環境溫度的升高有明顯下降的趨勢，溫度在30以下時，制冷量為80KW，此后隨著環境溫度的升高，制冷量急劇下降。而冬季機組的制熱量隨著溫度的降低趨勢更加明顯，因此運行工況對二氧化碳熱泵的制冷量和制熱量影響非常顯著，由于機組輸出功率是一定的，也就表明二氧化碳熱泵的能效比（COP）值受環境影響非常顯著。制冷溫度變化圖 制熱

9、溫度變化圖二氧化碳熱泵機組在運行中主要有三種工況：一是丹東金山變電所的冬季供暖同時提供生活熱水；二是通遼車站二站臺值班室的夏季制冷和冬季供暖。由于機組運行工況不同，所以下面將分地區的進行能效分析，并與往年供熱方式進行對比。（1）丹東66KV變電所二氧化碳熱泵機組的能效分析二氧化碳熱泵機組不同溫度下的能效比環境溫度（）蒸發溫度（）蒸發壓力 （MPa）排氣壓力 （MPa）二氧化碳熱泵能效比電鍋爐、電暖器能效比121774.1812.53.20.9571223.67113.00.9527-33.229.62.60.95-32-82.808.42.40.95-8-3-132.4312.92.30.95

10、-13-8-182.0912.22.00.95-15-10-201.97121.980.95-20-251.5811.51.540.95-25-301.4610.51.360.95備注：二氧化碳熱泵機組工作工況為出水溫度60，回水溫度50（2）通遼站二站臺值班室二氧化碳熱泵機組能效分析二氧化碳熱泵機組不同溫度下的能效比室外環境溫度 蒸發溫度蒸發壓力MPa排氣壓力MPa二氧化碳熱泵能效比電暖氣能效比1217 7 4.18 11.53.2 0.95712 2 3.67 11.43.0 0.9527 -3 3.22 11.52.58 0.95-32 -8 2.80 11.42.41 0.95-8-3

11、 -13 2.43 11.02.3 0.95-13-8 -18 2.09 10.92.0 0.95-15-10 -20 1.97 10.91.98 0.95-20 -25 1.58 10.51.54 0.95-25-301.4610.11.33 0.95備注：機組工作工況為出水溫度45，回水溫度40【上述溫度參數均來自中國氣象局公共氣象服務中心所創辦的天氣網（由上述表中可以看出二氧化碳的能效比（COP）隨著溫度的下降而降低，從而制造的熱量也會隨著COP的值的降低而降低，但是，相同的室外溫度條件下，COP的值與傳統的加熱方式相比，仍然高出很多，制造相同的熱量，二氧化碳熱泵要優于傳統的的供暖方式，

12、換言之，二氧化碳熱泵比傳統的供暖方式節能。2、系統的能耗分析丹東66KV變電所，二氧化碳熱泵系統從2012年12月8日開始正式運行且記錄參數數值，因此，不能以整個20122013年度供暖期的耗電量來進行對比。則采用平均日耗電量對二氧化碳熱泵系統和電鍋爐供暖系統的節能效果進行比較。（1）電鍋爐供暖能耗分析：改造前本系統采用二臺電鍋爐供暖，總功率為27kw。根據沈陽供電段提供資料顯示：2011年11月15日2012年3月15日冬季采暖期（122天）消耗用電共計為75000kwh（不含生活熱水）；得出平均單位時間內所消耗的電能：75000/122=614（kwh/d）（2）二氧化碳熱泵供熱系統能耗分

13、析：丹東66KV變電所采用二氧化碳熱泵機組后，根據現場管理人員記錄的數據：從2012年12月8日到2013年3月18日（101天），系統運行用電共計為31209kwh（含生活熱水）。得出平均單位時間內所消耗的功率：31209/101=309（kwh/d）（3）兩種供熱形式能耗對比分析二氧化碳熱泵機組與電鍋爐運行對比參數表項目二氧化碳熱泵機組電鍋爐額定功率（kw）3027系統開停比1:1基本常開運行天數（d）2012年12月8日2013年3月18日（共計101d），2011年11月15日2012年3月15日（共計122d），電耗（kwh）31209（含生活熱水）75000（不含生活熱水）系統效率

14、3.01.360.9單位時間所消耗的平均電能kwh/d309614功能冬季供暖、生活熱水冬季供暖 （4）節能率計算節能率是在生產的一定可比條件下，采取節能措施之后節約能源的數量，與未采取節能措施之前能源消費量的比值，它表示所采取的節能措施對能源消費的節約程度。即得:（1-309/614）×100%=49.67%通遼火車站二站臺值班室：（1）電暖器供暖能耗分析：本系統供暖方式采用2臺電暖器，總功率為8kw。從2011年10月20日到2012年4月20日（采暖期184天）共計采暖用電35000kwh。得出單位時間內的所消耗的電能：35000/184=190（kwh/d）（2）二氧化碳熱泵

15、系統供暖能耗分析：依據現場記錄統計數據，從2013年1月30日到2013年4月12日，2013年10月20日到2013年11月19日（機組運行天數105天）共計采暖用電12724kwh。得出單位時間的所消耗的電能：12724/105=121（kwh/d）（3）兩種供熱形式能耗對比分析二氧化碳熱泵機組與電暖氣運行對比參數表項目二氧化碳熱泵機組電暖氣額定功率，kw5.258系統開停比常開基本常開運行天數2013年1月30日2013 年4月12日；2013年10月20日11月19日（運行天數：105天），2011年10月20日2012年4月20日（共計184天），電耗，kwh1272435000系統

16、效率3.01.30.9單位時間所消耗的電能kwh/d121190功 能冬季供暖、夏季制冷冬季供暖（4）節能率計算節能率是在生產的一定可比條件下，采取節能措施之后節約能源的數量，與未采取節能措施之前能源消費量的比值，它表示所采取的節能措施對能源消費的節約程度。即得:（1-121/190）×100%=36.3%通過以上的數據對比，我們可以明顯的看到二氧化碳熱泵年運行能耗遠遠低于往年使用的方案，其節能潛力大。3、系統的環保效益分析二氧化碳熱泵利用空氣能和電能，制冷劑為二氧化碳。空氣能是天然資源，電能在使用過程中是清潔環保的；但是電能在生產過程中也伴隨著污染物的排放，目前我國燃煤發電量依然占

17、據最大比例，高達70%以上。因此，根據資料計算可得不同種類能源的污染物排放量。消耗單位能源的污染物排放量能源名稱煙塵（kg）SO2(kg)NOx（kg）CO（kg）CO2（kg）燃煤發電（萬kwh）33.580.3690.7210523原煤（噸）7.516.7263.6222.71978柴油（噸）1.237.58.60.243186.6天然氣（萬Nm3）3.026.3018.430.06320180以丹東地區的供暖期122天為計算依據，假設二氧化碳熱泵和電鍋爐所消耗的電能是由燃煤發電所產生的。得出兩種供暖方式污染物排放量見表：丹東地區二氧化碳熱泵與電鍋爐供暖方式的污染物排放量比較方案煙塵（kg

18、）SO2(kg)NOx(kg）CO（kg）CO2（kg）二氧化碳熱泵135.28324.26278.632.9142493.97電鍋爐261.97627.96539.595.6392291.96以通遼地區的供暖期為184天為計算依據，假設二氧化碳熱泵和電鍋爐所消耗的電能是由燃煤發電所產生的。兩種供暖方式的污染物排放量見表：通遼地區二氧化碳熱泵與電暖氣供暖方式的污染物排放量比較方案煙塵（kg）SO2(kg)NOx（kg）CO（kg）CO2（kg）二氧化碳熱泵98234.92201.862.130786.08電暖氣117.25281.05241.52.5236830.5由此可見，二氧化碳熱泵消耗的電量少，污染