【中國制冷網(wǎng)】摘要：目前我國鐵路空調客車(chē)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(mǎn)足客車(chē)取暖的要求。但是，由于現在能源狀況趨于緊張，對于冬季取暖仍然以電加熱器取暖為主的鐵路客車(chē)而言，就顯得有些浪費能源。借助已得到廣泛應用的房間熱泵空調技術(shù)，通過(guò)理論計算與分析，對在南方地區運行的鐵路空調客車(chē)冬季采用熱泵取暖的可行性、經(jīng)濟性、可靠性等方面進(jìn)行分析，認證了鐵路空調客車(chē)冬季采用熱泵空調取暖的可行性。

    關(guān)鍵詞：鐵路客車(chē) 熱泵 供熱分析
    

    1 鐵路客車(chē)供熱現狀及問(wèn)題

    隨著(zhù)鐵路運行速度的不斷提高，客車(chē)空調化是必然的進(jìn)程，如何使鐵路空調客車(chē)安全、快速、舒適、健康、高效運行，是鐵路大提速的重要課題。目前我國鐵路客車(chē)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(mǎn)足客車(chē)取暖的要求；北方地區部分客車(chē)采用燃煤爐獨立溫水取暖裝置，該裝置也能達到客車(chē)取暖的要求，但乘務(wù)員操作強度增加，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(chē)為了降低能耗，或避免火災隱患，確保行車(chē)安全，行車(chē)中關(guān)閉車(chē)頂空調機組內新風(fēng)預熱器或通風(fēng)機，以減少新風(fēng)量，這樣嚴重影響了客室的空氣品質(zhì)，在南方地區運行的客車(chē)，其車(chē)廂兩側的電加熱器使用時(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。近年來(lái)熱泵技術(shù)在空調制冷行業(yè)得到廣泛應用，技術(shù)也日益成熟，本文側重于對鐵路客車(chē)空調冬季采用熱泵取暖進(jìn)行探討。

    2 熱泵技術(shù)在空調客車(chē)上使用的可行性分析

    2．1冬季客車(chē)熱負荷計算

    2．1．1車(chē)內所需要的供熱量

    冬季鐵路客車(chē)車(chē)內所需熱量的計算公式為：Q=Q1+Q6-Q3-Q5

    式中：

    Q1――車(chē)內外溫差通過(guò)車(chē)體隔熱壁損耗的熱量，并考慮車(chē)門(mén)窗泄漏的熱損失，一般泄漏熱損失按Q1計算，則：Q1=KF

    Q6――送入車(chē)內Gkg／s空氣所需的加熱量，Q6=GC’p=GHC’p

    其中tH――車(chē)內空氣設計計算溫度；

    tB――外氣設計計算溫度；

    tn――空氣加熱后的送風(fēng)溫度；

    tc――空氣加熱前的混合空氣溫度；

    C’p――一空氣比熱；

    Q3――n名旅客每小時(shí)散發(fā)的顯熱量，每人小時(shí)按64.55W計算；

    Q5――通風(fēng)機與照明等散發(fā)的熱量。

    計算時(shí)，取外氣溫度為-7℃，車(chē)內溫度為18℃，泄漏的熱損失系數為1.15，車(chē)體傳熱系數K=1.5W/，車(chē)體傳熱面積F=310m2來(lái)計算，則有：

    Q1=1．15KF=1.151.5310）=13.369

    硬座車(chē)所需熱量：取定員為119人，新風(fēng)量為20m3/h.人，則：

    Q6=GHC’p=16.726kW

    Q=22.414kW

    硬臥車(chē)所需熱量：取定員為67人，新風(fēng)量為20m3/h人

    Q6=9.417

    Q=18.461kW

    軟臥車(chē)所需熱量：取定員為37人，新風(fēng)量為20m3/h人

    Q6=5.2

    Q=16.181kW

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    2．1．2單元式空調機組熱泵循環(huán)供熱量的理論計算

    根據不同工況下制冷量換算公式Q0b=Q0aλbqvb/λaqva，可計算出不同工況下的制冷量。對于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；再由制冷系統換熱器計算公式QK=Q0+W，可得到在不同外氣條件下，單元式空調機組一個(gè)制冷系統熱泵循環(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機組的供熱量表1

    冬季不同客車(chē) 車(chē)種在-70C時(shí)，其所需熱量與電加熱器、單元式空調機組熱泵的產(chǎn)生熱量如表2所示：

    電加熱與單元式空調熱泵方式供熱量比較表2

    25．372kW

    18．011kW

    18．011kW

    注：YZ25車(chē)用兩臺KLD-29機組，共4個(gè)制冷系統；YW25與RW25車(chē)均用一臺KLD-40機組，共2個(gè)制冷系統。

    2．2用電量比較

    現行的客車(chē)冬季的供熱都采用電加熱的方式，每車(chē)種所耗電量及單元式空調熱泵循環(huán)時(shí)的耗電量如表3所示：

    電加熱器與單元式空調熱泵耗電量表3
    

    電加熱器用電量
    熱泵用電量

    YZ25
    
         16KW

    YW25
    
         20．7KW

    RW25
    

    2．3經(jīng)濟性比較

    房間空調器的運行經(jīng)濟性與室內、室外的空氣狀態(tài)有十分密切的關(guān)系，性能系數是通常用來(lái)定量反映運行經(jīng)濟性的理論指標，熱泵系統的性能系數為：

    COPT=供熱量／消耗功率=T0／

    式中：COPT--理論性能系數，W／W；

    T0--室內空氣溫度，K；

    T1--室外空氣溫度，K。

    考慮到種種熱力不完善因素對實(shí)際熱泵系統效率的影響，實(shí)際熱泵系統的性能系數可以用下式表示為：COP=ξCOPT=ξ

    式中：COP--實(shí)際性能系數，W／W；

    ξ--熱力完善度。

    根據有關(guān)資料表明，當T1=-19℃，T0=20℃時(shí)，性能系數的計算值僅為COP=1.0W/W。此計算結果的物理意義就是，假如系統的熱力完善度不變，當室外氣溫降低至-19℃時(shí)，熱泵系統的耗電量等于供熱量，從運行經(jīng)濟性的角度而言，熱泵循環(huán)與電熱供熱方式已經(jīng)相等，隨著(zhù)氣溫進(jìn)一步將降低，熱泵系統的運行經(jīng)濟性將低于電熱器。而在我國的長(cháng)江流域及其以南地區，冬季氣溫一般都在-5℃以上，即使非凡氣候也不會(huì )起過(guò)-19℃。因此在這些地區采用熱泵制熱所消耗的電量肯定小于純粹的電加熱所需要的用電量。

    同理現在的客車(chē)供熱如采用熱泵供熱，其消耗的電量小于現行的電加熱所需要的用電量，客車(chē)運行的經(jīng)濟性是顯而易見(jiàn)，同時(shí)，單元式空調機組的電加熱器和客車(chē)車(chē)廂兩側的電加熱器也可以取消，降低了客車(chē)的制造成本。

    2．4可靠性分析

    熱泵技術(shù)的廣泛應用是由于，在一定的運行條件下，與相同耗電量的電熱器相比，熱泵能夠提供數倍的供熱量，但是，熱泵的運行特性受運行條件影響很大，尤其是室外氣溫。在室外氣溫較低時(shí)，南方地區濕度較大時(shí)，熱泵空調面臨的主要問(wèn)題是室外換熱器的融霜和壓縮機的運行情況。根據GB/T7725-1996《房間空氣調節器》規定，熱泵制熱運行超低溫工況是室外空氣溫度為干球溫度-7℃，對應的濕球溫度-8℃。而GB／T15765-1995《房間空氣調節器用全封閉型電動(dòng)機一壓縮機》規定，其適用范圍是蒸發(fā)溫度在-15～15℃之間的房間空氣調節器用全封閉型電動(dòng)壓縮機。

    雖然壓縮機標準沒(méi)有直接說(shuō)明對應的空調器在熱泵運行方式時(shí)，室外溫度是多少，不過(guò)，根據目前房間空調器的實(shí)際技術(shù)配置狀況，在熱泵制熱運行時(shí)，熱泵系統的蒸發(fā)溫度與室外側空氣進(jìn)風(fēng)溫度相差5～10℃來(lái)推算，在蒸發(fā)溫度為-15℃時(shí)，室外空氣溫度約為-5～10℃之間。而在我國的長(cháng)江流域及其以南地區，冬季氣溫一般都在-5℃以上，一年中氣溫低于-7℃的時(shí)間也是很少的。從而說(shuō)明在我國的長(cháng)江流域及其以南地區客車(chē)如采用熱泵循環(huán)還是可靠的。

    3 結論

    從理論分析可知，雖然熱泵供熱量隨著(zhù)氣溫的下降而減弱，但我國長(cháng)江以南地區運行的鐵路空調客車(chē)冬季取暖可采用熱泵供熱，即能保證乘客所需的新風(fēng)量，也能滿(mǎn)足冬季客車(chē)舒適、健康的要求。

    由經(jīng)濟性比較，采用熱泵取暖不僅熱效率高，耗電量小，降低了客車(chē)日常費用，還可以取消車(chē)廂兩側電加熱器，降低客車(chē)制造成本。

    假如能解決熱泵空調冬季結霜與融霜的問(wèn)題，熱泵技術(shù)在空調客車(chē)上使用是完全可行，且能確保行車(chē)安全。
    

    參考文獻：

    1、滕兆武，王剛．車(chē)輛制冷與空氣調節．北京：中國鐵道出版社，1996年

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    3、陳沛霖，岳孝芳．空調與制冷技術(shù)手冊．上海：同濟大學(xué)出版社，1990年

    4、黃遜青．家用電器科技．2002，7：60～63

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