铁路客车冬季热泵式空调取暖和可行性

铁路客车冬季热泵式空调取暖可行性分析摘要：目前我国铁路空调客车冬季取暖仍然以电加热器取暖为主，电加热器取暖方式操作简单、基本满足客车取暖的要求。但是，由于现在能源状况趋于紧张，对于冬季取暖仍然以电加热器取暖为主的铁路客车而言，就显得有些浪费能源。借助已得到广泛应用的房间热泵空调技术，通过理论计算与分析，对在南方地区运行的铁路空调客车冬季采用热泵取暖的可行性、经济性、可靠性等方面进行分析，认证了铁路空调客车冬季采用热泵空调取暖的可行性。关键字：铁路客车热泵供热分析1铁路客车供热现状及问题随着铁路运行速度的不断提高，客车空调化是必然的进程，如何使铁路空调客车安全、快速、舒适、健康、高效运行，是铁路大提速的重要课题。目前我国铁路客车冬季取暖以电加热器取暖为主，电加热器取暖方式操作简单、基本满足客车取暖的要求；北方地区部分客车采用燃煤炉独立温水取暖装置，该装置也能达到客车取暖的要求，但乘务员操作强度增加，客室空气易被煤灰与煤烟污染；而电加热器耗电量太大，热效率不高，使用成本偏高，有的客车为了降低能耗，或避免火灾隐患，确保行车安全，行车中关闭车顶空调机组内新风预热器或通风机，以减少新风量，这样严重影响了客室的空气品质，在南方地区运行的客车，其车厢两侧的电加热器使用时间极短，使用效率极低。因此上述两种取暖都不是理想的取暖方式。近年来热泵技术在空调制冷行业得到广泛应用，技术也日益成熟，本文侧重于对铁路客车空调冬季采用热泵取暖进行探讨。2热泵技术在空调客车上使用的可行性分析2．1冬季客车热负荷计算2．1．1车内所需要的供热量冬季铁路客车车内所需热量的计算公式为：Q=Q1+Q6-Q3-Q5(kW)式中：Q1——车内外温差通过车体隔热壁损耗的热量，并考虑车门窗泄漏的热损失，一般泄漏热损失按(0．1～0．15)Q1计算，则：Q1=(1．1～1．15)KF(tB—tH)(kW)Q6——送入车内Gkg／s空气所需的加热量，Q6=GC’p(tn—tc)=GHC’p(tB—tH)(kW)其中tH——车内空气设计计算温度(℃)；tB——外气设计计算温度(℃)；tn——空气加热后的送风温度(℃)；tc——空气加热前的混合空气温度(℃)；C’p——一空气比热(kJ／kg.K)；Q3——n名旅客每小时散发的显热量，每人小时按64.55W计算；Q5——通风机与照明等散发的热量。计算时，取外气温度为-7℃，车内温度为18℃，泄漏的热损失系数为1.15，车体传热系数K=1.5W/(m2.K)，车体传热面积F=310m2来计算，则有：刑Q蚂1党=夜1辨．勒15K领F(检t缸B妨—互t秆H详)=1绣.15印*1.追5*3赴10滴*竟（共18革-刃（通-绑7焦）渣）俊=13阔.36薄9幅（部k想W父）调硬座车探所需热斤量：取母定员挠为肌11搏9但人，新吵风量暮为曾20m哭3用/h赠.狗人，则觉：导Q靠6隶=G填H筑C兰’系p纽(板t粪B通—挣t巨H喂)=1缸6.7嗽26床kW续Q=2廊2.4静14漠kW讯硬卧车显所需热辆量：取井定员升为涉6供7酬人，新蒸风量奖为伤20驾m衣3恳/h愉谢人隆Q吓6符=9令.41禾7(验kW)奏Q=等18.娇461怀kW潮软卧车优所需热灿量：取晌定员倍为傍3由7经人，新嫌风量醋为而20抢m旷3坛/h练河人紫Q刊6徒=5察.2(削kW)亮Q=缘16.聪181则kW倡2递．叫1谎．攀2垂对单元式退空调机叫组热泵笋循环供飞热量的答理论计稍算尤根据不竖同工况匹下制冷利量换算高公迹式直Q费0b魂=Q冒0a环λ只b坐q蛛vb蜘/和λ艘a援q然va骄，可计春算出不摊同工况咬下的制疗冷量。罪对帽于速KLD塘-29歌P释Q刚和防KLD渔-40腾P忧Q唤而言，俗其名义齿制冷倾量关Q她0a践=29垮.07要k与W拘和树Q绕0a垒=40愁.7验k邀W它时，查硬相关图魂得担λ布b烂、钱λ针a堂；再由活制冷系软统换热宋器计算竭公坦式油Q脱K呼=Q咱0告+部W惭，可得裹到在不斩同外气沃条件下壮，单元勇式空调毯机组一钞个制冷心系统热完泵循环兔时的产余热量分皮别如叨表迹1朱所示：篮不同外欲气温度拴条件下烫单元式薪热泵式辆空调机颜组的供搬热然量嫌币表镇1虏7淹0才C亏0吉0涂C毕-7俘0拍C扣-15敬0草C脆KLD福-29仗P郊Q再（宏1专个系统法）涛1剩7洁．商751朋kW愚1箱4榜．箩104窗kW议1贴2梨．艇686铜kW平1饥0取．治307比kW院KLD贪-40恶P态Q莫（竞1栗个系统烤）浊2纽5构．旺105曲kW宪1找9役．浩997位kW恢1炉8平．库011才kW酸1沾4蝶．望679余kW听冬季不徐同客车会车种节在阁-7知0薯C桑时，其愁所需热宾量与电徐加热器缸、单元捧式空调臣机组热肿泵的产粥生热量典如唐表帖2框所示：童电加热抖与单元炒式空调讯热泵方趣式供热酿量比度较趴童表亡2做电加热但器供热暮量赢热泵供扔热量践车厢需糕要的热尊量横YZ2令5插2版4查．世15k耐W招2督5储．裕372湖k草W沈（刻2济个制冷钻系统）货2丹2县．露414艇kW朋YW2窗5舅2病0面．名7kW腐1占8你．朵011摆k冶W辆（势1岔个制冷准系统）馅1疑8饿．辆461艇kW冤RW2枕5挎2厉0叹．影7kW韵1业8讯．悠011梁k商W道（会1粒个制冷隔系统）返1燕6辞．庸181翻kW状注滤：垮YZ2老5毁车用两谋台僻KLD畏-2街9缸机组，滚共亦4眠个制冷辞系统吗；天YW2所5枝与恼RW2暂5滤车均用雾一裂台延KLD菊-4忙0含机组，贷共逗2离个制冷牺系统。社2开．门2宴查用电量脖比较算现行的斤客车冬帽季的供报热都采遇用电加煎热的方列式，每此车种所沈耗电量护及单元到式空调谎热泵循质环时的璃耗电量尊如齐表堂3次所示：愈电加热您器与单赶元式空改调热泵饺耗电测量奶御表吉3衡电加热兆器用电索量（全轧负荷）贺热泵用恳电量饱YZ2赏5羞2动4氧．君15K三W督16K伟W总（裂13K挤W珠）欣（孝2悠个制冷侵系统）让YW2语5气2露0朱．荡7KW面11K靠W悼（单个熟制冷系童统）电RW2伴5矮2券0议．逼7KW芝11K洞W会（单个转制冷系方统）固2者．蛾3范危经济性破比较并房间空她调器的解运行经康济性与怜室内、蜘室外的勾空气状兰态有十穿分密切鞠的关系混，性能耍系数是断通常用耳来定量未反映运辽行经济鞭性的理顷论指标详，热泵充系统的懂性能系领数为：爸COP斤T痛=伞供热量董／消耗街功泥率遥=T庄0仰／钢(字T伯0跟-T忙1粉)酷式中吵：恨COP逼T冰-桃-贺理论性氏能系数紫，霜W逮／亿W辣；梳喘T叹0窃-翻-拥室内空宪气温度休，始K劣；迎T例1弄-舞-斗室外空魂气温度聪，滚K徒。赔考虑到欣种种热脑力不完攀善因素赛对实际见热泵系塌统效率贫的影响在，实际缺热泵系慨统的性风能系数很可以用颂下式表候示为兔：坐CO薯P貌=躬ξ雪COP亡T通=拖ξ邪[T鼓0收／指(矮T蜓0做-T室1乞)]确式中波：护COP鼓-战-奔实际性铜能系数扁，卖W好／啄W洒；狠厨ξ罪-丰-床热力完蜡善度。揪根据有常关资料升表明，穴当久T肯1决=愿-稀1亿9监℃辽，泪T奔0飘=2抓0肥℃脱时，性斑能系数只的计算史值仅钞为咽COP包=1.惠0W/跑W吹。此计球算结果贡的物理度意义就挤是，如岁果系统剑的热力逐完善度漂不变，摄当室外早气温降已低至水-势1撇9叼℃绳时，热麻泵系统威的耗电球量等于基供热量楚，从运议行经济跑性的角池度而言廊，热泵莲循环与皮电热供测热方式累已经相娇等，随羊着气温扣进一步凶将降低娱，热泵仔系统的万运行经捐济性将清低于电孔热器。辈而在我句国的长弄江流域予及其以子南地区逝，冬季研气温一厕般都收在债-异5水℃间以上（嫁表强4锻），即揪使特殊坊气候也白不会起宇过远-1诊9著℃吐。因此摘在这些伤地区采础用热泵保制热所课消耗的议电量肯虚定小于蝶纯粹的揭电加热混所需要根的用电派量。垮同理现枝在的客昨车供热劣如采用笼热泵供葛热，其允消耗的描电量小确于现行源的电加修热所需社要的用啦电量（玻上面的孩理论分变析也证州明了这殊点），滤客车运箩行的经颂济性是纯显而易绒见，同蛮时，单亏元式空迎调机组岗的电加呢热器和解客车车遥厢两侧秤的电加参热器也桂可以取谅消，降没低了客参车的制铁造成本慢。洲长江以屠南主要两城市冬孝季空气亮参数表减：闻浆表悠4难室外干典球温度贿（布℃颂）族室外相充对湿度毒（众%笔）酸南京符-6徐73龄上海抓-4炊75掌无锡具-4朵74英杭州幕-4伐77衣宁波歼-3座78细南昌邻-3伙74绞厦门盗6产73繁福州枪4房74蚁长沙彼-3祝81资武汉帖-5找76晶桂林驴0葡71脖汕头厕6贩79仰广州励5关70品南宁伸5翻75爆重庆好2谷82背成都酱1垂80假贵阳呆-3欧78上昆明盟1垫68奶2界．虚4辈旺可靠性酷分析输热泵技滑术的广映泛应用疼是由于跟，在一学定的运院行条件蜓下，与聚相同耗唇电量的踢电热器植相比，桐热泵能躁够提供闹数倍的宝供热量喉，但是持，热泵篇的运行衫特性受数运行条壳件影响改很大，抖尤其是退室外气亚温。在桨室外气财温较低宣时（比毕如抹-讽7净℃彼以下）兆，南方别地区湿窝度较大逼时，热熊泵空调朱面临的冷主要问塔题是室付外换热临器的融王霜和压俭缩机的虎运行情个况。根弓据唉GB/确T7静725敞-19伞9络6气《房间叹空气调表节器》孤规定，循热泵制栽热运行渣超低温顽工况是才室外空以气温度篮为干球冶温精度口-宗7乡℃唇，对应斩的湿球逮温逗度查-低8服℃恒。器而撤G欢B叨／必T1光576迫5-1爷99堵5现《房间争空气调课节器用蒸全封闭迫型电动宏机一压静缩机》雷规定，块其适用齿范围是鹊蒸发温绒度冒在尾-1扰5市～铜1敲5汽℃篇之间的瑞房间空跟气调节扯器用全谎封闭型庄电动压帽缩机。毫虽然压糖缩机标魔准没有拜直接说抬明对应浴的空调咳器在热副泵运行乱方式时路，室外颤温度是川多少，鹅不过，齐根据目阿前房间且空调器椒的实际玻技术配退置状况扰，在热石泵制热普运行时悟，热泵童系统的贡蒸发温伟度与室急外侧空雪气进风乌温度相仁差蹄5迁～双1拥0肃℃感来推算岭，在蒸伟发温度肤为戚-1避5勿℃浮时，室例外空气声温度约菌为鲜-公5居～乓1港0固℃臭之间。疼而在我虏国的长舌江流域疏（比如岩上海、粉杭州等犁地区）肾及其以轻南地区婆，冬季墙气温一吩般都均在袭-粗5芽℃领以上，丽一年中笑气温低晶于朵-魂7孤℃戴的时间律也是很讲少的。禁从而说督明在我碍国的长杀江流域跑（比如蔬上海、声杭州等凭地区）绳及其以玉南地区烤客车如原采用热鸭泵循环援还是可妄靠的。3结论墓从理论赤分析可尚知，虽棍然热泵册供热量任随着气方温的下贸降而减吴弱，但骆我国长灶江以南例地区运撤行的铁屿路空调揪客车冬默季取暖鲁可采用移热泵供府热，即昨能保证握乘客所派需的新得风量，它也能满紫足冬季念客车舒轻适、健热康的要友求。铲由经济得性比较练，采用华热泵取紧暖不仅洞热效率内高，耗阅电量小晋，降低醒了客车翼日常费文用，还号可以取衰消车厢斤