铁路客车冬季热泵式空调取暖可行性分析

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1、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。关键词: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

2、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

3、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(k2.K),车体传热面积F=310m2来计算,则有:Q1=1.15KF(tB—tH)=1.15*1.5*310*(18-(-7))=13.369(k3/h.人,则:Q6=GHC’p(tB—tH)=16.726k3/h人Q6=9.417(k3/h人Q6=5.2(kW)Q=16.181kW2.1.2单元式空调机

4、组热泵循环供热量的理论计算根据不同工况下制冷量换算公式Q0b=Q0aλbqvb/λaqva,可计算出不同工况下的制冷量。对于KLD-29PQ和KLD-40PQ而言,其名义制冷量Q0a=29.07kW和Q0a=40.7kW时,查相关图得λb、λa;再由制冷系统换热器计算公式QK=Q0+W,可得到在不同外气条件下,单元式空调机组一个制冷系统热泵循环时的产热量分别如表1所示:不同外气温度条件下单元式热泵式空调机组的供热量表1 70C00C-70C-150CKLD-29PQ(1个系统)17.751kW14.104kW12.686kW10.307kWKLD-40PQ(1个

5、系统)25.105kW19.997kW18.011kW14.679kW冬季不同客车车种在-70C时,其所需热量与电加热器、单元式空调机组热泵的产生热量如表2所示:电加热与单元式空调热泵方式供热量比较表2 电加热器供热量热泵供热量车厢需要的热量YZ2524.15kW25.372kW(2个制冷系统)22.414kWYW2520.7kW18.011kW(1个制冷系统)18.461kWRW2520.7kW18.011kW(1个制冷系统)16.181kW注:YZ25车用两台KLD-29机组,共4个制冷系统;YW25与RW25车均用一台KLD-40机组,共2个制冷系统。2.

6、2用电量比较现行的客车冬季的供热都采用电加热的方式,每车种所耗电量及单元式空调热泵循环时的耗电量如表3所示:电加热器与单元式空调热泵耗电量表3 电加热器用电量(全负荷)热泵用电量YZ2524.15KW16KW(13KW)(2个制冷系统)YW2520.7KW11KW(单个制冷系统)RW2520.7KW11KW(单个制冷系统)2.3经济性比较房间空调器的运行经济性与室内、室外的空气状态有十分密切的关系,性能系数是通常用来定量反映运行经济性的理论指标,热泵系统的性能系数为:COPT=供热量/消耗功率=T0/(T0-T1)式中:COPT--理论性能系数,W/W;T0--

7、室内空气温度,K;T1--室外空气温度,K。考虑到种种热力不完善因素对实际热泵系统效率的影响,实际热泵系统的性能系数可以用下式表示为:COP=ξCOPT=ξ[T0/(T0-T1)]式中:COP--实际性能系数,W/W;ξ--热力完善度。根据有关资料表明,当T1=-19℃,T0=20℃时,性能系数的计算值仅为COP=1.0W/W。此计算结果的物理意义就是,如果系统的热力完善度不变,当室外气温降低至-19℃时,热泵系统的耗电量等于供热量,从运行经济性的角度而言,热泵循环与电热供热方式已经相等,随着气温进一步将降低,热泵系统的运行经济性将低于电热器。而在我国的长江流域

8、及其以南地区,冬季气温一

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