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地铁排热回收热泵系统的技术经济性分析

王永镖,李炳熙

(哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,哈尔滨150001)

摘要:利用热泵系统对地铁排热进行回收用于供暖是一项新的节能技术,通过应用经济评价方法,比较分析了热泵系
统三种不同辅助热源的经济参数,得出总供暖容量1500kW,辅助热源采用燃气炉的热泵系统为最佳的结论.
关键词:地铁排热;热泵;供暖;技术经济性
中图分类号:TK11;F403.7文献标识码:A文章编号:1673-1603(2005)01-0026-04

地铁系统运营过程中机电设备散热、车辆运行发
热、旅客散热、新鲜空气带入的热量等,使得冬季地铁站
内的气温高于室外空气温度,即使在我国北方地区冬季
地铁站内的气温仍保持在10℃以上;而夏季地铁站内
的空气平均温度要低于室外空气温度.由于地铁客流量
大,需要很大的通风量,这将导致大量的热量和冷量被
排出,如果将这些热量和冷量用于供暖和空调,将节约
大量的能源.1989年日本札幌市设置了世界第一个地铁
排热回收热泵系统[1],用于区域供暖空调以及冬季的道
路融雪,但是由于所采用的系统过于复杂而且其制造成
本及运行费用昂贵等原因没有达到预期的经济效果
,.图1热泵供暖量与时间的关系图
1地铁排热回收热泵系统1.2热泵系统
如果地铁排热回收热泵系统为单级系统,如图2,
1.1地铁排风的热容量从图1可知,由于热泵的供暖量具有不稳定性,且地铁
哈尔滨地铁一期工程计划全长14.4km,建成后停止运行的时候,无法向用户继续供暖,所以系统中必
近期全线日客流量33万人次/h,最大站高峰期每小时须设置辅助热源.
上下客量分别为5400人和6500人,最大单向断面客
流量为2万人次/h;电能年消耗:牵引57312MW·h、
动力照明54660MW·h.不同时间段的客流规律以日
本札幌地铁站的客流规律[2]为准进行计算,假设通风
量与客流量成正比关系,热泵的供暖量可按下式计算:
COP
W=·△h·m
COP-1
式中W为热泵的供暖量;COP为热泵的制热因数;
△h为地铁排气经过热泵蒸发器的比焓降;m为空气
质量流量.计算结果如图1所示.

图2地铁排热回收热泵系统简图

收稿日期:2004-11-29
基金项目:2002哈尔滨市科技攻关计划项目(2002AA2CG049)
作者简介:王永镖(1977-),男,福建厦门人,博士研究生,主要从事能源利用和节能技术方面的研究.
第1卷第1期王永镖,等:地铁排热回收热泵系统的技术经济性分析72

映出投资规模对资金利用率的影响,所以单纯按财务
2技术经济评价方法及参数
净现值最大的准则进行方案选择,往往会导致评价人
供暖、供冷的主要技术参数有:供暖热负荷、空调趋向于选择投资大、盈利多的方案,而忽略盈利少、投
冷负荷;经济参数有:初投资、年经营成本、年总成本、资少,但投资效益更好的方案,因此财务净现值法一般
现金流量表等.要同净现值率法联合使用,以便说明方案的净现值是
2.1主要经济参数在什么投资水平上取得的.在资金短缺的条件下,一般
2.1.1初投资应侧重考虑净现值率这项指标.
热泵系统各部分投资之和,包括土建费、设备购置3)静态投资回收期
费、安装费及其它费用(设计费、监理费和不可预见的投资回收期是以项目的净收益抵偿项目全部投资
费用).所需要的时间,静态是指不考虑资金的时间价值.

2.1.2年总成本Pt为静态投资回收期,计算公式为:
P
系统各部分的运行费用,如水费、电费、燃料费;排t
∑(ACI-ACO)t=0
污费;管理人员工资;管理费;设备折旧费和设备维修、t=0
大修费等.2.2计算给定参数
2.1.3年经营成本2.2.1气象参数
年总成本中扣除设备折旧费.采暖室内计算温度为20℃;空调室内设计温度为
2.1.4现金流量表[3]27℃;采暖、空调室外计算温度参照哈尔滨地区2000年
采用现金流量表法计算投资项目的有关经济性参实际日平均温度值;年采暖天数180d;年供冷天数60d;
数,如财务内部收益率、财务净现值、净现值率及投资日供暖24h(其中18h为全负荷供暖,晚上的6h为半
回收期等.负荷供暖);日供冷小时数以实际需要小时数计算.
1)净现值指标2.2.2计算对象
指投资项目按基准收益将各年的净现金流流量折选取住宅楼为计算对象,供暖最大热负荷取70
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现到起点的现值代数和,计算公式为:W/m;空调最大冷负荷取70W/m.
n2.2.3热泵系统
-t
XNPV=∑(ACI-ACO)t(1+ic)热泵一机两用既供暖又供冷采用电动机拖动
t=0,,.

式中XNPV为净现值;ACI为现金流入,指供暖或空调辅助热源分别为:电锅炉、燃油炉、燃气炉.热泵供暖制

的销售收入、回收固定资产残值和回收流动资金;ACO热因数