德商高速四女寺收费站能源改造项目

　　一、项目基本情况

　　四女寺收费站原采用电锅炉供热系统，存在能耗高、运行成本大、碳排放量高等问题。为响应国家“双碳”目标，推动绿色低碳发展，收费站决定实施清洁能源供热改造，将原有电锅炉系统替换为空气能热泵系统，以提高能源利用效率，降低运营成本，减少环境污染。同时，收费站保留了原电机锅炉，与空气能热泵系统实现了双热源，互为备用，提高了系统的稳定性，增加了用能保障。

　　二、主要建设内容

项目	规格/数量	功能说明
空气源热泵	2台（低温型）	采用喷气增焓技术，适应-20℃低温环境，提供稳定热源
补水泵	1台（变频控制）	维持系统水压稳定，自动补水
循环泵	2台（变频节能型）	提升热水循环效率，降低能耗
自控系统	1套（PLC+物联网）	智能调控温度、运行模式，远程监控
配套管网	改造优化原有管路	减少热损失，提高输送效率

 

　　施工周期：2024年11月11日进场施工，11月19日完成调试并实现实现供暖。

　　节能显著：相比原电锅炉，一个供暖季节省电费约6.6万元。

　　COP提升：平均能效比(COP)达2.8，较电锅炉(COP≈1.0)节能65%以上。

　　稳定供热：即使在-15℃低温环境下，仍能保持稳定供热，室内温度达标(≥20℃)。

　　智能控制：自控系统实现无人值守，远程调节，自动启停。

　　改造后照片

　　三、主要技术及工艺

　　空气能热泵系统概述：

　　空气能热泵是一种利用逆卡诺循环原理，从环境空气中提取低位热能，通过电力驱动压缩机做功将其转化为高位热能的节能装置。系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀四大核心部件组成，通过制冷剂的相变循环实现热量转移。相比传统电加热设备，其能效比(COP)可达3-4，节能效果显著。

　　主要技术路线：

　　压缩式热泵，采用电动压缩机驱动制冷剂循环，双级压缩适用于-25℃低温环境，通过压缩机转速调节实现30%-120%容量输出。

　　工艺流程：蒸发吸热阶段

　　低温低压液态制冷剂在蒸发器内吸收环境空气热量，相变为低温低压蒸气。蒸发器采用亲水铝箔翅片管设计，表面温度通常低于空气露点温度，会伴随除霜过程。

　　压缩升温阶段：压缩机将低温低压蒸气压缩为80-100℃高温高压气体，消耗1份电能产生3-4份热能。

　　冷凝放热阶段：高温制冷剂在冷凝器中与循环水进行热交换，加热水温至45-60℃，相变过程中释放的潜热占总换热量的60%以上。

　　节流降压阶段：高压液态制冷剂经电子膨胀阀节流，压力骤降导致温度下降，重新变为低温低压两相流状态。电子膨胀阀可精确控制过热度在3-5K范围内。

　　四、解决的主要问题及解决方案

　　原电锅炉系统存在的主要问题：

问题分类	具体问题描述	造成的影响
高能耗问题	电锅炉COP≈1.0，电能直接转化为热能，效率低下	电费支出高昂，年耗电量达15万度
运行成本高	依赖高价电力，无节能调节功能，电极等部件需定期更换	年电费约11万元，维护成本高
环保不达标	直接用电供热，间接碳排放高	不符合“双碳”政策要求
人工管理复杂	需专人监控水温、压力，手动调节负荷	人力成本增加，响应滞后

 

　　针对性解决方案

问题	解决方案	实施效果
高能耗	采用喷气增焓型空气能热泵	能耗降低65%，年节电近9.6万度
	变频技术动态匹配负荷，避免能量浪费
运行成本高	利用环境免费热能（空气源）替代纯电加热	电费从10.7万降至4.1万
	无电极等易损件，维护成本极低
环保不达标	零燃烧过程，无直接排放	减少二氧化碳排放63.14吨
管理效率低	加装自控系统，实现：自动水温调节，远程监控报警	减少90%人工干预

 

　　五、工程示范效果及成果

　　节能效果：四女寺收费站供热运行费用从10.7万元降至4.1万元，节省6.6万元。

　　减排效果：减少燃气和电力消耗，四女寺收费站供热期电量从16.1万度降低至6.5万度，节省用电量9.6万度，(按中国平均煤电效率)：1度电 ≈ 0.4千克标准煤，生产1度电排放约 0.997千克 二氧化碳(考虑电网平均排放因子)，根据以上数据计算，总共节省标煤34.6吨，减少二氧化碳排放63.14吨。

　　投资回报：四女寺项目投资回收期约2.9年。该案例获“全国交通与能源融合创新案例”。