收費(fèi)亭紅外輻射智能加熱節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

1、收費(fèi)亭紅外輻射智能加熱節(jié)能技術(shù)應(yīng)用一、專家點(diǎn)評一、項(xiàng)目概述遼寧省地處東北地區(qū)南部，屬大陸性季風(fēng)氣候，冬季漫長，平均氣溫在-10 C 左右。遼寧省高速公路管理局所轄收費(fèi)站 225 個(gè)，設(shè)置收費(fèi)亭近 1600 個(gè)，現(xiàn) 有收費(fèi)工作人員約 7000 名，平均每人每天工作時(shí)間約 8 小時(shí)。在冬季， 防寒取 暖是保證收費(fèi)人員正常工作必不可少的措施， 傳統(tǒng)的采暖方式為采用普通電暖器 和分體空調(diào)，能耗大，且供暖效果不理想。為此，實(shí)施單位按先試點(diǎn)后推廣的模式， 2007 年 10 月，在沈陽至四平高 速公路 6 個(gè)收費(fèi)站的收費(fèi)亭內(nèi)安裝了 43 套紅外輻射加熱供暖裝置進(jìn)行試點(diǎn)， 共 投入18.33萬元。試運(yùn)行期間

2、，收費(fèi)亭內(nèi)最高溫度分別可達(dá)到（2025 ）C, 在相同供暖溫度條件下相比普通電暖氣節(jié)電約 30% ，取得了較好的防寒取暖和 節(jié)能效果。 基于此，遼寧省高速公路管理局 2008 年至 2011 年，共投入 625.17 萬元，在沈陽繞城、沈陽至吉林、沈陽至?？诘?17 條高速公路沿線 202 個(gè)收費(fèi) 站的 1407 個(gè)收費(fèi)亭內(nèi)安裝了紅外輻射加熱供暖裝置， 不僅改善了工作環(huán)境， 而 且減少了電能消耗。二、項(xiàng)目評價(jià)1. 項(xiàng)目先進(jìn)性和技術(shù)成熟度評價(jià)紅外輻射加熱供暖技術(shù)在采暖通風(fēng)領(lǐng)域處于國內(nèi)領(lǐng)先水平， 在民用建筑領(lǐng)域 已有應(yīng)用。本項(xiàng)目較好地解決了我國北方地區(qū)高速公路收費(fèi)亭冬季采暖問題， 技 術(shù)先進(jìn)成熟。

3、2. 項(xiàng)目節(jié)能環(huán)保潛力評價(jià)項(xiàng)目節(jié)電率約為 27% ，具有較好的節(jié)能效果。3. 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)項(xiàng)目每年可節(jié)約電費(fèi)約 250 萬元，投資回收期約 2 年，具有較好的經(jīng)濟(jì)效、人益。4. 項(xiàng)目的推廣應(yīng)用條件項(xiàng)目宜結(jié)合新建或改建收費(fèi)亭冬季采暖需求和電力供應(yīng)情況進(jìn)行推廣應(yīng)用。5. 項(xiàng)目推廣價(jià)值評價(jià)項(xiàng)目適合在我國北方地區(qū)高速公路收費(fèi)站的收費(fèi)亭內(nèi)推廣應(yīng)用， 尤其是冬季 平均氣溫在5 C以下，采暖期在90天以上地區(qū)的高速公路收費(fèi)站。三、問題及建議項(xiàng)目使用時(shí)需考慮必要的安全防護(hù)措施和保溫措施； 推廣應(yīng)用單位采用該項(xiàng) 技術(shù)時(shí)宜與其他電采暖方式進(jìn)行比較；相關(guān)主管部門適時(shí)出臺行業(yè)或地方標(biāo)準(zhǔn)， 為下一步推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)

4、二、經(jīng)驗(yàn)材料收費(fèi)亭紅外輻射智能加熱節(jié)能技術(shù)應(yīng)用實(shí)施單位：遼寧省高速公路管理局一、項(xiàng)目概況遼寧省高速公路管理局是遼寧省交通廳直屬的副廳級行政事業(yè)單位， 對全省 已建成通車的高速公路實(shí)施集中統(tǒng)一管理， 具體負(fù)責(zé)高速公路養(yǎng)護(hù)、 路政、收費(fèi)、 通信監(jiān)控和綜合服務(wù)的監(jiān)督管理工作。局下轄 18 個(gè)管理處、 1 個(gè)應(yīng)急處置中心 和 1 個(gè)國有企業(yè)。截至 2011 年底，全省高速公路通車總里程為 3300 公里，共 設(shè)置收費(fèi)站 225 個(gè)、服務(wù)區(qū) 104 個(gè)，全局共有職工 14,130 人。遼寧省地處東北地區(qū)南部， 屬大陸性季風(fēng)氣候， 冬季相對漫長， 平均氣溫在-15 C左右，采暖期約6個(gè)月。由于高速公路收費(fèi)

5、站大多遠(yuǎn)離城區(qū)，且具有二十 四小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的行業(yè)特點(diǎn)， 因此采暖期間保證收費(fèi)亭供暖效果和 7000 余名收 費(fèi)人員身體健康并降低能耗，是必須面對和解決的現(xiàn)實(shí)問題。 2007 年10 月， 高速公路管理局首先在京哈高速公路沈四段的昌圖等 6 個(gè)收費(fèi)站的收費(fèi)亭內(nèi)安 裝了 43 套紅外輻射加熱裝置，取得較好效果。 2008 年開始，逐漸加大了該技 術(shù)的推廣應(yīng)用力度， 目前，遼寧省高速公路總計(jì)安裝了 1450 套紅外輻射智能加 熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有供暖效果好、 節(jié)能和美觀耐用的特點(diǎn)， 相比傳統(tǒng)電暖器加空 凋的供暖方式，節(jié)電率在 20% 以上，不僅改善了一線收費(fèi)人員的工作環(huán)境，也 節(jié)約了能源二、節(jié)能原理（

6、1）基本構(gòu)造紅外輻射智能加熱系統(tǒng)主要包括紅外輻射加熱系統(tǒng)、智能溫控系統(tǒng)兩部分。 紅外輻射加熱系統(tǒng)， 由亭內(nèi)頂部和側(cè)部的面狀定向輻射板及防靜電電熱地板三部 分構(gòu)成，它將電能轉(zhuǎn)換成紅外輻射熱能，為亭內(nèi)收費(fèi)員提供正常工作所需熱量； 智能溫度控制系統(tǒng)穩(wěn)定控制輻射板和防靜電地板的加熱溫度， 溫度到達(dá)設(shè)定值后 自動停止加熱進(jìn)入保溫階段， 待溫度下降后自動啟動加熱系統(tǒng)， 保證亭內(nèi)溫度基 本恒定。（2）節(jié)能原理熱能傳遞的方法有三種： 傳導(dǎo)、 對流和輻射。 用電取暖設(shè)備一般采用對流和 輻射兩種傳熱方式。普通電暖器屬于對流傳熱制熱設(shè)備，對流加熱需要利用中間介質(zhì)來傳遞熱 量，中間介質(zhì)（以空氣為例）的分子碰撞到熱源的

7、高溫表面時(shí)，吸收熱量，其靠 近熱源空氣的溫度升高， 熱空氣上升， 上升過程中與冷空氣發(fā)生熱交換。 其傳熱 特點(diǎn)是：必須通過介質(zhì)傳熱，受熱物體只有表面接受熱量。紅外輻射加熱是從熱源表面直接發(fā)射出紅外輻射波， 只要中間沒有阻擋， 就 直接射向物體（人），中間的空氣分子不會吸收紅外輻射熱能， 而大多數(shù)物體（人） 表面具有吸收特性， 可以吸收紅外輻射熱能。 輻射加熱的特點(diǎn)是： 直接傳遞熱量、 傳遞速度快，吸收熱量大、部分透入物體表面，物體受熱比較均勻。因此，良好 的輻射源， 能夠使受熱物體吸收更多熱能， 增加能源利用效率， 是一項(xiàng)重要節(jié)能 技術(shù)。高速公路收費(fèi)站地處曠野， 收費(fèi)亭壁相對較薄、 保溫性能較

8、差， 由于需經(jīng)常 打開一側(cè)窗口進(jìn)行收費(fèi)， 導(dǎo)致亭內(nèi)熱量不斷流失， 熱能損失較大， 因此需要不間 斷的進(jìn)行制熱供暖。 在應(yīng)用紅外輻射智能加熱系統(tǒng)前， 收費(fèi)亭取暖采用普通電暖 器與空調(diào)結(jié)合的供暖方式， 由于電暖器加熱無精確溫度控制， 不能隨著外部環(huán)境 的變化而調(diào)整供熱量，造成收費(fèi)亭取暖能耗高，每平米耗能近 1KM ，超出國家 規(guī)定的建筑耗能指標(biāo) 10 倍，但供暖效果差，亭內(nèi)人員仍需要穿棉鞋、大衣進(jìn)行 收費(fèi)。應(yīng)用該技術(shù)后，可以根據(jù)需要對亭內(nèi)溫度進(jìn)行設(shè)定，溫度分布比較均勻， 亭內(nèi)工作人員反映良好，穿單鞋、秋裝就可以工作。為對比紅外輻射智能加熱系統(tǒng)與傳統(tǒng)電暖器與空調(diào)結(jié)合的供暖效果， 2007 年 2 月

9、，對京哈高速公路的錦州收費(fèi)站分別采用兩種供暖裝置的收費(fèi)亭內(nèi)多個(gè)位 置的溫度進(jìn)行了連續(xù) 72 小時(shí)的實(shí)測，結(jié)果如圖 1 和圖 2 所示圖 1 收費(fèi)亭采用電暖器熱源加熱的效果圖 2 收費(fèi)亭采用紅外輻射智能加熱系統(tǒng)加熱的效果通過曲線數(shù)據(jù)可知， 采用電暖器與空調(diào)取暖結(jié)合的收費(fèi)亭內(nèi)溫度分布上下不 均，收費(fèi)亭頂部溫度高， 收費(fèi)亭下部溫度低， 底部溫度更低， 接近亭外環(huán)境溫度。 此外，還存在白天日照充足時(shí)亭內(nèi)溫度較高，夜晚溫度急劇下降的情況。采用紅外輻射智能加熱系統(tǒng)可通過智能溫度控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)對亭內(nèi)溫度進(jìn)行 精確控制， 亭內(nèi)頂部輻射板對收費(fèi)員上部及腿部輻射加熱， 底部和側(cè)邊輻射板不 僅為收費(fèi)員的腳部和腿部提供

10、熱量， 同時(shí)側(cè)邊輻射板產(chǎn)生的少量對流熱量形成熱 風(fēng)幕，避免了亭外冷風(fēng)直接吹向人體。 除收費(fèi)窗口側(cè)溫度較低外， 其余亭內(nèi)空間 的溫度分布較均勻，工作人員始終在恒定的溫度下工作，提高了工作的舒適度。兩種加熱系統(tǒng)效果模擬，如圖 3 和圖 4 所示：圖 3 采用電暖器與空調(diào)結(jié)合供暖圖 4 采用紅外輻射智能加熱系統(tǒng)供暖通過對比分析可知，紅外輻射加熱系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點(diǎn)： 將紅外輻射加熱裝置設(shè)計(jì)成高效面狀輻射源， 并面向收費(fèi)員構(gòu)成局部立體 加熱區(qū)，充分利用有限熱源。 人體具有良好紅外吸收特性，能夠有效吸收輻射熱源，熱能利用率高。 除集中加熱區(qū)外， 其他區(qū)域溫度相對低， 即亭內(nèi)與內(nèi)壁接觸的空氣溫度相 對低，

11、熱能散失較少。 紅外輻射加熱系統(tǒng)熱蓄少、 加熱快， 有利于溫度自動化精度控制， 實(shí)現(xiàn)恒 溫供暖，減少加熱過程中的熱能損耗 消除了安全隱患。新系統(tǒng)與收費(fèi)亭有機(jī)結(jié)合，不僅節(jié)省了亭內(nèi)空間，而且 解決了電暖器加熱方式存在的易引發(fā)火災(zāi)、漏電、燙傷等安全隱患的問題； 使用壽命長、可靠性強(qiáng)。紅外輻射智能加熱系統(tǒng)的使用壽命在 20年以上， 且解決了長期使用熱效率低、可靠性差、易出現(xiàn)故障等問題。三、技術(shù)內(nèi)容為保證項(xiàng)目實(shí)施的可靠性，我局采取了先行試點(diǎn)再逐步推廣的工作方式。 高 速公路管理局在2006年至2007年冬季，分別選取了省內(nèi)高速公路最北端的毛 家店收費(fèi)站和中部地區(qū)的錦州收費(fèi)站作為試點(diǎn)單位。這兩個(gè)收費(fèi)站一個(gè)

12、地處遼 北，一個(gè)地處遼西，氣候條件不同，冬季溫差在 10 C左右，具有很強(qiáng)的代表性。 進(jìn)行工況測試時(shí)，同時(shí)采用新、舊兩種供暖方式對相鄰的兩個(gè)收費(fèi)亭進(jìn)行測試， 在亭內(nèi)安裝電度表、溫度表、濕度表等測量設(shè)施，指派專人負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和定 期上報(bào)。表1測試地點(diǎn)及周期路線名稱站名安裝日期測試周期京哈高速公路錦州站2006年12月2007年1月-2月沈山段（12小時(shí)）京哈高速公路毛家店站2007年1月2008年2月-3月沈四段（72小時(shí)）表2錦州收費(fèi)站統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表2007年1月加熱方式最低溫度最高溫度平均溫度耗電量節(jié)電率戶外溫度電暖器與空調(diào)結(jié)合15 °C18 C16.67 C19.3 度-3 -10

13、 C紅外輻射18 C21 C19.53 C14.7 度24%-3 -10 C2007年2月加熱方式最低溫度最高溫度平均溫度耗電量節(jié)電率戶外溫度電暖器與空調(diào)結(jié)合17 C23 C19.13 C15.5 度07C紅外輻射17 C20 C19.07 C7.95 度48%07C表3毛家店收費(fèi)站統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表2008年2月加熱方式最低溫度最高溫度平均溫度耗電量節(jié)電率戶外溫度電暖器與空調(diào)結(jié)合12 C24 C16.52 C114.6 度-25 -15 C紅外輻射16 C21 C20.04 C93.6 度18.30%-25 -15 C2008年3月加熱方式最低溫度最高溫度平均溫度耗電量節(jié)電率戶外溫度電暖器與空調(diào)結(jié)合

14、10 C21 C15.52 C106.6 度-25 -15 C紅外輻射11 C24 C19.52 C91度14.60%-25 -15 C從表中的數(shù)據(jù)可知，錦州站兩個(gè)月的測試期內(nèi)，在亭內(nèi)溫度提高3C的同時(shí), 紅外輻射供暖裝置節(jié)電率分別達(dá)到 24%和48% ;毛家店站兩個(gè)月的測試期內(nèi)， 在亭內(nèi)平均溫度提高4 C的同時(shí)，紅外輻射供暖裝置節(jié)電率分別達(dá)到 18.3%和 14.6%。兩個(gè)站的總平均節(jié)電率達(dá)到了 26.2%，同時(shí)亭內(nèi)各處溫度均勻性良好， 感覺舒適，取得了很好的供暖效果。2007年10月，應(yīng)用于京哈高速公路沈四 段的43個(gè)收費(fèi)亭時(shí)，對收費(fèi)亭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在保證收費(fèi)亭內(nèi)各項(xiàng)設(shè)施的 電氣性能不

15、受影響和使用安全的前提下，將紅外輻射供暖裝置嵌入收費(fèi)亭頂棚和 側(cè)壁，同時(shí)改進(jìn)了電熱地板的防靜電性能，使紅外輻射加熱裝置與收費(fèi)亭成為一 體（如圖 5 ），既減少了占地空間，又美觀整潔。通過幾個(gè)供暖期的應(yīng)用，收費(fèi) 亭的供暖和節(jié)電效果較穩(wěn)定。2008 年 10 月，高速公路管理局在沈陽繞城和沈吉高速公路各收費(fèi)站的收 費(fèi)亭安裝了 157 套紅外輻射供暖加熱裝置； 2010 年 10 月，在沈海等 7 條高速 公路 110 個(gè)收費(fèi)站的 717 個(gè)收費(fèi)亭安裝了紅外輻射供暖裝置。此外， 2010 年 至 2011 年間，對 199 個(gè)收費(fèi)亭實(shí)施改建的同時(shí)， 同步在其中加裝了嵌入式紅外 輻射供暖裝置。為推廣紅

16、外輻射供暖加熱裝置的應(yīng)用，自 2009 年起，全省新開 通高速公路的收費(fèi)亭全部采用紅外輻射智能加熱系統(tǒng)。圖 5 與收費(fèi)亭一體式紅外輻射加熱裝置四、推廣應(yīng)用條件本項(xiàng)目適用于我國北方地區(qū)高速公路收費(fèi)亭及各種移動的超限亭、執(zhí)勤亭 等，取暖效果較好。五、效益分析1. 節(jié)能效益截至目前，遼寧省高速公路共有收費(fèi)亭近 1600 個(gè)，應(yīng)用紅外輻射供暖系統(tǒng) 1450 套，其中單向亭 1250 套，雙向亭 200 套。高速公路收費(fèi)亭為 24 小時(shí)供 暖，具體節(jié)能量計(jì)算如下：(1)單向收費(fèi)亭單向收費(fèi)亭原使用 1 個(gè)電暖器，加熱功率為 2KW ，亭內(nèi)為 1P 空調(diào)，壓縮 機(jī)功率( 850W )與制熱功率( 500W

17、)共計(jì) 1.35KW ，供暖期內(nèi)日均運(yùn)行 11 小時(shí)；紅外輻射智能加熱系統(tǒng)的最大運(yùn)行功率為 2kW ，可根據(jù)需要設(shè)定亭內(nèi)環(huán) 境溫度，日均工作 13 小時(shí)；每個(gè)供暖期的運(yùn)行天數(shù)設(shè)定為 180 天(10 月中旬 至次年 4 月中旬，下同)。電暖器+ 1P空調(diào)日均用電量：(2 + 1.35 ) X1仁36.85(kWh );紅外輻射智能加熱系統(tǒng)日均用電量：2 X13=26 ( kWh );單向亭紅外輻射供暖系統(tǒng)日節(jié)電量： 36.8526=10.85(kWh )；單向亭應(yīng)用紅外輻射智能加熱系統(tǒng)和傳統(tǒng)電暖器與空調(diào)結(jié)合系統(tǒng)相比節(jié)能 率為：10.85 £6.85 X1OO%=29.44% ;單點(diǎn)供

18、暖期節(jié)電量：10.85 X18O=1953( kWh );1250套單向亭供暖期總節(jié)電量：1250 X953=2441250 ( kWh );換算標(biāo)準(zhǔn)煤： 2441250 X0.333 X10-3=812.94(噸)。注：電能折算標(biāo)準(zhǔn)煤的系數(shù)取值為 0.333kgce/kWh (按中國電力企業(yè)聯(lián)合 會公布的 2010 年 6,000 千瓦及以上電廠供電煤耗取值)(2)雙向收費(fèi)亭雙向收費(fèi)亭使用2個(gè)電暖器，加熱功率為4kW，亭內(nèi)空調(diào)為1.5P，制熱功 率為壓縮機(jī)功率(1275W )與制熱功率(750W )共計(jì)2.025kW，供暖期內(nèi)日 均運(yùn)行 11 小時(shí)；紅外輻射智能加熱系統(tǒng)的最大運(yùn)行功率為 4K

19、W ，可根據(jù)需要 設(shè)定亭內(nèi)環(huán)境溫度，日均工作 13 小時(shí)；每個(gè)供暖期的運(yùn)行天數(shù)設(shè)定為 180 天。電暖器+ 1.5P空調(diào)日均用電量：(4 + 2.025 ) X仁66.275(kWh );紅外輻射智能加熱系統(tǒng)日均用電量：4X13=52 (kWh )；雙向亭紅外輻射智能加熱系統(tǒng)的日節(jié)電量： 66.27552=14.275(kWh)；雙向亭應(yīng)用紅外輻射智能加熱系統(tǒng)和傳統(tǒng)電暖器與空調(diào)結(jié)合系統(tǒng)相比節(jié)能 率為：14.275 W6.275 X00%=21.54% ;單點(diǎn)供暖期節(jié)電量：14.275 X18O=2569.5(kWh );200套雙向亭供暖期總節(jié)電量：200 >2569.5=513900（kWh ）;換算標(biāo)準(zhǔn)煤：513900 ».333 >0-3=171.13 （噸）。 綜上，遼寧省高速公路應(yīng)用的 1450 套紅外輻射供暖系統(tǒng)年節(jié)能量約為295.52 萬度電，換算成標(biāo)準(zhǔn)煤約為 984.07