貴陽地區(qū)高校供暖方案探究

張正飛，毛瑞勇，王師雨，張航銘，王中航，吳展鈺

(貴州大學(xué) 土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

貴陽地處低緯度高海拔的高原地區(qū),屬于亞熱帶濕潤溫和型氣候[1],貴陽市年平均氣溫為15.3℃，年極端最高溫度為35.1℃，年極端最低溫度為-7.3℃[2]。雖然貴陽地區(qū)屬于溫和地區(qū)，但也有“下雨當(dāng)作冬”的諺語[3]，且冬季漫長、空氣濕度大，日照不足，導(dǎo)致體感寒冷。通過對貴陽地區(qū)各大高校的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)很多高校學(xué)生自行采用暖風(fēng)機、小太陽、電熱毯等進行取暖，導(dǎo)致宿舍火災(zāi)頻繁發(fā)生，造成學(xué)校經(jīng)濟損失嚴(yán)重，學(xué)生人身安全無法得到保障。鑒于高校集中供暖有利于保障學(xué)生人身安全和保證學(xué)校安全穩(wěn)定，本文通過對貴陽地區(qū)已有的供暖方案進行實地調(diào)研，并分析這些方案應(yīng)用于貴陽高校的經(jīng)濟性、環(huán)保性、技術(shù)可行性等，最終探究出一種適合貴陽地區(qū)高校供暖的最佳方案。

1 貴陽現(xiàn)有供暖方案調(diào)研

對整個貴陽地區(qū)已有供暖方案展開調(diào)研，調(diào)研結(jié)果如表1所示。

表1 貴陽供暖方案分析

續(xù)表1 貴陽供暖方案分析

續(xù)表1 貴陽供暖方案分析

2 貴陽地區(qū)高校供暖方案比較分析

以貴州大學(xué)西校區(qū)2號學(xué)生宿舍為例，該建筑共有13層，建筑總面積為3657.4m2，供暖面積為2821.6m2，供暖負荷為664kW,學(xué)校供暖起止時間為11月10日～1月10日，以調(diào)研所得供暖方案為基礎(chǔ)進行各方案的經(jīng)濟、技術(shù)、環(huán)保等[4]對比分析。

2.1 各方案經(jīng)濟性分析

采用費用年值法[5]進行比較，其計算公式如下：

(1)

式中： L1-費用年值,萬元；

L-系統(tǒng)總投資，包括設(shè)備費用和安裝費用，萬元；

n-設(shè)備使用壽命，取20年；

i-年利率，取銀行利率5.94%。

計算數(shù)據(jù)采用調(diào)研結(jié)果表1中的經(jīng)濟指標(biāo)和運行費用，各方案經(jīng)濟分析的結(jié)果如表2所示：

表2 各方案經(jīng)濟分析表

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，綜合費用從高到低依次是：直燃型溴化鋰吸收式機組供暖>污水源熱泵供暖>地源熱泵供暖>水源熱泵供暖>燃氣熱水鍋爐供暖>空氣源熱泵供暖，可見六種方案中空氣源熱泵供暖的綜合費用是最低的，即最經(jīng)濟的。

2.2 各方案環(huán)保性分析

由于各供暖方案所使用的熱源驅(qū)動不一樣，故排放的污染物對環(huán)境的污染程度也不一樣，主要排放的污染物有CO2、SO2和NOX等。不同燃料單位污染物的排放量見表3所示：

表3 不同燃料單位污染物排放量[6] 單位：kg/kg

污染物排放量可以按以下公式進行計算：

M=m×v

(2)

式中：M-污染物排放量,kg；

m-燃料消耗量,kg；

v-單位污染物排放量，kg/kg；

計算得出各方案的污染物排放量見表4：

表4 各方案污染物排放量計算表 單位：kg

根據(jù)表4可以知道污染物排放量從高到低排列為：燃氣熱水鍋爐>直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組，而水源熱泵、污水源熱泵、地源熱泵和空氣源熱泵污染物排放量為零，即無污染物排放。

2.3 技術(shù)可行性分析

2.3.1 燃氣熱水鍋爐供暖

燃氣熱水鍋爐由城鎮(zhèn)管網(wǎng)直接提供燃氣，現(xiàn)場不需要固定的容器儲存燃氣，但是燃氣熱水鍋爐可能會因水力失調(diào)造成部分用戶采暖溫度過高，特別是不同使用性質(zhì)的建筑混在一起，按同一水平供熱，如果調(diào)節(jié)不當(dāng)，就會造成浪費能源。且使用的燃料為天然氣，有爆炸危險，存在一定的安全隱患。

2.3.2 直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組供暖

直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組因其對環(huán)境污染較小，既可供冷又可供暖而得到廣泛應(yīng)用。但是機組壽命一般不長，冷卻水量需求較大，需配備冷卻能力較大的冷卻塔。也正因如此，直燃機在貴陽市的利用程度較低。

2.3.3 水源熱泵供暖

水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)和生活熱水，一機多用，不僅節(jié)省了大量的能源，而且可以減少設(shè)備的初投資。但是水源熱泵的使用必須要有合適的水源，且水源需要滿足一定的溫度、水量和清潔度等條件，根據(jù)調(diào)查，貴陽高校周圍有可利用的地下水或地表水很少，導(dǎo)致水源熱泵在貴陽地區(qū)高校內(nèi)大范圍應(yīng)用缺乏條件。

2.3.4 污水源熱泵供暖

污水源熱泵供熱屬于廢物利用技術(shù)，不產(chǎn)生任何污染物，環(huán)境效益顯著。但是根據(jù)調(diào)查，貴陽地區(qū)的高校多在郊區(qū)，離城市污水處理點較遠，熱源在輸送過程中熱損失比較大，導(dǎo)致用戶側(cè)供熱量不足，需增加輔助熱源，導(dǎo)致投資增大，從而使得污水源熱泵在貴陽地區(qū)高校的應(yīng)用上不夠現(xiàn)實。

2.3.5 空氣源熱泵供暖

空氣源熱泵可實現(xiàn)自動運行，自帶溫控裝置和保溫層，可自動補水、加熱、斷電，可24小時提供熱水。用戶在任何天氣條件下，在任何時候都可享用熱水。但空氣源熱泵在室外溫度達到-5℃時機組結(jié)霜會很嚴(yán)重，甚至停機。氣象資料顯示，貴陽地區(qū)最冷月為一月，平均氣溫為4.6℃，而高校供暖時間主要集中在十一月和十二月，這對于空氣源熱泵的正常運行不會造成影響，因此空氣源熱泵上是能夠很好在貴陽地區(qū)高校進行推廣使用。

2.3.6 地源熱泵供暖

地源熱泵不向室外排熱，對環(huán)境很友好，但是貴陽地區(qū)屬于喀斯特地貌，特殊的地質(zhì)條件給地源熱泵的施工造成了極大的困難，除此之外，貴陽高校目前已基本建成，對于占地面積龐大的地源熱泵系統(tǒng)無空間進行施工，因此，地源熱泵不大適合作為貴陽地區(qū)已建成高校供暖方案。當(dāng)然，對于新建的高校，在地質(zhì)情況允許的情況下，可以采取該方案作為供暖方案。

3 結(jié)論

(1)根據(jù)我們調(diào)研所得的數(shù)據(jù)，并以貴州大學(xué)西校區(qū)2號學(xué)生宿舍為例，將六種方案的年費用進行計算比較，得到如下結(jié)果：燃氣熱水鍋爐的綜合費用為：248296.4元/年，直燃機供暖方案的綜合費用為：502565.8元/年，水源熱泵供暖的總額和費用是：289708.0元/年，污水源熱泵供暖的綜合費用是：393451.5元/年，空氣源熱泵供暖的綜合費用是：232975.7元/年，地源熱泵供暖的綜合費用是：330212.5元/年。由此可知空氣源熱泵供暖經(jīng)濟效果最好。

(2)燃氣鍋爐供暖的CO2、SO2和NOX的排放量分別是22.1kg、1.19×10-3kg、7.32×10-3kg，直燃機供暖的CO2、SO2、NOX的排放量分別是19.7kg、1.02×10-3kg、5.49×10-3kg，其余供暖方案的排放量均為零。在環(huán)保性方面，空氣源熱泵、水源熱泵、污水源熱泵和地源熱泵都較好。

(3)從經(jīng)濟分析、環(huán)保性能以及技術(shù)可行性方面得出的結(jié)論，空氣源熱泵是貴陽高校供暖的最佳方案。但是各高校在選擇供暖方案時，需要根據(jù)學(xué)校的地理情況、可利用熱源、經(jīng)濟情況及環(huán)保效益等，因地制宜，選擇最合理的供暖方案。