貴陽市集中供暖現(xiàn)狀及熱源選擇分析

陳睿曦，毛瑞勇，張航銘，卞星星，陳 旺

（貴州大學(xué)土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

0 引言

以貴州省氣象局發(fā)布的貴州省冬季氣候評價（2019 年12 月—2020 年2 月）來看：貴州省冬季時間約105 d，全省平均氣溫為8.1 ℃；降水量為135.1 mm；日照時數(shù)200.6 h[1]；并且近年來，貴州極端氣候頻發(fā)，尤其是在冬季，不僅平均氣溫有走低的趨勢，且出現(xiàn)的暴雨、低溫雨雪凝凍、大霧等氣象災(zāi)害，均給各行各業(yè)及人民生活造成不利影響。由于其溫度低、空氣相對濕度大、降水多、日照少且極端氣候頻發(fā)的特點，集中供暖是很有必要的[1]。

本項目對貴陽各地區(qū)供暖現(xiàn)狀進(jìn)行實地調(diào)研，結(jié)合貴陽各地區(qū)的自然條件情況，在所得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上綜合分析各供暖方案的優(yōu)缺點，努力在不同地區(qū)尋求可實現(xiàn)的、性價比較高、對環(huán)境影響較小、運行管理較方便的供暖方式，為貴陽的集中供暖方案提供一定的參考依據(jù)。

1 貴陽市集中供暖現(xiàn)狀

不同于北方平原較多、冬季氣溫非常低，貴州在地貌上是一個以高原、山地為主的地區(qū)，高原、山原、山地約占全省總面積的87%，丘陵占10%，盆地、河流階地和河谷平原僅占3%。因此不適用像北方初投資非常大的城市集中供暖。貴陽市一年日均溫度穩(wěn)定，≤8 ℃的天數(shù)達(dá)到79 d，符合國標(biāo)中設(shè)置小區(qū)供暖指標(biāo)[2]。綜合來看，對于貴州省最合適的集中供暖方式應(yīng)為小區(qū)集中供暖，根據(jù)不同小區(qū)的地理條件因地制宜選擇合適的熱源。

貴陽市目前集中供暖的形式仍然以小區(qū)集中供暖為主，且范圍不大，僅有部分小區(qū)實施了集中供暖。從整體來看，各小區(qū)供暖時間基本都從11 月中旬至次年3 月初，且在熱源的選取上也不盡相同，既有傳統(tǒng)的鍋爐、直燃機形式，也有較為新穎的水源熱泵與空氣源熱泵形式。

1.1 供暖方案優(yōu)缺點

為了更方便的比對供暖方式的優(yōu)缺點，因此分別對5 種不同熱源的優(yōu)缺點列表比較，見表1。

1.2 供暖方式現(xiàn)狀對比分析

1.2.1 能耗分析

能耗作為熱源分析中的一大部分，不僅在設(shè)備運行期內(nèi)對經(jīng)濟(jì)效益有很大影響，對環(huán)境保護(hù)也會起到很大的作用?；茉醋鳛椴豢稍偕茉?，在現(xiàn)階段的熱源供應(yīng)中仍然占有很大一部分，并且對于電力的供應(yīng)也不可或缺。為了判斷不同熱源的能耗大小并衡量它對于環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的影響，因此做了以下能耗分析[7]，見表2。

表2 貴陽地區(qū)現(xiàn)有集中供暖方案調(diào)研（環(huán)保性分析）

1.2.2 費用分析

經(jīng)濟(jì)效益的高低，是熱源選擇方案中的決定性因素，因此我們對于不同熱源的費用進(jìn)行總結(jié)（見表3），以方便人們在熱源選擇上作為參照。

表3 貴陽地區(qū)現(xiàn)有集中供暖方案調(diào)研（經(jīng)濟(jì)性分析）

2 貴陽某小區(qū)假定熱源集中供暖方案對比分析

現(xiàn)以貴陽市花溪區(qū)某小區(qū)供暖負(fù)荷為例，對各供暖方案進(jìn)行模擬計算。貴陽市花溪區(qū)某小區(qū)供暖面積4.7 萬m2，供暖負(fù)荷604.8 kW。

2.1 能耗分析

作為所需費用的大部分，并出于對國家環(huán)保政策的響應(yīng)，因此對不同方案的能耗及污染物排放進(jìn)行比對，見表4。

表4 集中供暖方案能耗、污染物排放量及熱效率

通過對表4 的分析，可以發(fā)現(xiàn)在能耗的角度，燃?xì)忮仩t和直燃機均需要消耗約70 m3的天然氣，而水源熱泵、空氣源熱泵和地源熱泵則只需要電，因此燃?xì)忮仩t和直燃機均存在硫氮化物的污染物排放，而其余3 種污染物排放量均為0；從熱效率的角度，地源熱泵＞水源熱泵＞直燃機，其余燃?xì)忮仩t和直燃機遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于上述3 種?？傮w而言，在能耗分析方面，地源熱泵、水源熱泵和直燃機優(yōu)勢突出。

2.2 費用分析

費用分析采用現(xiàn)值法，計算公式如下：

式中：P1為初投資，元；P 為現(xiàn)值，元；A 為等額支付值，元；F 為終值，元；P/A，i，n 為年金現(xiàn)值系數(shù)；P/F，i，n 為現(xiàn)值系數(shù)。

除此之外，排污指標(biāo)的費用，按照某省政府指導(dǎo)價SO2為1.5 萬元/t，NOX為2.5 萬元/t 的價格進(jìn)行計算，作為污染物排放量對環(huán)境的影響在經(jīng)濟(jì)層面的估計值。

表5 貴陽市花溪區(qū)某小區(qū)集中供暖方案費用分析

為了比對相同供暖條件下不同集中供暖方案的費用，做了以下集中供暖方案假定費用分析，見表5。

根據(jù)表5，從經(jīng)濟(jì)性的角度分析，可以看出總費用由高到低分別為：直燃機＞空氣源熱泵＞燃?xì)忮仩t＞水源熱泵＞地源熱泵，即地源熱泵是經(jīng)濟(jì)效益最好的。

3 結(jié)論

根據(jù)我們對以上數(shù)據(jù)的分析可以看出，在能耗方面：①節(jié)能效果：地源熱泵＞水源熱泵＞空氣源熱泵＞直燃機＞燃?xì)忮仩t；②污染物排放量：燃?xì)忮仩t＞直燃機＞空氣源熱泵=水源熱泵=地源熱泵。在費用方面：①總費用：直燃機＞空氣源熱泵＞燃?xì)忮仩t＞水源熱泵＞地源熱泵；②運行費用：燃?xì)忮仩t＞直燃機＞空氣源熱泵＞水源熱泵＞地源熱泵；③初投資：直燃機＞水源熱泵＞地源熱泵＞空氣源熱泵＞水源熱泵。

通過對各種供暖方式數(shù)據(jù)的綜合對比分析，出于對貴陽市生態(tài)環(huán)境的保護(hù)及經(jīng)濟(jì)效益的最大化考慮，我們認(rèn)為在貴陽市集中供暖地區(qū)采用地源熱泵是較好的方案，無論是在費用方面還是在環(huán)保方面均有優(yōu)勢地位，使用年限也比其他熱源長出10年~15 年，是最適宜的貴陽市集中供暖熱源選擇方案。

雖然通過綜合分析得出地源熱泵從環(huán)保層面和經(jīng)濟(jì)效益層面為貴陽市集中供暖最合適的熱源選擇方案，但是受限于貴陽市的喀斯特地貌，地表條件復(fù)雜，且?guī)r石多為沉積巖，硬度不高且較脆，即使地?zé)釛l件豐富，在地源熱泵的應(yīng)用上也受限頗多。并且各項目受投資條件等的限制，因此在貴陽市復(fù)雜的地形條件下應(yīng)當(dāng)因地制宜，充分利用貴陽市各地區(qū)的自然資源條件和社會人力資源，在不同的區(qū)域針對不同的地理條件進(jìn)行合理的設(shè)計，例如在較大的南明湖水體旁小區(qū)可以使用水源熱泵，充分利用貴陽市不同的地質(zhì)條件，達(dá)到理想的供暖效果。