貴陽市集中供暖現狀及熱源選擇分析

陳睿曦，毛瑞勇，張航銘，卞星星，陳 旺

（貴州大學土木工程學院，貴州 貴陽 550025）

0 引言

以貴州省氣象局發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200.6 h[1]；并且近年來，貴州極端氣候頻發，尤其是在冬季，不僅平均氣溫有走低的趨勢，且出現的暴雨、低溫雨雪凝凍、大霧等氣象災害，均給各行各業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的特點，集中供暖是很有必要的[1]。

本項目對貴陽各地區供暖現狀進行實地調研，結合貴陽各地區的自然條件情況，在所得數據的基礎上綜合分析各供暖方案的優缺點，努力在不同地區尋求可實現的、性價比較高、對環境影響較小、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。

1 貴陽市集中供暖現狀

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，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定，≤8 ℃的天數達到79 d，符合國標中設置小區供暖指標[2]。綜合來看，對于貴州省最合適的集中供暖方式應為小區集中供暖，根據不同小區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集中供暖為主，且范圍不大，僅有部分小區實施了集中供暖。從整體來看，各小區供暖時間基本都從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 供暖方案優缺點

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

1.2 供暖方式現狀對比分析

1.2.1 能耗分析

能耗作為熱源分析中的一大部分，不僅在設備運行期內對經濟效益有很大影響，對環境保護也會起到很大的作用。化石能源作為不可再生能源，在現階段的熱源供應中仍然占有很大一部分，并且對于電力的供應也不可或缺。為了判斷不同熱源的能耗大小并衡量它對于環境和經濟效益的影響，因此做了以下能耗分析[7]，見表2。

表2 貴陽地區現有集中供暖方案調研（環保性分析）

1.2.2 費用分析

經濟效益的高低，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行總結（見表3），以方便人們在熱源選擇上作為參照。

表3 貴陽地區現有集中供暖方案調研（經濟性分析）

2 貴陽某小區假定熱源集中供暖方案對比分析

現以貴陽市花溪區某小區供暖負荷為例，對各供暖方案進行模擬計算。貴陽市花溪區某小區供暖面積4.7 萬m2，供暖負荷604.8 kW。

2.1 能耗分析

作為所需費用的大部分，并出于對國家環保政策的響應，因此對不同方案的能耗及污染物排放進行比對，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，可以發現在能耗的角度，燃氣鍋爐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，因此燃氣鍋爐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，其余燃氣鍋爐和直燃機遠遠小于上述3 種。總體而言，在能耗分析方面，地源熱泵、水源熱泵和直燃機優勢突出。

2.2 費用分析

費用分析采用現值法，計算公式如下：

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

除此之外，排污指標的費用，按照某省政府指導價SO2為1.5 萬元/t，NOX為2.5 萬元/t 的價格進行計算，作為污染物排放量對環境的影響在經濟層面的估計值。

表5 貴陽市花溪區某小區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。

根據表5，從經濟性的角度分析，可以看出總費用由高到低分別為：直燃機＞空氣源熱泵＞燃氣鍋爐＞水源熱泵＞地源熱泵，即地源熱泵是經濟效益最好的。

3 結論

根據我們對以上數據的分析可以看出，在能耗方面：①節能效果：地源熱泵＞水源熱泵＞空氣源熱泵＞直燃機＞燃氣鍋爐；②污染物排放量：燃氣鍋爐＞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＞燃氣鍋爐＞水源熱泵＞地源熱泵；②運行費用：燃氣鍋爐＞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據的綜合對比分析，出于對貴陽市生態環境的保護及經濟效益的最大化考慮，我們認為在貴陽市集中供暖地區采用地源熱泵是較好的方案，無論是在費用方面還是在環保方面均有優勢地位，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保層面和經濟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，地表條件復雜，且巖石多為沉積巖，硬度不高且較脆，即使地熱條件豐富，在地源熱泵的應用上也受限頗多。并且各項目受投資條件等的限制，因此在貴陽市復雜的地形條件下應當因地制宜，充分利用貴陽市各地區的自然資源條件和社會人力資源，在不同的區域針對不同的地理條件進行合理的設計，例如在較大的南明湖水體旁小區可以使用水源熱泵，充分利用貴陽市不同的地質條件，達到理想的供暖效果。