燃气热源供暖系统综合经济分析

一、引言
　　
　　我国以往城市供暖主要以煤为燃料，供暖热源热效率低，燃烧产生大量SO₂、CO₂、NO_X和烟尘，成为北方城市冬季大气主要污染源之一。在燃煤热源的各种供暖方式中，因为大型燃煤锅炉便于集中处理烟尘、灰渣污染物，锅炉效率高于小型燃煤锅炉，故一般公认采用大型集中锅炉房的城市集中供暖优于分散锅炉房供暖，单户煤炉采暖最差。随城市能源结构调整，许多城市已逐渐用天然气替代煤作为供暖燃料。与燃煤相比，燃烧天然气CO₂排放可减少52%，NO_X可减少45%，无SO₂排放和灰渣产生^[1]；燃气锅炉效率高，大、中小型的锅炉效率区别不大；锅炉燃烧过程和出力易于调节控制。因此，以燃气为热源的供暖系统方案评价不能沿用燃煤锅炉的结论。
　　以燃气为热源时，可供选择供暖方式有城市燃气热电联产集中供暖、城市集中燃气锅炉房集中供暖、小区燃气锅炉房集中供暖和户用燃气锅炉供暖等。天然气热值高，燃烧易于控制，燃烧温度很高，火焰温度可达1400℃以上，有条件采用燃气轮机直接发电，燃烧后的高温烟气生产高压蒸汽可用于再次发电和供暖。这种热电联产方式充分利用燃气热值产生高品位电能和较低品位的热能。综合热效率较后三种高，经济效益也最佳，有条件时应优先考虑。但考虑到燃料价格等因素，城市电厂仍以燃煤为主。大多数情况下，可供用户选择的燃气供暖方式限于后三种。这三种供热方式特点对比见表1。
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　各种燃气供暖方式特点比较 　表1

	城市锅炉房集中供暖	小区锅炉房集中供热	户用锅炉分户供暖
热源建设费用	低	高	无
热源设备费	低	低	高
一次管网投资	有	无	无
二次管网投资	有，基本相同		无
室内系统投资	基本相同
管理费用	基本相同		低于前者
设备寿命	基本相同		低于前者
系统热损失	大	较大	无
热源效率	基本相同		低于前者
可调节性	差	较差	好

二、经济分析
　　
　　如表1所示，供暖系统经济性受建设费用、设备费用、系统寿命、燃气价格政策等许多因素影响，这些因素又因各地而异。因此，进行适用于各地的普遍性经济分析几乎是不可能的。本文只就北京地区行分析，各系统土建、设备和材料等费用均按当地普遍水平考虑。对于实际工程，则应根据实际情况而定。为方便下文比较，将城市集中燃气锅炉房供暖、小区燃气锅炉房供热和户用小型燃气锅炉房供暖分别定为方案一、方案二和方案三。
　　根据北京市规定，天然气价格商用1.8元/Nm³、民用1.4元/Nm³，天然气增容费1200元/Nm³。集中供热燃气锅炉和户用燃气两用锅炉效率取85%^[2]。方案一管网热损失取15%^[3]，考虑到方案二只有二次管网，热损失较小，故取10%，方案三无管网热损失。建筑冬季耗热量按40W/m²，采暖期140天，天然气低热值35MJ/Nm³。
　　
　　　　　　　　　　　　　　　各供热方式的初投资及运行费用比较（元/m²） 　表2

　　注：1.对于100 m²住宅（下同），户用两用燃气锅炉每台7000元，设备费用为70元/ m²，但考虑到因此可以节省热水器费用10元/ m²，故取60元/ m²。
　　2.因方案三具有各户独立调节的特点，燃料费用按节约30%计^[4]。
　　3.
　　4.年采暖电费包括水泵和风机耗电费用，方案一、二根据4和产品样本数据估算得出，方案三根据产品样本数据估算得出。
　　上表中各项初投资包括设计、设备购置、系统建设等全部费用，初投资总计为各项初投资之和；年经常总费用包括运行中燃料、电力费用和系统管理、维修费用。表2对各燃气供暖方式的初投资、运行费用两个指标给出初步定量的比较。但以它们都只反映各方案经济性的一个方面，在决策时只能就各方案的某一指标进行比较。要对各方案进行综合经济比较时就需要一个综合经济指标。因初投资、维修费、使用寿命之间存在内在联系，这种联系是引入综合经济指标的基础，也使对系统的综合费用分析成为可能。
　　寿命周期费用是指系统或设备从诞生到报废的整个期间各种费用的总和。对于供暖系统而言，寿命周期费用包括系统的购置费用（设计、设备购置、系统建设等）、在寿命周期中运行费用残值的总和。常用的寿命周期费用方法是将系统在寿命周期内所有发生的费用折算成系统设置时的价值。在一个系统中，各设备或子系统的寿命周期可能不同，为便于分析，需用将不同寿命周期的各设备和子系统折算成统一寿命周期费用。统一寿命周期采用各设备和子系统寿命周期的最小公倍数，每个设备或子系统的多次设置用贴现法折算成第一次设置时的现值。日后系统经常费用也采贴现法折算成初次设置时的现值。
　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）
　　P_a：现金总额，
　　A：日后每年的等额支付金额，
　　i：扣除通货膨胀等因素影响的净利率，
　　N：生产时间（年数）。
　　所以对每一既定系统而言，费用周期内部民贴现值P_Z为：
　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）
　　P_C：系统初投资现值。
　　考虑到各子系统使用寿命不一致，需要引入各子系统寿命周期的最小公倍数为系统统一的使用寿命，V。在此寿命时间中，若某子系统或设备需要投资j次，由各系统总设置费用贴现值：
　　　　　　　　　 　　　　　　　　　（3）
　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　（4）
　　利用式3可对不同寿命周期的各系统进行比较。因燃气锅炉效率随使用年限变化不大，以燃料价为基础的运行费用在使用寿命内也基本稳定，故可用锅炉使用寿命代替锅炉寿命周期。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　各方案综合经济比较 表3

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　各利率下总贴现值比较 表4

	一	二	三	三1
10%	472.4	419.4	305.6	344.3
8%	525.0	468.0	329.9	375.1
5%	631.5	566.6	380.2	437.5

　　　　注：N=20，i=10%
　　一般供热管网的使用寿命为20年，锅炉使用寿命10年，故可将表2中各系统的统一寿命周期定为20年，其中户用锅炉需更换一次。计算中系统设置费用为各次设置折算到初次设置时的费用。供暖系统的废置费用主要包括系统的拆除费用，拆除后的废旧材料回收视作系统残值，根据实际上情况，近似认为两者相抵，在计算中不再考虑，计算结果如表3所示。表中方案一和方案二天然气价格为1.8元/Nm³，方案三天然气价格为1.4元/Nm³，为比较相同燃料价格下各方案的经济必，对方案三也取1.8元/Nm³进行计算，在表中列为方案三¹。表4为在各种利率条件下总贴现值计算结果。
　　以上比较是建立在不采用分户热计量的条件下的。当采用分户热计量系统时，方案三不需改动，以燃气耗量计量代替热计量。方案一和方案二有两种形式，其一是在原双管采暖系统中每个房间的散热器上安装热计量装置，一般100m²左右房间需要5～6个热计量装置；其一是在各户采用章鱼式采暖系统，在每户引入总管上安装一个热计量装置。两种形式的室内采暖系统造价的差别主要在于热计量装置的购置上。一般认为分户计量可节能20-30%^[5]。因此，各方案的初投资和运行费用都有变化。此时寿命周期总费用贴现值比较见表5。
　　
　　 　　　　　　　　　　　　　　　　分户计量时各方案总贴现值比较 　表5

	一	二	三	三1
10%	389.7	341.8	305.6	344.3
8%	428.8	377.8	329.9	375.1
5%	508.2	450.8	380.2	437.5

	一	二	三	三1
10%	399.7	351.8	305.6	344.3
8%	438.8	387.8	329.9	375.1
5%	518.2	460.8	380.2	437.5

　　注：1.a为方案一和方案二采用双管采暖系统，引入总装一个热计量装置（200元/套），每户需要六个蒸发式热分配表（50元/个），总计折合5元/m²；
　　2.b为方案和方案二采用章鱼式系统，每户入户需要一个热计量装置（1500元/套），折合15元/m²；
　　3.采用分户计量后，各方案年采暖燃料费用都按节约30％计。
　　

三、结论
　　
　　1．每种方案的总贴现值都随利率提高而下降。这主要是因为在高利率下，日后每年所发生的等额费用相对于现值的贬值的程度较高。
　　2．无论在有无分户热计量的情况下，方案三的性都优于其它两个方案。在无分户热计量时，方案三的优势在于其具有各户独立调节功能，而产生节能效果的作用；在有分户热计量时，方案三的优势在于省去了热计量装置的投资。
　　3．当民用燃气价格低于商用时，方案三的优势更加明显。
　　4．当以燃气为燃料时，无论何种情况，采用城市集中锅炉房的集中供暖方式经济性都是最差的。
　　5．采用燃气为燃料时，燃料费用在总经济指标中所占权重较大。在供暖系统设计方案选择中应充分重视锅炉效率，系统可调节性等影响运行费用的指标，不可单一追求降低初投资而造成日后运行费用增加。
　　6．本文只就燃气热源供暖方式的经济性进行分析。供暖燃气热源的选择还涉及诸如安全、污染排放控制等各方面的问
题，应综合考虑。
　　

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　　1 李先瑞等，燃气供热的现状和展望，建筑节能，2000，31（3）：43-47
　　2 李先瑞等，住宅区采暖方式的选择，建筑节能，2000，29（2）：24-27
　　3 JGJ26-95，民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）
　　4 江亿，华北地区大中型城市供暖方式分析，暖通空调，2000，30（4）：30-32
　　5 徐伟等，供热系统按户计量技术的进展与评述，建筑节能，2000，29（1）：29-35