沈阳市地源热泵、热网等方式供热运行状况研究

刘 权

（沈阳市城市公用事业发展中心，辽宁 沈阳 110014）

能源是人类生存与经济发展的物质基础，然而随着世界经济持续、高速地发展，能源短缺、环境污染、生态恶化等问题逐渐加深，能源供需矛盾日益突出。辽宁作为中国的老工业基地，面临着十分严峻的资源和生态问题。辽宁省的能源利用结构，间接的造成了在生产生活排放污染物中碳含量高，老工业基地的产业结构是低碳经济发展的瓶颈。近年来，辽宁省产业结构虽得到一定程度的调整和改善，但产业结构不尽合理的状况依然存在。经济增长过多地依赖第二产业，而具有低能耗特征的第三产业和高技术产业发展明显滞后，比重偏低致使全社会能耗强度偏高。

城市供热系统是利用集中热源，通过供热管网等设施向用户供应生产或生活用热能的供热方式。集中供热系统广泛应用的热源主要是热电厂和集中锅炉房。冬季采暖是中国北方地区城镇居民的基本生活要求,降低供热成本、减少污染排放将成为行业的发展方向，市场潜力巨大。

1 燃煤锅炉

1.1 基本概况

选取辽宁省建筑设计研究院锅炉房为小型燃煤锅炉房典型代表。供热锅炉房位于沈阳市和平区，设在辽宁省建筑设计研究院院内，承担辽宁省建筑设计研究院、周边单位及住宅的供暖。该项目总供热面积为 41950m²，其中住宅建筑面积 21000 m²，公共建筑面积20950 m²。

锅炉房现有两台锅炉，一台 4吨燃煤锅炉，一台6吨燃煤锅炉。其中4吨燃煤锅炉已不能正常使用，现采暖主要由一台6吨锅炉供热。

冬季室外计算温度：-16.9℃；

冬季通风室外计算温度：-11.0℃；

供暖室内设计温度：≥18℃；

冬季室外平均风速：2.6m/s；

主导风向：C NNE；

大气压力：102.08kPa；

供暖方式与期间：连续152天；

热网供、回水参数：80/60℃。

1.2 运行费用情况

该锅炉房内设备均为1998 年安装使用，经核算当时锅炉安装费用共计为 50.8 万元。根据当时的锅炉房内设备情况，经过对现今锅炉设备费用及安装费用的成本计算，现阶段锅炉房内设备费用共计需245.8万元，折合建筑面积 58.6 元/m²。

辽宁省建筑设计研究院于 2008 年-2009年先后对辽宁省建筑设计研究院三栋办公楼进行了节能改造，建筑面积8409m²，并于2008年将锅炉房承包给供暖公司，由供暖公司负责运行维护管理。在节能改造以前，该锅炉房为单位自主运行维护管理，节能改造前锅炉房每年耗煤量1700 吨，单位面积耗煤量为40.52kg m²/年，煤价按照580 元/吨（煤低位发热量4800Kcal/kg），每年燃煤费用共计1700×580=98.6 万元。

在节能改造以后，根据近几年运行状况，锅炉房每年耗煤量1180吨，单位面积耗煤28.13kg/m²/年，煤价按照580元/吨（煤低位发热量4800Kcal/kg），每年燃煤费用共计1180×580=68.4万元。 节能改造前后运行管理费用汇总详见表 1。

表1 辽宁省建筑设计研究院锅炉房节能改造前后运行管理费用汇总表

按照供热公司收费状况，住宅28元/m²，办公32元/m²，住宅建筑面积21000 m²，公共建筑面积20950m²，每年收取采暖费用共计：21000×28+20950×32=125.84万元。

该锅炉房预计未来几年逐步被淘汰，并被热网所取代，但是通过这样的运行数据可以分析小锅炉房运行状况，分析围护结构对热源能耗的影响。

2 燃油锅炉

2.1 基本概况

选取原中兴燃油锅炉房为典型代表，沈阳中兴位于太原街，燃油锅炉房设在中兴地下车库地下一层，承担中兴沈阳商业大厦一期二期商业供暖需求，该工程建筑面积为14.1万/m²。

锅炉房共设燃油锅炉房四间，每间锅炉房设置3台燃油锅炉及一间储油间，单台燃油锅炉 1600kW（2.3 吨炉）。

供热范围：中兴商业大厦一期二期商业及地下车库。

冬季室外计算温度：-16.9℃；

冬季通风室外计算温度：-11.0℃；

供暖室内设计温度：≥18 ℃；

冬季室外平均风速：2.6m/s；

主导风向：C NNEl；

大气压力：102.08kPa；

供暖方式与期间：连续152天；

热网供、回水参数：60/50℃。

2.2 运行费用情况

由于供暖成本高，目前项目内锅炉基本处于闲置状态。该锅炉房内设备为 2009 年安装使用，当时锅炉安装费用共计为 451.2万元，折合建筑面积 32.0 元/m²。

本锅炉房为中兴自主运行维护管理，根据2010 年统计数据，每台燃油锅炉每小时的耗油量为 175kg，每台锅炉工作 12 小时，根据实际运行结果，不同时段开启频率不同，燃油锅炉房每天的耗油量大约为 10.1 吨。根据当时每吨柴油价格为 8000 元/吨，每天燃油锅炉的费用为8.08 万元，每个采暖季大约150 天，每年共需供暖费用 1212万元。

根据每年对锅炉房电费的统计，锅炉房电费单独计量，每年该锅炉房每个采暖季电量共计 361940 度，折合建筑面积2.57 度/m²，电费单价1元/度，每个采暖季共需电费共计 36.2万元。根据记录，锅炉房每年人工成本21万元，维修费用8万元。运行管理费用汇总详见表2

表2 沈阳中兴锅炉房运行管理费用汇总表

3 城市热网

3.1 基本概况

沈阳市城区供热主要以城市热网为主，选取中海寰字天下项目A区为典型代表，总建筑面积为24.7万/m²，其中住宅建筑面积19.7万/m²，地下车库面积4.28万/m²，公共建筑面积0.72万/m²，总采暖面积20.42万/m²。

冬季室外计算温度：-16.9 ℃；

冬季通风室外计算温度：-11.0℃；

供暖室内设计温度：≥18℃；

冬季室外平均风速：2.6m/s；

主导风向：C NNE；

大气压力：102.08kPa；

供暖方式与期间：连续152天；

热网供、回水参数：65/45℃。

3.2 运行费用情况

根据我们对各个热力公司的调研，大多数区域锅炉房平均每平方米耗煤量大约在 28-36 Kg/m²·年。本项目锅炉房一次网平均折合单位面积耗煤量为30.1Kg m²/年，煤价按照 580元/吨（煤低位发热量4800Kcal/Kg），每年燃煤费用共计 20.42x30.1x580=356.5 万元。根据换热站人员值班情况，每年人工成本为144万元，折合建筑面积为 0.71元/m²。根据其他换热站先前运行经验，换热站投入维修成本为每年约4万元，折合建筑面积0.2元/m²。中海寰宇天下A区运行管理费用汇总见表3。

表3 中海寰宇天下A区运行管理费用汇总表

4 水源热泵

4.1 基本概况

选取阳光100二期为典型代表，总供热面积为 20万/m²。其中住宅建筑面积18万/m²，公共建筑面积2万/m²。水源热泵机房设于园区地下一层车库内，设有六台螺杆满液式水源热泵机组和4台商用涡旋式水源热泵机组、9台热水循环泵、6台补水泵和软化水处理设备等。冬季室外计算温度：-16.9℃；冬季通风室外计算温度：-11.0℃；

供暖室内设计温度：≥18℃；

冬季室外平均风速：2.6m/s；

主导风向： C NNE；

大气压力：102.08kPa；

供暖方式与期间：连续 152天 ；

热网供、回水参数：55/45℃。

4.2 运行费用情况

该水源热泵机房为 2010 年安装使用，总投资共计1600 万元。其中抽水#11口，初投资7万元/口，回灌井32 口，初投资6万元/口，电气增容费用22 元/m²，水源热泵机房设备及安装费用粗略计算初投资为80元/m²。

4.3.1 水源热泵机房运行费用

阳光100 二期建筑面积20 万平方米，2013年实际收费面积约为16万平米，收费金额约为460 万。经过2013年整个采暖季电费统计结果表明，2013 年整个水源热浆机房总计用电量为 450万度电，折合建筑面积 22.5 度/ m²，整个采暖期，一期需电价总计约为 450 万度 x0.65元/度=292.5万元。该项目每年人工成本为 34.8 万元，折合建筑面积为1.74元/m²，维护费用为 0.3 元/m²。

表4 阳光00二期运行管理费用汇总表

5 各系统经济性分析

5.1 运行费用对比分析

通过对上述各供热方式对比，燃油锅炉的运行费用最高为 90元m²，是其他热源形式的4-5 倍;其次是燃煤锅炉和热网，运行费用在20-22元/m²; 最后是水源热泵系统，运行费用在16-22元/m²。对于新建小区或公共建筑，在接入城市热网便捷的地区，首选城市热力供热系统;若接入城市热网困难或无城市热力管网的地区，在地质条件允许、不影响周围环境的前提下，可以选择水源热泵系统供热;当采用前两者热源困难的地区，可以采用燃煤锅炉系统供热，但要做好除尘等技术措施，减少对环境的污染。

5.2 标准煤耗量分析

能源折标准煤系数=某种能源实际热值（千卡/千克）/7000（千卡/千克）。各热源形式标准煤耗用量详见表5。

表5 各种热源形式供热系统的耗煤量及耗电量表

综上，燃煤锅炉和城市热网供热系统单位面积标准煤耗用量基本持平，标准煤耗用量为21-24 kg/m²/年;其次是燃油锅炉供热系统，标准煤耗用量为16kg/m²/年;水源热泵系统的标准煤耗用量最小为8-10kg/m²/年。

5.3 污染物排放量分析

近年来，全球变暖已成为全世界最关心的环保问题。造成全球变暖的主要原因是大量的温室气体产生，而温室气体的主要组成部分就是二氧化碳。根据这关资料报道，国家发改委能源研究所推荐的碳排放系数为0.67.各热源形式污染物排放量详见表5。

表5 各种热源形式供热系统污染物排放量表

综上，燃煤锅炉和城市热网供热系统污染物（包括二氧化碳、二氧化硫、粉尘以及氮氧化合物等）排放量最大，其次是燃油锅炉供热系统，水源热泵系统的污染物排放量最小。

6 结语

现阶段，城市供热的热源仍以大型燃煤为主，但一定要解决燃煤锅炉热效率低和污染环境这两个间题。热电联产集中式供热供热效率高、污染小，具有明显的经济效益、社会效益和环境效益。因此，为有效利用能源，避免浪费，应从城市规划入手，研究和利用各种资源，尤其要充分利用天然资源，余热资源的废料资源，保证能源系统安全、稳定、长期运行。