1、集中供熱系統熱力站規模的優化黑龍江省暖通空調專家委員會 摘要：本文針對帶有熱力站的間接連接的供熱系統，建立理想化的熱網模型。針對一定供熱規模的熱力管網，提出多種一級網和二級網不同敷設的熱網對比方案，以費用年值法對100萬m2供熱面積為例進行經濟優化，并通過相同規模的熱網工程實例經技術分析比較后對理想模型進行了修正。在此基礎上提出了管網形狀修正系數的概念。在建筑密度從0.5到1.6的范圍內對熱力站供熱規模進行了優化，得出不同供熱規模情況下最優的熱力站供熱規模。關鍵詞：熱力站 一級網 二級網 費用年值 管網形狀修正系數 建筑密度1 問題的提出近年來，隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，我國集中

2、供熱工程的規模不斷擴大，目前的集中供熱工程中，通過熱力站間接連接的供熱系統占有相當大的比例。熱力站供熱規模的確定是集中供熱工程設計中一個非常常見的也是非常重要的問題。一般說來，對于一定規模的供熱系統，當單個熱力站的供熱規模較大時，熱力站的數量減少，一級網的規模減小，相應的減少了熱力站和一級網的初投資。同時由于二級網的規模擴大，增大了二級網的初投資，而且由于二級網的供回水溫差小，相應的運行費用增加。相反，如果熱力站的供熱規模偏小，就會出現換熱站和一級網的投資增加、二級網的投資減少運行費用減少的情況。由于熱力站的規模大小直接影響到工程的總投資和運行費用，因此如何選擇熱力站供熱規模使其在經濟上最合理

3、，已經成了目前的一個熱點問題。由于熱網的形式千差萬別，有些文獻是以純理論模型為依據進行優化，還有的則是完全以實際的工程為例進行分析。上述的研究結果顯然都有一定的局限，本文是課題組在理論模型基礎上結合實際多項工程統計數據進行修正后得出的結果，顯然更具有實際意義。2目標函數的建立和管網模型的確定21目標函數的建立本文中熱力站最佳供熱規模的優化主要是經濟上費用最低，采用年計算費用法作為經濟評價的目標函數。其公式形式為： (1)式中按動態法計算的年計算費用(萬元/年);K開始正常投產時的總投資額(萬元);C年運行費(萬元/年);利率或采用部門的標準內部收益率，本文取8%;m生產期(按國家有關規定選取)

4、。總投資費K用包括熱源、熱網（含檢查井）和熱力站三部分，熱源部分投資計算時采用建設部頒發的城市供熱熱源投資估算指標（HGZ47-104-99）進行估算；熱網投資采用建設部頒發的全國市政工程投資估算指標（HGZ47-102-96）進行估算。由于指標中的材料價格是按照北京市的1983年的價格編制，使用時要按規定調整到不同地區的現行材料價格標準。年運行費用C包括燃料費、水費、電費、折舊費、大修理費、工資及福利費、材料費和其他費等八項。燃料費燃料費是總成本中最主要的部分。燃料費燃料消耗量×燃料價格燃料消耗量 (1)式中： 燃料消耗量(t)；總供熱量(GJ)，含熱損失在內；燃料的低位發熱值(k

5、J/kg)；熱源的熱效率(%)；按不同熱源的形式取定；熱網的熱效率(%)，本文取95%。水費在熱水的生產和輸送過程中用于購買所消耗水的費用。單純的供暖系統水的消耗主要是指系統的補水。水費水消耗量×水價閉式熱力網補水裝置的流量，不應小于供熱系統循環流量的2%，事故補水量不應小于供熱系統循環流量的4%。電費在熱水的生產、輸送過程中，各種用電設備要消耗電能，電費成本的計算中用電設備主要考慮熱源輔機耗電和熱網熱力站內的設備（主要是水泵）的耗電。電費實際耗電量×電價間接連接的一級網循環水泵的揚程應不小于熱源、一級網、換熱器的阻力損失和；二級網循環水泵揚程應不小于換熱器、站內設備、主干

6、線和最不利用戶內部系統阻力損失之和。補水泵的揚程按可從水壓圖上得出，一級網、二級網補水泵流量按循環水量的2%計取。水泵功率 (2)式中水泵功率(kW)；水泵流量(t/h)；水泵揚程(Pa)；水的密度(kg/m3)，按平均溫度100確定為958.38 kg/m3；水泵效率，取65%。材料費材料費是指在熱水的生產、輸送過程中，維護管理所耗用的材料，備件低值易耗品的費用（燃料、水、電和大修理除外）。一般可參考供熱企業的統計值，按總供熱量估算。材料費總供熱量×單位供熱量費用指標折舊費是指固定資產在使用過程中因磨損而逐年轉移到產品成本、商品流通費用中的那部分資金。通過折舊方式計入成本的那部分固

7、定資產價值稱為折舊費。基本折舊費固定資產原值×基本折舊率其中，固定資產原值(0.90.95)×工程項目總投資。供熱工程項目基本折舊率采用4.8%（按服務期20年，凈殘值4%計算得出）。大修理費大修理費 固定資產原值×大修理費率。大修理費率目前按2.5%計算。工資及福利費生產和管理人員每人每年工資按10000元估算，福利費包括職工醫療費、福利基金、獎勵基金等，按工資總額的14%估算。供熱企業人員數可由可研編制中的定員確定，也可按單位供熱量指標估算，指標一般為0.420.70人/（GJ/h）。其它費用其他費用指上述7項中沒有包括的成本費用，如辦公費、差旅費、科研教育經

8、費及生產流動資金貸款利息等。其他費用可參考同類企業的指標按單位供熱量指標估算，也可按單位定員費用指標和職工人數估算。2.2管網模型的確定理想模型本文的計算中將以100萬m2的小區為例進行優化分析。由于熱力站的供熱規模在數學模型及物理模型中不可能是連續變化的，因此根據其供熱面積特點，分別取25、20、16、12、10、8、6、5、4個熱力站將其均分，建立理想化熱網模型，通過對熱網模型的統計計算得出熱網的初投資、運行費用的計算結果，即得4、5、6.25、8.3、10、12.5、16.7、20、25萬m2熱力站供熱規模情況下年費用的變化曲線。從中得到最優的熱力站供熱規模。小區為100萬m2供熱面積，

9、建筑密度為1.0。假定該工程為哈爾濱市未建成區，采用機械挖土，管道為預制保溫管，直埋敷設。管道采用波紋管補償器，該工程當年竣工。綜合面積熱指標選取65W/m2。一級管網的設計供回水溫度為130/80，二級管網的設計供回水溫度為95/70。在進行水力計算時，熱源內部阻力采用15mH2O，最不利熱力站的資用壓力為15mH2O，熱用戶的資用壓力為15mH2O，局部阻力當量長度百分數取30%。外網熱力站的布置方案及其供熱規模方案如圖1所示：實際模型本文選取某供熱地區的實際工程，熱網平面圖見圖2。該工程的占地面積為99.2萬m2，建筑面積為102.02萬m2。該地區多數為民用住宅，有部分學校、醫院、超市

10、、商場等公共建筑，無重工業生產單位，中心地帶有一占地2.5萬m2的公園；多數建筑為57層的多層建筑，在部分地區有1218層的高層建筑。熱源位置定于整個地區西側中央。該工程從外形上看與本文所選取的理想模型比較接近，道路比較規整。本文依照城市熱力網設計規范并遵循理想模型的設計原則對該工程進行相應熱網設計，如圖2所示。該設計依照原有地形及建筑物位置將該工程設立25個熱力站，并進行了一級網和二級網的布線。3 計算結果分析理想模型和實際模型的計算結果限于篇幅，本文從略。通過實際模型與理想模型計算結果對比可以得如下修正：對于100萬m2的理想模型，本文取一級網管網形狀修正系數為1.2；二級網管網形狀修正系

11、數為2.0（限于篇幅，管網形狀修正系數的計算過程略）。修正后的計算結果見表1、表2、表3。 (a) 供熱規模4萬m2 (b) 供熱規模5萬m2 (c) 供熱規模6.25萬m2 (d) 供熱規模8.3萬m2 (e) 供熱規模10萬m2 (f) 供熱規模12.5萬m2 (g) 供熱規模16.7萬m2 (h) 供熱規模20萬m2 (i) 供熱規模25萬m2圖1 理想的100萬m2供熱規模熱力站布置圖圖 2 實際工程熱網平面布置圖表1總投資估算表 （萬元） 序號工程或費用名稱方案1方案2方案3方案4方案5方案6方案7方案8方案9一建設工程費用7175 7112702069276792680268586

12、88669701 熱源工程285528552855285528552855285528552855熱水鍋爐房2855285528552855285528552855285528552 熱網工程4320 4257 4165407239373947400340314114一級管網1056 1056 976937838818689686632檢查井646362615858596061二級管網1378 1468 1607173117962026239225082709熱力站工程1822 16701521134412451044862777712二預備費7187117026936796806866896

13、97三固定資產投資7893 78237722762074717482754475757667四流動資金258 256 253249245245247248250五建設期貸款利息446 442 436430422422426428433六工程總投資8597 8521 8411829981388149821782508350 表2 年運行費用表 （萬元）序號費用名稱方案1方案2方案3方案4方案5方案6方案7方案8方案91 燃料費12323123312331233123312331233123312332 水費23.123.123.123.123.123.123.123.123.13 電費62.76

14、3.966.558.864.566.966.367.3674 材料費52.852.852.852.852.852.852.852.852.85 折舊費392388.6383.5378.5371.137106374.7376.2380.86 大修理費204.2202.4199.7197.1193.3193.5195.1195.9198.37 工資及福利111.7111.7111.7111.7111.7111.7111.7111.7111.78 其它費29.429.429.429.429.429.429.429.429.49 年運行費21092105210020842079208220862089

15、2096 表Error! No text of specified style in document. 費用年值計算表 （萬元） 方案利率I生產期m(年)投資k年經營費用初投資折算值費用年值1 0.08 20 8596.92108.7762.402841.102 0.08 20 8521.02104.7725.882830.583 0.08 20 8410.52099.6716.512816.114 0.08 20 8299.42084.2706.942791.145 0.08 20 8137052078.7697.282775.986 0.08 20 8149.22081.9694.252

16、776.157 0.08 20 8216.62086.0699.912785.9180.08208250.22089.3702.822792.1290.08208350.22095.9711.432807.334.建筑密度對于計算結果的影響建筑密度是反映供熱小區建筑面積集中程度的指標。是指一個地區總建筑密度與總占地面積的比值。在人口密集居住地區，規劃小區的建筑密度相對較高。在北京建筑密度多在1.01.6之間。而在北方的中等城市中，城市中心地帶建筑密度多在1.01.4之間，而在相對欠發達地區其建筑密度多小于1.0。在以前的研究中，一般忽視了建筑密度對于供熱經濟的影響，一般都是采用一個固定值計算。

17、由于存在巨大的差異，其結果并不能很好地反映客觀實際。建筑密度的大小將會直接影響到本文中計算的結果。建筑密度較大工程相對于同等供熱面積建筑密度較小的工程其供熱管網的占地面積要少，這直接導致了供熱管網造價的不同，而相對的其他部分造價不會出現較大的波動。因此，有必要針對不同的建筑密度進行熱力站的規模優化。本文所選取的算例中建筑密度的取值為1。在大型城市中建筑密度多在0.91.6之間，其中，1.11.4出現的比例較高；而在北方的多數中型城市中，建筑密度一般在0.51.4之間。因此本文選取0.51.6之間的12個建筑密度值進行分別計算，本文仍將以100萬m2供熱規模的工程為例，對其進行優化分析。5.最優熱力站供熱規模根據上述原則，經詳細的對比分析計算，得出不同供熱面積條件下的最優熱力站規模詳細結果見表4表4 不同供熱面積條件下的最優熱力站規模 (萬m2)建筑密度40萬m260萬m280萬m2100萬m2120萬m2150萬m2200萬m20.527.58101012.512.50.647.58101012.512.50.7488101012.512.50.8588101012.512.50.9588101012.512.51.06.788101012.512.5