一、背景和目的

北京某住宅区是新建住宅小区，位于四环路外，该地区已有一燃煤集中供热锅炉房，但容量不能满足新建住宅的需要。根据有关规定，新建锅炉房一律不允许烧煤，只能燃气。

当前有多种采暖方式，主要特点如下：

表1　采暖方式及特点

采暖方式采暖设备特　　点集中供热大型锅炉、管网、热力站、用户设备节能，分户调节、按户计量比较困难分散采暖每栋楼或几栋楼设燃气锅炉，用户设备热效率高，设计时应考虑分户调节，按户计量问题分户采暖燃气两用炉管理方便，室温可调，实现了分户计量电采暖热泵具有调节控制方便等优点，运行费较高　　本文通过优化计算，从以上几种采暖方式中，选择一种技术上先进，经济上合理，便于管理，适用于住宅的采暖方式。研究对象是某住宅小区的能源模式，即能源的选择。目标值：

1.经济性，包括投资、成本、热价和总费用年值法。

2.环境保护。

3.节能性，比较一次能源的消耗量，确定节能效益。通过经济性分析，节能性分析、环境效益分析后，给出方案的各项指标。由于角度不同，结论是不同的。因此，最后必须进行综合性分析，根据综合评价指标，提出报荐方案。

二、住宅区概况

住宅分 Ⅰ、Ⅱ二区， Ⅰ区由 A、 B、 C、 D、 E、F六区组成；Ⅱ区由 A、 B、 C、 D、E五区组成。Ⅰ、Ⅱ区住宅设计按面积分为高、中、低三个档；设计以高层为主，辅以多层住宅；多层住宅以北京“九五”住宅标准为依据，采用了“新四合院”式，可达到较高的容积率和较好的环境，空间过渡符合人的心理需要。高层住宅以单塔式为主，辅以联塔。设计标准略高于“九五”住宅标准。主要技术经济指标见表2。

表2　Ⅰ、Ⅱ区主要技术经济指标

分　　类ⅠⅡ新建总建筑面积(m2)471660280000住宅建筑面积(m2)428360251340总居住户数(户)36102361平均每户面积(m2/户)118.6118.6三、采暖方式的比较

1.比较方案

(1)方案1：集中供热，在已建供热厂新建一台40t/h燃气锅炉，热水从锅炉房经过一次管网送至位于住宅区内的热力站。换热后，通过二次管网送至户内散热器。

(2)方案2：分散供热，分别在 Ⅰ区的 A、 B、C、 D、 E、 F六区内新建七座燃气锅炉房，在 Ⅱ区的 A、 B、 C、 D、 E五区内新建五座燃气锅炉房，通过管网将热水送至户内散热器。

(3)方案3：分散供热，分别在 Ⅰ区的35栋楼内，Ⅱ区的26栋楼内新建54座燃气锅炉房，直接将热水送至户内散热器。

(4)方案4：分户供热，在 Ⅰ区的3610户和 Ⅱ区的2361户内共安装燃气两用炉5971台，并在 Ⅰ区的 A10、 A11、 B1、 E4～E8、 F3和 Ⅱ区的 A4、 B5、 C4新建 13座燃气锅炉房，直接供用户采暖。

(5)方案5：集中供热，热源、管网、热力站与方案1相同，不同之处，新建一台燃煤炉。

(6)方案6：电采暖，分别在 Ⅰ区的35栋楼内，Ⅱ区的26栋楼内新建61个水源热泵供热系统，通过每户热泵机组将热(冷)风送至各房间内。

2.初投资比较(见表3)

表3　初投资比较

锅炉房投资

万元一次网投资

万元热力站投资

万元二次网投资

万元户内系统投资

万元天然气增容费

万元单位建筑面积投资

元/m2合　计

万元方案111082029.27507505250450137.810337.2方案21429.24　　188.76525045097.577318方案31639　　　525045091.87339方案44702.65　　　2400450100.37552.65方案5587.62029.27507505250　124.99366.8方案6　　　　　　250.018750　　计算时的几点说明：

(1)方案1锅炉房初投资。由于在已建供热厂内新建一台40t／h燃气锅炉，有些设备、厂地可以利用。只需增加一台锅炉、部分仪表、土建及工程费。合计投资约为1108万元。

(2)方案2、方案3锅炉类型选择原则： Ⅰ、Ⅱ区属高层住宅区，故首先是安全性，即应选择结构紧凑、体积小、可置于地下室或楼顶及各层的高效锅炉。其次是环保性，要求排放值、噪音均应符合国家规定。

通过调研，我们认为热水机组能满足上述要求。为了解决热水机组承受高层建筑水位压力的问题，拟采用外置板式换热器的间接加热方式，板式换热器可承受1.6MPa的压力，可拆卸、清洗、增减、更换。

(3)天然气增容费，北京市规定，增容费为1200元／Nm3。故Ⅰ、 Ⅱ区总计450万元。

(4)分户燃气两用炉：

目前进口、国产燃气炉型号只有18kW、23kW和29kW三种， Ⅰ、 Ⅱ区每户需要的约为 14kW，故存在容量偏大的问题。燃气两用炉具有采暖、供生活热水的功能。在方案比较时，应扣除生活热水部分的投资。

5971户×0.75万元／台=4478.25万元。

3.运行费用比较

(1)年需热量的计算(kWh)

Q=24.Z.qH=24×125×39.9=119．7

(2)与计算运行费用相关的数据：

燃煤锅炉 η=0.75，燃气锅炉 η=0．85，燃气两用炉 η=0．85，煤价为300元／吨标准煤，天然气家用为1.4元／Nm3，锅炉房为1．8元／Nm3，电价为0.5元／kWh。

(3)计算结果(见表4) 表4　运行费的比较　　　元/m2.a

耗能量燃料费维修费人工费合计方案114.42Nm325.963.29130.25方案214.42Nm325.962.420.528.88方案314.42Nm325.962.670.729.33方案414.42Nm320.182.45/22.63方案519.61kg5.93.12110.02方案639.9kWh19.952.5/22.45　　4.节能性比较(见表5) 表5　节能性比较

方案耗能量一次能耗量(标准煤)方案1～414.42Nm317.3方案519.61kg19.61方案639.9kWh16.39　　5.环境效益的比较

(1)各种燃料燃烧时产生的污染物(见表6) 表6　各种燃料燃烧时产生的污染物

二氧化氮二氧化硫烟　　尘煤　kg/t917s8A(1-η)油　kg/kL2.864.2s0.29(1-η)天然气　kg/万m36.31.02.4煤　kg/Mkcal1.442.74s1.22A(1-η)油　kg/Mkcal1.241.89s0.13天然气　kg/Mkcal0.670.0110.025　　注：s-含硫量，以%计；A-灰分，以%计；η-燃烧效率，以小数点计。

从表6可知，燃煤时产生的 NOx、SO2、烟尘远远高于燃气、燃油，北京年用煤量达3000万吨，是世界上烧煤最多的首都。进入采暖期，空气呈现为典型的煤烟型污染的特征，二氧化硫浓度从非采暖期的30～40微克／m3，猛增至标准的3．5倍，采暖期总悬浮颗粒物2/3来源于烟尘， 1／3来源于地面扬尘。这说明燃煤的污染是恶化城市环境的主要原因。