【S縣供熱網(wǎng)絡(luò)熱負(fù)荷案例探析及優(yōu)化設(shè)計（論文）15000字】

S縣供熱網(wǎng)絡(luò)熱負(fù)荷案例分析及優(yōu)化設(shè)計摘要隨著我國供熱供暖設(shè)施不斷的更新?lián)Q代，我國的城市供熱產(chǎn)業(yè)也迅速發(fā)展。同時在國家頒布的各項與供熱網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的政策措施推動之下，供熱網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計也已經(jīng)有了比較成熟的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)展具有清潔能源的城市工人網(wǎng)絡(luò)，并且以多種方式協(xié)同供熱。是未來供熱網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要方向。

環(huán)保高效的體城市集中供熱,可提高能源利用率，減少能耗，推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。本文從太原市S縣供熱片區(qū)供熱網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計出發(fā)，對太原市S縣供熱片區(qū)供熱的熱源設(shè)計、建造、運行成本進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計等問題進(jìn)行分析探討。本文的主要內(nèi)容有：

一.對太原市的供熱現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探討其中的問題和發(fā)展空間,分析供熱區(qū)設(shè)計的影響因素。

二.

結(jié)合供熱負(fù)荷計算方法，對S縣供熱片區(qū)的供熱負(fù)荷作出調(diào)查。確定供熱模式。

三.結(jié)合供熱管網(wǎng)的水力計算和散熱模型提出管網(wǎng)的成本模型。從供熱管網(wǎng)的建造，運行和管道散熱成本三個方面。對供熱管網(wǎng)的效益指標(biāo)進(jìn)行評判。

四.計算供熱管網(wǎng)的建設(shè)運行成本等因素，分析城市供熱網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)性和效益。摘要 1第一章緒論 21.1課題的研究背景 21.2國內(nèi)城市供熱網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?fàn)顩r 31.3課題的研究意義 3第二章太原市的供熱現(xiàn)狀分析 42.1太原市概況 42.2太原市氣候分析 42.3太原市供熱現(xiàn)狀 4第三章熱負(fù)荷特性分析 53.1熱負(fù)荷計算方法 53.1.1日溫變化系數(shù) 53.1.2注冊功率及年供熱量計算方法 63.2供熱負(fù)荷實例計算 83.3供熱熱源設(shè)計 93.3.1供熱熱源特性分析 93.4本章小結(jié) 10第四章基于設(shè)計負(fù)荷的供熱管網(wǎng)成本計算模型 104.1供熱管網(wǎng)的設(shè)計原則 104.2設(shè)計負(fù)荷下用戶供熱流量 114.3設(shè)計負(fù)荷下供熱管網(wǎng)設(shè)計的數(shù)學(xué)模型 124.3.1供熱管道的建設(shè)成本模型 134.3.2設(shè)計負(fù)荷下供熱管道水力模型 144.3.3城市供熱網(wǎng)絡(luò)管道散熱模型 164.3.4管網(wǎng)設(shè)計約束條件 184.4熱源接入點的影響分析及實例驗證 194.5本章小結(jié) 21第五章城市供熱網(wǎng)絡(luò)效益和經(jīng)濟(jì)性分析 215.1供熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)劣勢分析 215.2分散式供熱鍋爐與城市熱網(wǎng)供熱費用 225.2.1城市熱網(wǎng)供熱費用構(gòu)成 225.2.2分散式鍋爐用戶供熱費用構(gòu)成 235.2.3供熱網(wǎng)絡(luò)與分散式鍋爐供熱成本對比 235.3熱網(wǎng)的投資建設(shè)成本 255.4熱網(wǎng)的運行成本 255.5本章小結(jié) 26第六章總結(jié)與展望 27第一章緒論1.1課題的研究背景在寒冬時維持室內(nèi)的溫度適宜穩(wěn)定，是人類自古以來一直在追求的生存基本要求之一。從遠(yuǎn)古時代鉆木取火，再到古時的火爐，火盤，火炕。而隨著資本主義國家由工業(yè)到機(jī)械大工業(yè)的轉(zhuǎn)型，第一次工業(yè)革命在這個時候基本完成。歐洲逐漸把蒸汽的熱水作為熱媒來形成室內(nèi)的供熱，人類進(jìn)入了水暖時代。到了1877年，美國紐約建造了世界第一個區(qū)域鍋爐房，并向附近的14個家庭供熱，這種形式的供熱方式。在我國北方地區(qū)也叫做集中供熱。隨著科技的發(fā)展，供熱方式也在不斷迭代進(jìn)步。供熱材料從最早的柴火向著煤炭，燃?xì)?，集中供熱。再到使用綜合能源的大型城市供熱網(wǎng)絡(luò)供熱轉(zhuǎn)變。人類對取暖的需求從簡單的抵御嚴(yán)寒上著追求環(huán)保高向的高質(zhì)量供熱轉(zhuǎn)變。隨著供熱技術(shù)的不斷優(yōu)化與發(fā)展，同時也作為北方基本生活的重要保障手段,國內(nèi)的城市供熱網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在不斷發(fā)展,對國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展我滿足人民日益增長的物質(zhì)需求提供了一定的保障。但是目前國內(nèi)仍有個別地區(qū)的功能用戶仍在使用效率較低、污染比較嚴(yán)重、官網(wǎng)比較老舊的燃煤鍋爐，不僅造成了能源的浪費，也嚴(yán)重影響了空氣質(zhì)量。近年來，全國各地相繼出臺了燃煤鍋爐改造的工作安排，我家也頒布相關(guān)的政策，大力推動綜合清潔能源發(fā)展。中共中央對推動綠色環(huán)保的新型供熱模式，展現(xiàn)出了前所未有的信心與決心。而發(fā)展具有綜合清潔能源城市供熱網(wǎng)絡(luò)，是未來供熱模式的重要方向，其對我國的國內(nèi)城市供熱網(wǎng)絡(luò)具有新的要求和規(guī)劃。1.2國內(nèi)城市供熱網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?fàn)顩r大型城市供熱作為一種新型的供熱模式，近年來發(fā)展較快而且還有巨大的發(fā)展空間。因此，筆者認(rèn)為在構(gòu)建熱負(fù)荷模型之前有必要對該模式的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)一步分析。

自從改革開放以來，城市的經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展。隨之而來的是社區(qū)住宅面積的增加，因此供熱面積在也不斷增加。這就對供熱技術(shù)提出了新的要求。對于新建的住宅小區(qū)，因為集中供熱的工作效率比普通的分散式鍋爐工的效率比較高，而且具有環(huán)保節(jié)能的優(yōu)點，所以集中供熱鍋爐通常為首要選擇。盡管集中供熱鍋爐逐步取代民用煤爐和小型工人鍋爐，但分散式的鍋爐的比重仍然是最大的。據(jù)統(tǒng)計，在我國29個大中城市集中供暖模式中，分散式供熱鍋爐房供熱占我國總供熱面積的84%，其中高于90%的鍋爐房容量低于7MW。到了1980年之后，在國家相關(guān)政策和資助資金的幫扶下，我國集中供熱得到了較為迅速的發(fā)展。熱交換站、隔壓站、冷熱電聯(lián)產(chǎn)、調(diào)峰鍋爐房等相配套的集中供熱系統(tǒng)也在各個城市相繼建成。隨著我國城市大型集中供熱總面積的不斷增加，其中公寓成為我國城市供熱模式的首要選擇。

目前為止，北京、長春、太原、哈爾濱等大中型城市已經(jīng)建成和不斷完善大規(guī)模的城市集中供熱設(shè)施，并擁有一定規(guī)模的熱源、熱網(wǎng)、自動控制設(shè)備。集中供熱的發(fā)展?jié)M足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)生活需要，同時也改善了城市空氣環(huán)境，是城市設(shè)施最重要的基礎(chǔ)組成部分之一。

截至2007年底，我國的城市大型集中供熱總面積高達(dá)30億㎡。從2001年到2018年，我國城市集中供熱總面積的平均增長率高于15%。1.3課題的研究意義本文分析了國內(nèi)城市供熱網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合太原市的供熱現(xiàn)狀，對太原市S縣的供熱片區(qū)供熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計。從供熱片區(qū)的用戶熱負(fù)荷計算、供熱熱源選取、供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范、成本計算、熱損失計算等方面對工人網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計，并進(jìn)行效益和經(jīng)濟(jì)性分析。并結(jié)合公園網(wǎng)絡(luò)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，提出了兩種供熱管網(wǎng)布置的方案。筆者從供熱管網(wǎng)的布置、鋪設(shè)和運行成本考慮對供熱管道直徑進(jìn)行選擇和優(yōu)化，在節(jié)約建造和運行成本的同時，減少供熱網(wǎng)絡(luò)的散熱損失。最后進(jìn)行供熱官網(wǎng)的供熱效益和經(jīng)濟(jì)性計算。為其他供熱管網(wǎng)的規(guī)劃提供參考，對我國的城市供熱網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計也具有一定的參考意義。第二章太原市的供熱現(xiàn)狀分析2.1太原市概況太原市位于山西省中部，晉中盆地北部地區(qū)，地理坐標(biāo)為北緯37度27分到38度25分，東經(jīng)111度30分到113度09分。北東西三面群山，謂語是北靠系，舟山云中，山東聚泰航。西呂梁南街，有近四塞之要沖，控五原之都邑的美譽。據(jù)2019年人口抽樣調(diào)查，年末全市常住人口446.19萬人，比上年末增加4.04萬人。其中：城鎮(zhèn)人口380.36萬人，增加5.09萬人；鄉(xiāng)村人口65.83萬人，減少1.05萬人。2.2太原市氣候分析太原市地處中國華北地區(qū),三面環(huán)山，深處內(nèi)陸，冬季低溫少雨，溫度變化明顯，夏季高溫多雨，屬于典型的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。其年平均太陽總輻射量為每平方米4927.90兆焦耳，全年日照總時數(shù)為2285～2587小時，年平均降水量390～423毫米，氣溫8.10℃～11℃，積溫2375℃～3121℃，地面溫度10.50℃～13.40℃，風(fēng)速為每秒1.40～2.20米，地面氣壓887.10～927.80百帕，相對濕度為54%～58.20%，蒸發(fā)量為1459～1991毫米。無霜期153～178天。太原市供熱的氣溫和時長參數(shù)如下：表2-1太原市供熱計算參數(shù)太原市供熱計算參數(shù)冬季室外采暖計算溫度-10℃年平均溫度9.5℃供熱時長150天供熱期平均室外溫度0℃供熱期室內(nèi)設(shè)定參考溫度18℃一般而言，太原供暖時間是從當(dāng)年的11月1日到明年的3月31日，供暖的總時間為五個月，供熱天數(shù)約為150天。2.3太原市供熱現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計，一直到2016年底，太原市供熱總面積高達(dá)1.89億㎡并且還在逐年增長，供熱管網(wǎng)總長度大約為1142km，建成熱力站1568座。為打造環(huán)境優(yōu)美，和諧宜居的美麗太原，市政府將繼續(xù)推進(jìn)集中供熱全覆蓋，規(guī)劃遠(yuǎn)期2020年清潔環(huán)保型集中供熱面積達(dá)到2.1億㎡。太原的熱源類型大概可分為三中種：熱電聯(lián)產(chǎn)+工業(yè)余熱、大型燃煤燃煤熱源廠、大型燃?xì)鉄嵩磸S以及其他清潔能源熱源。其中，熱電聯(lián)產(chǎn)+工業(yè)余熱1.645億㎡，占比79.47%，其中古交興能電廠5264萬㎡，交城國錦電廠936萬㎡，太二電廠3682萬㎡，華能燃?xì)怆姀S1179萬㎡，嘉節(jié)燃?xì)怆姀S1383萬㎡，瑞光電廠1480萬㎡，太鋼工業(yè)余熱1150萬㎡。大型燃煤熱源廠1873萬㎡，占比9.05%，其中城南熱源廠1130萬㎡，城西熱源廠743萬㎡。大型燃?xì)鉄嵩磸S供熱面積845萬㎡，占比4.08%。其中小店446萬㎡，東山293萬㎡，晉源106萬㎡。其他清潔采暖1578萬㎡，占比7.62%。其中燃?xì)鈪^(qū)域供熱1254萬㎡，污水源、空氣源、地?zé)崮茈婂仩t等其他清潔方式供熱324萬㎡。第三章熱負(fù)荷特性分析在進(jìn)行供熱時，供熱用戶的供熱需求分為:(1)熱空氣在供熱用戶內(nèi)部以熱對流的方式通過墻壁和地面向外界散發(fā)熱量。(2)冷空氣進(jìn)入供熱用戶內(nèi)部，并被加熱到符合供暖需求的溫度。為了更準(zhǔn)確地預(yù)測為供熱用戶的熱負(fù)荷，我們需要計算或調(diào)查供熱用戶的注冊功率。注冊功率是供熱用戶在冬季最低室外溫度下能夠提供的最大功率。同時考慮實際情況時官網(wǎng)所存在的散熱損失，但設(shè)計功率時還是要多出10%來保證供熱充足。在本章中，介紹兩種方法計算供熱用戶熱負(fù)荷，并使用其中的第二種方法對太原市S縣供熱用戶的注冊功率進(jìn)行計算。將所有供熱用戶的注冊功率進(jìn)行累加后，再預(yù)測太原市S縣的年供熱量，并合理地選擇相對應(yīng)的供熱熱源。3.1熱負(fù)荷計算方法3.1.1當(dāng)天溫度改變系數(shù)在進(jìn)行供熱網(wǎng)絡(luò)熱負(fù)荷特性分析之前，我們引入當(dāng)天溫度改變系數(shù),該系數(shù)有助于我們更直觀的評估太原市的氣候條件和供熱網(wǎng)絡(luò)的實際工況，以便于對供熱用戶所需要的供熱功率進(jìn)行準(zhǔn)確的研究。當(dāng)天溫度改變系數(shù)可表述為室內(nèi)供暖溫度減去室外最高與最低溫度的平均值來，它可以用來反映供熱用戶在供熱時的實際工況。當(dāng)天溫度改變系數(shù)反映了供熱用戶在供暖系統(tǒng)供暖時其供熱熱源的工作環(huán)境，當(dāng)天溫度改變系數(shù)越小，室內(nèi)外溫差相差越小，說明供熱用戶的供熱負(fù)荷也就越低。而對于供熱期內(nèi)的室內(nèi)供熱溫度TREF，則需根據(jù)供熱用戶的實際要求而定：普通民宅一般為18℃，娛樂場所為20℃，初高中學(xué)等場所為19°C，醫(yī)院、養(yǎng)老院等場所則為21°C。ITCC=S?Tmax+Tmin2(3-1)

式中，

ITCC：供熱用戶當(dāng)?shù)氐漠?dāng)天溫度改變系數(shù);

S：采暖期時Tmax：供熱用戶當(dāng)?shù)禺?dāng)日的最高氣溫，°C;

Tmin：供熱用戶當(dāng)?shù)禺?dāng)日的最低氣溫，°C。當(dāng)計算出太原市2018每天的當(dāng)天溫度改變系數(shù)后，我們將供采暖期內(nèi)每天的當(dāng)天溫度改變系數(shù)累加求得總和，即為當(dāng)年的總當(dāng)天溫度改變系數(shù)。以當(dāng)年的當(dāng)天溫度改變系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的當(dāng)天溫度改變系數(shù)作相比較，分析出全年供熱的實際工況，計算當(dāng)年的供熱量。標(biāo)準(zhǔn)的當(dāng)?shù)禺?dāng)天溫度改變系數(shù)由該城當(dāng)?shù)貧v史的氣溫數(shù)據(jù)平均值及發(fā)展現(xiàn)狀確定。太原市的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)天溫度改變系數(shù)取為2300。

ITCC總=式中：

ITCC總：全年總當(dāng)天溫度改變系數(shù)ITCCi：某日的當(dāng)天溫度改變系數(shù)下表是太原市2018年的當(dāng)天溫度改變系數(shù)：表3-12018年太原市當(dāng)天溫度改變系數(shù)月份1月2月3月4月5月6月當(dāng)?shù)禺?dāng)天溫度改變系數(shù)ITCC672.5544290.5117-28-158.5月份7月8月9月10月11月12月當(dāng)?shù)禺?dāng)天溫度改變系數(shù)ITCC-214-197.559.5290.5250712.5年當(dāng)天溫度改變系數(shù)23注冊功率及年供熱量計算方法1)歷史供暖數(shù)據(jù)推算當(dāng)供熱用戶用已有的天然氣、燃煤或燃油鍋爐供熱，可以根據(jù)其過往的供熱數(shù)據(jù)對這種鍋爐的效率以及供熱用戶一般所需的供熱量進(jìn)行計算。在獲得供熱用戶過往的供熱數(shù)據(jù)后，將過往的年耗熱量乘以平均當(dāng)天溫度改變系數(shù)與當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的當(dāng)天溫度改變系數(shù)之比，即可得出供熱用戶的注冊功率。反過來，也可以用當(dāng)天溫度改變系數(shù)與注冊功率反推算出供熱用戶當(dāng)年消耗的供熱量。QU=CREF×式中：CREF：ITCCREAL：ITCCREF：一般來說，對于民用住宅的供熱用戶，加熱系數(shù)為1。而對于學(xué)校、辦公場所等，加熱系數(shù)一般為1.8。而體育館等場館內(nèi)供熱面積比較大、單層高度比較高、閑置時間比較長，加熱系數(shù)一般為3.3。再結(jié)合以下公式，即可計算得到當(dāng)年該供熱用戶的實際注冊功率:Ps=QU式中:Ps：TEMINIMUM：S：加熱系數(shù)。對于新接入供熱網(wǎng)絡(luò)的供熱用戶，可能會由于供熱習(xí)慣的改變或者接入供熱網(wǎng)絡(luò)前后供熱管網(wǎng)的新舊程度不同而導(dǎo)致注冊功率推算不準(zhǔn)確。所以在接入熱網(wǎng)后，需要對供熱用戶的供熱功率和耗供熱量進(jìn)行持續(xù)的跟蹤，方便及時調(diào)整供熱用戶的注冊功率。2)熱體積法若已配備了供熱鍋爐的供熱用戶無法查到過往的供熱歷史數(shù)據(jù)而沒有辦法得到供熱用戶的實際供熱量，那么可以根據(jù)供熱用戶的建筑面積、建筑高度、建筑年代、供熱溫度等方面使用熱體積法對供熱功率進(jìn)行計算。計算公式如下:

PS=G式中：PS：供熱用戶的注冊功率(W);

V：供熱用戶的供熱體積(m3

);

G：供熱用戶的體積熱損失系數(shù)(W/m3);

?供熱期內(nèi)，室內(nèi)的一般供暖溫度為18℃，室外平均溫度0℃,室外最低溫度-10℃，根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》中計算供暖年耗熱量公式：Q年=i=1nPi×HQ年：S縣Pi：供熱用戶Hi：供熱用戶的供熱時長(h);

TAVE3.2供熱負(fù)荷實例計算根據(jù)3.1的熱體積法,對太原市S縣供熱網(wǎng)絡(luò)片區(qū)的標(biāo)志性供熱用戶的供熱體積及供熱負(fù)荷進(jìn)行估算。其結(jié)果如下表所示:表3-1供熱片區(qū)潛在用戶注冊功率調(diào)查名稱建筑面積/㎡單層高度/m體積/m3體積熱損失系數(shù)注冊功率/kW集中性住宅135778.502.8380179.801.618856.92工業(yè)園區(qū)401600.0052008000.002124496學(xué)校34989.903.1108468.691.86052.553學(xué)校11650.65334951.951.81950.319集中性住宅38392.202.8107498.160.61999.466集中性住宅82410.302.9238989.870.352593.04購物中心1882.562.85271.170.8130.725辦公場所3388.00310164.000.6189.0504集中性住宅343176.492.8960894.171.647660.35學(xué)校28316.40384949.201.84740.165集中性住宅8409.612.823546.911.61167.927博物館1929.4159647.052598.1171辦公場所4523.68313571.040.6252.4213醫(yī)院6159.012.817245.231.8962.2837學(xué)校35348.042.795439.711.85325.536學(xué)校13446.842.837651.151.82100.934集中性住宅9505.442.826615.231.61320.116產(chǎn)業(yè)園81671.025408355.10225318.02如下圖所示，居民建筑的供暖時長大約為每年1800小時。學(xué)校的供暖時長大約為每年1000

小時，辦公室的供暖時長為每年1200小時。而博物館、體育中心等供暖面積比較大的場所，每年供暖時長可達(dá)580小時。工業(yè)園每年供暖時長約為580小時。醫(yī)院對溫度要求較為嚴(yán)格，每年供暖時長大約為1800小時。表3-2供熱片區(qū)用戶供暖時長及年耗熱量名稱注冊功率/kW供暖時長/h預(yù)計年耗熱量/MWh工業(yè)園區(qū)12449658057766.14學(xué)校6052.552910004842.042學(xué)校1950.318810001560.255集中性住宅18856.918180027153.96集中性住宅1999.465818002879.231集中性住宅2593.040118003733.978購物中心130.724972000209.1599辦公場所189.05041200181.4884集中性住宅47660.351180068630.91學(xué)校4740.165410003792.132集中性住宅1167.926618001681.814博物館598.1171580277.5263辦公場所252.421341200242.3245醫(yī)院962.2837218001385.689學(xué)校5325.535710004260.429學(xué)校2100.934310001680.747集中性住宅1320.115518001900.966產(chǎn)業(yè)園25318.01658011747.56根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》，結(jié)合太原市S縣地區(qū)的供熱用戶的供熱條件，S縣供熱片區(qū)全年的供熱量高達(dá)193926.35MWh(1MWh=10^3kWh)。需要注意，該結(jié)果僅僅是估算的，是為了計算供熱網(wǎng)絡(luò)所耗能量的數(shù)量級，不能將它用來準(zhǔn)確地估計該片區(qū)的實際年耗熱量。3.3供熱熱源設(shè)計由表3-1可知，S縣的供總注冊功率為245.71MW，意味著供熱熱源需要提供245.71MW的供熱需求，同時為對一些鍋爐負(fù)荷的極端情況，或?qū)硇枰尤敫嗟墓嵊脩簦岬臒嵩窗凑?50MW選取。在該片區(qū)的熱網(wǎng)設(shè)計中選用兩臺58MW的燃?xì)忮仩t和一臺168MW的清潔燃煤鍋爐。燃?xì)忮仩t用的天然氣主要成分為甲烷，燃燒后主要生成二氧化碳和水，因此煙氣的污染性非常低，甚至可以達(dá)到直接向大氣層排放的標(biāo)準(zhǔn)。作為熱值極高的綠色清潔能源，在未來的集中供熱網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中具有不可替代的地位。供熱清潔燃煤鍋爐這個對供熱燃煤鍋爐的節(jié)能減排，應(yīng)用適合我國現(xiàn)有供熱鍋爐爐型及其煤質(zhì)，燃燒與爐外煙氣凈化的技術(shù)有機(jī)結(jié)合，具有節(jié)能、減排的雙重效果。從爐內(nèi)清潔燃燒、爐外煙氣凈化兩個方面進(jìn)行技術(shù)提升，改變了鍋爐熱效率低，缺乏除塵凈化設(shè)備導(dǎo)致污染物排放嚴(yán)重的問題。3.4本章小結(jié)本章使用兩種方法計算注冊功率，再根據(jù)太原市S縣供熱片區(qū)供熱用戶特性估算出供熱負(fù)荷，結(jié)合年供熱時長，估算出太原市S縣的供熱量。根據(jù)S縣的總供熱量，再結(jié)合太原市的能源特點，選用3臺8MW的生物質(zhì)能鍋爐和一臺6MW的燃?xì)忮仩t，保證了供熱網(wǎng)絡(luò)運行的節(jié)能性及穩(wěn)定性，提高了供熱網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益。第四章基于案例設(shè)熱負(fù)荷的供熱管網(wǎng)成本計算模型城市集中供熱管網(wǎng)是指城市集中供熱熱源向供熱用戶輸送和分配供熱介質(zhì)和供熱能量的連接網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。熱網(wǎng)一般是一個雙管道的封閉回路，由輸熱干線、配熱干線、支線等組成。熱網(wǎng)的供水管道將供熱熱源的熱量輸送至換熱站，而回水管道則將換熱后的高溫?zé)崴斔突毓釤嵩床⑦M(jìn)行回?zé)?。熱網(wǎng)管徑根據(jù)水力計算確定。在輸熱干線或輸熱干線與配熱干線連接處設(shè)置換熱站。

在本章中，筆者將建立一個供熱網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)第三章計算出的供熱功率進(jìn)行管網(wǎng)的成本計算、散熱計算、水力計算等。并對供熱管網(wǎng)的管徑進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型選擇和優(yōu)化。4.1供熱管網(wǎng)的設(shè)計規(guī)范供熱管網(wǎng)的布置有許多方面的影響因素，比如地質(zhì)結(jié)構(gòu)、原材料成本、管道分布等等。為了降低建設(shè)成本以及便于在日后維修維護(hù)管道，減少在施工時對居民日常生活的影響，給企業(yè)帶來最大化的效益，管道的鋪設(shè)規(guī)劃應(yīng)遵循以下規(guī)范:

一、應(yīng)盡量做到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用。

二、城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計應(yīng)符合城鎮(zhèn)規(guī)劃要求，并宜注意美觀。

三、供熱管網(wǎng)輸送的熱量應(yīng)滿足供熱用戶的熱負(fù)荷。

四、在保證安全的前提下，應(yīng)盡量提高供熱管網(wǎng)的供熱密度。

五、設(shè)計供水溫度約為110~150℃，回水溫度不應(yīng)高于70℃。

六、管徑≤300mm的供熱管道，可穿越建筑物的地下室或用開槽施工法治建筑物下專門輻射的通行管溝內(nèi)穿過。用暗挖法施工穿過建筑物時可不受管徑限制。4.2設(shè)計負(fù)荷下用戶供熱流量

熱水從熱源鍋爐房出來之后，沿著輸送干線與換熱站換熱，在熱量不斷輸送的過程當(dāng)中，隨著管道直徑的變小，流量也逐漸減小。到了管網(wǎng)末端的供熱用戶時，管網(wǎng)的熱量至少能剛好滿足其功率需求。而對于回水管道，在冷水回流到熱源的過程中，越接近熱源，隨著冷水的流量越大，供熱管道的管徑也越大。

根據(jù)3.1計算出的供熱功率，可以計算出在滿足所有供熱用戶的供熱需求時，工人網(wǎng)絡(luò)提供這些供熱量所需要的流量、沿程損失和局部損失，由此來確定水泵功率。假定供熱管道供熱介質(zhì)的能達(dá)到最大速度為1.5m/s，根據(jù)公式可得管道的通流面積,并計算出對應(yīng)的管道直徑，并選擇滿足工作負(fù)荷需求的管道直徑。根據(jù)供熱管道設(shè)計的管道水力對照表，取水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下100℃時，水的比熱容為4.2*10^3J/kg*K,密度為971.6kg/m^3。供熱管道的供熱功率計算公式如下圖所示：

P=QV×ρ水×?T×cp

(4-1

)

QVρ水P：供熱片區(qū)的供熱功率，kW;

cp：熱水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下供熱熱水的比熱容，4.2*10^3J/(kg*C)。

因為供熱管道為圓形，所以可以根據(jù)管道中供熱熱水的流量和流速計算出供熱管網(wǎng)的直徑。d=Qv×4vv:供熱熱水的流速(m/s);

d:管道直徑(m)。

根據(jù)3.2中計算出的供熱用戶的注冊功率，計算出供熱管網(wǎng)所需的供熱流量和管徑，如下表所示:表4-1供熱用戶所需流量和管徑名稱注冊功率/kW所需流量(m3/h)所需管徑/mm工業(yè)園區(qū)1244963665.365929.6442學(xué)校6052.553178.197204.9785學(xué)校1950.3191.85227620.8983集中性住宅18856.92555.1783361.8049集中性住宅1999.46658.86752117.8138集中性住宅2593.0476.34331134.1664購物中心130.7253.84875530.1244辦公場所189.05045.56595136.22662集中性住宅47660.351403.198575.1984學(xué)校4740.165139.5582181.3994集中性住宅1167.92734.3856690.04236博物館598.117117.6095464.43653辦公場所252.42137.43169541.86028醫(yī)院962.283728.331281.73172學(xué)校5325.536156.7924192.2741學(xué)校2100.93461.85492120.7662集中性住宅1320.11638.8663595.72933產(chǎn)業(yè)園25318.02745.4035419.23154.3設(shè)計負(fù)荷下供熱管網(wǎng)設(shè)計的數(shù)學(xué)模型筆者引入一個供熱管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型來合理規(guī)劃供熱管網(wǎng)。該數(shù)學(xué)模型分別分析供熱管網(wǎng)的建設(shè)成本、水力計算和散熱損失，并求出最經(jīng)濟(jì)的管徑。其優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)如下所示:

MinC=i=1NCC：供熱管網(wǎng)的建設(shè)和運營的總成本，元;N：供熱熱網(wǎng)中的各個管段部分;C建C水C熱4.3.1供熱管道的建設(shè)成本模型

供熱管網(wǎng)的中心管道選用235B碳素鋼，鋼管外層涂上聚氨酯泡沫作為保溫材料,減少散熱損失。在保溫層外部使用聚乙烯塑料管作為外殼保護(hù)層。管網(wǎng)的鋪設(shè)一般包括路面的開挖和開挖后的道路修復(fù)、管道組件安裝、管網(wǎng)和熱源的管道對接、管網(wǎng)和管網(wǎng)之間的管道對接等等。在該模型中，管埋土深度的變化和因不同地質(zhì)造成挖土難度變化導(dǎo)致的額外成本暫時忽略不計。管網(wǎng)的建設(shè)成本公式如下所示:

C建i=LiLi：Pi：下表提供的了單位管道開挖鋪設(shè)成本：表4-2管道型號和對應(yīng)的建造單價管道尺寸鋪設(shè)費用/元DN14006400DN12005350DN10004400DN9003800DN8003500DN6002620DN4501880DN4001700DN3001260DN2501080DN200840DN150760DN100515DN80450DN70420DN65400DN50380DN403604.3.2熱負(fù)荷下供熱管道水力模型根據(jù)供熱管道的排布和走勢，可以計算出管道的壓力損失，在不斷的優(yōu)化計算后，可以求出管道的最經(jīng)濟(jì)直徑。在這個構(gòu)建的管網(wǎng)模型中，其計劃使用年限為20年，每一年的供熱時長約為150天，由此可計算出一年的總共熱時長為72000小時。供熱管道單位長度的壓力損失可以通過比摩阻表示:R=6.25×10式中：R：供熱管道的比摩阻，Pa/m;λ：管道的摩擦系數(shù)。管網(wǎng)的供熱介質(zhì)的最高流速定為1.5m/s。供熱管道的摩擦系數(shù)可由以下公式計算得出:λ=0.11×式中：K：管道內(nèi)部的當(dāng)量絕對粗糙度(m)，取0.5mm。結(jié)合(4-6)和(4-7)，可得：R=6.88×10?管網(wǎng)中每段管道的沿程損失表示如下:?Pi式中:RiLi：供熱管網(wǎng)中的局部損失可以用兩種方法計算得出：(1)用當(dāng)量長度來表示，其計算方法如下:?Pj=ζld=ζ(2)根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》，熱力管道局部阻力與沿程阻力存在一定比值，可根據(jù)下表取值：表4-3局部阻力和沿程阻力的比值補(bǔ)償器類型公稱直徑/mm局部阻力與沿程阻力的比值蒸汽管道熱水及凝結(jié)水管道輸送干線套筒或波紋管補(bǔ)償器≤12000.20.2方形補(bǔ)償器200~3500.70.5方形補(bǔ)償器400~5000.90.7方形補(bǔ)償器600~12001.21輸配管線套筒或波紋管補(bǔ)償器≤4000.40.3套筒或波紋管補(bǔ)償器450~12000.50.4方形補(bǔ)償器150~2500.80.6方形補(bǔ)償器300~35010.8方形補(bǔ)償器400~50010.9方形補(bǔ)償器600~12001.21二者相加可得到管網(wǎng)中的總壓損:?P=?式中:ζ：供熱管道的總局部阻力系數(shù)n：供熱管網(wǎng)中管道總數(shù)根據(jù)總壓損計算水泵的揚程:H=?P根據(jù)下式計算可得到供熱時水泵揚程的運行功率:N=QHgρ式中，N：水泵功率，KW;H：水泵揚程，m;Q：水泵流量，m3/h，g：重力加速度g=9.81m/s^2η：水泵效率，取0.850考慮到有供、回水兩條供熱管道，管網(wǎng)的使用壽命暫定為20年，根據(jù)全年供熱時長，水泵的運行費用計算如下:C水=N×T×C電式中，T：供熱網(wǎng)絡(luò)一年的供熱時長，h；C電：Y：管網(wǎng)的使用壽命。整理得:C運對每一處供熱管道進(jìn)行水力計算，長度和流量不變，計算得出最佳管徑。4.3.3城市供熱網(wǎng)絡(luò)管道散熱模型在供熱管道輸送熱量的過程中，管道將會與周圍環(huán)境產(chǎn)生對流換熱。流量的損失會直接增加供熱網(wǎng)絡(luò)的供熱成本。雖然供熱管道覆蓋了保溫材料，但是在管道設(shè)計中，管道直徑的變化也會導(dǎo)致散熱面積的變化。因此應(yīng)該選擇合理的管道尺寸和管道布局，避免不必要供熱管網(wǎng)的散熱損失。供熱管道由3層組成，第一層為中心鋼管，導(dǎo)熱系數(shù)較小。第二層為采用聚氨脂泡沫保溫材料制成的保溫層，第三層是聚乙烯材質(zhì)塑料套管，在計算時主要考慮聚氨酯保溫層的溫降，因為其決定了供熱管道的保溫性能。對于中心鋼管和塑料套管的溫降，暫時忽略不計。根據(jù)式(4-3)確定的管道公稱直徑，選定相應(yīng)的鋼制中心管，中心管的外徑rR表4-4中心管外徑與公稱直徑的關(guān)系對照表公稱直徑DN(mm)40506580100鋼管外徑(mm)A48.360.376.188.9114.3B45577689108公稱直徑DN(mm)125150200250300鋼管外徑(mm)A139.7168.3219.1273323.9B133159219273325公稱直徑DN(mm)350400450500600鋼管外徑(mm)A355.4406.4457508610B377426480530630公稱直徑DN(mm)70080090010001200鋼管外徑(mm)A71181391410161219B72082092010201220公稱直徑DN(mm)1400鋼管外徑(mm)A1422B1420供熱管道的換熱主要分為三部分:一是管道和保溫材料之間的傳熱，二是管道與周圍土壤產(chǎn)生的傳熱，三是供熱供水管道和回水管道之間的傳熱。供熱管道的換熱面積計算公式如下:AR保溫層內(nèi)的散熱可按如下公式計算:hi供熱管網(wǎng)與周圍土壤之間的換熱按以下公式計算:h地最小覆土深度h的選責(zé)與管道公稱直徑有關(guān)，可按以下表格選?。罕?-5最小覆土深度與公稱直徑的關(guān)系對照表管道公稱直徑(mm)最小覆土深度(非機(jī)動車道)(m)≤1250.6150~2000.6250~3000.7350~4000.8450~500≥2*D600~700≥2*D800~1000≥2*D1100~1200≥2*D1200~1400≥2*D供熱管網(wǎng)的供水和回水管之間的換熱按以下公式計算:h管管道單位長度換熱的傳熱系數(shù)可以按以下公式計算:hi可得單位長度下管網(wǎng)散熱量:qi?T=據(jù)調(diào)查目前太原市的供熱銷售單價58元/MWh，根據(jù)下式計算出供熱期內(nèi)的散熱損失:C熱=35×式中:s：供水管道和回水管道的間距，取1.5m;λ土：h：管道埋土的深度，m;?T：供熱管道與土壤之間的溫差，℃;1：供熱管道的長度，m;λD4.3.4管網(wǎng)設(shè)計約束條件在管網(wǎng)模型的計算過程中，需要遵循以下約束條件:(1)供熱管網(wǎng)的管道尺寸應(yīng)遵循中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T81-2013)，其對管道的型號和尺寸做了嚴(yán)格的規(guī)定。表達(dá)式如下:Di∈式中:Di(CJJ/T81-2013)：中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術(shù)規(guī)程》符合標(biāo)準(zhǔn)的管徑總和。(2)由前文可知，供熱管道的流速限制在1.5m/s,以便于管網(wǎng)的安全運行。表示為:v≤1.5m/s(3)根據(jù)質(zhì)量守恒定律，管網(wǎng)中任一節(jié)點處流入的供熱介質(zhì)流量之和應(yīng)等于流出的供熱介質(zhì)流量之和，任一節(jié)點處流量的代數(shù)和應(yīng)為零。表達(dá)式如下：k=1n式中，qk(4)在供熱管網(wǎng)中，管道的末端壓力應(yīng)不小于供熱用戶所需的供熱壓力。p末(5)熱源供給用戶的供熱量應(yīng)不少于供熱用戶的熱負(fù)荷。Pi≥式中:PiPis綜上，供熱網(wǎng)絡(luò)的模型建立如下：MinCDis.tvk=1npP求解計算過程的邏輯圖如下所示：通過用戶熱負(fù)荷確定供熱管道流量Q是否Ci<Cmin最佳管徑D計算供熱成本從(CJJ/T81?2013)標(biāo)準(zhǔn)選取管徑計算所需管道最小直徑通過用戶熱負(fù)荷確定供熱管道流量Q是否Ci<Cmin最佳管徑D計算供熱成本從(CJJ/T81?計算所需管道最小直徑4.4熱源接入點的影響分析及實例驗證結(jié)合管網(wǎng)設(shè)計要遵循的規(guī)范，根據(jù)供熱用戶的具體條件，對供熱管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計規(guī)劃。在陽區(qū)縣供熱片區(qū)，供水管道內(nèi)通過100℃的高溫?zé)崴瑢崃克腿敫鱾€供熱用戶，完成換熱后，回水管道以70℃的熱水進(jìn)行回水。在選擇熱源用地上，考慮了兩種接入位置的影響。其分別位于太原市S縣供熱片區(qū)的正右方和正下方。通過對比兩種方案，分析兩種方案在建設(shè)運行成本上的差異。方案一:在S縣的正右方有一片占地面積約2.95公頃的空地，南臨314省道，緊靠故縣河，便于燃煤和燃?xì)獾倪\輸，同時也有良好的降溫條件。因此可用于建設(shè)供熱熱源。供熱管網(wǎng)從熱源出發(fā)，沿314省道一直到S縣的總新城區(qū)和綜改區(qū)之間，再沿著小屯莊西側(cè)的現(xiàn)狀道路、中社河、緯五路等進(jìn)行管道敷設(shè)，向周邊建筑物輸送熱量，但是由于初始階段離S縣的中心城區(qū)與綜改區(qū)比較遠(yuǎn)，周邊的可接入熱網(wǎng)的建筑物比較少，有較長一段輸送干線沒有與供熱用戶相連接。管網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下所示：方案二:太原市S縣供熱片區(qū)中心縣城的正下方有一片空地，且臨近中社河，熱網(wǎng)的補(bǔ)水以及鍋爐的冷卻循環(huán)水或可由中社河的河水提供，有很好的降溫條件。同時這片空地距離中心縣城和綜改區(qū)的供熱用戶距離較近，不需要鋪設(shè)較長距離的供熱管道，比起方案一，能減少不必要的管道散熱損失。供熱管道從位于熱源出發(fā)后，分別從東西北三個方向，沿著314省道和侯村西路、規(guī)劃二十一路、緯四路以及縣城主干公路分散成三條主干線，延伸至三條支線所有的供熱用戶。管網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。兩種供熱布置方式的管徑選取及成本計算如附錄1和附錄2所示。方案一在供熱起始階段有較長一段沒與用戶相連接，導(dǎo)致散熱成本增加，而且供熱管網(wǎng)初始主管道的管道直徑相對較大，管道末端比摩阻較大，建設(shè)成本隨之增加。方案二擁有三條支路，分別向西向東以及向北，沒有需要承擔(dān)最大熱負(fù)荷的管徑，沒有直徑過大的管徑增加建設(shè)成本。兩種方案相比較，計算可得方案二比方案一節(jié)省22%。顯而易見，方案二更適合S縣的集中供熱網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。第五章城市供熱網(wǎng)絡(luò)效益和經(jīng)濟(jì)性分析在本章，我們需要對熱網(wǎng)建設(shè)投入的資金進(jìn)行估算，以此來評價供熱網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)效益。S縣片區(qū)中供熱總面積高達(dá)1242578.05㎡，供熱管道累計長度22867m。S熱源廠每年可為S縣提供193926.35MWh的供熱量。供熱管道的熱網(wǎng)密度約為8.48MWh/m，而按照熱網(wǎng)密度參考標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)熱網(wǎng)密度大于8MWh時，說明該區(qū)域建立集中供熱網(wǎng)絡(luò)具有經(jīng)濟(jì)性。5.1供熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)劣勢分析集中供熱鍋爐通常是由多個共同通過熱網(wǎng)向城鎮(zhèn)的供熱用戶供熱。集中供熱的熱源主要分為三種:熱電聯(lián)產(chǎn)、大型區(qū)域鍋爐房(燃煤、燃?xì)?、燃油?、燃?xì)?-蒸汽聯(lián)合循環(huán)等等。熱電聯(lián)產(chǎn)不僅提高了能源利用效率，而且為城市集中供熱提供了一種經(jīng)濟(jì)清潔的熱源類型。其鍋爐的供熱效率比較高，并且大多都裝有除塵設(shè)備，除塵效率高達(dá)90%，大大減少了空氣污染。缺點是清潔煤技術(shù)需要進(jìn)一步發(fā)展。大型集中鍋爐房一般以燃煤鍋爐為主。其優(yōu)點是供熱成本比較低，初期投資少，建設(shè)周期短，供熱量能靈活地適應(yīng)熱負(fù)荷的需要。在我國城市供熱系統(tǒng)中使用最為普遍。缺點是由于能源轉(zhuǎn)換效率較低。普通的小型區(qū)域燃煤鍋爐在運行時會發(fā)出較大的噪聲，影響了周圍的供熱用戶。同時建筑物周圍的供熱管道也因為管網(wǎng)老舊、滲漏等問題對供熱用戶造成安全隱患。分散的小型區(qū)域燃煤鍋爐都維修維護(hù)成本都比集中供熱的鍋爐要高，其初期建設(shè)的資金成本比較高，而且需要定期聘請維修師傅上門維修。同時由于國際燃油價格不穩(wěn)定，供熱成本也會隨其價格波動而影響較大。對于促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市熱網(wǎng)的建設(shè)可為當(dāng)?shù)靥峁┮欢ǖ木蜆I(yè)崗位。熱源廠的建設(shè)和供熱管道的鋪設(shè)，都可以提高當(dāng)?shù)氐木蜆I(yè)率。。熱網(wǎng)建設(shè)需要挖地進(jìn)行管網(wǎng)的鋪設(shè)敷設(shè)，影響了城市的正常運轉(zhuǎn)。因此在熱網(wǎng)的建設(shè)規(guī)劃上需要獲得市政府從資金、政策措施等方面的支持。供熱網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域小型鍋爐對比，集中供熱從減排、供熱效率、供熱成本等方面都具有十分的優(yōu)勢。5.2小型供熱鍋爐與城市熱網(wǎng)供熱費用本節(jié)，作者選用S縣某接入熱網(wǎng)的供熱建筑，對使用小型供熱鍋爐和城市熱網(wǎng)供熱的經(jīng)濟(jì)性分別進(jìn)行計算并比較。5.2.1城市熱網(wǎng)供熱費用構(gòu)成供熱用戶所支付的費用C熱網(wǎng)一般C熱網(wǎng)這兩項供熱成本由熱網(wǎng)的運營公司直接收取。供熱收費由基本熱價H1和計量熱價H2組成，單位是元每平方米每采暖季。供熱采暖期開始前，熱力公司先按用戶供熱面積預(yù)收熱費，采暖期結(jié)束后，按照山西省物價局文件執(zhí)行，公共建筑實行多退少補(bǔ)，居民建筑實行多退少不補(bǔ)。其中H1是用戶在該采暖季所需支付的熱量使用費用，根據(jù)用戶實際使用的熱量收取。H2反映了供熱公司在為該供熱用戶供熱時所付出的基本支出。H2可分為H21,H22,H23和H24，分別代表了在熱網(wǎng)運行過程中的電力消耗、管網(wǎng)的維護(hù)維修及管網(wǎng)的資金成本。H2=5.2.2小型鍋爐用戶供熱費用構(gòu)成使用小型區(qū)域燃煤鍋爐的供熱用戶，其收費價格C鍋爐C鍋爐=F1F1是購買燃煤支出的費用，燃料的成本會隨著市場價格的波動而產(chǎn)生變化。F2是供熱鍋爐的運行和維護(hù)成本。F3是重大設(shè)備器件的維修及替換成本。F4為鍋爐建設(shè)所需要的資金成本。以上四種費用都需要供熱用戶或者物業(yè)向燃料供應(yīng)商、設(shè)備維護(hù)商和銀行等聯(lián)系以及簽訂合同，因此使用分散式的鍋爐供熱，在手續(xù)以及后續(xù)處理上比較麻煩。5.2.3供熱網(wǎng)絡(luò)與區(qū)域小型鍋爐供熱成本對比對于S縣某民用住宅，在2017年前使用小型燃?xì)忮仩t供熱，2018年接入供熱熱網(wǎng)供熱，對該集中性住宅使用傳統(tǒng)燃?xì)忮仩t和接入熱網(wǎng)的使用成本對比。該集中性住宅共有28316.40㎡，該建筑物在2017年供熱燃?xì)庀?52000m3，其對應(yīng)的的注冊功率應(yīng)為4740.17KW。表5-1燃?xì)忮仩t年供熱費用燃?xì)忮仩t年供熱費用C_鍋爐燃?xì)饪偭縨3/年252000燃?xì)鈫蝺r元/m32.9電費元/年1天然氣采購成本元/年730800運營和維護(hù)成本元/年24000維修成本元/年10000總成本元/年764800表5-2城市熱網(wǎng)年供熱費用城市熱網(wǎng)年供熱費用C_熱網(wǎng)注冊功率KW4740.17預(yù)計使用熱量MWh3792.132熱量銷售單價元/MWh58單位功率訂閱成本元/MW66.41燃料采購成本R1元/年219943.7計價成本R2元/年314794.7總成本元/年534738.4圖5-1燃?xì)忮仩t和城市熱網(wǎng)供熱成本結(jié)構(gòu)圖由圖表可知，接入熱網(wǎng)的供熱用戶首年即可節(jié)省230061.6元。由圖5-1可知，燃?xì)忮仩t的總費用主要集中在燃料的采購成本中，而且采購成本會隨著國際天然氣價格的波動有較大的影響。而城市熱網(wǎng)的訂閱成本是固定的，比較穩(wěn)定，不會發(fā)生較大的變化，保證了供熱用戶在接入熱網(wǎng)后有較穩(wěn)定的供熱成本。5.3熱網(wǎng)的投資建設(shè)成本本節(jié)熱網(wǎng)的投資成本估算包括輸送主干線和供熱熱源的建設(shè)成本，其余成本不包含在內(nèi)(比如二級網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)投資成本)，因此只是一個估算的值，僅作為參考。建設(shè)成本估算過程中，依據(jù)各建筑供應(yīng)商在建設(shè)熱網(wǎng)時提出的建設(shè)報價，優(yōu)先選擇低成本的供應(yīng)商。熱網(wǎng)的投資建設(shè)成本主要分為以下四個部分:C建=C1．熱源鍋爐及其配套設(shè)施C熱源2．熱網(wǎng)的供熱管網(wǎng)成本C管網(wǎng)3．熱網(wǎng)的設(shè)計規(guī)劃費用C設(shè)計，3．熱網(wǎng)的設(shè)計規(guī)劃費用資金，主要包括向銀行的借貸等等。在熱源的選取上，該片區(qū)的熱網(wǎng)設(shè)計中選用一臺168MW的燃油鍋爐和兩臺58MW的燃?xì)忮仩t。根據(jù)清潔燃煤鍋爐供應(yīng)商的提出的報價，一臺清潔燃煤鍋爐及其配套設(shè)施的總投資額約為2.5億元。兩臺58MW的燃?xì)忮仩t及其配套設(shè)施的總投資額約為1400萬元。我們計劃采用方案二的熱網(wǎng)布置規(guī)劃，那么該供熱網(wǎng)絡(luò)的建造成本約為5393623896元。熱網(wǎng)建設(shè)前期的設(shè)計和咨詢費用，與客戶的商談費用等約占占投資額的6%，約為323617434元。綜合以上各項成本，太原市S縣片區(qū)供熱的熱網(wǎng)建設(shè)成本將達(dá)到5968641329元。5.4熱網(wǎng)的運行成本對于供熱用戶，支付的費用越高，可使用的熱量也越多。對于供熱公司，其熱網(wǎng)的運行成本主要分為五個部分：1)燃料采購成本。查詢資料得知，目前太原市的燃?xì)夂颓鍧嵢济耗苠仩t的供熱成本分別為：燃?xì)忮仩t的單位熱量價格為110元/MWh，清潔燃煤鍋爐的單位熱量價格為58元/MWh。相加后除以總耗熱量，則可得到該熱網(wǎng)的平均供應(yīng)成本。對于新建的熱網(wǎng)，則需要供熱用戶支付一定價格的費用。采暖季結(jié)束之后，需要統(tǒng)計供熱的燃料成本單價，并多退少補(bǔ)。2)電力成本(約為5.28元/MWh)，這項成本主要用于維持系統(tǒng)運行的電力設(shè)備。3)維護(hù)成本(約為11.8元/WWh)4)維修成本，一般是供熱熱源建設(shè)投資額的1%到1.5%。5)稅費，在中國供暖使用燃煤和天然氣等不可再生的化石燃料能源，在支付了5%營業(yè)所得稅的基礎(chǔ)上，還要額外支付的14%化石燃料增值稅。因此在稅費繳納上，供熱公司需支付19%的稅費。按照82元/MWh的價格對清潔燃煤和天然氣的采購成本初步計算，預(yù)計S縣供熱片區(qū)的供熱網(wǎng)絡(luò)一年的運行總費用約為1155770140元，折算至單位熱量的供熱成本約為131.3元/MWh。表5-3供熱網(wǎng)絡(luò)供熱成本支出成本項計量數(shù)量價格計算標(biāo)準(zhǔn)總價(元)燃料及稅費成本193927MWh82元/MWh15902014電力及其他輔助能源成本193927MWh5.28元/MWh1023934.56日常維護(hù)及人工成本193927MWh11.8元/WWh2288338.6維修成本251400000投資額的1%2514000稅費成本19668786總成本19%3737069.3總計成本25465356.55.5本章小結(jié)本章主要分析了供熱管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，以某一集中性住宅為例，分別計算供熱管網(wǎng)與分散式小型區(qū)域燃?xì)忮仩t的供熱費用。同時對供熱管網(wǎng)的投入運行、日常維護(hù)維修的成本等進(jìn)行了估算。由數(shù)據(jù)得出，相比于小型區(qū)域燃?xì)忮仩t，集中供熱網(wǎng)絡(luò)在能耗經(jīng)、綠色、運行穩(wěn)定等方面有著突出的優(yōu)點。第六章總結(jié)與展望本文對S縣供熱片區(qū)的供熱網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行初步設(shè)計與優(yōu)化。山西作為中國的煤礦大省，豐富的燃煤資源和低廉的價格使得S縣以清潔燃煤為基礎(chǔ)的城市供熱網(wǎng)絡(luò)發(fā)展藍(lán)圖具有較好的前景。本文選取陽區(qū)縣供熱片區(qū)作為案例，并分別計算其供熱熱負(fù)荷、選取供熱熱源、建立供熱管網(wǎng)成本數(shù)學(xué)模型等，闡述了該供熱片區(qū)接入熱網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。一臺清潔燃煤鍋爐和兩臺臺燃?xì)忮仩t組成的一個多熱源供熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在正式投入運行之后，根據(jù)計算，可滿足245.71MW的供熱需求，可實現(xiàn)年供熱量193926.35MWh。提出兩個熱源點接入位置，并比較二者的散熱成本、水力成本以及建設(shè)成本，確定了采用方案二，即在S縣供熱片區(qū)的正下方建立熱源，并選擇了供熱管網(wǎng)的最經(jīng)濟(jì)的直徑。根據(jù)計算，該方案可以為S縣供熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行節(jié)省22%的費用。目前，中國的集中供熱網(wǎng)絡(luò)正在飛速發(fā)展。在建設(shè)我國城市集中供熱網(wǎng)絡(luò)的過程中，可根據(jù)我國的實際國情，借鑒國外在供熱網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)的技術(shù)和規(guī)章制度以及優(yōu)惠政策等等，完善國內(nèi)的供熱網(wǎng)絡(luò)。城市供熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化改造對于節(jié)約能源有重要的貢獻(xiàn)，為了更加全面地優(yōu)化城市供熱網(wǎng)絡(luò)，除了本文的成本模型計算，還可從以下方面進(jìn)行:1.對用戶的供熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，建立相關(guān)預(yù)測模型，及時調(diào)整供熱鍋爐的運行和生產(chǎn)。2.提升建筑物的保溫保暖技術(shù)，減少供熱用戶的散熱損失，并將其與熱網(wǎng)管道相結(jié)合，進(jìn)一步提升房屋的能耗水平。3.研發(fā)絕熱效率更高的保溫材料，減少供熱管道的散熱損失，將可以極大地提高供熱網(wǎng)絡(luò)的供熱效率。供熱網(wǎng)絡(luò)的熱負(fù)荷計算以及成本模型的建立受多方面的影響，更準(zhǔn)確的計算方法還需要再進(jìn)一步的研究。可以參考國外的供熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計計算方法，取長補(bǔ)短，因地制宜，爭取早日設(shè)計出一套更精確的適合中國國情的的供熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法。

致謝附錄一管段編號計算流量(m3/h)長度(m)選取管徑(mm)流速(m/s)λR(Pa/m)該段建設(shè)成本(元)管道運行總成本(元)散熱損失成本管道總成本1~16555.2131.84001.230.02140.05224060114285.325089982847342.8942~173665.4837.910001.300.01614.22368676017026921.46E+08151123698.53~18178.215002501.010.02348.661620000507223.82.34E+08236087790.56~193.8154.6400.850.037342.26556567942.327764258.5827856.85097~205.6200.2401.230.037715.807207231107.112815911384770.1297~2158.9792.21500.930.02677.59602072141115.75087890851622095.248~2217.6713.4800.970.031188.2829962892245.882650237026894243.999~2328.3108.51001.000.029151.0355877.518105.76709025.7783008.96379~24156.814852001.390.025121.55124706411034932.3E+08231963384.210~251.9241.5400.410.03779.27869401382.96618649001953223.10811~2676.3221.31501.200.026130.4916818885982.0239703704224539.54912~27139.62742001.230.02596.30230160143615.578212898195064.9313~2838.9111.91001.370.029284.2357628.548210.71754158.6859997.787113~2934.4355.81001.220.029222.48183237106152.576245537913942.55116~307.4260.3501.050.035395.479891429835.7925523172681066.40616~311403.2678.76001.380.01930.44177819411306638134216084251016.8915~3261.92811500.970.02685.6621356058068.7264014856673113.85515~33745.4947.94501.300.02038.90178205210719231.39E+08141817130.41~26623.5130014001.200.0157.93832000026645293.74E+08385001263.12~32958.1965.19001.290.01716.10366738017923911.88E+08193455377.53~42779.913009001.210.01714.22494000020038003.41E+08348050125.24~5562.011004001.240.02141.041870000989527.81.75E+08177624664.75~6271.06003001.070.02243.21756000274055.74208678143116836.636~7267.2328.53001.050.02242.00413910143743.31261577613173428.977~8202.7929.92501.150.02362.981004292463039.38991510291382433.488~9185.1479.92501.050.02352.51518292181946.42394758124647819.184~142217.939008001.230.01716.801365000056656992.96E+09298055070414~161410.6323.76001.390.01930.77848094547873.31850313919899105.9114~15807.3762.44501.410.02045.62143331210950848989600692424401.585~10291.0893.93001.140.02249.821126314505474.79538848497020273.0310~11289.22033001.14