我国供暖室外计算温度采用的是历年平均不保证5天的日平均温度。实际运行中供暖期内低于此温度的时间非常短。而锅炉热效率和锅炉实际供热量有关，只有在锅炉额定供热量时锅炉热效率才能达到最高。现有区域锅炉房集中供热系统把末端建筑物设计热负荷作为计算热源容量的主要依据。容量普遍偏大，长期低负荷运行造成锅炉热效率下降，浪费能源。显然按设计热负荷去选择集中供热热源不够合理，应把设计热负荷乘以一个小于1的系数θ作为选择设计的依据，从而使供热热源的最大负荷利用时间增加。对于室外温度较低时热负荷不足部分，则采用其他方式补充高峰负荷。通过这种调峰的方式保证供暖效果，并实现节能运行。

国内常见的调峰方式是把集中供热调峰系统的全部热源均设置在供热一级网内，调峰运行仅限于一级网，其水力工况变化对二级网水力工况无直接影响。二级网调峰集中供热系统^[1]是指集中供热系统的一级网仅设置一个主热源，其他热源均设置在二级网中。调峰热源可采用燃气锅炉或者蓄热器等装置。为便于运行管理，调峰热源可设置在二级网各个换热站附近。

以天津地区为例，标准年气象资料表明，供暖期室外气温低于当地供暖室外计算温度的时间不足50 h，仅占整个供暖时间的1.5%，也就是说有98. 5%的时间热源一直在较低效率下运行，浪费了大量能源；如果采用二级网调峰集中供热系统，假设按燃气调峰锅炉负担20%的热负荷计算，锅炉负荷恰好达到额定供热量的时间大约为700 h，占整个供暖时间的21%^[1]。

二级网调峰集中供热系统能够从设计的角度延长燃煤锅炉在设计热效率下运行的时间，具有明显的节能效果。同时，这种供热方式也延长了一级网在设计工况下运行的时间。由于热负荷稳定，一级网的水力工况基本不变，避免了系统的水力失调。采用二级网调峰集中供热系统，能够降低一级网的供热设计容量，节省初投资和部分输送系统的能耗费用。

为方便表述，本文作如下定义：

式中Q'——二级网调峰集中供热系统供暖热用户的设计热负荷，W;

    Q'jb——二级网调峰集中供热系统的基本热负荷，亦即一级网主热源的设计热负荷，W;

Q'tf——二级网调峰集中供热系统调峰热源的设计热负荷，W。

 θ＝Q'tf/Q'     (2)

调峰系数θ影响着整个供热系统的经济性，θ值越大，主热源燃煤锅炉房的设计热负荷就越小，相应选用设备的型号变小，初投资及运行费用也随之降低，供热一级管网的初投资及运行费用也相应减小；与此同时，二级网侧由于增设了调峰热源，初投资及运行费用将相应增加，因此，二级网调峰集中供热系统存在一个最佳调峰系数，使总费用最小。

寿命周期费用(life cycle cost，LCC)是指设备或系统从研究、设计、发展、生产（施工）、运行一直到最终报废的整个期间内所需要的各种费用的总和。

LCC主要包括以下三部分费用^[2]。

1)研究与设计费用。包括全部的技术研究、工程或产品设计等费用，一般占LCC的10%～15%。

2)生产与建设费用。包括制造产品及工程建设的全部费用，约占LCC的30%～35%。

3)运行与保障费用。包括设备或系统运行所需的能源费用、维护修理费用、操作人员人工费等。一般占LCC的50%～60%。

考虑通货膨胀的寿命周期费用计算公式如下：

式中LCC——二级网调峰集中供热系统的寿命周期费用总现值，万元；

    C_r——年运行费用；

    C_i——初投资；

    n——二级网调峰集中供热系统的使用寿命，取20年^[3];

    u——现时折现率，%。

    u= (l+f)(1+i)-1    (4)

式中i——折现率，%，一般选择行业的基准收益率或者贷款利率[4]，取6.84%；

    F——通货膨胀率，f =4%^[5]。

二级网调峰集中供热系统的初投资C_i包括四部分：燃煤锅炉房初投资C_ry、供热管网初投资C_g、换热站初投资C_hr、调峰热源初投资C_tf。

燃煤锅炉房的初投资C_ry包括热力系统、鼓引风系统、水处理系统、上煤除渣系统、电气系统、自控系统、变电所工艺系统、总图运输系统、附属生产系统及上述各系统的建筑工程费用等^[6-7]。

供热管网初投资C_g主要为供热一级网的投资。假设一级网由n段管径不同的管道组成，则管道初投资为

式中C_g——一级网管道初投资，万元；

    P_g——无缝钢管的价格，元/t;

    L_i——第i段管道的长度，m;

    B_i——第i段管道的单位长度质量，t／m。

    保温材料初投资为

式中C_gw ——级网管道保温材料初投资，万元；

    C_g ——级网管道初投资，万元；

    α——经验系数，a=25%～40%^[8]。

还应该考虑阀门、支吊架等室外供热管网附件投资及相应敷设施工的费用。

换热站初投资C_hr包括建筑安装费、设备费、设备运输费、设备安装费。本文所说调峰热源一般是指燃气锅炉及其附属设备，其初投资C_tf仅包括建筑安装费、设备费、设备运输费、设备安装费。

为进行能耗分析应计算二级网调峰热水集中供热系统的年耗热量、主热源的年基本耗热量、调峰热源的年调峰耗热量。

2.3.1 集中供热系统年耗热量的计算

本文采用改进的温频法(BIN法)计算供热系统的年总耗热量、年基本总耗热量及年调峰总耗热量。参照天津地区标准气象参数，对天津市供暖期（当年11月15日至次年3月15日）出现的温度区间以2℃为间隔划分温度段，取温度段的平均温度作为代表温度t_i，该温度段内温度出现的时间就是代表温度t_i的频数∆h_i，由此整理得到BIN参数，见表1。

表1 天津市供暖期BIN参数

由BIN法得到代表温度t_i下建筑物实际负荷Q_ti、代表温度t_i下供热系统年耗热量Q_ti,a和供热系统的年耗热量Q_a，见式(7)～(9)。

Q_ti=(t_n-t_i)/(t_n-t'_w)Q'    (7)

式中Q_ti ——温度t_i下供热系统的实际热负荷，MW;

     t_n ——室内供暖设计温度，℃，取18℃；

    t'_w ——供暖室外计算温度，℃，天津市为-9℃：

    Q'——供热系统的设计热负荷，MW。

式中3. 6——单位换算系数；

    ∆h_i ——温度t_i在标准年中出现的时间，h；

    Q_ti,a ——温度t_i下供热系统的年耗热量，GJ。

  式中Q_a ——供热系统的年耗热量，GJ。

2.3.2 运行能耗计算

二级网调峰集中供热系统的运行能耗包括：主热源燃煤锅炉房的年耗煤量B，调峰热源燃气锅炉的年耗气量V，年耗电量E。燃煤锅炉在供暖期分为满负荷运行（即t≤t'_tf：时）和部分负荷运行（即t≥t'_tf时），考虑燃煤锅炉在不同热负荷下具有不同的热效率，主热源的年耗煤量B应该分别计算。而年耗电量E是一级网循环水泵、二级网循环水泵、调峰水泵，燃煤锅炉鼓风机、引风机以及其他所有附属设备的耗电量之和。

2.3.3 年运行费用C_r计算

二级网调峰集中供热系统运行费用C_r包括四部分^[9]：燃煤锅炉房的运行费用C₁，供热管网的运行费用C₂，换热站的运行费用C₃.调峰热源的运行费用C₄。

天津某高校集中供热工程，建筑面积116万m²，仅有供暖热负荷，拥有独立的区域锅炉房集中供热系统，设计热负荷79 MW。一次网热源采用燃煤锅炉房，内设3台型号相同的链条炉，单台容量29 MW，二次网共有5个换热站；一次网和二次网的设计供回水温度分别为130℃/80℃，85℃/60℃。计算用的初始数据为：电价0. 55元/(kWh)，煤和天然气的低热值分别为28 073 kj/kg，36 533 kJ/m³，价格分别为0. 40元/kg，1.80元/m³。根据该工程的特点，本文设计了供热二级网侧并联设置燃气调峰锅炉的二级调峰方案，并对方案进行了详细计算。

计算采用寿命周期费用模型，分析不同调峰系数口下对应的初投资、年运行费用、寿命周期费用的变化趋势，从而确定调峰系数口的最优值。计算结果如图1～3所示。

图1 天津市某供热工程不同调峰系数日对应的系统初投资

图2 天津市某供热工程不同调峰系数日对应的系统年运行费用

图3 天津市某供热工程不同调峰系数日对应的系统寿命周期费用

从图1可以看出，随着调峰系数的减小．该工程的初投资成锯齿状不断上升，当θ≥0. 28时，二级网调峰集中供热系统的初投资要低于现有集中供热系统的初投资，其最低点出现在θ=0.68处。

从图2可以看出，随着调峰系数的减小，该工程的年运行费用下降至最低点后略有上升，当θ∈(0. 03，0.34)时，二级网调峰集中供热系统的年运行费用低于现有集中供热系统的年运行费用，其最低点出现在θ=0.23处；由图3可知，该工程的寿命周期费用曲线变化形式同年运行费用曲线相似，当θ∈(0. 14，0.34)时，二级网调峰集中供热系统的寿命周期费用低于现有集中供热系统的寿命周期费用，其最低点出现在θ=0.31处。

经综合分析，本文采用LCC最小者对应的调峰系数θ作为调峰系数的最佳值。由计算可知，该工程若采用二级网调峰集中供热系统，其最佳调峰系数为0.31。此时，二级网调峰集中供热系统的寿命周期费用最低，其年运行费用为1 335.4万元，较现有集中供热系统节省61.1万元，寿命周期费用为20 463.0万元，较现有集中供热系统节省501.4万元。

4.1 二级网调峰方案对于供热系统具有节能、环保及经济上的优势。特别是以燃煤锅炉房为热源的集中供热系统，二级网调峰方案从根本上延长了燃煤锅炉在设计热效率下运行的时间，具有明显的节能效果。

4.2 根据温频法和寿命周期法建立的运行能耗模型和经济性分析模型可以准确地描述二级网调峰集中供热系统，是对系统进行分析的有力工具。

4.3 对于给定的工程，调峰系数存在最佳值。算例工程对应于初投资、年运行费用和寿命周期费用的最佳调峰系数分别为θ=0.68，θ=0.23和θ=0.31。

4.4 以寿命周期费用最小者对应的口作为调峰系数的最佳值，二级网调峰系统的年运行费用和寿命周期费用分别比现有集中供热系统节省61.1万元和501.4万元。

[1] 由世俊，朱晏琳，郑雪晶，等．供热二级网侧设置燃气调峰锅炉的探讨及节能分析[J]．暖通空调，2007，37(1)

[2]阮镰，章国栋．工程系统的规划与设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1991

[3]贺平，孙刚．供热工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1993

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[5] [美]亨利·马尔科姆·斯坦纳(Henry Malcolm Steiner).工程经济学原理[M].北京：经济科学出版社，2000

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