基于生命周期成本理論的電鍋爐供暖方案優(yōu)選方法研究

1、    基于生命周期成本理論的電鍋爐供暖方案優(yōu)選方法研究    劉衛(wèi)東潘廣旭王曉梅任學(xué)良牛蔚然楊偉進(jìn)李一真顏勇摘 要：為了分析電鍋爐供暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，建立了壽命周期成本計(jì)算模型，以壽命周期成本最小為決策準(zhǔn)則，優(yōu)選電鍋爐供暖方案。并闡述了電鍋爐供暖系統(tǒng)成本計(jì)算的方法。算例分析表明全蓄熱供暖系統(tǒng)的壽命周期成本最低，當(dāng)采用電鍋爐作為供暖熱源時(shí)宜采用全蓄熱供暖系統(tǒng)供暖。關(guān)鍵詞：電鍋爐；供暖；全生命周期成本；運(yùn)行模式引言隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，消費(fèi)水平和消費(fèi)能力不斷增強(qiáng)，這就要求提供更多更好的商品，而這是以能源消費(fèi)為基礎(chǔ)的。我國(guó)的能源現(xiàn)狀決定

2、了以化石能源消耗為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，這造成了嚴(yán)重環(huán)境污染，有資料指出，嚴(yán)重的霧霾天氣主要是由于化石能源消耗引起的。需要尋求以清潔能源代替化石能源的能源消費(fèi)方式是治理環(huán)境污染的有效手段，因此，提出了電能替代的解決方案1。我國(guó)現(xiàn)階段冬季采暖要消耗大量的煤炭，排放的大量的污染物。作為電能替代的一個(gè)方面，用電采暖取代燃煤取暖是可行的方向。電采暖的類(lèi)型很多，有電暖氣、電熱膜、電鍋爐等。電鍋爐采暖具有清潔、高效、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，具有推廣價(jià)值。但是由于現(xiàn)階段電鍋爐采暖的初投資和運(yùn)行成本都比較高，給推廣帶來(lái)一定的困難，這就需要優(yōu)化熱源方案和運(yùn)行參數(shù)以降低投資運(yùn)行成本。為電鍋爐供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套合理的評(píng)價(jià)方法，對(duì)

3、優(yōu)化投資決策、降低投資運(yùn)行成本具有相當(dāng)重要的意義。1 壽命周期成本評(píng)價(jià)模型的建立電鍋爐供暖是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，其初投資是巨大的，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下，供暖設(shè)計(jì)人員主要考慮減小一次性投資，這樣運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用將加大。同時(shí)，在電鍋爐供暖技術(shù)不斷向前發(fā)展的過(guò)程中，人們也在不斷的尋求節(jié)能和途徑和降低運(yùn)行成本的方法，相應(yīng)的節(jié)能措施又會(huì)增加系統(tǒng)的初投資。因此，需要建立一個(gè)合理的方法對(duì)電鍋爐供暖系統(tǒng)進(jìn)行成本控制與技術(shù)評(píng)價(jià)。近年來(lái)工程設(shè)計(jì)人員采用各種經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法對(duì)供暖熱源系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中計(jì)算壽命周期成本（life cycle cost，簡(jiǎn)稱(chēng)lcc），被廣泛應(yīng)用2。lcc是指系統(tǒng)從誕生到報(bào)廢過(guò)程中為實(shí)現(xiàn)其功能所

4、支付的總費(fèi)用。在使用效果相同的情況下，lcc、euac、ci越小，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益越高。文章針對(duì)采用電鍋爐為熱源的供暖系統(tǒng)進(jìn)行分析，分別分析直熱供暖系統(tǒng)、采用全谷電（8h）蓄熱供暖系統(tǒng)、采用谷電（8h）+平電（2h）蓄熱供暖系統(tǒng)的壽命周期成本，以壽命周期成本最小為決策準(zhǔn)則，優(yōu)選供熱方案。2 成本分析2.1 初投資分析初投資為電鍋爐供暖系統(tǒng)各部分投資之和，包括基本設(shè)備費(fèi)和安裝費(fèi)?；驹O(shè)備主要是指鍋爐、水泵、管網(wǎng)、增加設(shè)備用房、變配電設(shè)備等主輔助設(shè)備；安裝費(fèi)主要包括設(shè)備的裝配費(fèi)和調(diào)試費(fèi)。（1）鍋爐的初投資電鍋爐的初投資可以根據(jù)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷來(lái)確定鍋爐的規(guī)格與臺(tái)數(shù)，根據(jù)市場(chǎng)上鍋爐的品牌、規(guī)格與臺(tái)數(shù)來(lái)確定鍋

5、爐的初投資。供暖電鍋爐系統(tǒng)形式不同，容量的選擇也不相同，直熱式電鍋爐供暖系統(tǒng)運(yùn)行，部分峰谷時(shí)段，根據(jù)溫度需要隨時(shí)開(kāi)啟電鍋爐取暖。（3）管道初投資其中，mpi為第i段管道單位管長(zhǎng)投資額，元/m；li為第i段管道長(zhǎng)度，m。供暖管網(wǎng)的材質(zhì)一般采用無(wú)縫鋼管，管徑的選取都是以離散管徑計(jì)算，取相近的管徑規(guī)格。單位管長(zhǎng)各種管徑的投資額是根據(jù)城市基礎(chǔ)設(shè)施工程投資估算指標(biāo)和預(yù)算定額標(biāo)準(zhǔn)，綜合熱力管道市場(chǎng)價(jià)格，并考慮閥門(mén)、吊架等水系統(tǒng)附件投資和水系統(tǒng)安裝成本的改變得到的。供暖系統(tǒng)在熱量輸送過(guò)程造成很大的熱量損失，保溫層的厚度直接關(guān)系到供暖系統(tǒng)的運(yùn)行成本，同時(shí)也對(duì)管網(wǎng)造價(jià)造成影響。根據(jù)管道管徑、保溫層厚度等參數(shù)，可

6、以得到管道保溫材料的投資成本。3 計(jì)算實(shí)例通過(guò)實(shí)例計(jì)算，分析電鍋爐供暖在不同的供暖運(yùn)行模式、不同的供暖面積、不同的設(shè)備使用年限下的投資成本、運(yùn)行成本，以及壽命周期成本。3.1 不同電鍋爐供暖運(yùn)行模式成本分析當(dāng)電鍋爐選擇不同的運(yùn)行模式時(shí)，直熱電鍋爐與蓄熱電鍋爐，蓄熱電鍋爐蓄熱時(shí)間的不同，投資和運(yùn)行成本都不相同。文章分別對(duì)直熱電鍋爐供暖系統(tǒng)、蓄熱電鍋爐供暖系統(tǒng)蓄熱時(shí)間為8h和10h的成本進(jìn)行分析。分析以一個(gè)10萬(wàn)m2的居民建筑為基準(zhǔn)。取采暖期180天，根據(jù)gjj34-90城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范的建筑物采暖熱指標(biāo)，居民住宅的采暖熱指標(biāo)推薦值為58-64w/m2，文章取58w/m2。電鍋爐的熱效率取95%

7、。根據(jù)計(jì)算水泵的流量、揚(yáng)程分別為200m3/h，30mh2o，水泵的功率為18kw。供暖管網(wǎng)選管徑為dn600、管網(wǎng)長(zhǎng)度500m。（1）系統(tǒng)的初投資鍋爐的購(gòu)置成本按361.2元/kw、蓄熱水箱的購(gòu)置成本按2336.1元/m3，水泵購(gòu)置成本按3445.2元/kw，配電成本按500元/kw計(jì)算。設(shè)備的安裝費(fèi)率取35%。各方案的初投資成本見(jiàn)表1。（2）系統(tǒng)的運(yùn)行成本如果某一地區(qū)的電價(jià)政策實(shí)行峰谷電價(jià)，且峰電、谷電、平電的時(shí)間各為8h。谷電電價(jià)0.364元/kwh、平電電價(jià)0.580元/kwh、峰電電價(jià)0.798元/kwh進(jìn)行運(yùn)行成本計(jì)算。各方案的運(yùn)行成本見(jiàn)表2。（3）維護(hù)成本維護(hù)成本包括人工費(fèi)和維修

8、費(fèi)用，如果一個(gè)電鍋爐供暖項(xiàng)目需要管理人員10人，每人每月工資按3000元計(jì)算，每月需要人工費(fèi)3萬(wàn)元，每年人工費(fèi)用為36萬(wàn)元。設(shè)備維修費(fèi)用按照折舊費(fèi)用的10%計(jì)算，設(shè)備折舊年限為15年。折舊費(fèi)按年限平均法計(jì)算。各方案的維護(hù)成本見(jiàn)表3。（4）殘值殘值按系統(tǒng)初投資的4%計(jì)。各方案的殘值見(jiàn)表4。（5）壽命周期成本假設(shè)所有的電鍋爐設(shè)備的使用年限為15年，在使用年限內(nèi)，各年的運(yùn)行成本、維修費(fèi)用均相等，折現(xiàn)率按8%計(jì)算。按照前面壽命周期成本分析模型對(duì)各方案進(jìn)行成本計(jì)算，見(jiàn)表5。 由計(jì)算結(jié)果可以看出，一個(gè)10萬(wàn)m2的居民建筑采用電鍋爐供暖，當(dāng)采用蓄熱供暖系統(tǒng)供暖時(shí)初投資是直熱供暖系統(tǒng)初投資的2.22.8倍，但

9、每年的運(yùn)行費(fèi)用是直熱供暖系統(tǒng)的66%68%。全壽命周期成本（lcc）蓄熱供暖系統(tǒng)比直熱供暖系統(tǒng)低30%，全年均值費(fèi)用（euca）和壽命周期成本系數(shù)（c）也比直熱供暖系統(tǒng)低。同時(shí)由于蓄熱供暖系統(tǒng)蓄熱時(shí)間的不同， lcc、euac、c也顯示出全谷電（8h）蓄熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性要谷電（8h）+平電（2h）蓄熱系統(tǒng)。3.2 不同供暖面積成本分析不同的電鍋爐供暖系統(tǒng)適用于不同的供暖情況，當(dāng)供暖面積不同時(shí)，由于供暖量不同，鍋爐的容量和管網(wǎng)的選擇都不相同，相應(yīng)的投資和運(yùn)行成本也不同。以一個(gè)1000m2的居民建筑來(lái)分析直熱式電鍋爐供暖系統(tǒng)、蓄熱式電鍋爐供暖系統(tǒng)的成本。見(jiàn)表6。由計(jì)算結(jié)果看出，一個(gè)1000m2的居民

10、建筑，由于熱負(fù)荷較供暖面積10萬(wàn)m2小，初投資和運(yùn)行費(fèi)用都低。和供暖面積10萬(wàn)m2表現(xiàn)相同，直熱供暖系統(tǒng)的初投資雖然低但運(yùn)行費(fèi)高，全壽命周期成本（lcc）、全年均值費(fèi)用（euca）和壽命周期成本系數(shù)（c）也比蓄熱供暖系統(tǒng)的高。同時(shí)表現(xiàn)為全谷電（8h）蓄熱系統(tǒng)供暖系統(tǒng)比谷電（8h）+平電（2h）蓄熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性要好。3.3 不同使用年限成本分析為了比較不同使用年限的壽命周期成本，以一個(gè)1000m2的居民建筑電鍋爐供暖系統(tǒng)為基礎(chǔ)，分別計(jì)算使用年限為15年、20年的壽命周期成本，計(jì)算結(jié)果如表所示。由計(jì)算結(jié)果可知，無(wú)論使用年限時(shí)15年還是20年，全谷電（8h）蓄熱系統(tǒng)的壽命周期成本、全年均值費(fèi)用、壽命

11、周期成本系數(shù)都最小。使用年限越高，各供暖模式的壽命周期成本（lcc）、全年均值費(fèi)用（euca）越高，而壽命周期成本系數(shù)差別不大。4 結(jié)束語(yǔ)（1）采用壽命周期成本評(píng)價(jià)方法對(duì)電鍋爐供暖系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立了壽命周期成本計(jì)算模型，計(jì)算壽命周期成本、全年均值費(fèi)用、壽命周期成本系數(shù)。以壽命周期成本最小為決策準(zhǔn)則，優(yōu)選電鍋爐供暖方案。（2）通過(guò)對(duì)電鍋爐供暖系統(tǒng)的分析，闡述了供暖系統(tǒng)初投資成本、運(yùn)行成本、維修成本以及系統(tǒng)殘值的計(jì)算的方法。（3）算例分析表明，在不同的供暖運(yùn)行模式、不同的供暖面積、不同的使用年限條件下，直熱供暖系統(tǒng)的初投資都比蓄熱供暖系統(tǒng)的初投資低、但是運(yùn)行成本高。全蓄熱供暖系統(tǒng)的壽命周期成本、全年均值費(fèi)用和壽命周期成本系數(shù)都是最低的，所以當(dāng)采用電鍋爐作為供暖熱源時(shí)宜采用全蓄熱供暖系統(tǒng)供暖。參考文獻(xiàn)1王偉，黃珂.電能替代戰(zhàn)略：機(jī)遇、挑戰(zhàn)與政策選擇j.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2014（4）：1-5.2壽青云，陳汝?yáng)|.壽命周期成本分析在區(qū)域供冷供暖評(píng)價(jià)的應(yīng)用j.煤氣與熱力，2006， 26（4）：51-52.3張朝輝，李霞，端木琳，等.區(qū)域供冷供暖冷熱源方案的壽命周期成本分析j.建筑科學(xué)，2007，23（4）：74-77.4趙麗娟.蓄熱式電鍋爐發(fā)展前景及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析j.四川建筑，2003，23（b08）