摘要：本文針對帶有熱力站的間接連接的供熱系統(tǒng)，建立理想化的熱網(wǎng)模型。針對一定供熱規(guī)模的熱力管網(wǎng)，建立多種一級網(wǎng)和二級網(wǎng)不同敷設(shè)的熱網(wǎng)對比方案，以費(fèi)用年值法對100萬m²供熱面積為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)優(yōu)化，并通過相同規(guī)模的實(shí)際熱網(wǎng)工程實(shí)例經(jīng)技術(shù)分析比較后對理想模型進(jìn)行了修正。在此基礎(chǔ)上提出了管網(wǎng)形狀修正系數(shù)的概念。在容積率從0.5到1.6的范圍內(nèi)對熱力站供熱規(guī)模進(jìn)行了優(yōu)化，得出不同供熱規(guī)模情況下最優(yōu)的熱力站供熱規(guī)模。 關(guān)鍵詞：熱力站 費(fèi)用年值 管網(wǎng)形狀修正系數(shù) 容積率 1　問題的提出 近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國集中供熱工程的規(guī)模不斷擴(kuò)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(tǒng)占有相當(dāng)大的比例。熱力站供熱規(guī)模的確定是集中供熱工程設(shè)計(jì)中一個非常常見的也是非常重要的問題。 一般說來，對于一個一定規(guī)模的供熱系統(tǒng)，當(dāng)單個熱力站的供熱規(guī)模較大時，換熱站的數(shù)量減少，一級網(wǎng)的規(guī)模減小，相應(yīng)的減少了換熱站和一級網(wǎng)的初投資，同時由于二級網(wǎng)的規(guī)模擴(kuò)大，增大了二級網(wǎng)的初投資，而且由于二級網(wǎng)的供回水溫差小，相應(yīng)的運(yùn)行費(fèi)用增加。相反，如果熱力站的供熱規(guī)模偏小，就會出現(xiàn)換熱站和一級網(wǎng)的初投資增加、二級網(wǎng)的投資減少運(yùn)行費(fèi)用減少的情況。 由于熱力站的規(guī)模大小直接影響到工程的總投資和運(yùn)行費(fèi)用，因此如何選擇熱力站供熱規(guī)模使其在經(jīng)濟(jì)上最合理，已經(jīng)成了目前的一個熱點(diǎn)問題。由于熱網(wǎng)的形式千差萬別，有些文獻(xiàn)是以純理論模型為依據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，還有的則是從實(shí)際的工程出發(fā)，上述的研究結(jié)果顯然都有一定的局限，本文是課題組在理論模型基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際多項(xiàng)工程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正后得出的結(jié)果，顯然更具有實(shí)際意義。 2　目標(biāo)函數(shù)的建立和管網(wǎng)模型的確定  2．1　目標(biāo)函數(shù)的建立 本文中熱力站最佳供熱規(guī)模的優(yōu)化主要是經(jīng)濟(jì)上費(fèi)用最低，采用年計(jì)算費(fèi)用法作為經(jīng)濟(jì)評價(jià)的目標(biāo)函數(shù)。其公式形式為：                            (1) 式中    ——按動態(tài)法計(jì)算的年計(jì)算費(fèi)用(萬元/年);               K ——開始正常投產(chǎn)時的總投資額(萬元);               C ——年運(yùn)行費(fèi)(萬元/年);               ——利率或采用部門的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部收益率，本文取8%;               m ——生產(chǎn)期(按能源部有關(guān)規(guī)定選取)。 總投資費(fèi)用K包括熱源、熱網(wǎng)（含檢查井）和熱力站三部分，熱源部分投資計(jì)算時采用建設(shè)部頒發(fā)的城市供熱熱源投資估算指標(biāo)（HGZ47-104-99）進(jìn)行估算；熱網(wǎng)投資采用建設(shè)部頒發(fā)的全國市政工程投資估算指標(biāo)（HGZ47-102-96）進(jìn)行估算。使用時要按照規(guī)定調(diào)整到不同地區(qū)的現(xiàn)行材料價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)。 年運(yùn)行費(fèi)用C包括燃料費(fèi)、水費(fèi)、電費(fèi)、折舊費(fèi)、大修理費(fèi)、工資及福利費(fèi)、材料費(fèi)和其他費(fèi)等八項(xiàng)。

2.1.1　燃料費(fèi)

燃料費(fèi)是總成本中最主要的部分。 燃料費(fèi)＝燃料消耗量×燃料價(jià)格

2.1.2　水費(fèi)

在熱水的生產(chǎn)和輸送過程中用于購買所消耗水的費(fèi)用。單純的供暖系統(tǒng)水的消耗主要是指系統(tǒng)的補(bǔ)水。 水費(fèi)＝水消耗量×水價(jià) 閉式熱力網(wǎng)補(bǔ)水裝置的流量，不應(yīng)小于供熱系統(tǒng)循環(huán)流量的2%，事故補(bǔ)水量不應(yīng)小于供熱系統(tǒng)循環(huán)流量的4%。 2.1.3　電費(fèi) 在熱水的生產(chǎn)、輸送過程中，各種用電設(shè)備要消耗電能，電費(fèi)成本的計(jì)算中用電設(shè)備主要考慮熱源輔機(jī)耗電和熱網(wǎng)熱力站內(nèi)的設(shè)備（主要是水泵）的耗電。 電費(fèi)＝實(shí)際耗電量×電價(jià) 間接連接的一級網(wǎng)循環(huán)水泵的揚(yáng)程應(yīng)不小于熱源、一級網(wǎng)、換熱器的阻力損失和；二級網(wǎng)循環(huán)水泵揚(yáng)程應(yīng)不小于換熱器、站內(nèi)設(shè)備、主干線和最不利用戶內(nèi)部系統(tǒng)阻力損失之和。 補(bǔ)水泵的揚(yáng)程按可從水壓圖上得出，一級網(wǎng)、二級網(wǎng)補(bǔ)水泵流量按循環(huán)水量的2%計(jì)取。

2.1.4　材料費(fèi)

材料費(fèi)是指在熱水的生產(chǎn)、輸送過程中，維護(hù)管理所耗用的材料，備件低值易耗品的費(fèi)用（燃料、水、電和大修理除外）。一般可參考供熱企業(yè)的統(tǒng)計(jì)值，按總供熱量估算。 材料費(fèi)＝總供熱量×單位供熱量費(fèi)用指標(biāo)

2.1.5　折舊費(fèi)

是指固定資產(chǎn)在使用過程中因磨損而逐年轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品成本、商品流通費(fèi)用中的那部分資金。通過折舊方式計(jì)入成本的那部分固定資產(chǎn)價(jià)值稱為折舊費(fèi)。 基本折舊費(fèi)＝固定資產(chǎn)原值×基本折舊率 供熱工程項(xiàng)目基本折舊率采用4.8%。

2.1.6　大修理費(fèi)

大修理費(fèi) ＝固定資產(chǎn)原值×大修理費(fèi)率。 大修理費(fèi)率目前按2.5%計(jì)算。

2.1.7　工資及福利費(fèi)

生產(chǎn)和管理人員每人每年工資按一定指標(biāo)估算，福利費(fèi)包括職工醫(yī)療費(fèi)、福利基金、獎勵基金等，按工資總額的14%估算。供熱企業(yè)人員數(shù)可由可研編制中的定員確定，也可按單位供熱量指標(biāo)估算。

2.1.8　其它費(fèi)用

其他費(fèi)用指上述7項(xiàng)中沒有包括的成本費(fèi)用，如辦公費(fèi)、差旅費(fèi)、科研教育經(jīng)費(fèi)及生產(chǎn)流動資金貸款利息等。其他費(fèi)用可參考同類企業(yè)的指標(biāo)按單位供熱量指標(biāo)估算，也可按單位定員費(fèi)用指標(biāo)和職工人數(shù)估算。 2.2　管網(wǎng)模型的確定 2.2.1　理想模型 本文的計(jì)算中將以100萬m²的小區(qū)為例進(jìn)行優(yōu)化分析。 由于熱力站的供熱規(guī)模在數(shù)學(xué)模型及物理模型中不可能是連續(xù)變化的，因此根據(jù)其供熱面積特點(diǎn)，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(wǎng)模型，通過對熱網(wǎng)模型的統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出熱網(wǎng)的初投資、運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算結(jié)果，即得4、5、6.25、8.3、10、12.5、16.7、20、25萬m²熱力站供熱規(guī)模情況下變化年費(fèi)用的變化曲線。從中得到最優(yōu)的熱力站供熱規(guī)模。 小區(qū)為100萬m2供熱面積，容積率為1.0。假定該工程為哈爾濱市未建成區(qū)，采用機(jī)械挖土，管道為預(yù)制保溫管，直埋敷設(shè)。管道采用波紋管補(bǔ)償器，該工程當(dāng)年竣工。 綜合面積熱指標(biāo)選取65W/m²。一級管網(wǎng)的設(shè)計(jì)供回水溫度為130/80℃，二級管網(wǎng)的設(shè)計(jì)供回水溫度為95/70℃。 在進(jìn)行水力計(jì)算時，熱源內(nèi)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(dāng)量長度百分?jǐn)?shù)取30%。 外網(wǎng)熱力站的布置方案及其供熱規(guī)模方案如圖1所示：     (a) 熱力站規(guī)模4萬m²       (b) 熱力站規(guī)模5萬m²        (c) 熱力站規(guī)模6.25萬m² (d) 熱力站規(guī)模8.3萬m²      (e) 熱力站規(guī)模10萬m²      (f) 熱力站規(guī)模12.5萬m²    (g) 熱力站規(guī)模16.7萬m²        (h) 熱力站規(guī)模20萬m²       (i) 熱力站規(guī)模25萬m² 圖1   100萬m²供熱規(guī)模熱力站布置圖 2.2.2　實(shí)際模型 本文選取某供熱地區(qū)的實(shí)際工程，熱網(wǎng)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(qū)多數(shù)為民用住宅，有部分學(xué)校、醫(yī)院、超市、商場等公共建筑，無重工業(yè)生產(chǎn)單位，中心地帶有一占地2.5萬m²的公園；多數(shù)建筑為5～7層的多層建筑，在部分地區(qū)有12～18層的高層建筑。熱源位置定于整個地區(qū)西側(cè)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(guī)整。 本文依照城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范并遵循理想模型的設(shè)計(jì)原則對該工程進(jìn)行相應(yīng)熱網(wǎng)設(shè)計(jì)，如圖2所示。該設(shè)計(jì)依照原有地形及建筑物位置將該工程設(shè)立25個熱力站，并進(jìn)行了一級網(wǎng)和二級網(wǎng)的布線。 圖 2     實(shí)際工程熱網(wǎng)平面圖   3　計(jì)算結(jié)果分析 理想模型和實(shí)際模型的計(jì)算結(jié)果限于篇幅，本文從略。通過實(shí)際模型與理想模型計(jì)算結(jié)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(wǎng)管網(wǎng)形狀修正系數(shù)為1.2；二級網(wǎng)管網(wǎng)形狀修正系數(shù)為2.0。修正后的計(jì)算結(jié)果見表1。   表1各不同方案費(fèi)用對比                           （萬元） 工程或費(fèi)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 工程總投資 8597 8521 8411 8299 8138 8149 8217 8250 8350 年運(yùn)行費(fèi) 2109 2105 2100 2084 2079 2082 2086 2089 2096 費(fèi)用年值 2841.1 2830.6 2816.1 2791.1 2776.0 2776.2 2785.9 2792.1 2807.3   4　容積率對于計(jì)算結(jié)果的影響 容積率是反映供熱小區(qū)建筑面積集中程度的指標(biāo)。是指一個地區(qū)總建筑面積與總占地面積的比值。在人口密集居住地區(qū)，規(guī)劃小區(qū)的容積率相對較高。在北京容積率多在1.0～1.6之間。而在北方的中等城市中，城市中心地帶容積率多在1.0～1.4之間，而在相對欠發(fā)達(dá)地區(qū)其容積率多小于1.0。在以前的研究中，一般忽視了容積率對于供熱經(jīng)濟(jì)的影響，一般都是采用一個固定值計(jì)算。由于存在巨大的差異，其結(jié)果并不能很好地反映客觀實(shí)際。 容積率的大小將會直接影響到本文中計(jì)算的結(jié)果。容積率較大工程相對于同等供熱面積容積率較小的工程其供熱管網(wǎng)的占地面積要少，這直接導(dǎo)致了供熱管網(wǎng)造價(jià)的不同，而相對的其他部分造價(jià)不會出現(xiàn)較大的波動。因此，有必要針對不同的容積率進(jìn)行熱力站的規(guī)模優(yōu)化。 本文所選取的算例中容積率的取值為1。在大型城市中容積率多在0.9～1.6之間，其中，1.1～1.4出現(xiàn)的比例較高；而在北方的多數(shù)中型城市中，容積率一般在0.5～1.4之間。因此本文選取0.5～1.6之間的12個容積率值進(jìn)行分別計(jì)算，本文仍將以100萬m²供熱規(guī)模的工程為例，對其進(jìn)行優(yōu)化分析。 5　最優(yōu)熱力站供熱規(guī)模 根據(jù)上述原則，經(jīng)詳細(xì)的對比分析計(jì)算，得出不同供熱面積條件下的最優(yōu)熱力站規(guī)模詳細(xì)結(jié)果見表2。 表2 不同供熱面積條件下的最優(yōu)熱力站規(guī)模                   (萬m²) 容積率 40萬m² 60萬m² 80萬m² 100萬m² 120萬m² 150萬m² 200萬m² 0.5 2 7.5 8 10 10 12.5 12.5 0.6 4 7.5 8 10 10 12.5 12.5 0.7 4 8 8 10 10 12.5 12.5 0.8 5 8 8 10 10 12.5 12.5 0.9 5 8 8 10 10 12.5 12.5 1.0 6.7 8 8 10 10 12.5 12.5 1.1 8 8 8 10 10 12.5 12.5 1.2 8 10 8 12 12 15 15 1.3 10 10 10 12 12 15 15 1.4 10 12 15 15 15 15 15 1.5 10 12 15 15 15 15 18 1.6 15 15 15 18 18 18 20

上表的計(jì)算結(jié)果，基本上反映了最優(yōu)熱力站規(guī)模隨小區(qū)總建筑面積的變化規(guī)律。

6　結(jié)論 通過分析可以得出如下結(jié)論： 一定的容積率條件下，最優(yōu)熱力站規(guī)模隨供熱面積的增大而增大； 一定供熱面積的條件下，最優(yōu)熱力站規(guī)模隨容積率的增大而增大； 敏感性分析結(jié)果表明：最優(yōu)熱力站規(guī)模與鋼材價(jià)格、電價(jià)和水價(jià)的變化關(guān)系不大； 影響最優(yōu)熱力站規(guī)模的重要因素是容積率和熱網(wǎng)的布置形式。