基于年度费用法的地热供热方案优化方案

基于年度费用法的地热供热方案优化方案

在间接使用热交换系统中，供暖的全球优化方案受到各种因素的影响和制约。作为一个完整的优化设计，我们不仅要考虑系统的加热性能，还要考虑经济性。同时，我们还考虑了长期利益（经济效益和社会效益）和使用寿命。但是要做到完全综合以上几个要素,在实际工程设计中是很难做到的。所谓优化设计,实际上是一个筛选过程。以不同的目标优化函数可得到不同的优化结果,因此,优化又是相对的。所以在选择最优供暖方案时,应当深入了解各因素之间的相互关系。我们认为,采用年度费用法选择供热方案的是较适宜的。下面就总体供暖方案确定的原则和选择做具体的分析说明。1影响全球供暖方案各个方面的关系1.1室外计算温度和采暖期天数供暖参数包括:室内计算温度、室外计算温度、供暖期天数、各建筑类型的供暖热指标、供暖面积等。室内计算温度对散热设备的设计选型有影响,室内设计温度越高,散热设备的投资越大,从而影响整个系统的初投资。室外计算温度和供暖期天数对采暖质量、用户的舒适性有影响。各建筑物类型的热指标和供暖面积直接影响用户所需供热量的大小,而用户所需热量的变化促使整个供暖方案随之变化。当采暖面积增加,或建筑物对供热量大小有特殊要求时,用户所需供热量增加,整个系统的初投资、运行成本都会增加。1.2采暖设计指标地热供暖系统运行工况包括:地热水流量、地热水排放温度、地热井口温度、循环水流量、循环回水温度、终端散热器入口温度等。以上各数值对系统供热量和设备选择均有影响。其中最重要的参数是地热排放温度,它既与地热供热方案的技术性有关,又与供暖方案的经济性有关。由于地热供暖系统是开口系统,即地热水供暖降温后被排放或回灌,使得地热水中的热量未被充分利用。因此地热供暖利用率的高低,与地热水排放温度有关,排水温度越低则利用率越高。在供暖设计中,要利用的地热水温降越大,排水温度就越低,换热器和散热器的投资越高。与此同时,由于利用温降大,干管输水量减小,管径减小,可能会影响到运行成本的变化。1.3系统初投资的影响需要进行设计与选择的设备包括:换热器、散热器、调峰设备等。设备的合理选择对系统的初投资有很大影响,同时也影响着系统的运行成本。另外,对调峰设备的选择还涉及到地热供热系统的环境效益。1.4经济参数的影响供热方案中的经济参数包括:水费、电费、人员费、地热资源费、燃料费、设备折旧费等。这些参数将决定系统运行成本的高低。1.5供热成本分析热价是反映供热收益的一个重要参数。根据经验分析,最佳采暖设计温差和地热利用率均随热价升高而增长。然而,由于受到我国现行采暖付费体制的约束,采暖热价并没有真正反映出供热成本,主要反映在室内采暖投资计入建筑投资项目,而热价仅考虑热源和室外管网的成本和税利等。如对于中、低温地热供暖系统而言,循环侧的进、出口温度均低于标准设计温差,考虑到供暖质量,在标准设计的基础上,需要适当增加室内散热器面积。但是由于该项费用已包括在建筑投资项目中,无形中影响到补充投资的积极性。1.6供热期的制定改变采暖期的供暖天数,可以说是提高地热利用率的一种手段。从某种角度上说,所谓延长供暖期,就是延长供暖天数。以往,我国供暖期的制定是以室外气温不高于5℃的历史平均延续天数为基准,天津地区约127天。这使采暖期的初、末阶段有一段时间不能保证室内温度处于舒适温度。目前天津已将供暖期调整为131天。考虑到低温地热采暖运行费低,以及天津市对于市区环境保护、提高空气质量标准等一系列长远规划,为人们实现延长采暖期的愿望创造了条件。2供暖方案的要求对于地热井的开发和利用,用户可以提出现有或预计的采暖建筑类型和面积,并通过计算机程序自动进行优化选择供暖方案。由于地热井水温和最大开采流量是固定的,因此改变地热水排放温度会影响地热供热量的大小。另外,供暖系统是否需要改变地热开采量以适应采暖设计要求或是否增加调峰设备作为补充热源也需要进行相应的设计和优化,因而可能会产生不同的供暖方案。选择供暖方案的三点要求:(1)地热供暖负荷能基本满足用户所需热负荷,在程序设计中设供暖负荷与所需负荷的差值不超过5%。以此来判断是否需要附加其他热源作为补充热源,或是否需要调整其他参数以保证热量均衡。(2)地热供暖方案要满足技术要求。由于地热采暖的特点,用常规设计参数进行地热供暖工程设计可能会限制挖掘地热供热的潜力。因此,在遵循科学方法并以其为依据的基础上,考虑地热供暖本身的特点,最大限度地降低排放水温,提高地热利用率,是地热采暖系统技术性的关键。(3)地热供热方案还要满足经济指标的要求。如果以高投入、低效益为要点,尽管从技术上再突出高科技,在当今市场经济发展下,也不具备成熟的应用条件和时机。因此,采用统一的年度费用法,对供暖方案进行经济分析时,应结合我国国情全面分析方案的可行性。3在一定范围内确保最优方案的确定总体供暖方案的确定可以根据供暖的要求来确定。在上述讨论的供暖方案中三个要求不是并行的,而是有先后顺序的。首先应满足采暖热负荷的要求,然后是技术上可行性的评价,最后考虑经济和社会效益。当然,社会效益中应包含环境效益和节能。所以在研究过程中,先找出满足热量和技术要求的各种方案,然后计算出它们的年度费用值,并得到一个年度费用最低的方案。然后与其它方案中年度费用很接近该最低值且更具有环境效益(地热水排放温度较低)、节约能源的方案比较,如果年度费用比值在一定范围内(3%左右),则应确定此方案为最优方案,而不一定采用年度费用最小的方案。目前,无论是采用何种能源形式供热,均存在能耗不一的问题。从存在差别这个现象看,说明节能潜力的巨大,另外也说明,应用新技术来改进和完善供热系统,保证供热质量,把高质量商品供给用户,通过减少能耗来降低成本和提高经济效益,其节能效果会更为明显。但是,如果不重视设备改造、运行合理化和管理科学化,不仅会造成能源消耗居高不下、地热利用率偏低,以及环境污染的严重后果,而且由于供热质量低,造成热费收缴困难,也会影响经济效益。采用上述原则和方法可以得到经济上合理,技术上先进的供热方案。上述原则和方法在地热利用开发的研究过程中也很有启示作用。目前,天津大学地热研究培训中心已研制出一套“地热供暖系统优化设计”的计算软件,经专家组验收,其完整性和适应性在国内地热界应为首创。内容包括地热供暖热负荷的计算及调峰比例的合理分配;优化设计供热系统的运行工况;井口配套设备的选型、配置、价格及生产厂家;每一特例的尾水综合利用项目的评价及地热利用率的计算。在经济效益评价中包括:系统总投资,年度费用、运行成本及单位面积成本等。