贵阳地区高校供暖方案探究

张正飞，毛瑞勇，王师雨，张航铭，王中航，吴展钰

(贵州大学 土木工程学院，贵州 贵阳 550025)

贵阳地处低纬度高海拔的高原地区,属于亚热带湿润温和型气候[1],贵阳市年平均气温为15.3℃，年极端最高温度为35.1℃，年极端最低温度为-7.3℃[2]。虽然贵阳地区属于温和地区，但也有“下雨当作冬”的谚语[3]，且冬季漫长、空气湿度大，日照不足，导致体感寒冷。通过对贵阳地区各大高校的调查，发现很多高校学生自行采用暖风机、小太阳、电热毯等进行取暖，导致宿舍火灾频繁发生，造成学校经济损失严重，学生人身安全无法得到保障。鉴于高校集中供暖有利于保障学生人身安全和保证学校安全稳定，本文通过对贵阳地区已有的供暖方案进行实地调研，并分析这些方案应用于贵阳高校的经济性、环保性、技术可行性等，最终探究出一种适合贵阳地区高校供暖的最佳方案。

1 贵阳现有供暖方案调研

对整个贵阳地区已有供暖方案展开调研，调研结果如表1所示。

表1 贵阳供暖方案分析

续表1 贵阳供暖方案分析

续表1 贵阳供暖方案分析

2 贵阳地区高校供暖方案比较分析

以贵州大学西校区2号学生宿舍为例，该建筑共有13层，建筑总面积为3657.4m2，供暖面积为2821.6m2，供暖负荷为664kW,学校供暖起止时间为11月10日～1月10日，以调研所得供暖方案为基础进行各方案的经济、技术、环保等[4]对比分析。

2.1 各方案经济性分析

采用费用年值法[5]进行比较，其计算公式如下：

(1)

式中： L1-费用年值,万元；

L-系统总投资，包括设备费用和安装费用，万元；

n-设备使用寿命，取20年；

i-年利率，取银行利率5.94%。

计算数据采用调研结果表1中的经济指标和运行费用，各方案经济分析的结果如表2所示：

表2 各方案经济分析表

根据表2的数据，综合费用从高到低依次是：直燃型溴化锂吸收式机组供暖>污水源热泵供暖>地源热泵供暖>水源热泵供暖>燃气热水锅炉供暖>空气源热泵供暖，可见六种方案中空气源热泵供暖的综合费用是最低的，即最经济的。

2.2 各方案环保性分析

由于各供暖方案所使用的热源驱动不一样，故排放的污染物对环境的污染程度也不一样，主要排放的污染物有CO2、SO2和NOX等。不同燃料单位污染物的排放量见表3所示：

表3 不同燃料单位污染物排放量[6] 单位：kg/kg

污染物排放量可以按以下公式进行计算：

M=m×v

(2)

式中：M-污染物排放量,kg；

m-燃料消耗量,kg；

v-单位污染物排放量，kg/kg；

计算得出各方案的污染物排放量见表4：

表4 各方案污染物排放量计算表 单位：kg

根据表4可以知道污染物排放量从高到低排列为：燃气热水锅炉>直燃型溴化锂吸收式冷热水机组，而水源热泵、污水源热泵、地源热泵和空气源热泵污染物排放量为零，即无污染物排放。

2.3 技术可行性分析

2.3.1 燃气热水锅炉供暖

燃气热水锅炉由城镇管网直接提供燃气，现场不需要固定的容器储存燃气，但是燃气热水锅炉可能会因水力失调造成部分用户采暖温度过高，特别是不同使用性质的建筑混在一起，按同一水平供热，如果调节不当，就会造成浪费能源。且使用的燃料为天然气，有爆炸危险，存在一定的安全隐患。

2.3.2 直燃型溴化锂吸收式冷热水机组供暖

直燃型溴化锂吸收式冷热水机组因其对环境污染较小，既可供冷又可供暖而得到广泛应用。但是机组寿命一般不长，冷却水量需求较大，需配备冷却能力较大的冷却塔。也正因如此，直燃机在贵阳市的利用程度较低。

2.3.3 水源热泵供暖

水源热泵系统可供暖、空调和生活热水，一机多用，不仅节省了大量的能源，而且可以减少设备的初投资。但是水源热泵的使用必须要有合适的水源，且水源需要满足一定的温度、水量和清洁度等条件，根据调查，贵阳高校周围有可利用的地下水或地表水很少，导致水源热泵在贵阳地区高校内大范围应用缺乏条件。

2.3.4 污水源热泵供暖

污水源热泵供热属于废物利用技术，不产生任何污染物，环境效益显著。但是根据调查，贵阳地区的高校多在郊区，离城市污水处理点较远，热源在输送过程中热损失比较大，导致用户侧供热量不足，需增加辅助热源，导致投资增大，从而使得污水源热泵在贵阳地区高校的应用上不够现实。

2.3.5 空气源热泵供暖

空气源热泵可实现自动运行，自带温控装置和保温层，可自动补水、加热、断电，可24小时提供热水。用户在任何天气条件下，在任何时候都可享用热水。但空气源热泵在室外温度达到-5℃时机组结霜会很严重，甚至停机。气象资料显示，贵阳地区最冷月为一月，平均气温为4.6℃，而高校供暖时间主要集中在十一月和十二月，这对于空气源热泵的正常运行不会造成影响，因此空气源热泵上是能够很好在贵阳地区高校进行推广使用。

2.3.6 地源热泵供暖

地源热泵不向室外排热，对环境很友好，但是贵阳地区属于喀斯特地貌，特殊的地质条件给地源热泵的施工造成了极大的困难，除此之外，贵阳高校目前已基本建成，对于占地面积庞大的地源热泵系统无空间进行施工，因此，地源热泵不大适合作为贵阳地区已建成高校供暖方案。当然，对于新建的高校，在地质情况允许的情况下，可以采取该方案作为供暖方案。

3 结论

(1)根据我们调研所得的数据，并以贵州大学西校区2号学生宿舍为例，将六种方案的年费用进行计算比较，得到如下结果：燃气热水锅炉的综合费用为：248296.4元/年，直燃机供暖方案的综合费用为：502565.8元/年，水源热泵供暖的总额和费用是：289708.0元/年，污水源热泵供暖的综合费用是：393451.5元/年，空气源热泵供暖的综合费用是：232975.7元/年，地源热泵供暖的综合费用是：330212.5元/年。由此可知空气源热泵供暖经济效果最好。

(2)燃气锅炉供暖的CO2、SO2和NOX的排放量分别是22.1kg、1.19×10-3kg、7.32×10-3kg，直燃机供暖的CO2、SO2、NOX的排放量分别是19.7kg、1.02×10-3kg、5.49×10-3kg，其余供暖方案的排放量均为零。在环保性方面，空气源热泵、水源热泵、污水源热泵和地源热泵都较好。

(3)从经济分析、环保性能以及技术可行性方面得出的结论，空气源热泵是贵阳高校供暖的最佳方案。但是各高校在选择供暖方案时，需要根据学校的地理情况、可利用热源、经济情况及环保效益等，因地制宜，选择最合理的供暖方案。