某锅炉改造项目的电锅炉供暖系统的经济性分析

黄翠翠 张利姣

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

某锅炉改造项目的电锅炉供暖系统的经济性分析

黄翠翠 张利姣

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

为了分析张石高速公路某收费站锅炉房改造项目的电锅炉供暖系统的经济性，建立了寿命周期成本计算模型，以寿命周期成本最小为决策准则，优选电锅炉供暖方案。结合项目实际情况，对电锅炉水蓄热系统和电锅炉固体蓄热系统进行分析，结果表明电锅炉水蓄热系统的初投资比电锅炉固体蓄热系统的初投资小的多，前者的寿命周期成本略小于后者的寿命周期成本，宜采用电锅炉水蓄热系统供暖。

电锅炉,经济性,寿命周期成本

0 引言

2015年7月，国务院通过了关于设立张家口为可再生能源示范区的规划。作为第一个国家级的“可再生能源示范区”，张家口政府高度重视风能、太阳能等的并网以及消纳问题，张家口各个区、县开始对燃煤锅炉进行电锅炉改造。电锅炉供暖系统，其节能和环保优势明显，但初投资比较大。过去设计人员在设计过程中主要考虑如何节省一次性投资，忽略了运行费用与维护费用，要想减少运行费用和维护费用，需采取相应的节能措施，这必将导致初投资的增加。因此，需要建立一个合理的方法对电锅炉供暖系统进行成本控制与技术评价。

1 寿命周期成本评价模型的建立

近年来，工程设计人员采用各种经济评价方法对供暖热源系统进行评价，其中寿命周期成本(Life Cycle Cost，简称LCC)法被广泛采用[1]。LCC是指系统从诞生到报废过程中业主为实现其功能所支付的总费用。

电采暖系统的LCC由投资成本、运行成本、维护成本和残值组成的数学模型计算如下：

式中：LCC——寿命周期成本，万元；Co——初投资成本，万元；C——运行成本，万元；S——残值，万元；n——生命周期，年；i——折现率；k——时间变量，年；PVSUM——现值和；PV——现值。

在使用效果相同的情况下，LCC越小，系统的经济效益越高。本文针对采用电锅炉为热源的供暖系统进行分析，通过一个实际项目分别分析采用全谷电(10 h)水蓄热供暖系统、采用全谷电(10 h)固体蓄热供暖系统的寿命周期成本，以寿命周期成本最小为目标，选择最佳供热方案。

2 工程概况

张石高速公路胶泥湾收费站锅炉房改造工程位于张家口市宣化区，锅炉房供热总的建筑面积为4 128 m2，项目主要由一栋4层的办公楼组成，由于当地无法为该工程提供集中供热热源，所以需要为该工程配置独立的热源。风电属于可再生能源、清洁能源，符合节能环保要求。而且风电供暖是国家政策支持项目，电锅炉水蓄热系统或电锅炉固体蓄热系统成为优选方案。

3 热源方案比较

3.1 热源方案简介

3.1.1 电锅炉水蓄热系统

电锅炉水蓄热系统分为直供和间供两种系统，结合本项目的实际情况，选择间供系统，工艺流程图如图1所示。

本项目中，电锅炉水蓄热系统拟采用全谷电蓄热方式：在谷电时段(22:00～8:00)，开启电锅炉，加热蓄热水箱中的水，同时向用户供热，此时F1,F3关闭，F2,F4开启；峰电时段(8:00～22:00)，关闭电锅炉，用蓄热水箱中的热水向用户供热，此时F1,F3开启，F2,F4关闭。

3.1.2 电锅炉固体蓄热系统

电锅炉固体蓄热系统工作原理：利用夜间低谷电(22:00～8:00)，将锅炉内的储热介质加热到750 ℃以上。当用热时，风机运转，使空气流动通过蓄热体，将蓄热体中的热量换出成为高温热空气，通过板式换热器进行汽—水换热，将换热的水加热，用于用户供暖，风机再将通过换热器换热后的低温度热风送回蓄热室。其工艺流程图如图2所示。

3.2 热源方案的初投资比较

初投资为电锅炉供暖系统各部分投资之和，包括基本设备费和安装费。基本设备主要是指锅炉、蓄热水箱、水泵、板式换热器、增加设备用房等。根据项目的实际情况，可以对LCC原理进行简化[3]，只考虑锅炉、蓄热水箱、水泵(只考虑蓄热水泵)、板式换热器。安装费主要包括设备的装配费和调试费，在本工程中两种方案均不考虑此项。

3.2.1 设备选型计算

本工程按热指标进行热负荷计算，根据张家口的气候特征及建筑使用性质，将8:00～22:00用蓄热水箱供暖的时间分为8:00～18:00，18:00～22:00两个阶段，热指标分别为q8～18=80 W/m2,q18～22=60 W/m2，22:00～8:00热指标取为q22～8=50 W/m2。根据文献[4]中的相关公式计算得到锅炉计算功率为652 kW，蓄热水箱体积为103 m3。

3.2.2 电锅炉水蓄热系统的造价

由图1可知电锅炉水蓄热系统的设备组成，经市场调研，锅炉的购置成本按418.7元/kW、蓄热水箱的购置成本按1 750元/m3，水泵购置成本按3 545.5元/kW，板式换热器成本按1 000元/kW计算。

电锅炉水蓄热系统的造价见表1。

表1 电锅炉水蓄热系统造价

3.2.3 电锅炉固体蓄热系统造价

结合图2，在本工程中电锅炉固体蓄热系统初投资只考虑固体电锅炉、风机、板式换热器。经市场调研，风机、板式换热器的价钱包括在固体电锅炉里，其综合单价为1 350元/kW。电锅炉固体蓄热系统的初投资见表2。

表2 电锅炉固体蓄热系统造价

从热源设备的初投资来看，电锅炉水蓄热系统初投资较小。

3.3 热源方案的年运行费用比较

系统的运行费用包括电费、水费等。在本工程中只考虑运行费用的主要部分——电费，其包括电锅炉、水泵、板式换热器、风机等的运行电费。两种方案中，锅炉、循环水泵、板式换热器的电费相近，本工程中不做考虑。

3.3.1 电锅炉水蓄热系统的年运行费用

电锅炉水蓄热系统只考虑蓄热水泵的年运行费用。根据市场调查，张家口峰电电价(8:00～22:00)0.52元/(kW·h)，谷电电价(22:00～8:00)0.15元/(kW·h)。电锅炉水蓄热系统的年运行费用见表3。

表3 电锅炉水蓄热系统的年运行费用

3.3.2 电锅炉固体蓄热系统的年运行费用

本系统只考虑风机的年运行费用。电锅炉固体蓄热系统的年运行费用见表4。

表4 电锅炉固体蓄热系统的年运行费用

3.4 维护成本

维护成本M包括人工费和维修费，人工费可以根据当地的工资标准进行估算，维修费可按照设备购置费的2%计算。该工程配备2名技术人员、2名维修人员及2名操作人员，每月工资为3 000元。

3.5 残值

本项目中残值按系统初投资的4%计算。

3.6 寿命周期成本

假设水蓄热电锅炉、固体蓄热电锅炉设备的使用年限为15年，折现率按8%计算。按照建立的寿命周期成本计算模型对各方案进行成本计算，见表5。

表5 两种热源方案全寿命周期费用 万元

计算结果可知，电锅炉水蓄热系统的初投资比电锅炉固体蓄热系统小的多，但是在使用年限为15年的全寿命周期内，电锅炉水蓄热式系统的寿命周期成本略低于电锅炉固体蓄热式系统的寿命周期成本。

4 结语

1)基于LCC评价方法对电锅炉供暖系统进行评价，建立了寿命周期成本计算模型，计算寿命周期成本，以寿命周期成本最小为目标，优选电锅炉供暖方案。

2)将建立的寿命周期成本计算模型应用于实际工程中，结果表明，电锅炉水蓄热系统的初投资比电锅炉固体蓄热系统小的多，但是在使用年限为15年的全寿命周期内，电锅炉水蓄热式系统的寿命周期成本与电锅炉固体蓄热式系统的寿命周期成本相差不大。在该项目中，考虑到实际情况，优先选择电锅炉水蓄热系统这种方案。

[1] 寿青云，陈汝东.寿命周期成本分析在区域供冷供暖评价的应用[J].煤气与热力，2006，26(4)：51-52.

[2] 张朝辉，李 霞，端木琳，等.区域供冷供暖冷热源方案的寿命周期成本分析[J].建筑科学，2007，23(4)：74-77.

[3] 房华荣.基于寿命周期成本(LCC)的暖通空调方案选择的应用研究[D].西安：长安大学，2007.

[4] 滕 力.03R102蓄热式电锅炉房设计施工图集[Z].北京：中国建筑标准设计研究院，2003.

[5] 刘卫东,潘广旭,王晓梅,等.基于生命周期成本理论的电锅炉供暖方案优选方法研究[J].科技创新与应用，2017(5)：30-32.

[6] 胡松涛，等.固体蓄热式电锅炉在青岛某办公建筑空调系统中的应用[J].暖通空调HV&AC，2015,45(15)：25-29.

Economic analysis of electric boiler heating system for a boiler reconstruction project

Huang Cuicui Zhang Lijiao

(CollegeofHebeiUniversityofArchitecture,Zhangjiakou075000,China)

In order to analyze the economy of the electric boiler heating system of the boiler room renovation project of a toll station in Zhang-Shi expressway, a life cycle cost calculation model is established. The minimum cost of life cycle is the decision criterion, and the electric boiler heating scheme is preferred. According to the actual situation of the project, the electric boiler boiler heat storage system and the electric boiler thermal storage system are analyzed. The results show that the initial investment of the electric boiler heat storage system is much smaller than the initial investment of the thermal storage system of the electric boiler. Cycle cost is slightly less than the latter’s life cycle cost, should use electric boiler water storage system heating.

electric boiler, economy, life cycle cost

1009-6825(2017)22-0186-03

2017-05-26

黄翠翠(1993- )，女，在读硕士

TU833.1

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