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价值工程理论在太阳能热水系统设备选型中的运用_期刊网

时间:2013-07-24  作者:袁莺,李树刚,高歌

论文导读::太阳能具有安全、无污染、可再生和分布范围广等特点,受到国际社会普遍重视。我国对清洁能源的利用非常重视。近年来,各地政府纷纷要求在新建建筑项目中加强对太阳能的利用。本工程作为酒店项目,对热水的需求较多。
论文关键词:太阳能,方案优化,货币时间价值
 

一、引言

我国是世界第二能源消费国,同时也是世界生产大国,自然资源丰富,但人口众多,人均资源不到世界平均水平的一半。资源的紧缺使得我国的能源产品价格总体走势保持高位运行。由于科技水平和经济实力等原因,中国在能源方面过度依赖化石燃料,在资源的可持续供应上存在很大压力。能源储量与未来几十年的需求之间存在一个巨大的缺口。

随着社会的发展,人民生活水平的提高,人们对建筑功能以及舒适度方面的要求也越来越高。与建筑相关的如空调、热水供应、餐饮、照明、电器、电梯等方面的能耗也日益增加。目前我国的建筑能耗已占到全社会终端能耗的27.5%期刊网,按照这样的水平,到2020年,我国建筑能耗将达到1089亿吨标准煤。建筑用能将危及国家能源安全。因此,在我国开展建筑节能工作刻不容缓。

太阳能作为一种可持续利用的清洁能源,被认为是2l世纪以后人类可期待的、最有希望的能源,得到了国际社会的普遍重视。各类建筑是利用太阳能等可再生能源的良好载体,结合建筑充分利用太阳能等可再生能源是实现建筑能源结构可持续发展的重要内容。其中太阳能热水系统用于提供热水,可大大节省燃料费用。

由于工程对象的特殊性:初始投资成本大,项目寿命周期长,所耗能源的持久性等特点,更应该综合考虑后续能源消耗资金对现时初始投资项目选择的影响。这样更能客观公正地选择出最优解。

在价值工程中,认为资金进入社会再生产过程后会随着时间的推移,货币产生价值增值,即货币是具有时间价值的,运用模型,考虑货币时间价值因素对数据产生的影响:

其中:P—现值;A—年金; i—利率;n—期限

在方案的初始选择中,考虑项目周期内能源的耗费相当重要,在工程设计中,我们不能只顾初始投资成本的选择期刊网,而要兼顾后续费用是否与初始投资成本之间存在合理的性价比。

本文就货币时间价值在无锡某小区太阳能热水系统设备选型中所起作用与同行共同探讨。

二、工程概况

无锡某酒店地下一层,地上十层,建筑高度36.7m。地下一层为汽车库和酒店辅助用房,地上一层为酒店大堂和咖啡厅,二层为酒店人员办公层,三层以上为酒店客房。酒店建筑面积约为1万平方米。共有客房104间,均为双人房,共有床位208个。

三、太阳能热水系统原理

本工程热水系统原理图如下:

货币时间价值

本工程太阳能热水系统的运行控制原则是:在确保24小时热水充足供应的前提下,尽可能利用太阳能加热。

太阳能热水系统的运行原理是:

1.设储热水箱内温度为T1,集热水箱内温度为T2,高区热水回水管网最低点温度为T3,太阳能集热板最高点温度为T4。

2.当T3<50℃时,启动热水循环泵,当T3>58℃时,关闭热水循环泵。

3.当储热水箱内水位低于三分之一时,启动供热泵,同时开启F4电控阀,关闭F3电控阀。此时,如果集热水箱内水温>55℃期刊网,则开启F1电控阀,关闭F2电控阀;否则关闭F1电控阀,开启F2电控阀,采用燃气热水器辅助加热。当储热水箱内水位满时,关闭供热泵,关闭F3电控阀。

4.当T1<50℃时,则开启供热泵,开启F2、F3电控阀,关闭F1、F4电控阀。

5.当T1达到60℃时,则关闭供热泵,关闭F3电控阀。本条优先级低于第3条,当第3条发生时,暂缓执行本条。

6.当T4-T2>10℃时,启动集热循环泵;当T4-T2<2℃时,关闭集热循环泵。

四、集热板的安装

由于本酒店外墙安装幕墙,并且幕墙高出屋面9米左右。如果将太阳能集热器直接安装在屋面上,太阳光将完全被幕墙挡住,无法起到集热效果。经与甲方协商后,决定在幕墙顶部高度的位置做构架。构架主体为混凝土井字梁期刊网,集热板安装在梁上,每排集热板前后的梁上搁置铸铁格栅,作为检修通道。见下图一和图二。

货币时间价值

图一

货币时间价值

图二

五、经济比较

现行设计思路均为常识性的做法或根据甲方要求进行设计,很少在设计当时就通过理论公式进行科学的设备选型,本文主要基于价值工程理论结合实际进行热源选择。

该项目集中供应热水系统比较适合选用的热源有:

(1)传统耗能热源:蒸汽、燃气、电能;

(2)新型节能环保热源:太阳能、空气源热能和水源热能。

(一)辅助热源经济性分析

设定系统每天将20吨15℃的水升温到60℃,总共耗费的能量为37.62×105kJ。

计算如下:

Q=Cpm△T=4.18×20×103×(60-15)=37.62×105kJ

式中:Q—该热水系统运行需要的能量(kJ)

Cp—水的定压热容(Cp=4.18KJ/kg?℃)

△T—水的温升(即热水温度与基础水温之差)

m—水的质量(kg)。

1、各种燃料的当量热值分别为:

燃油:42500kJ/kg;电:3600kJ/Kwh;工业煤:29300kJ/kg;天然气:39757kJ/m3

2、锅炉效率及能源费用如下表:

 

类别

燃油锅炉

电锅炉

燃煤锅炉

燃气锅炉

空气源热泵

效率

80%

95%

50%

90%

380%

能源费用

柴油:5.0元/ kg

电:1.00元/KWh

煤:0.85元/ kg

天然气:2.27元/m3

电:1.00元/KWh

表中能源费用为当前全国均价,计算中应考虑能源费用的自然增长因素,以15年为一个周期,按每年5%增长率取平均值,取值如下:

燃油:6.08元/kg;电:1.00元/ Kwh;工业煤:0.85元/kg;天然气:3.04元/m3。

3、各能源费用计算如下

按一般设备平均寿命15年计算,假设近3年通货膨胀利率均值估算5%。

(1)若上述热量完全由燃油锅炉提供

每天耗油量为:37.62×105kJ /(42500×80%)=111kg

每天耗油费用:111kg×6.08元/kg=675(元)

每年耗油费用675×365=246375(元)

(2)若上述热量完全由电能提供

每天耗电量为:37.62×105kJ /(3600×95%)=1100(Kwh)

每天电费为:1100×1.00元=1100(元)

每年电费为:1100×365=401500(元)

(3)若上述热量完全由燃煤锅炉提供

每天耗煤量为:37.62×105kJ /(29300×50%)=257(kg)

每天燃煤费用:257×0.85元/ kg=218(元)

每年耗煤费为:218×365=79570(元)

(4)若上述热量完全由燃气锅炉提供

每天耗气量为:37.62×105kJ /(39757×90%)=105(m3

每天燃气费用:105×3.04元/ kg=319(元)

每年耗气费为:319×365=116435(元)

(5)若上述热量完全由空气源热泵提供

每天耗气量为:37.62×105kJ /(3600×380%)=275(Kwh)

每天燃气费用:275×1.00元/ kg=275(元)

每年耗气费为:275×365=100375(元)

(二)太阳能热水结合辅助热源经济性分析

假定太阳能系统设备投资:T=92174元(仅为参考价格,以实际报价为准)

其他辅助能源费用,及与太阳能系统设备投资费用合计:

按每年有60天阴雨天或90天寒冷天气(针对热泵系统)完全用其他热源辅助,用不同的辅助热源时,辅助热源每年耗能费用分别如下:

1、辅助能源为油:每年60天总耗油费用为:675×60=40500元

2、辅助能源为电:每年60天总耗电费用为:1100×60=66000元

3、辅助能源为煤:每年60天总耗煤费用为:218元×60=13080元

4、辅助能源为天然气:每年60天总耗天然气费用为:319元×60=19140元

5、辅助能源为热泵:每年90天总耗电费用为:275×90=24750元

(三)综合以上计算结果,

 

太阳能与各系统15年总费用比较

太阳能与燃油

燃油锅炉系统

2557299元

太阳能加燃油锅炉系统

512552元

太阳能与电

电锅炉系统

4167450元

太阳能加电锅炉系统

777234元

太阳能与燃煤

燃煤锅炉系统

825913元

太阳能加燃煤锅炉系统

227940元

太阳能与燃气

燃气锅炉系统

1208560元

太阳能加燃气锅炉系统

290841元

太阳能与空气源热泵

空气源热泵

1041862元

太阳能加空气源热泵

349072元

太阳能与各类常规能源锅炉系统投资效益情况表

根据上表可知,太阳能加燃煤锅炉系统的投资最少。但是由于燃煤锅炉占地大,污染大,而且危险性也大期刊网,所以燃煤锅炉被否决了。其次选择是太阳能加燃气锅炉系统。

在考虑热源的时候,曾和建设方探讨过太阳能和热泵双热源的系统,但是项目周边没有水体,因此不能选择水源热泵。并且无锡地区寒冷月份较多,在寒冷季节,空气中热能不足,空气源热泵效率降低,尤其在冬季的阴雨天,热泵效率降至最低,热源将会主要依靠电能,大幅增加运行成本。最后建设方要求必须有一种传统热源,以保证本项目的热水供应。

在传统热源选择比较中,考虑到项目规模较大,如采用电能,耗电较大,运行成本太高,因此首先否决了电能;其次,燃煤锅炉占用建筑空间较多,污染大期刊网,而且危险性也大,所以燃煤锅炉被否决了;蒸汽热源需要占用较多的建筑空间,而且在建设方以往的项目运行中,由于蒸汽价格的多次变化,给建设方的运行管理成本造成了较多的负担和烦恼,建设方也否定了蒸汽热源。根据以上考虑,并且结合“太阳能与各类常规能源锅炉系统投资效益情况表”。考虑到燃气价格较为稳定,燃气机组占用的建筑空间也比较少,并且燃气机组产生的废气主要为二氧化碳,排放较易。最后传统热源选择了燃气。

建设方考虑到初次投资成本,不愿意在太阳能加燃气双热源集热系统的投资基础上再增加热泵系统的投资。最后的热源选择是太阳能加燃气双热源。


主要参考资料1.太阳热水系统与建筑一体化设计标准图集,苏J28-2007
2.建筑给水排水设计规范,GB50015-2003
3.建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范,GB50242-2002
4.王彤等,建设项目经济评价方法实用回答,北京:中国统计出版社,1994.5
5.国家计划委员会建设部,建设项目经济评价方法与参数,第二版,北京:中国计划出版社,1993
6.(美)罗伯特,B.斯图尔特,(中)邱苑华,价值工程方法基础,北京:机械工业出版社,2007
7.王乃静,价值工程概论,北京:经济科学出版社,2006
 

 

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