天津地区不同太阳能采暖方案的经济性分析

1、天津地区不同太阳能采暖方案的经济性研究天津城市建设学院 李娜娜 吕建 杨洪兴摘要：本文以天津某工程的太阳能采暖为例，采用层次分析法对三种热源方案进行了分析比较，从而得出其太阳能采暖的最佳方案，并对层次分析法的优缺点有了一些认识。实例证明，AHP方法应用到采暖方案的多目标选择中是可行的,提高了决策的合理性和科学性。关键词：层次分析法；太阳能采暖；热源方案；经济性分析Economical Analysis of Different Solar Space-heating Schemes in Tianjin Abstract： Taking the solar space-heating of T

2、ianjin as an example, this paper analyzed and compared three different space-heating schemes by using the Anallytic Hierarchy Process method and optimized scheme was thus obtained .At the same time ,experience is gained for the advantages and disadvantages of the method .Compared with traditional AH

3、P method, it is shown that the AHP method provides an effective way for multi-objective decision on heating scheme and makes the decision more scientific and reasonableKeywords： Analytic Hierarchy Process (AHP)；solar space- heating；scheme ；Economical analysis0 概况随着经济的快速发展和世界能源消费量的增长，我国的环境问题和能源供应情况日益

4、突出，开发和利用可再生能源成为保护环境、增加清洁能源供应、实现经济社会可持续发展的一项重要的措施。太阳能作为一种可再生能源,有着矿石能源所不能比拟的优势,可以说是取之不尽、用之不竭的。而且太阳能具有就地取材、安全洁净、可以再生、直接利用等明显优点，因此在采暖系统中应用太阳能，有其深远的意义。太阳能采暖系统分为主动式采暖和被动式采暖。主动式采暖可以为建筑物提供冬季采暖和供应生活热水。但是由于太阳能的不稳定性，及随天气状况、昼夜、季节等因素的变化，太阳能采暖系统要正常的运行，必须要采用辅助热源，来满足生活及采暖的需要。因此本文，针对天津的地区的实际情况，提出了三种太阳能采暖方案，并对不同的方案进行

5、了分析和比较。该工程远离集中热网，远离双侧路边的建筑，全天对太阳照射无遮挡，所以采用太阳能采暖。本运行费用以100m2的采暖建筑面积作为分析单位，按二步节能技术设计，设计的采暖热指标为40W/m2。1 天津采暖期太阳能资源及采暖热负荷1.1 天津采暖期太阳能资源 天津地区采暖期由11月16日到3月17日，共122天，每个月的采暖天数及按30年的气象统计数据给出的水平面平均日辐射值，计算出天津采暖期中与水平面倾斜斜面上的太阳辐射热量，列入表1。表1 天津采暖期太阳能资源月份1112123总计采暖天数1431312917122月平均日太阳辐射值13.6712.8613.8215.8618.06倾斜

6、面上的月太阳辐射总量（）191.38398.66428.42459.94307.021785.4220集热器太阳辐射总量（）19904146445547833193185671.2 采暖期热负荷根据平均热指标，按照各个月的平均温度可以得出每个月的月平均面积热指标（），从而算出每月的采暖热负荷及采暖期内的总负荷，计算结果列入表2。 表2 月平均面积热指标及采暖期热负荷月份1112123总计月平均温度（）5.16-1.7-4.0-2.14.2采暖天数1431312917月平均面积热指标（）19.0229.1932.5929.7820.44月采暖热负荷值（）26.6390.49101.0386.36

7、34.75月热负荷值（）23007818872974624831341401.3 太阳能采暖率 根据表1和表2所得数据，可以计算出采暖期各月太阳能采暖率及能量盈缺情况，计算结果列入表3。表3 太阳能采暖率月份1112123总计20有效辐射热量1990414644554783319318567月热负荷值（）2300781887297462483134140太阳能采暖率（%）875351646654.4能量盈缺（）-310-3672-4274-2679-1638-155732 采暖方案2.1 太阳能+辅助电加热采暖太阳能采暖不足的部分由辅助电加热补足，做以下假设：（1） 电价0.8元/（）；（2）

8、 电加热效率为90%。表4列出了辅助电加热耗热量及电费。表4 年耗电量及电费月份1112123总计电加热热量（）3103672427426791638耗电量（）95.711331319826.9505.63880.2电费（元）76.6906.41055661.5404.53104.0由以上计算可知，天津地区采暖期中，20太阳能集热器提供的有效热量约为18567，太阳能采暖率约为54.4%。辅助电加热电费为3104元。若考虑太阳能工程寿命为15年，太阳能集热器（包括系统中管道等投资）按2000元/计算，则20太阳能工程造价为40000元。年计算费用为： 元2.2 求最佳集热器面积+辅助电加热采暖

9、根据计算得出了最佳的集热器面积，如下表表5 满足月负荷的集热器面积数及年计算费用月份1112123月热负荷值（）23007818872974624831月太阳辐射总量（）191.38398.66428.42459.94307.02满足月负荷的集热器面积23.1137.7139.1831.2030.26年计算费用（元）6056.396061.816213.955720.785727.022.3 太阳能+壁挂式燃气炉采暖（1） 燃气价格2.2元/ ；（2） 电加热效率为85%。表6 联合采暖系统的年耗气量及燃气费月份1112123月热负荷值（）2300781887297462483131.2有效辐

10、射热量 （）3087.046430.556910.597462.024981.09能量盈缺（）787.04-1350.14-1778.310150.09耗气量（kg）0171.53225.9100燃气费（元）0377.366497.000 采用某品牌壁挂式燃气炉，价格5500元，则年计算费用为： 元2.4 全自动燃油锅炉采暖 采用某品牌的全自动燃油锅炉，价格6000元。下表列出了全自动燃油锅炉在采暖期的耗油量和燃油量。其中： （1） 油价按5.0元/L计算；（2） 油密度按0.835kg/L计算；（3） 锅炉热效率按85%计算。表7 年耗油量及燃油量月份1112123总计月热负荷值（）2300

11、7818872974624831耗油量（kg）68.72233.58260.80222.95144.34燃油费（元）343.61167.913041114.75721.74651.9由上表可知采用全自动燃油锅炉全年燃油费为4651.9元。进而可以计算其年计算费用： 元因此，方案一 太阳能+辅助电加热采暖年计算费用=6276.0元 方案二 太阳能+小型燃气炉采暖年计算费用=6258.8元 方案三 全自动燃油锅炉采暖年计算费用=5127.7元3 利用层次分析法对三种方案进行比较3.1 层次分析法层次分析法（Analytic Hierarchy Process，以下简称AHP）是由美国运筹学家、匹兹

12、堡大学萨第（T.L.Saaty）教授于本世纪70年代提出的一种定性与定量相结合的决策分析方法。它将人的主观判断用数量形式表达出来并进行科学处理，能较准确地反映社会科学领域的问题。应用这种方法，决策者通过将复杂问题分解为若干层次和若干因素，在各因素之间进行简单的比较和计算，就可以得出不同方案的权重，为确定最佳方案提供依据。3.1.1 建立递阶层次结构图1 递阶层次结构示意图设计建设采暖方案，使综合效益最高(A)目标层A环境效益(B3)技术条件(B2)经济效益(B1)准则层 B措施层方案二 (C2)方案一 (C1)方案三 (C3) C3.1.2 判断矩阵表 3.1.3 求出目标层权重估计对矩阵进行

13、归一化处理及利用和积法得出最大特征向量： 计算判断矩阵的最大特征根： 判断矩阵一致性指标： 随机一致性指标RI： RI 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49 1.51n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11随机一致性比率：求出方案层对目标层的最大特征向量： =(0.15,0.49,0.36) =(0.20,0.20,0.60) =(0.63,0.26,0.11)3.1.4 三种方案的结果方案一：=0.16×0.15+0.30×0.20+0.54×0.63=0.4242方案二：=0.16×0.49+0.30×0.20+0.54×0.26=0.2788方案三：=0.16×0.36+0.30×0.60+0.54×0.11=0.2970由上分析可知，对于天津地区各采暖方案的优劣排序为：方案二方案三方案一。所以方案二最优，方案三次之，方案一最不好。所以采用太阳能+壁挂式燃气炉形式最佳。4 结论从上面分析可知，三个方案的结果相差并不是非常大，这主要是三个方案相对来说都具有比较环保、初投资较大等共同点，在赋值时存在经验性、在设备的价格上不是很准确等