潘洲

上海市節(jié)能減排中心有限公司

目前，上海市高校學(xué)生的洗浴方式主要可分為以下幾種：公共浴室集中式洗浴、每幢宿舍樓分散式洗浴和以每間宿舍為單位的單元式洗浴方式，形成了以集中式洗浴為主，結(jié)合分散式和單元式洗浴的模式。然而，近年來隨著對學(xué)生生活條件的改善，分散式和單元式洗浴系統(tǒng)改造建設(shè)正在高校中興起。學(xué)生洗浴系統(tǒng)的改造和新建離不開供熱方式，即熱源的選擇?；诮?jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會責(zé)任的綜合考慮，高校大多數(shù)選擇空氣源熱泵熱水系統(tǒng)或太陽能集熱+空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的供熱模式（如圖1）。

空氣源熱泵熱水的系統(tǒng)模式較為單一，而太陽能熱泵熱水的系統(tǒng)模式根據(jù)太陽能集熱器與空氣源熱泵的不同組合形式，可以分為直接膨脹式太陽能熱泵、串聯(lián)式太陽能熱泵、并聯(lián)式太陽能熱泵和雙熱源式太陽能熱泵熱水等。本文僅以目前運(yùn)用較為廣泛、節(jié)能效益顯著、系統(tǒng)組合靈活的并聯(lián)式單水箱太陽能熱泵熱水系統(tǒng)為例與單一空氣源熱泵熱水系統(tǒng)進(jìn)行分析比較。

圖1 并聯(lián)式單水箱太陽能熱泵熱水系統(tǒng)

1 研究對象

本文的研究對象假定如下：本市某高校四幢類似學(xué)生公寓。每幢學(xué)生公寓樓有7層，入住學(xué)生約400人，浴室位于底樓。每天定時供水，供水時間不少于6h，供水溫度不低于55℃。根據(jù)相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，每人每日最高用水量60L，每幢學(xué)生公寓日最高用水量約24t。

2 系統(tǒng)方案

根據(jù)《太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計、安裝及工程驗收技術(shù)規(guī)范》（GB/T 18713-2002）等相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合學(xué)校普遍要求和類似工程項目實施經(jīng)驗，若采用太陽能熱泵熱水系統(tǒng)，則系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)如表1所示。

同時，為方便比較，假設(shè)在同樣研究對象及供熱需求下，采用單一空氣源熱泵熱水系統(tǒng)，則系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)如表2所示。

表1 單幢學(xué)生公寓太陽能熱泵熱水系統(tǒng)設(shè)計

表2 單幢學(xué)生公寓熱泵熱水系統(tǒng)設(shè)計

上表的系統(tǒng)設(shè)計僅用于本文的研究分析，具體情況隨項目不同而變化。

3 全年運(yùn)行能耗

若采用太陽能熱泵熱水系統(tǒng)，通過類似工程案例對比分析及建模計算，在本文假定的研究對象前提下，學(xué)生年均用水量約21 000t，系統(tǒng)年均電耗約297 700kWh。

同時，為方便比較，計算若采用熱泵熱水系統(tǒng)時的全年運(yùn)行能耗。

（1）總熱量

Q總=q總cρ（th-tc）

其中：Q總為全年總熱量需求，J；q總為全年總用水量，kg；c為水的比熱容，4 187 J/（kg·℃）；ρ為熱水密度，kg/L；th為熱水溫度，55℃；tc為年均冷水溫度，取15℃。Q總=3517080MJ=976967kWh

（2）熱泵主機(jī)能耗

T熱=Q總/COP

其中：T熱為熱泵主機(jī)，即熱源的年能耗，kWh；COP為暫不考慮用戶熱水需求季節(jié)性差異時，全年綜合運(yùn)行工況干濕球溫度下擬選機(jī)組的能效比，取2.8。T熱=348916 kWh。

（3）其他能耗

整個系統(tǒng)中，熱泵主機(jī)能耗為主要能耗，其余還包括增壓泵、循環(huán)泵等輸配設(shè)備能耗、電動閥等配件能耗、線損電耗等。

其中：T余為除熱泵主機(jī)外的系統(tǒng)其它能耗，kWh；ki為某一設(shè)備的額定功率，kW；ti為某一設(shè)備的年運(yùn)行小時數(shù)，h；T損為整個系統(tǒng)電力損耗，一般按整個系統(tǒng)能耗的某一百分比折算，kWh。在此估算中，為計算方便，將水泵等各輔助設(shè)備均看作是在額定工況下工作。T余=30355 kWh。

通過計算，該校四幢學(xué)生公寓洗浴熱水若采用熱泵熱水系統(tǒng)時的全年運(yùn)行能耗約為380 000 kWh。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

針對同一項目，業(yè)主、投資方、技術(shù)服務(wù)方、融資方等不同主體由于角度不同、需求不同，各自的項目經(jīng)濟(jì)性分析也不盡相同。本文的經(jīng)濟(jì)效益分析是針對投資方基于合同能源管理模式，對投資項目在合同期內(nèi)進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)效益分析。

4.1 太陽能熱泵熱水系統(tǒng)

通過類似工程案例對比及工程量清單估算，項目建設(shè)期總投資約為2 150 000元，包括方案設(shè)計費(fèi)、設(shè)備及材料購置費(fèi)、安裝費(fèi)等。整個工程范圍包括熱源系統(tǒng)、輸配系統(tǒng)及室內(nèi)末端系統(tǒng)等。在對投資項目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析時，財務(wù)模型的建立至關(guān)重要，其中關(guān)鍵是確定合同期、年運(yùn)營收入及成本、稅率、貼現(xiàn)率、貸款利率等各項參數(shù)。

（1）合同期

合同期的考慮有客觀和主觀兩方面的因素?？陀^因素主要包括設(shè)備的設(shè)計壽命期、年凈現(xiàn)金流入/流出、投資風(fēng)險等。主觀因素主要包括投資方及業(yè)主期許、項目使用功能變化等。特別需要注意的是，合同期大于設(shè)備設(shè)計壽命期（或系統(tǒng)主要設(shè)備實際使用壽命）的項目，涉及二次投資問題，對項目的經(jīng)濟(jì)效益有直接的影響?？紤]到投資風(fēng)險等因素，建議合同期接近于設(shè)備設(shè)計壽命期（或系統(tǒng)主要設(shè)備實際使用壽命）。若合同期延長，則建議合同期為設(shè)備設(shè)計壽命期（或系統(tǒng)主要設(shè)備實際使用壽命）的整數(shù)倍。為便于分析計算，本項目假設(shè)合同期為8年。

（2）年運(yùn)營收入及費(fèi)用

項目年運(yùn)營收入為熱水供應(yīng)收入，計費(fèi)模式為熱水單價與熱水供應(yīng)量的乘積。年運(yùn)營費(fèi)用主要包括維保人工費(fèi)、材料費(fèi)、電費(fèi)及水費(fèi)等。其中，系統(tǒng)運(yùn)行的電費(fèi)及水費(fèi)一般由業(yè)主支付，但該費(fèi)用是否從運(yùn)營收入中相應(yīng)扣除，則是投資方和業(yè)主重點(diǎn)協(xié)商的內(nèi)容之一。為便于分析計算，本項目假設(shè)電費(fèi)為單一電價，0.636元/kWh，水費(fèi)單價為3.65元/t，熱水售價為45元/t，電費(fèi)和水費(fèi)從運(yùn)營收入中相應(yīng)扣除。

（3）投資風(fēng)險

本項目采用合同能源管理模式，投資人不僅要考慮初始投資，也要考慮合同期內(nèi)的各項收入和支出。風(fēng)險期與合同期保持一致。主要風(fēng)險包括：業(yè)主存續(xù)風(fēng)險，即業(yè)主本身在合同期內(nèi)能否穩(wěn)定存在的風(fēng)險，本項目的業(yè)主是高校，相對于一般企業(yè)，該風(fēng)險因素較?。粺崴枨箫L(fēng)險，即改造前后熱水供應(yīng)工況和熱水需求要基本相同，也就是說，熱水供應(yīng)學(xué)生數(shù)、熱水供應(yīng)時間及引起學(xué)生洗浴需求的外在因素應(yīng)變化不大；各項費(fèi)用風(fēng)險，如電費(fèi)、水費(fèi)單價在合同期間內(nèi)的變化等。同時，還包括政策風(fēng)險、不可抗力風(fēng)險等。這些風(fēng)險因素是投資人需提前考慮，也是需要和業(yè)主充分協(xié)商后在協(xié)議中明確的重要內(nèi)容。

稅率、貼現(xiàn)率、貸款利率及融資方案的確定也是影響項目經(jīng)濟(jì)效益的重要因素，本文暫不一一贅述。通過財務(wù)模型的建立及計算，本項目的財務(wù)指標(biāo)如表3所示。

表3 項目主要財務(wù)指標(biāo)（自有資金+貸款模式）

在上表財務(wù)模型的建立過程中，有以下幾個主要前提條件：一是投資人自有資金占總投資的30%，其余70%為貸款金額，貸款利率按基準(zhǔn)利率上浮10%計算；二是總投資收益率計算公式為：年均息稅前利潤/項目總投資；三是貸款的還款模式為等額本金。

若該項目的投資金額全部為自有資金，則項目的財務(wù)指標(biāo)如表4所示。

表4 項目主要財務(wù)指標(biāo)（全為自有資金模式）

從表3和表4的對比可以看出，建設(shè)總投資采用30%自有資金加上70%貸款模式的財務(wù)指標(biāo)優(yōu)于全部采用自有資金模式。因此，在貸款利率合理、風(fēng)險可控的基礎(chǔ)上，建議投資人采用可行的融資方案。

在上述財務(wù)模型建立的基礎(chǔ)上進(jìn)行敏感性分析，以進(jìn)一步深化項目財務(wù)分析，為投資者決策提供依據(jù)。敏感性分析的計算過程繁雜，在此不贅述，計算結(jié)果如表5所示。

在上表的敏感性分析中，需要特別注意以下幾點(diǎn)：①當(dāng)建設(shè)總投資全部采用自有資金模式的前提下進(jìn)行分析計算的，若采用30%自有資金加70%貸款的模式，財務(wù)指標(biāo)在同類情況下應(yīng)略優(yōu)，讀者可自行研究分析；②上表僅選取售水單價、合同期等主要影響因素進(jìn)行敏感性分析，且為單因素敏感性分析，讀者可選取其它影響因素或進(jìn)行多因素敏感性分析；③合同期增加1年的前提是假設(shè)合同期在設(shè)備設(shè)計壽命期（或?qū)嶋H使用壽命期）內(nèi)，投資人不需要進(jìn)行二次投資。

表5 項目敏感性分析（全為自有資金模式）

4.2 熱泵熱水系統(tǒng)

若完全采用熱泵熱水系統(tǒng)，在達(dá)到同等功能需求且合同期、售水單價等其他因素不變的前提下，采用表2所示的系統(tǒng)設(shè)備配置，則項目的財務(wù)指標(biāo)如表6和表7所示。

表6 項目主要財務(wù)指標(biāo)（自有資金+貸款模式）

表7 項目主要財務(wù)指標(biāo)（全為自有資金模式）

表6和表7的建設(shè)總投資是根據(jù)類似工程經(jīng)驗的估算值，僅用于本文的分析計算，實際投資隨具體項目不同而變化。與太陽能熱泵熱水系統(tǒng)相比，熱泵熱水系統(tǒng)的初始投資大幅減少，年維保費(fèi)用有所減少，系統(tǒng)年均電耗有所增加，但總體上在達(dá)到同等功能需求且其他因素基本一致的前提下，純熱泵熱水系統(tǒng)的財務(wù)指標(biāo)要優(yōu)于太陽能熱泵熱水系統(tǒng)。關(guān)于熱泵熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)敏感性分析暫不在本文贅述，讀者如有興趣，可自行建模分析計算。

5 結(jié)論與建議

通過上述分析，在得出下述結(jié)論的同時提出以下建議：

（1）太陽能熱泵熱水系統(tǒng)的年均系統(tǒng)能效要高于熱泵熱水系統(tǒng)，這一點(diǎn)在兩者的年電耗上有著明顯區(qū)別，但從整個財務(wù)模型來看，電費(fèi)差價對財務(wù)指標(biāo)的影響遠(yuǎn)小于建設(shè)總投資對財務(wù)指標(biāo)的影響。

（2）無論是太陽能熱泵熱水系統(tǒng)還是熱泵熱水系統(tǒng)，建設(shè)總投資采用30%自有資金和70%貸款模式其財務(wù)指標(biāo)優(yōu)于全部采用自有資金模式。因此，在貸款利率合理、風(fēng)險可控的基礎(chǔ)上，建議投資人采用可行的融資方案。

（3）建設(shè)總投資無論采用哪種模式，在財務(wù)凈現(xiàn)值差異不大的情況下，財務(wù)內(nèi)部收益率有著成倍的差異，這從表3和表4，表6和表7的建模計算中可以明顯看出，其主要原因是由于建設(shè)總投資的不同融資方案造成的。

（4）通過經(jīng)濟(jì)敏感性分析可以發(fā)現(xiàn)，提高售水單價，增加合同期限等措施，能夠明顯提高整個項目的財務(wù)效益。當(dāng)然，若合同期延長，則建議合同期為設(shè)備設(shè)計壽命期（或系統(tǒng)主要設(shè)備實際使用壽命）的整數(shù)倍，以求投資人的效益最大化。

（5）合同期內(nèi)的風(fēng)險因素是投資人需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，一是要積極采用相關(guān)措施降低風(fēng)險乃至轉(zhuǎn)移風(fēng)險；二是在投資協(xié)議中充分考慮并明確各類風(fēng)險。

（6）有實力的投資人不妨考慮未來收益權(quán)質(zhì)押，或者將項目資產(chǎn)中風(fēng)險與收益進(jìn)行隔離并進(jìn)行結(jié)構(gòu)性重組，進(jìn)而開展資產(chǎn)證券化等融資模式，降低融資成本。

在本文的研究過程中，發(fā)現(xiàn)仍有以下幾點(diǎn)值得進(jìn)一步探討。

（1）在上海地區(qū)，針對類似供應(yīng)對象和功能需求，計算分析太陽能熱泵熱水系統(tǒng)與熱泵熱水系統(tǒng)的年均系統(tǒng)能效是否有顯著差異。同時，從系統(tǒng)設(shè)備的整個生命周期去考慮，將太陽能集熱設(shè)備的生產(chǎn)和報廢后處置的能耗、環(huán)境成本與經(jīng)濟(jì)成本考慮在內(nèi)，太陽能熱泵熱水系統(tǒng)是否真正比熱泵熱水系統(tǒng)更節(jié)能，具有更好的環(huán)境效益。

（2）熱水投資項目的風(fēng)險分析應(yīng)該是投資人前期決策工作中的重要部分，應(yīng)進(jìn)一步深入研究。同時，讀者如有興趣，可對類似熱水項目在合同期的收購行為進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和風(fēng)險分析。