王培浩，田 鵬

（中國(guó)石化集團(tuán)新星石油有限責(zé)任公司，北京100083）

北方地區(qū)清潔取暖[1]日益得到國(guó)家的高度重視，地?zé)豳Y源作為一種現(xiàn)實(shí)并可靠的清潔能源能夠極大地解決這一問(wèn)題[2-5]，但因其初始投資較高制約了其快速發(fā)展。同時(shí)，由于我國(guó)房地產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致部分區(qū)域尤其是縣級(jí)地區(qū)出現(xiàn)住宅小區(qū)空置率、入住率較低的情況，對(duì)供暖行業(yè)尤其是地?zé)峁┡倪\(yùn)營(yíng)效益造成較大影響[6]。因此，急需解決低入住率情況下，地?zé)峁┡?xiàng)目如何盈利問(wèn)題。本文結(jié)合已實(shí)施的地?zé)峁┡?xiàng)目，針對(duì)不同入住率情況開(kāi)展投資、運(yùn)行策略研究，分析各種方案的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)低入住率地區(qū)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)有一定的指導(dǎo)意義。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目介紹

河南省新鄉(xiāng)市某居民小區(qū)地?zé)峁┡?xiàng)目總建筑面積11.8萬(wàn)m2，于2013年建成入住，末端采用地板輻射采暖，供暖時(shí)間當(dāng)年11月15日至次年3月15日。項(xiàng)目所在區(qū)域平均入住率為54%，其中交房3年以?xún)?nèi)居民小區(qū)入住率約為30%，交房5年內(nèi)居民小區(qū)入住率約為45%，交房8年內(nèi)居民小區(qū)入住率約為70%。本項(xiàng)目2013年交房首年，入住率僅為25%，至2017年年底入住率約為45%，入住率較低，采用常規(guī)供暖設(shè)計(jì)對(duì)項(xiàng)目運(yùn)行成本和經(jīng)濟(jì)效益有極大影響。

1.2 熱負(fù)荷

根據(jù)《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專(zhuān)用氣象數(shù)據(jù)集》給出新鄉(xiāng)市的設(shè)計(jì)用室外氣象參數(shù)，見(jiàn)表1。

該項(xiàng)目建筑為按照節(jié)能建筑規(guī)范要求建設(shè)的節(jié)能建筑，根據(jù)新鄉(xiāng)市室外設(shè)計(jì)參數(shù)及建筑使用功能，冬季熱負(fù)荷指標(biāo)取為40 W/m2，總熱負(fù)荷為4 720 kW，設(shè)計(jì)末端供回水溫度為45/35℃。

1.3 深層地?zé)豳Y源條件

地?zé)峋罴s1 300 m，單井出水量80 m3/h，出水溫度50℃。靜水位35 m，動(dòng)水位70 m。深層地?zé)崴|(zhì)優(yōu)良，回灌條件好，1采1灌可實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源的采灌均衡，可持續(xù)利用。

表1 新鄉(xiāng)市設(shè)計(jì)用室外氣象參數(shù)

2 方案比選及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 方案一：按全負(fù)荷設(shè)計(jì)供暖系統(tǒng)

為滿足所有建筑全部用熱負(fù)荷，充分利用深層地?zé)崴捎冒迨綋Q熱器加兩級(jí)熱泵機(jī)組并聯(lián)梯級(jí)換熱的方式。地?zé)崴?jīng)一級(jí)板式換熱器，溫度由50℃降為37℃，單井可提供的熱量為Q1。

Q1＝k×G×?t＝1.163×80×（50–37）

＝ 1 209.52 kW

項(xiàng)目總熱負(fù)荷為4 720 kW，若按照1采1灌設(shè)置2口地?zé)峋?，不足熱?fù)荷3 510.48 kW由兩級(jí)熱泵機(jī)組串聯(lián)提取地?zé)嵛菜疅崃刻峁岜脵C(jī)組COP為4.5，尾水回灌溫度約7.66℃，熱泵總輸入功率為780 kW。尾水經(jīng)過(guò)回灌設(shè)備處理后進(jìn)行自然回灌。一級(jí)板換二次側(cè)循環(huán)水直接進(jìn)入用戶末端供熱，滿足小區(qū)住宅的部分熱負(fù)荷，供、回水溫度分別為45/35℃（地板輻射采暖）；二級(jí)板換熱進(jìn)水源熱泵保障熱泵正常運(yùn)行供暖。系統(tǒng)流程 見(jiàn)圖1。

圖1 滿足全部負(fù)荷

2.2 方案二：按70%～80%負(fù)荷設(shè)計(jì)供暖系統(tǒng)

考慮當(dāng)?shù)鼐用裥^(qū)入住率實(shí)際情況，按滿足70%負(fù)荷設(shè)計(jì)供暖系統(tǒng)。此時(shí)項(xiàng)目最大熱負(fù)荷可按照3 304 kW設(shè)計(jì)，單井可提供直供熱量仍為 1 209.52 kW，不足熱負(fù)荷2 094.48 kW由2臺(tái)熱泵機(jī)組提供。熱泵機(jī)組COP為5，尾水回灌溫度約為19℃。其余流程與方案1類(lèi)似。系統(tǒng)流程見(jiàn)圖2。

圖2 滿足70%～80%負(fù)荷

2.3 方案三：地?zé)嶂惫M足全部熱負(fù)荷

不采用梯級(jí)利用方式全部利用地?zé)嵋患?jí)板換二次側(cè)循環(huán)水供暖，地?zé)峋畣尉惫崃繛?1 209.52 kW，滿足全部用熱負(fù)荷4 720 kW，在滿足回灌要求的情況下需鉆井8口（4采4灌）。雖然可顯著降低運(yùn)行成本，但系統(tǒng)投資造價(jià)過(guò)高，全部采用地?zé)嶂惫┎滑F(xiàn)實(shí)且不經(jīng)濟(jì)?；谌胱÷实偷膶?shí)際情況，考慮采用2采2灌方式。此時(shí)地?zé)峋商峁┛偀崃繛? 419.04 kW，占總負(fù)荷的51%。系統(tǒng)流程見(jiàn)圖3。

圖3 純地?zé)?/p>

2.4 方案四：按實(shí)際入住率適時(shí)擴(kuò)容

按照初始入住率30%配置1采1灌2口地?zé)峋?，此后隨著入住率的增加適時(shí)增配熱泵機(jī)組。此種方式能夠最大限度地節(jié)約投資，同時(shí)降低運(yùn)行成本。但需要提前預(yù)留供熱站空間和配電余量，以便開(kāi)展后續(xù)設(shè)備的安裝。系統(tǒng)流程見(jiàn)圖4。

圖4 適時(shí)擴(kuò)容

3 系統(tǒng)運(yùn)行策略

3.1 30% 入住率

當(dāng)小區(qū)入住率為30%時(shí)，地?zé)峋?采1灌基本能夠滿足居民用熱需求。此時(shí)僅開(kāi)啟地?zé)峋罹姖摫?、一?jí)板換二次側(cè)循環(huán)泵、補(bǔ)水泵，系統(tǒng)運(yùn)行效率最高，運(yùn)行成本最低，但因入住率低導(dǎo)致熱損嚴(yán)重，能耗較大。

3.2 50% 入住率

當(dāng)小區(qū)入住率為50%時(shí)，針對(duì)方案1中所示系統(tǒng)，地?zé)峋惫┛沙袚?dān)基礎(chǔ)熱負(fù)荷，其余熱負(fù)荷由一級(jí)熱泵機(jī)組承擔(dān)。此時(shí)需開(kāi)啟地?zé)峋罹疂撍谩⒁患?jí)板換二次側(cè)循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、二級(jí)板換熱泵循環(huán)泵、一級(jí)熱泵、熱泵補(bǔ)水泵等設(shè)備。此時(shí)，因一級(jí)熱泵機(jī)組基本處于滿負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)行效率仍較高。針對(duì)方案2中所示系統(tǒng)，地?zé)峋惫┏袚?dān)基礎(chǔ)熱負(fù)荷，其余熱負(fù)荷由熱泵機(jī)組承擔(dān)，此時(shí)系統(tǒng)開(kāi)啟與方案1類(lèi)似，但因熱泵機(jī)組處于部分負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)行效率一般。針對(duì)方案3中所示系統(tǒng)，地?zé)峋?采2灌能夠滿足50%熱負(fù)荷，此時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)啟與30%入住率類(lèi)似。此時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行效率最高，運(yùn)行成本最低，因入住率有一定上升，熱損較小。

3.3 70% 入住率

當(dāng)小區(qū)入住率為70%時(shí)，針對(duì)方案1中所示系統(tǒng)，相對(duì)于50%入住率需開(kāi)啟二級(jí)熱泵，此時(shí)二級(jí)熱泵出力為50%，運(yùn)行效率一般；針對(duì)方案2中所示系統(tǒng)，為滿負(fù)荷運(yùn)行；方案3中系統(tǒng)不能滿足70%負(fù)荷用暖需求，但可以通過(guò)站內(nèi)改造安裝熱泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)供暖，但此時(shí)改動(dòng)較大，對(duì)站內(nèi)安裝空間要求較高。

3.4 100% 入住率

當(dāng)小區(qū)入住率為100%時(shí)，僅方案1中系統(tǒng)可滿足居民正常用暖需求，方案2、3所示系統(tǒng)均需實(shí)施站內(nèi)改造才能正常供暖。根據(jù)目前統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，新鄉(xiāng)市入住率達(dá)到100%的小區(qū)很少。

4 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

4.1 投資分析

基于上述4種建設(shè)方案，根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際投產(chǎn)時(shí)投資情況分別進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，如表2所示。由表2可知，方案4投資最少但后續(xù)站內(nèi)改造擴(kuò)容工作量較多，要求運(yùn)營(yíng)公司具有較高的技術(shù)、管理和改造水平，同時(shí)需要較大的站房面積。方案3投資次之，且能夠滿足50%入住率，但鉆井?dāng)?shù)量較多，需要落實(shí)合適的鉆井井位。方案2能夠滿足70%負(fù)荷，具有較強(qiáng)的可操作性，若5年內(nèi)入住率能夠升高至50%～70%可采用方案2，若入住率增高幅度較慢建議選擇方案4。方案5為項(xiàng)目實(shí)際投資，滿足100%負(fù)荷，項(xiàng)目建設(shè)較早，方案未優(yōu)化投資導(dǎo)致投資較高。

表2 各方案的經(jīng)濟(jì)性比較

4.2 運(yùn)行成本分析

結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行策略，分析不同入住率時(shí)運(yùn)行成本見(jiàn)表3。由表3可知，入住率較低時(shí)運(yùn)行成本也較低，但因存在較大熱損導(dǎo)致單位供暖面積成本依然較高。若入住率持續(xù)維持在30%左右，則推薦使用方案4，若入住率有望增加值50%，推薦使用方案3。

表3 不同入住率時(shí)運(yùn)行成本 萬(wàn)元

4.3 實(shí)際運(yùn)行成本分析

根據(jù)該居民小區(qū)實(shí)際建設(shè)、入住和用暖情況，統(tǒng)計(jì)其自2013年項(xiàng)目建成至2017–2018年采暖季運(yùn)行成本情況，如表4所示。在運(yùn)行初期，因系統(tǒng)初次投運(yùn)，運(yùn)行成本較高，后續(xù)經(jīng)過(guò)優(yōu)化運(yùn)行成本有所降低。但因該項(xiàng)目實(shí)施為完全投入，熱損較大，相對(duì)比方案3、4中運(yùn)行成本仍較高。當(dāng)入住率達(dá)到45%后，運(yùn)行成本才基本與方案3的成本持平。

表4 實(shí)際不同入住率時(shí)運(yùn)行成本 萬(wàn)元

5 結(jié)語(yǔ)

1）縣域區(qū)域由于其自身經(jīng)濟(jì)容量和人口外流等因素，房地產(chǎn)快速發(fā)展導(dǎo)致入住率不高，對(duì)于采用地?zé)峁┡@種初投資較大的供暖形式來(lái)說(shuō)經(jīng)濟(jì)效益較難保障，需要在實(shí)施過(guò)程中高度關(guān)注投資風(fēng)險(xiǎn)。

2）若入住率增幅不高，或每年增幅在5%左右時(shí)，建議采用方案3或方案4，即全部考慮純地?zé)峁┡绞剑罄m(xù)隨著入住率的提高逐步擴(kuò)容以最大限度降低初始投資和熱損，減少運(yùn)行成本。

3）中低溫地?zé)豳Y源區(qū)域應(yīng)結(jié)合建筑需求和入住率情況，合理布局地?zé)峁┡痉?，預(yù)留設(shè)備擴(kuò)容空間。分期建設(shè)，確保項(xiàng)目投資收益。