利用层次分析法对城市供热方式的综合评价

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1、98专业论坛暖通空调HV&AC 2（X）9年第39卷第8期利用层次分析法对城市供热方式的综合评价*清华大学 郑忠海朕 付 林 狄洪发 江 亿利用层次分析法引入供热系统的能量转换效率ECC?指标.建立了供热方式的能 耗、经济和环境3个指标准则层，以供热3E为决策目标进行综合评价。另外.利用供热系统总 经济费用进行评分比较总经济费用包括能源消耗所征收的能源税、环境排放所征收的环境税 和供热系统的综合年费用。计算结果表明层次分析法用来评价供热系统具有科学性和综合 性可进一步用于各种供热方式组合的城市供热系统评价0层次分析法城市供热方式综合评价Co mpre he nsi ve e valuation

2、 of urb a n he ating typeswith a nalytic hierarc hy proc essBy Zheng Zhonghai *, Fi（ L i）i, Di Hongf a and Jiang YiAbstract Based on the analytic hierarchy process method, introduces the criterion indices of heating mode. including energy consumption &energy conversion coefficient, economic investme

3、nt & operation cost and environment emission. Puts forward the three-Es as the comprehensive decision objective to evaluate the various heating systems in China. Furthermore uses a total economic cost method consisting of energy tax of fuel consumption. environment tax of different emission and the

4、overall annual cost to score each heating type The comprehensive evaluation results show that analytic hierarchy process is suitable for appraising the heating type and urban heating systemKeywords analytic hierarchy process, urban heating mode , comprehensive evaluation Tsinghua University.Beijing

5、.China 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved http7/98专业论坛暖通空调HV&AC 2（X）9年第39卷第8期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved http7/98专业论坛暖通空调HV&AC 2（X）9年第39卷第8期注:图中热源以电为动力时-第一个数据为热源消耗 电能的热值括号内为电力折合的燃煤热值G/m- 1 (0现阶段我国城市

6、能源供应结构和供热方式日益多元 化和多样化一般来说供热可分为集中式、分布式和分 散式等多种方式，我国常见供热方式的能耗环节如图1所 示。不同的能源种类、价格及其供热系统形式便得各 种供热方式在能源、经济和环境三方面互有优势本文中 能源指的是能源消耗或能源效率经济指的是包括初投 资和运行费用的经济成本环境主要指的是环埴污染物 排放和CO2排放量。因此必须对供热方式进行综合评 价。合理地评价各种供热方式的优劣是指导我国城市供热 系统设计、规划和建设的重要依据。本文在计算各种供热国家十一五科技支撑计划项目“域市能原基础优化与模拟技 术”1 编号:2OO6BAJO3B()1)六郑忠海男.1981年4月

7、生在读博士研究生 100084渚华大学建筑技术科学系(0) 138108387391?mail: zhengzh05 Emails, tsinghua. 收稿日期:2008-04-14方式的能量转换效率、能源消耗、初枚资和运行费用及其环 境污染物和CO,排放量的基础上利用戻次分析法AHP (analytic hierarchy process)，建立了 能耗(energy)经济 (economic)和环境(environment) 3个指标准则戻似供热 的3E为目标决策层来评价各种供热方式的优劣。I1)能源转换效率ECC供热系统的能源转换效率CC(energy conversion coeff

8、icient)指供热系统在供暖期内作为收益的能耗 中的可用能与作为投入的各种能源料量中的可用能之和的 比值。供热系统收益的能耗一般是指建筑物供暖期耗热量 (不包括不均匀热损失)：如果采用热电朕产.其输出的电量 也视为系统的收益。ECC的数值越大说明在消耗同样品 质和数量的能源情况下.可获得的供热效果越大。ECC可 通过式(1)求得。式中创为作为受益的建筑物供暖期单位面积耗热量. kJ/(m2 -a); “为耗热量的能质系数：氐为热电联产供热 时供暖期单位韋筑面积输出的电M.kWh/(nV a);从 为电的标准单位热值-3 600 kJ/(kWh) : t为电的能质系 数取值1.0 ;.W.为供

9、热系统供暖期单位建筑面积需要输 入的第i种能源的燃料耗量(包括耗电：H.为对应第i种 能源的单位燃料标准热值：为对应第种能源的能质系数如表1所示.1( )电天然乂轻油髙浪热水低温热水120 V700(80 060 O 仃-16- 1.6 U1.0 0.36 0.53 0.530.260.210.061冬季供暧是从温度为/的室内环境向温度为/)的室外 环境排热耗热量的能质系数用式(2)计算：2) 经济性供热系统的经济性主要从初投资和运行费用两个方面 进行评价。不同供热方式系统的初投资所含项目有所不 同例如城市集中供热系统的初投资包括集中热源、髙温管 网、换热站、室内外管网和末端散热设备。供热系统

10、的供暧 期运行费用一般包括燃料费用、动力用电费用、水费(管 网)、管理费用和设备维修费用。对干采用热电联产的供热 系统供热系统的运行费用应为在上述各项累计中减去发 电的收益。发电可以上网的收益电价为上网卖电价格：自 用不上网的收益电价为用户买电价格。各种供热设备的 寿命周期(折旧年限)是不同的所以在经济分析时应考虑 其影响。这里采用直线折旧法得出各种供热方式的综台年 费用3) 环境供热系统的能源消耗是造成大气污染的主要根源之 一.因此应对各供热方式对环境造成的负面影响充分考 虑。总的来说供热系统对环境和大气的污染主要有直 接排放和间接排放两种形式。直接污染是指供热系统的 热源燃烧各种燃料产生的

11、排放污染物对环境造成的直接 污染.主要的污染物有烟尘、SO, ,NO,以及温室气体 CO-另外还有供热系统的动力需要耗电而且有些供热 方式直接用电力供热虽然电能对当地的环境没有污染 但由于我国的电力供应主要依靠燃煤火力发电电力供 暖虽然没有直接的污染但仍然有间接污染不能简单地 将电能看作无任何污染的清浦能源。对于热电联产由 于供热的同时发电总的燃料耗量增加直接污染增加. 但发电减少了间接污染。本文以直接排放和间接排放之 和的总排放为评价指标。表2中给出了部分供热方式的计算结果.以大型燃煤 锅炉的值为标准进行归一化表中其他方式的数据等干 它们与隼中式大型燃煤锅炉(锅炉效率75%)的比值。其 中燃

12、料总耗量包括动力电耗.环境排放值为总排放量。 按建筑物耗热量指标25. 3 W/m2、燃气价格2. I元/ m*、 标煤价格500元八计算其他系统效率、价格费用参照文 献 |2。22( )供热方式燃料总耗量 (折合标准煤)/ *a)ECC综合年费用/(尤/(m -a)烟尘/(g) (nr -a)SO”(g/ (m2 a)NOx/(g/ (m2 a)co2/(kg/ (m2 -a)大型燃煤锅炉19.620.07725.0856.59271.5135.7264.70大型燃煤锅炉(芒一化丿1111111燃煤热电联产1.175.261. 161.000.60 0.410.75燃气热电联产1.286.7

13、41.96 0. 12-1.07 0.35 0.23CCHP1. 186.901.75 0.13 1.04-0.44 0.24燃气萤挂炉0.431.291.070.090.080.520.24AHP是美国匹兹堡大学教授A.L.Saaty提出的一种 系统分析方法。目前.AHP广泛应用在能源政策分析、 产业结构研究、科技成果评价、发展战路规划、人才考核评 价以及发展目标分析等方面是一种定性分析和定量分析 决策方法。本文构建的供热方式的3E评价戻次结构如图 2所示c每种供热方式作为一种方案.每种方案同样有能23E耗（energy）、经济性（economic）和环境排放（environment） 3

14、种评价指标准则.最后根据energy .economic .environment 之间的权重集成决策目标3E。根据表2的归一化结果计算我国城市常见的28种供 热方式这里环境指标准则取值为4种排放物总量的平均 值。首先进行3个指标准则之间的偏相关性分析.相关系 数绝对值小于0.3 .认为可以作为独立准则.然后对各准则 的供热方式之间互相比较,枸造判断矩阵并检验判断矩阵 的一致性（C/?energy1130.428 6economic1130.428 6environment1/31/310. 142 9最后将戻次分析法计算的3E值折算为15分的评分 制满分为5分进行打分直观比较。戾次分析法中经济性 指标取综合年费用环境指标取总排放量的平均而能耗指 标分别取值为燃料总耗量和ECC值称为能耗评分和能效 ECC评分 o 另外.将 energy .economic .environment 的指标 折算为总经济费用来进行单一指标比较总经济费用=能 源消耗所征收的能源税+环境排放所征收的环境税+综合 年费用称为经济评分。考虑2010年煤、油、天然气收取能 源税为50元/1 电耗折算为一次煤耗处理环境税收取SO2 和CO?分别为700元八和