天津市村镇中小学校“煤改电”技术经济分析

王 飞 律宝莹

0 引言

建筑能耗占建筑行业总能耗80%以上，而供暖能耗占总建筑能耗的50%～60%，燃烧煤炭是最主要的供暖方式。据统计，PM2.5 来源包括各种燃料燃烧，如发电、冶金、等各种工业过程中排放的烟尘以及各类交通工具在运行过程向大气中排放的尾气，其中燃煤占比约为18%。燃烧煤炭是我国目前最主要的温室气体排放源，煤炭资源消耗占有总体能源消耗比重过高，这就造成严重大气污染、雾霾，对社会生产和人民健康产生极大威胁，所以寻求清洁能源来替代煤炭供暖是非常必要的。针对供暖需要消耗大量煤炭的问题，目前提出来的主要措施是“煤改电”。通过“煤改电”，既可以减少人口密集区的PM2.5 排放量，又可以优化配置能源消耗结构，推动社会能源结构转型。

1 项目概况

本项目为天津市村镇某中小学校主教学楼，总面积为5 300 m2，建筑共四层。该项目建于1999 年，地处天津市武清区。为了降低污染、节约能源提升供暖质量，对建筑物安装空调系统供暖以代替燃煤供暖系统。

2 外围护结构节能改造方案

外墙原有的基础上加上20 mm 厚的挤塑聚苯乙烯泡沫塑料保温板；将窗户更换为双层玻璃的断桥铝合金窗，中间为9 mm 厚的真空。改造后，既有建筑的围护结构的保温性能能得到了很大的改善。

3 节能改造方案经济技术对比

根据天津市的地理位置及气候条件，综合考虑经济、施工难度，提出三种热源改造方案，并从技术、经济等方面对三种方案进行对比分析：

方案一：空气源热泵；方案二：电锅炉；方案三：土壤源热泵。

3.1 负荷计算

利用e-Quest 对建筑进行建模，通过各项输入参数，如图1 所示。

图1 改造前后建筑全年冷热负荷

由图1 可以看出，最大热负荷出现时间在12 月，改造前全年最大热负荷为186k W，改造后为110 KW；最大冷负荷出现时间在7 月，改造前全年最大冷负荷为 312k W，改造后为251 KW。节能效果显著。

3.2 系统方案及费用分析

天津市供暖时间为 2018 年 11 月 15 日～2019 年 3 月 1 日（中小学寒假不供暖，周六、日不供暖），总供暖时间为57 天；天津市用电峰谷时段划分：平段7:00～8:00、11:00～18:00；高峰时段8:00～11:00、18:00～23:00；低谷时段 23:00～7:00，电价分别为：平段0.7506 元/千瓦时；高峰时段1.1174 元/千瓦时；低谷时段0.4661 元/千瓦时。

根据以上数据分析，最佳的供暖系统为空气源热泵散热器供暖系统，相对应地，电锅炉散热器供暖由于其耗电量大，成为最不利的供暖方式。空气源热泵供暖系统运行电费高，但是初投资较低；电锅炉耗电量虽然大，但由于可以实施“削峰填谷”的优势（电锅炉可以在夜晚电费较低时运行进行存储），电费并不是很高，但是初投资较高，能源消耗大，所以为最不利的供暖方式；土壤源热泵运行费用比空气源热泵少，但是初投资大，经济效益差。

3.4 改造前后经济性对比

对外围护结构改造前的建筑，进行空调系统设计。空调系统选择 2 台空气源热泵 TCA401×He，3 台水泵 SLG20×2；改造后，需要 1 台空气源热泵 TCA401×He，2 台水泵 SLG20×2。通过对比，改造后供暖系统初投资为21.11 万元，改造后初投资节省了17.69 万元；改造前电费为3.7 万元改造后为2.6 万元，节能率32%。

表1 不同供暖系统初投资及运行费用

4 结论

（1）本项目改造后，通过模拟和分析试运行数据，改造后空调系统能达到所需求的供暖要求；（2）建筑围护结构改造后比改造前可节省约80%的费用，节能效果在30%以上；（3）本文以天津市村镇某小学校主教学楼作为“煤改电”分析，可为“煤改电”改造项目提供经验和思路。