1、天津地區不同太陽能采暖方案的經濟性研究天津城市建設學院 李娜娜 呂建 楊洪興摘要：本文以天津某工程的太陽能采暖為例，采用層次分析法對三種熱源方案進行了分析比較，從而得出其太陽能采暖的最佳方案，并對層次分析法的優缺點有了一些認識。實例證明，AHP方法應用到采暖方案的多目標選擇中是可行的,提高了決策的合理性和科學性。關鍵詞：層次分析法；太陽能采暖；熱源方案；經濟性分析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 概況隨著經濟的快速發展和世界能源消費量的增長，我國的環境問題和能源供應情況日益

4、突出，開發和利用可再生能源成為保護環境、增加清潔能源供應、實現經濟社會可持續發展的一項重要的措施。太陽能作為一種可再生能源,有著礦石能源所不能比擬的優勢,可以說是取之不盡、用之不竭的。而且太陽能具有就地取材、安全潔凈、可以再生、直接利用等明顯優點，因此在采暖系統中應用太陽能，有其深遠的意義。太陽能采暖系統分為主動式采暖和被動式采暖。主動式采暖可以為建筑物提供冬季采暖和供應生活熱水。但是由于太陽能的不穩定性，及隨天氣狀況、晝夜、季節等因素的變化，太陽能采暖系統要正常的運行，必須要采用輔助熱源，來滿足生活及采暖的需要。因此本文，針對天津的地區的實際情況，提出了三種太陽能采暖方案，并對不同的方案進行

5、了分析和比較。該工程遠離集中熱網，遠離雙側路邊的建筑，全天對太陽照射無遮擋，所以采用太陽能采暖。本運行費用以100m2的采暖建筑面積作為分析單位，按二步節能技術設計，設計的采暖熱指標為40W/m2。1 天津采暖期太陽能資源及采暖熱負荷1.1 天津采暖期太陽能資源 天津地區采暖期由11月16日到3月17日，共122天，每個月的采暖天數及按30年的氣象統計數據給出的水平面平均日輻射值，計算出天津采暖期中與水平面傾斜斜面上的太陽輻射熱量，列入表1。表1 天津采暖期太陽能資源月份1112123總計采暖天數1431312917122月平均日太陽輻射值13.6712.8613.8215.8618.06傾斜

6、面上的月太陽輻射總量（）191.38398.66428.42459.94307.021785.4220集熱器太陽輻射總量（）19904146445547833193185671.2 采暖期熱負荷根據平均熱指標，按照各個月的平均溫度可以得出每個月的月平均面積熱指標（），從而算出每月的采暖熱負荷及采暖期內的總負荷，計算結果列入表2。 表2 月平均面積熱指標及采暖期熱負荷月份1112123總計月平均溫度（）5.16-1.7-4.0-2.14.2采暖天數1431312917月平均面積熱指標（）19.0229.1932.5929.7820.44月采暖熱負荷值（）26.6390.49101.0386.36

7、34.75月熱負荷值（）23007818872974624831341401.3 太陽能采暖率 根據表1和表2所得數據，可以計算出采暖期各月太陽能采暖率及能量盈缺情況，計算結果列入表3。表3 太陽能采暖率月份1112123總計20有效輻射熱量1990414644554783319318567月熱負荷值（）2300781887297462483134140太陽能采暖率（%）875351646654.4能量盈缺（）-310-3672-4274-2679-1638-155732 采暖方案2.1 太陽能+輔助電加熱采暖太陽能采暖不足的部分由輔助電加熱補足，做以下假設：（1） 電價0.8元/（）；（2）

8、 電加熱效率為90%。表4列出了輔助電加熱耗熱量及電費。表4 年耗電量及電費月份1112123總計電加熱熱量（）3103672427426791638耗電量（）95.711331319826.9505.63880.2電費（元）76.6906.41055661.5404.53104.0由以上計算可知，天津地區采暖期中，20太陽能集熱器提供的有效熱量約為18567，太陽能采暖率約為54.4%。輔助電加熱電費為3104元。若考慮太陽能工程壽命為15年，太陽能集熱器（包括系統中管道等投資）按2000元/計算，則20太陽能工程造價為40000元。年計算費用為： 元2.2 求最佳集熱器面積+輔助電加熱采暖

9、根據計算得出了最佳的集熱器面積，如下表表5 滿足月負荷的集熱器面積數及年計算費用月份1112123月熱負荷值（）23007818872974624831月太陽輻射總量（）191.38398.66428.42459.94307.02滿足月負荷的集熱器面積23.1137.7139.1831.2030.26年計算費用（元）6056.396061.816213.955720.785727.022.3 太陽能+壁掛式燃氣爐采暖（1） 燃氣價格2.2元/ ；（2） 電加熱效率為85%。表6 聯合采暖系統的年耗氣量及燃氣費月份1112123月熱負荷值（）2300781887297462483131.2有效輻

10、射熱量 （）3087.046430.556910.597462.024981.09能量盈缺（）787.04-1350.14-1778.310150.09耗氣量（kg）0171.53225.9100燃氣費（元）0377.366497.000 采用某品牌壁掛式燃氣爐，價格5500元，則年計算費用為： 元2.4 全自動燃油鍋爐采暖 采用某品牌的全自動燃油鍋爐，價格6000元。下表列出了全自動燃油鍋爐在采暖期的耗油量和燃油量。其中： （1） 油價按5.0元/L計算；（2） 油密度按0.835kg/L計算；（3） 鍋爐熱效率按85%計算。表7 年耗油量及燃油量月份1112123總計月熱負荷值（）2300

11、7818872974624831耗油量（kg）68.72233.58260.80222.95144.34燃油費（元）343.61167.913041114.75721.74651.9由上表可知采用全自動燃油鍋爐全年燃油費為4651.9元。進而可以計算其年計算費用： 元因此，方案一 太陽能+輔助電加熱采暖年計算費用=6276.0元 方案二 太陽能+小型燃氣爐采暖年計算費用=6258.8元 方案三 全自動燃油鍋爐采暖年計算費用=5127.7元3 利用層次分析法對三種方案進行比較3.1 層次分析法層次分析法（Analytic Hierarchy Process，以下簡稱AHP）是由美國運籌學家、匹茲

12、堡大學薩第（T.L.Saaty）教授于本世紀70年代提出的一種定性與定量相結合的決策分析方法。它將人的主觀判斷用數量形式表達出來并進行科學處理，能較準確地反映社會科學領域的問題。應用這種方法，決策者通過將復雜問題分解為若干層次和若干因素，在各因素之間進行簡單的比較和計算，就可以得出不同方案的權重，為確定最佳方案提供依據。3.1.1 建立遞階層次結構圖1 遞階層次結構示意圖設計建設采暖方案，使綜合效益最高(A)目標層A環境效益(B3)技術條件(B2)經濟效益(B1)準則層 B措施層方案二 (C2)方案一 (C1)方案三 (C3) C3.1.2 判斷矩陣表 3.1.3 求出目標層權重估計對矩陣進行

13、歸一化處理及利用和積法得出最大特征向量： 計算判斷矩陣的最大特征根： 判斷矩陣一致性指標： 隨機一致性指標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隨機一致性比率：求出方案層對目標層的最大特征向量： =(0.15,0.49,0.36) =(0.20,0.20,0.60) =(0.63,0.26,0.11)3.1.4 三種方案的結果方案一：=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，對于天津地區各采暖方案的優劣排序為：方案二方案三方案一。所以方案二最優，方案三次之，方案一最不好。所以采用太陽能+壁掛式燃氣爐形式最佳。4 結論從上面分析可知，三個方案的結果相差并不是非常大，這主要是三個方案相對來說都具有比較環保、初投資較大等共同點，在賦值時存在經驗性、在設備的價格上不是很準確等