王永祥，謝 麗

(華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西南昌330013)

目前，我國既有的400億平方米建筑中，95%以上是高能耗建筑[1]。并且單位面積能耗是發(fā)達國家的2～3倍，粗略估算，我國的建筑能耗超過所有發(fā)達國家的總和[2]。日益高漲的建筑能耗使我國的能源消費不堪重負，因此，對既有建筑進行節(jié)能改造是當(dāng)務(wù)之急且影響深遠。

南昌地處夏熱冬冷地區(qū)，夏季悶熱，冬季濕冷。若不借助主動手段調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境，南昌夏冬季節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境根本達不到基本的居住條件，更談不上熱舒適，進而影響工作效率，更會影響身體健康[3]。毫無疑問，當(dāng)前對南昌地區(qū)既有建筑進行節(jié)能改造是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重中之重。

眾所周知，在改造中，投入的材料在生產(chǎn)、運輸、施工等環(huán)節(jié)也需要消耗大量的能源，需要大量的投資，因此既有建筑節(jié)能改造需要巨額投資[4]，但是投資所產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益便是年度電費的節(jié)省。基于一個工程實例，本文擬對既有建筑節(jié)能改造進行技術(shù)經(jīng)濟分析，包括建筑能耗分析、優(yōu)選節(jié)能改造方案，從而判定節(jié)能改造在南昌地區(qū)是否適宜推廣。

1 既有建筑節(jié)能改造方案

本文擬對南昌地區(qū)一處典型的既有建筑對進行外圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能改造分析。它為一梯兩戶，兩房一廳式，南北向布置，磚混結(jié)構(gòu)，一字型平面，有5層共2個單元，層高為2.8m，建筑體積為5 422.84m3，占地面積為397.94m2，體型系數(shù)為0.34，其樓梯間不設(shè)置保暖，標準層平面示意圖如圖1所示。

圖1 既有建筑標準層平面示意圖

1.1 改造前后熱工指標對比

(1)既有建筑設(shè)計構(gòu)造:外墻為240mm厚實心磚墻，傳熱系數(shù)為1.96W?m-2?K-1;屋頂為鋼筋混凝土屋面，傳熱系數(shù)為3.18W?m-2?K-1;窗為鋁合金普通單框單玻璃6～12mm(推拉)，傳熱系數(shù)為4.00W?(m2?K-1)。

(2)既有建筑節(jié)能改造方案:本文主要對既有建筑的圍護結(jié)構(gòu)進行節(jié)能改造技術(shù)經(jīng)濟分析，圍護結(jié)構(gòu)包括外墻、屋面、外窗，下面為圍護結(jié)構(gòu)的改造方案。外墻為擠塑聚革板板薄抹灰外墻外保溫，此保溫系統(tǒng)的傳熱系數(shù)為0.67W?m-2?K-1;屋面為擠塑聚苯板倒置式屋面保溫系統(tǒng)，它的傳熱系數(shù)為0.739W?m-2?K-1;外窗采用雙層普通中空玻璃窗(推拉)，它的傳熱系數(shù)為2.8W?m-2?K-1。

通過比較上面的節(jié)能改造方案與既有建筑初始構(gòu)造方案的熱工性能，可以看出改造前后此既有建筑的圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能得到了很大的改善，匯總?cè)绫?所示。表1中可以看出屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)所降幅度最大，高達77%，其次為外墻。

表1 改造前后圍護結(jié)構(gòu)熱工性能比較

1.2 多個節(jié)能方案的能耗分析

本文用節(jié)能分析軟件天正TBEC對下面4個節(jié)能改造方案進行能耗模擬，4個節(jié)能方案見表2。

表2 多個節(jié)能方案的構(gòu)成

1.2.1 能耗模擬參數(shù)如下

計算地點:南昌;

所用氣象數(shù)據(jù)文件:NANCHtg.BIN;

空調(diào)房間室內(nèi)計算溫度:冬季全天為18℃;夏季全天為26℃;

室外氣象計算參數(shù)采用典型氣象年;

采暖和空調(diào)時，換氣次數(shù)為1.0次?h-1;

采暖、空調(diào)設(shè)備為家用氣源熱泵空調(diào)器，空調(diào)額定能效比取2.30，采暖額定能效比取1.90;

室內(nèi)照明得熱為每平方米每天0.014 1 kWh，室內(nèi)其他得熱平均強度為4.3W?m-2。

1.2.2 能耗結(jié)果

用TBEC對4個節(jié)能改造方案進行能耗模擬的結(jié)果如表3與圖2所示。

從表3和圖2中可以看出這4個改造方案與初始方案相比具有明顯的節(jié)能效果，這4種方案全年省電量相差不大，其中以方案d的節(jié)能率最高，達到70%左右，節(jié)能率最低的方案a也達到59%。因此若只從節(jié)能率方面來選取方案會有所欠缺，因此需綜合考慮其他因素來選取方案。

表3 節(jié)能改造方案能耗

圖2 節(jié)能改造方案能耗比較

2 多個節(jié)能改造方案的技術(shù)經(jīng)濟分析

2.1 多個節(jié)能改造方案“性價比”比較

適宜技術(shù)觀認為技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)該是技術(shù)自然屬性與社會屬性同步完善的過程[5]。也就是說“適宜性”技術(shù)是要達到最佳的綜合經(jīng)濟效率。故在節(jié)能改造方面，“適宜性”技術(shù)原則要求在工程材料和技術(shù)的選擇上，不應(yīng)片面追求高技術(shù)、高花費[6]。因此在節(jié)能改造方案的選擇上，不能單純以方案的節(jié)能效果作為唯一的評判標準，而是應(yīng)當(dāng)綜合節(jié)能效果與方案的經(jīng)濟性兩方面因素，選擇出投入產(chǎn)出比最高的節(jié)能方案。

表4 4種節(jié)能改造方案改造成本

表5 幾個節(jié)能改造方案性價比分析

2.2 節(jié)能改造方案的選取

2.2.1 節(jié)能改造方案現(xiàn)金流量比較

為了選擇更適宜的節(jié)能改造方案，將4個方案的凈現(xiàn)金流量進行比較。比較時假設(shè)如下:(1)所采用的節(jié)能改造技術(shù)的壽命期為25年;(2)基準折現(xiàn)率取5年以上中長期人民幣貸款利率6.12%;(3)據(jù)南昌實情，取平均電費為0.6元/度，不考慮能源在日后的上漲率。這幾種節(jié)能改造方案的壽命期內(nèi)的現(xiàn)金流量見表6。

表6 幾種節(jié)能改造方案整體現(xiàn)金流量表

2.2.2 節(jié)能改造方案的動態(tài)投資回收期

其中:p d為節(jié)能改造動態(tài)投資回收期，單位為年;A為年節(jié)能收益，單位為元/年;I為節(jié)能改造的成本，單位為年;i為節(jié)能投資年基準收益率，這里取6.12%。

根據(jù)表6及公式1，可以得到方案a，b，c，d的Pd依次為16年、12年、14年及15年。

在對4個節(jié)能改造方案進行性價比及動態(tài)投資回收期的對比后，可以發(fā)現(xiàn)方案b不僅性價比系數(shù)最高，且投資回收期最短，并且此處計算忽略了能源價格的上漲率，若加以考慮，方案b節(jié)能改造的經(jīng)濟效益會更明顯，且它的投資回收期會有所縮短。雖然方案b在節(jié)能效果比方案c稍微遜色些，并且方案b與方案c相比性價比指標相差不大，但是方案b在投資回收期方案比方案c有優(yōu)勢;與其他另外兩個方案相比，方案b要么節(jié)能改造成本的投資方面有優(yōu)勢，要么在外墻防火性能方面的優(yōu)勢。綜上所述建議對此既有建筑，選用方案b進行節(jié)能改造能達到比較好的節(jié)能效果。

3 單個節(jié)能方案經(jīng)濟分析

第2.2節(jié)中方案b在4個方案中從綜合方面權(quán)衡較有優(yōu)勢，因此選方案b作為比較對象，將它與既有建筑未改造時的初始方案相比較。

3.1 節(jié)能率計算[7]

其中:α為節(jié)能率;q1為非節(jié)能建筑的耗能量;q2為節(jié)能建筑的耗能量。

根據(jù)表3，可得

3.2 節(jié)能收益計算[8]

其中A為年節(jié)能電量收益(元?m-2);Δq為全年省電量(kWh?m-2);B為熱能價格(元/kWh)-1，此處為0.6元?(kWh)-1。

根據(jù)表3

A=(58.64-24.01)×0.6=20.778元?m-2，節(jié)能方案b節(jié)能收益為20.778元?m-2。

4 結(jié)論

由節(jié)能改造技術(shù)經(jīng)濟分析可知，經(jīng)過優(yōu)選得到的改造方案的動態(tài)投資回收期為12年，既有典型建筑的使用年限一般是已經(jīng)使用了十多年左右的，按照一般建筑的使用年限50年來計算，改造后建筑在收回投資后至少還有十幾年的凈收益。因此節(jié)能改造能夠大大減少建筑的使用能耗，提高室內(nèi)居住舒適度的同時節(jié)省建筑使用過程的費用。可見南昌開展既有建筑節(jié)能改造是可行的，節(jié)能效益非常明顯。

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