張旭斌，董 莪，劉杰勝

(武漢輕工大學 土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430023)

1.引言

以提高建筑物能源使用效率為目標的綠色建筑可以有效解決現(xiàn)階段中國的環(huán)境、能源問題。國外綠色建筑的評價方法發(fā)展的相對完善，比較成熟的有BREEAM、LEED、GBC等；我國綠色節(jié)能建筑起步較晚，隨著我國綠色節(jié)能建筑的發(fā)展政府也出臺了一系列的評價標準。[1-5]在目前的評價體系中，涉及綠色建筑經(jīng)濟性評價的少之又少，國家雖然頒布了《綠色建筑評價標準》，但標準中也沒有涉及有關綠色建筑的經(jīng)濟性評價，[6-8]經(jīng)濟性作為綠色建筑推廣與發(fā)展中的重要一環(huán)，理應得到重視。從節(jié)能角度出發(fā)，對建筑節(jié)能技術進行技術經(jīng)濟效益分析，建立綠色建筑節(jié)能技術經(jīng)濟評價體系，對綠色建筑技術的選擇提供依據(jù)，對綠色建筑的發(fā)展具有重要意義。

2.節(jié)能視角下綠色建筑經(jīng)濟效益測算

節(jié)能視角下綠色建筑的節(jié)能經(jīng)濟效益包括直接經(jīng)濟效益和間接經(jīng)濟效益。間接經(jīng)濟效益包括由節(jié)能建筑產(chǎn)生的不能用經(jīng)濟數(shù)據(jù)來直接表達的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益；直接經(jīng)濟效益包括通過利用各種節(jié)能技術的所體現(xiàn)出來的經(jīng)濟效益，包括以下方面：

2.1 圍護結構節(jié)能技術經(jīng)濟效益

(1)墻體節(jié)能技術。

B墻體=ΔQ墻體×C電= [(QC-QC0)/EER+(QH-QH0)/COP]C電

(1)

式中：ΔQ墻體為當年節(jié)省的用電量；QC為非節(jié)能建筑的年夏季總冷負荷(kW)；QC0為采用墻體節(jié)能技術節(jié)能建筑的年夏季總冷負荷(kW)；QH為非節(jié)能建筑年冬季總熱負荷(kW)；QH0為采用墻體節(jié)能技術節(jié)能建筑的年冬季總熱負荷(kW)；EER 和 COP 分別為非節(jié)能建筑空調(diào)制冷額定能效比和空調(diào)采暖額定能效比；C電為電價[元/(kW·h)].

(2)門窗節(jié)能技術經(jīng)濟效益。門窗結構的耗能大約是墻體耗能的4倍、屋面耗能的5倍，約占總建筑圍護結構耗能的40%～50%，采取有效的門窗節(jié)能措施，能取得良好的節(jié)能效果[9]。

B門窗=ΔQ門窗×C電=(QC1/EER+QH1/COP)C電

(2)

式中：Q門窗為節(jié)省的用電量；QC1為夏季門窗節(jié)能建筑減少的太陽輻射熱而降低的空調(diào)冷負荷(kW)；QH1為冬季門窗節(jié)能建筑減少的熱量損失而降低的空調(diào)熱負荷(kW)；

(3)屋面綠化節(jié)能技術經(jīng)濟效益。通過屋面綠化技術可有效達到隔熱降溫的效果，降低用電量，有研究表明，每平方米每天可減少用電量0.1399 kW·h ～0.39kW·h[10]。其經(jīng)濟效益公式如下：

B屋面綠化=ΔQ屋面綠化×C電=ΔWATWC電

(3)

式中：ΔQ屋面綠化為采用屋面綠化技術節(jié)省的用電量(單位為kW·h)；ΔW為每平方米每天減少的用電量[kW·(m2·d)]；A 為節(jié)能建筑的屋面面積(m2)；TW為制冷期與采暖期之和(d)。

2.2 暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術經(jīng)濟效益

(1)余熱回收再利用技術。熱回收裝置主要有全熱回收裝置和顯熱回收裝置，若能正確選擇適合建筑物實際情況的回收裝置，可以提高50%的系統(tǒng)能源利用率，可以有效節(jié)約能源。通過采用余熱回收利用技術取得的經(jīng)濟效益為B余熱利用。

(2)自然冷熱源利用技術。在相對濕度和室外溫度都較低的過渡季節(jié)和冬季，對于仍需要空調(diào)制冷的建筑來說，可以在這些季節(jié)利用室外的自然冷熱源對建筑物進行室內(nèi)供冷供熱[11]。其經(jīng)濟效益計算如下：

B自然冷熱源=Q采集×C電=(Q1×η1+Q2×η2)×C電

(4)

式中：Q采集采集的冷熱量(單位為kW·h)；Q1為自然冷源具有的冷量(單位為kW·h)；η1為冷源利用設備能源利用效率；Q2為自然熱源具有的熱量(單位為kW·h)；η2為冷源利用設備能源利用效率。

(3)利用清潔高效率空調(diào)設備。通過采用清潔高效率的空調(diào)設備，可以有效地減少耗電量，其節(jié)能經(jīng)濟效益可以用下式表示：

(5)

式中：ΔQ空調(diào)設備為高效率空調(diào)節(jié)省的用電量；EER' 和COP' 分別為節(jié)能建筑空調(diào)制冷額定能效比和空調(diào)采暖額定能效比。

2.3太陽能等可再生能源利用技術節(jié)能經(jīng)濟效益

可再生能源主要有地熱能、太陽能、生物質(zhì)能、海洋能、水能、風能、地下冷熱能等能源。目前，我國主要在太陽能和地下熱冷源方面的利用較廣泛，太陽能建筑節(jié)能技術的利用可以分為熱水系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)[9，12,13]?？稍偕茉蠢霉?jié)能技術的經(jīng)濟效益表示如下：

(1)太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能技術。太陽能熱水系統(tǒng)主要是指在現(xiàn)代建筑中應用最普遍的太陽能熱水器技術，節(jié)能經(jīng)濟效益為：

B熱水=C×[M水C水(T止-T始) ×f]/H

(6)

式中：M水為太陽能熱水器年總儲水量(kg)；C水為水的定壓比熱容，4.1816 PJ/(Pg·℃ )；T止為儲水箱內(nèi)的水終止溫度(℃)；T始為儲水箱內(nèi)的初始溫度；f為太陽能得熱率，一般取 0.3到0.8之間；C 為熱源市場單價；H 為熱源的標準熱值(kJ/℃)

(2)太陽能光伏發(fā)電節(jié)能技術。太陽能發(fā)電系統(tǒng)是指利用太陽能進行發(fā)電，將太陽光具有的能量轉(zhuǎn)化為電能，其節(jié)能經(jīng)濟效益為[14]：

B發(fā)電=ΔQ發(fā)電×C= C×(Jt×Ac×θ)/H

(7)

式中：ΔQ發(fā)電為應用太陽能發(fā)電系統(tǒng)節(jié)省的能耗(kJ)；Jt為某一地區(qū)太陽年總輻射量(kJ/m2)，Ac為太陽能發(fā)電系統(tǒng)采光板采光面積(m2)；θ為太陽能輻射熱量轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換效率

(3)地熱能利用節(jié)能技術。地熱能是一種新能源，地熱及其利用技術主要是在地熱供暖等方面可有效降低冬季供暖能耗，應用原理是地源熱泵技術，其經(jīng)濟效益表示如下[15]：

(8)

式中：Q地熱采集為地熱能假發(fā)設備采集的的地熱能總量(kJ)；H 為相應熱源的標準熱值(kJ/℃)，C為對應熱源的市場單價。

(4)風能利用節(jié)能技術。風能利用技術較復雜，主要包括衛(wèi)生通風和熱舒適通風兩種，這里介紹采取自然通風部分取代空調(diào)制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟效益[16]，表示為B自然通風。

2.4 用電系統(tǒng)節(jié)能技術經(jīng)濟效益

用電系統(tǒng)節(jié)能技術主要是建筑用電設備節(jié)能，主要有電梯節(jié)能技術、照明節(jié)能技術和電熱水器節(jié)能。

(1)電梯節(jié)能技術經(jīng)濟效益。節(jié)能電梯的經(jīng)濟效益表示如下：

B節(jié)能電梯=ΔQ節(jié)能電梯×C電=QDT×α×C電

=[(k1×k2×k3×H×F×P)/(3600V)+E待機]×α×C電

(9)

式中：ΔQ節(jié)能電梯為節(jié)能電梯節(jié)省的用電量；QDT為非節(jié)能電梯用電量；α為節(jié)能電梯的節(jié)能率。k1為不同型號電梯的驅(qū)動系數(shù)；k2平均運距系數(shù) ；k3為轎廂內(nèi)平均載荷系數(shù) ；H電梯的運行最大距離；F年啟動電梯次數(shù)；P為電梯運行額定功率；V為電梯速度；E待機為電梯使用的待機年總能耗電量。

(2)照明節(jié)能技術。照明節(jié)能技術主要從選擇高效電光源、選擇節(jié)電照明電器配件和安裝照明節(jié)電器三方面進行[16]，其節(jié)能經(jīng)濟效益為：

B照明=ΔQ照明×C電=(Q照明-Q'照明)×C電

(10)

式中：ΔQ照明為照明節(jié)能技術節(jié)省用電量(kW·h)，Q照明為非綠色建筑照明系統(tǒng)用電量；Q'照明采用照明節(jié)能技術綠色建筑的用電量。

(3)電開水器的的節(jié)能。其節(jié)能經(jīng)濟效益為：

B電開水器=Q電開水器×β×C電

(11)

式中：Q電開水器為普通電開水器用電量(kW·h)，β為節(jié)能電開水器節(jié)電率(一般為5%～8%)。

2.5建筑節(jié)能管理與服務節(jié)能經(jīng)濟效益

建筑節(jié)能管理與服務對發(fā)展綠色節(jié)能建筑和既有建筑節(jié)能改造具有重要作用，要制定合理的管理標準與管理制度并合理運行節(jié)能服務體系[16]。

3 綠色建筑技術增量經(jīng)濟效益評價

3.1 評價指標選擇

選取一系列合適的評價指標對綠色建筑節(jié)能技術進行盈利能力分析，主要經(jīng)濟指標有投資回收期、經(jīng)濟效益成本比。

(1)投資回收期

選取動態(tài)投資回收期指標，計算在考慮資金時間價值的情況下綠色建筑采用節(jié)能技術后的節(jié)能經(jīng)濟效益用來抵償增量成本所需要的時間。其計算公式為：

(12)

式中：Tc為動態(tài)投資回收期；n為累計凈收益凈現(xiàn)值出現(xiàn)正值的年份；NPn為第n年的凈收益凈現(xiàn)值。

(2)經(jīng)濟效益和成本比率

綠色建筑節(jié)能技術經(jīng)濟效益和成本比率是指采取節(jié)能技術之后的綠色建筑與非綠色建筑相比較所產(chǎn)生的增量經(jīng)濟效益現(xiàn)值和增量成本現(xiàn)值的比率。其計算公式為：

(13)

式中：ΔZt為綠色建筑節(jié)能技術第t年的經(jīng)濟收益；ΔCt為綠色建筑節(jié)能技術的增量費用；n為節(jié)能建筑使用年限；i為社會貼現(xiàn)率；可得，當ΔR >1時，認為綠色建筑節(jié)能技術可行且經(jīng)濟性好于基礎方案；當ΔR <1時，則表明方案不可行，不應采用。若 R=1，表明節(jié)能方案應進一步改進。

3.2經(jīng)濟評價指標模型

3.2.1目標層次構建

(1)各級層次構建

運用層次分析法[17]建立一個總目標層B—綠色建筑節(jié)能技術經(jīng)濟費用效益，將圍護結構節(jié)能技術、暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術、可再生能源利用技術、用電系統(tǒng)節(jié)能技術、建筑節(jié)能管理與服務節(jié)能技術五類節(jié)能技術依次建立次目標層B1、B2、B3、B4、B5，然后用具體節(jié)能措施建立技術方案層，分16項(C1-C16)，每一個技術方案層下都包括“差額經(jīng)濟效益成本比ΔR”和“差額投資回收期Tc”

(2)判斷矩陣構造

判斷矩陣A 構造如下

(14)

式中：Cij為下層元素Ci和Cj相對于上層元素Cij的相對重要性比值。

(3)相對權重計算

(4)一致性檢驗

若矩陣A滿足Ckj=Cij/Cik的特征，則矩陣A具有完全一致性。有時還可根據(jù)矩陣的最大特征根λmax來確定,如果λmax接近矩陣的階數(shù) n，同時其他特征根近似等于 0，則矩陣A也具有一致性[18]。

3.2.2 指標權重確定

表1 評價體系的指標權重

3.2.3評價結果計算

首先計算評價體系中各準則層各指標的無量綱化值yi=[w1，w2，w3，…，wi][cxcy]T。其中：yi為第i個分目標層的無量綱化值；w1為后一個指標層相對于準則層的權重值；cx，cy是無量綱化計算后的指標數(shù)值。然后可以得到準則層指標的無量綱化矩陣Yi=[Y1Y2Y3Y4Y5]。最后得到經(jīng)濟性評價指標，D=[B1B2B3B4B5][Y1Y2Y3Y4Y5]T，根據(jù)D的取值將評價等級劃分為五級(見表2)

表2 評價區(qū)間及等級表示

4.結語

從綠色建筑節(jié)能的角度對綠色建筑進行經(jīng)濟評價，建立節(jié)能視角下綠色建筑技術經(jīng)濟評價指標體系，對綠色建筑技術節(jié)能技術產(chǎn)生的經(jīng)濟效益進行分析計算進行評價，結果證實圍護節(jié)能是建筑節(jié)能的重中之重，占有很大比例。從長遠來看，采用合理的綠色建筑節(jié)能技術可以帶來預期的經(jīng)濟效益，本文構建的技術經(jīng)濟評價體系可以為選擇合適的技術方案提供幫助與參考。

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