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        全壽命周期成本分析在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

        2014-01-02 06:16:24邢天石
        唐山學(xué)院學(xué)報 2014年6期
        關(guān)鍵詞:中央空調(diào)壽命費(fèi)用

        張 冰,邢天石,張 柳

        (1.唐山學(xué)院 土木工程系,河北 唐山063000;2.四川大學(xué) 商學(xué)院,成都610064)

        近年來,炎熱的氣候和建筑業(yè)的飛速發(fā)展使得空調(diào)的需求量大大增加,其中由于公共建筑和高層建筑的發(fā)展使得中央空調(diào)系統(tǒng)需求比重明顯增大。作為中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者,除了要滿足使用功能、節(jié)能環(huán)保要求外,對方案的經(jīng)濟(jì)性問題考慮得越來越多。在傳統(tǒng)意義上,經(jīng)濟(jì)方案一般指的是建造費(fèi)用最低,而作為中央空調(diào)系統(tǒng)的使用者,衡量經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)準(zhǔn)除了降低建造費(fèi)用外還有運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用的節(jié)省。那么,如何在中央空調(diào)系統(tǒng)的整個壽命期內(nèi),高效、合理利用有限資金來獲得最舒適的辦公、生活環(huán)境就變得越來越重要。

        本文從全壽命周期成本分析的角度,分析中央空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)成本的構(gòu)成,并對其中的建造成本、運(yùn)營成本、拆除及回收成本等計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)分析,最后通過實(shí)例進(jìn)行應(yīng)用性驗(yàn)證。

        1 中央空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本分析的概念[1]

        壽命周期成本分析(life-cycle cost analysis)又稱壽命周期成本評價,是為了使用戶所用的系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)的壽命周期成本,而在系統(tǒng)的開發(fā)階段將壽命周期成本作為設(shè)計(jì)參數(shù),對系統(tǒng)進(jìn)行徹底的分析比較并做出決策的方法[2]。

        基于全壽命周期成本的中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì),就是在進(jìn)行中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時就把在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等階段所發(fā)生的全部費(fèi)用考慮進(jìn)來進(jìn)行方案的評價和選擇。全壽命周期成本分析方法是進(jìn)行中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比選的有效工具。

        2 中央空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本構(gòu)成[3]

        中央空調(diào)系統(tǒng)壽命周期成本就是中央空調(diào)系統(tǒng)壽命周期內(nèi)的各項(xiàng)成本費(fèi)用之和,所謂全壽命周期是指空調(diào)系統(tǒng)從決策設(shè)計(jì)階段開始到經(jīng)濟(jì)壽命結(jié)束為止的全部時間。壽命周期成本(Life Cycle Cost簡稱LCC)包括經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境成本和社會成本[1][4]。其關(guān)系如圖1所示。

        圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本構(gòu)成

        2.1 經(jīng)濟(jì)成本

        經(jīng)濟(jì)成本是指中央空調(diào)系統(tǒng)在壽命周期內(nèi)資金消耗的總和,包括建設(shè)成本和使用成本。

        建設(shè)成本是指中央空調(diào)系統(tǒng)從籌建到竣工驗(yàn)收為止的全部費(fèi)用。建設(shè)成本就是工程的建造價格,即工程造價(就業(yè)主而言,工程造價是指建設(shè)一項(xiàng)工程的預(yù)期開支或?qū)嶋H開支的全部固定資產(chǎn)投資費(fèi)用)。使用成本是指中央空調(diào)系統(tǒng)在使用過程中發(fā)生的全部費(fèi)用,主要有能源消耗費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、管理費(fèi)用、改造費(fèi)用及拆除費(fèi)用等。

        2.2 環(huán)境成本

        環(huán)境成本是一項(xiàng)隱性成本,它不直接體現(xiàn)為貨幣支出,這使得環(huán)境成本難以計(jì)量。這也是全壽命周期成本計(jì)算的一個難點(diǎn)。但由于暖通空調(diào)界是排放CO2和CFC/HCFC等物質(zhì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)和臭氧層破壞問題的主要領(lǐng)域之一,它對環(huán)境造成的影響是不容忽視的。

        2.3 社會成本

        壽命周期社會成本是指工程產(chǎn)品在項(xiàng)目構(gòu)思、產(chǎn)品建成投入使用直至報廢全過程中對社會的不利影響。與環(huán)境成本一樣,建設(shè)項(xiàng)目對于社會的影響可以是正面的,也可以是負(fù)面的。

        在壽命周期的成本構(gòu)成中,經(jīng)濟(jì)成本是傳統(tǒng)上一直考慮的,也是作為重點(diǎn)進(jìn)行控制和管理的,而環(huán)境成本和社會成本都是隱性成本,不能直接量化,必須借助于其它方法轉(zhuǎn)化為可量化的成本,盡管這兩項(xiàng)成本所占的比重及影響越來越不容忽視。另一方面,目前我國工程建設(shè)實(shí)踐中,往往只偏重于經(jīng)濟(jì)成本的管理,而對于環(huán)境成本和社會成本則考慮很少??陀^上,由于環(huán)境和社會成本難以計(jì)量,對其在實(shí)際中的地位也有影響。綜合各種因素,本文仍主要考慮項(xiàng)目壽命周期的經(jīng)濟(jì)成本。

        3 中央空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本計(jì)算方法及參數(shù)確定

        3.1 計(jì)算方法選擇

        在計(jì)算中央空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期時,必須要把資金的時間價值考慮進(jìn)來,且比較時只需計(jì)算費(fèi)用,常用的兩種方法是費(fèi)用現(xiàn)值法和費(fèi)用年值法。

        3.1.1 費(fèi)用現(xiàn)值法

        費(fèi)用現(xiàn)值法是將方案計(jì)算期內(nèi)所發(fā)生的費(fèi)用折算到0時刻(現(xiàn)在)的現(xiàn)值之和;用到的指標(biāo)是凈現(xiàn)值(NPV)。通俗的講,它就是告訴我們在中央空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)要花多少今天的錢[5]。

        計(jì)算公式如下

        式中:P為現(xiàn)值,F(xiàn)為終值,n為計(jì)算期,i為折現(xiàn)率。

        若每年年末支付的現(xiàn)金流量相等,計(jì)算公式如下

        式中:A為年金。

        3.1.2 費(fèi)用年值法

        費(fèi)用年值法是將各年發(fā)生的費(fèi)用折算成計(jì)算期內(nèi)的年度等額成本。計(jì)算公式如下

        3.1.3 適用范圍

        費(fèi)用現(xiàn)值法要求各比較方案計(jì)算期相同;費(fèi)用年值法適用于計(jì)算期相同和不同的方案比選。

        3.2 計(jì)算參數(shù)確定

        3.2.1 計(jì)算期

        計(jì)算期是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析時選用的時間段。計(jì)算期與使用期相關(guān),但是又不完全一致。家用分體空調(diào)(壁掛機(jī)和柜機(jī))的使用壽命為5~8a,而家庭用中央空調(diào)的使用壽命在15~20a之間,如果是地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng),系統(tǒng)使用壽命更長。推薦計(jì)算期為10~15a,以便可以合理考慮競爭策略的各項(xiàng)未來費(fèi)用。

        待選方案的計(jì)算期往往是不同的,選擇評價方法時要注意適用范圍。

        3.2.2 折現(xiàn)率

        在工程經(jīng)濟(jì)分析中,把根據(jù)未來的現(xiàn)金流量求現(xiàn)在的現(xiàn)金流量時所使用的利率稱為折現(xiàn)率[2]。折現(xiàn)率的確定可以采用代數(shù)和法、資本資產(chǎn)定價模型法、加權(quán)平均資金成本法、典型項(xiàng)目模擬法、德爾菲法等,也可以同時采用多種方法測算,再將結(jié)果互相驗(yàn)證后確定[6]。

        一般來講,折現(xiàn)率定的高,有利于初始投資小的項(xiàng)目,反之,折現(xiàn)率定的低,有利于初始投資大的項(xiàng)目。折現(xiàn)率選擇得合理與否直接影響方案的優(yōu)劣順序。

        正確確定折現(xiàn)率的基礎(chǔ)是資金成本、機(jī)會成本,同時考慮投資風(fēng)險、通貨膨脹和資金限制等影響因素。

        4 案例分析

        本工程實(shí)例為唐山市某公司辦公樓,建筑面積1.8萬m2。設(shè)計(jì)最大冷負(fù)荷2 160kW,設(shè)計(jì)最大熱負(fù)荷1 440kW,空調(diào)年運(yùn)行時間夏季為120d,冬季為120d,日運(yùn)行時間為上午8時至下午6時,空調(diào)運(yùn)行期內(nèi)負(fù)荷頻率均按0.66計(jì)算。

        根據(jù)建筑情況,有三種可行的冷熱源方案:

        方案1:水冷螺桿式冷水機(jī)組3臺,燃?xì)忮仩t1臺;

        方案2:水冷螺桿式冷水機(jī)組1臺,風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組4臺;

        方案3:風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組6臺。

        三種方案主要設(shè)備技術(shù)性能參數(shù)見表1。

        表1 三種方案主要設(shè)備技術(shù)性能參數(shù)

        4.1 初始投資

        LCC分析方法著眼的是方案的差別,而不是完整的費(fèi)用,所以在進(jìn)行比較時,對于各方案費(fèi)用的共同部分,我們可以不予考慮。安裝費(fèi)用按照設(shè)備購置費(fèi)的比例估算,數(shù)據(jù)見表2。

        表2 三種方案設(shè)備投資情況 萬元

        由此可見,在不考慮方案1和方案2設(shè)備所占空間需要的土建成本時,方案3的初始投資最大。

        4.2 運(yùn)行費(fèi)用

        中央空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中要進(jìn)行修理,發(fā)生設(shè)備維修費(fèi)用,同時消耗水、電等能源,按目前唐山市能源價格計(jì)算,天然氣3.0元/Nm3,電力按均價0.76元/kW·h計(jì)算。

        三種方案設(shè)備年能耗和年運(yùn)行費(fèi)用情況見表3,表4。

        表3 三種方案設(shè)備年能耗情況

        表4 三種方案的年運(yùn)行費(fèi)用 萬元

        4.3 各方案費(fèi)用年值

        初始投資和年運(yùn)行費(fèi)用是兩個不同性質(zhì)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo),只能反映出各方案經(jīng)濟(jì)性的一個方面,要對各方案進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)比較就需要一個綜合的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)——費(fèi)用年值。運(yùn)行期末的設(shè)備殘值取初始投資的10%,為了便于計(jì)算,將三個方案的計(jì)算期定為15a。根據(jù)統(tǒng)計(jì)局相關(guān)數(shù)據(jù),折現(xiàn)率i取10%。根據(jù)公式(3)計(jì)算各方案的動態(tài)費(fèi)用年值,結(jié)果見表5。

        表5 各方案費(fèi)用年值 萬元

        由以上的計(jì)算結(jié)果可以看出,將全壽命期內(nèi)成本進(jìn)行比較的話,三個方案的關(guān)系是方案1<方案2<方案3。

        5 中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案評價應(yīng)注意的問題

        使用壽命周期分析方法進(jìn)行方案評選的實(shí)質(zhì),是尋找以最少的費(fèi)用獲取最大效益的設(shè)計(jì)方案,在工程實(shí)踐中,使用該方法要考慮以下問題:

        (1)首先要關(guān)注方案間的可比性。比較時應(yīng)采用相同的設(shè)計(jì)要求、使用情況、設(shè)備檔次、能源價格、舒適狀況、美觀情況等基準(zhǔn)條件進(jìn)行比較,這樣才能保證比較結(jié)果的科學(xué)性和合理性。如果將采用名牌設(shè)備和采用低檔設(shè)備的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較,顯然是不合理的;如果不考慮舒適性的區(qū)別,對有新風(fēng)供應(yīng)和沒有新風(fēng)供應(yīng)的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較,顯然不可能做出正確的選擇;如果不考慮美觀性和舒適性進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較,對集中式空調(diào)方案顯然是不公平的。

        (2)方案比較時,切忌圖省事直接采用廠家給出的比較數(shù)據(jù)和結(jié)果。由于不同設(shè)備生產(chǎn)廠家考慮問題的角度不同,計(jì)算中往往存在一些有利于自己產(chǎn)品、不利于他人產(chǎn)品的失誤或假設(shè)。對此設(shè)計(jì)人員應(yīng)給予足夠重視,對廠家提供的數(shù)據(jù)應(yīng)認(rèn)真分析和核對。

        (3)設(shè)計(jì)方案比較時應(yīng)綜合考慮投資、運(yùn)行費(fèi)用以及設(shè)備的使用壽命,以相同的使用周期為基準(zhǔn),進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算比較,而不能簡單地根據(jù)設(shè)備報價進(jìn)行比較。對于同時有供暖和空調(diào)要求的項(xiàng)目,應(yīng)考慮冬季和夏季設(shè)備綜合利用問題,進(jìn)行冬夏季綜合經(jīng)濟(jì)性比較。對于可以兼供生活熱水的工程,應(yīng)綜合考慮生活熱水供應(yīng)的投資和能耗。

        6 結(jié)論

        在中央空調(diào)設(shè)計(jì)時采用全壽命周期成本分析的方法進(jìn)行方案評選,目的是尋求以最少的費(fèi)用獲得最大的效益的設(shè)計(jì)方案,在這個過程中,要注意處理好以下關(guān)鍵問題。

        (1)任何一個方案都不可能盡善盡美,工程中要因地制宜,既要考慮初投資、運(yùn)行費(fèi)等經(jīng)濟(jì)性能,也要考慮噪聲、運(yùn)行、操作、維護(hù)管理等技術(shù)性能。

        (2)前期提出備選方案時,要盡可能多地窮舉實(shí)際可行的創(chuàng)造性方案,這樣才能最大限度地把客觀最優(yōu)的那個方案包括進(jìn)來。

        (3)在中央空調(diào)系統(tǒng)安裝好后在運(yùn)行過程中,由于保養(yǎng)不及時、管理不到位等因素,往往使得使用壽命、計(jì)算期內(nèi)的成本等與預(yù)測相差很大。這就要求使用壽命周期成本分析方法時要有較高專業(yè)素質(zhì)的專業(yè)人員參與,只有這樣才能盡可能將后期的這類因素考慮進(jìn)來,才能盡量做到預(yù)測和實(shí)際觀測的統(tǒng)一。

        [1] Barringer H Paul,David P Weber.Life cycle cost tutorial[R].Fifth International Conference of Process Plant Reliability,Gulf Publishing Company,Houston,1996:61-64.

        [2] 宋偉,王恩茂.工程經(jīng)濟(jì)學(xué)[M].北京:人民交通出版社,2006:103-110.

        [3] 劉映.暖通空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期研究[D].重慶:重慶大學(xué),2004.

        [4] 房華榮.基于壽命周期成本的暖通空調(diào)方案選擇的應(yīng)用研究[D].西安:長安大學(xué),2008.

        [5] Ryall M J.Bridge management[M].Oxford:Butterworth Heinemann,2002:32-36.

        [6] 劉曉君.工程經(jīng)濟(jì)學(xué)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007:32-45.

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