荀志遠(yuǎn)，于林美，張 柱，齊 琦

(青島理工大學(xué) 管理學(xué)院，山東 青島 266520)

住宅是人們生活起居的主要場(chǎng)所，據(jù)統(tǒng)計(jì)，成年人一生中約有60%以上的時(shí)間在居室環(huán)境中度過。為維持室內(nèi)熱舒適性，需要消耗大量的能源用以制冷或供熱，這使得建筑業(yè)成為當(dāng)今社會(huì)三大耗能行業(yè)之一。由于化石燃料為不可再生資源，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得能源短缺現(xiàn)象凸顯，逐漸成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。伴隨著大量的化石能源的消耗，環(huán)境污染現(xiàn)象也日益嚴(yán)重，給社會(huì)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失［1］。由于外墻在建筑散熱中占有較大比例［2］，外墻外保溫技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，表現(xiàn)出了顯著的節(jié)能效果，它的實(shí)施在一定程度上緩解了環(huán)境污染問題。但現(xiàn)有文獻(xiàn)大都集中在研究建筑的整體環(huán)境影響［3-7］，對(duì)于單獨(dú)研究某部分 結(jié)構(gòu)的環(huán)境影響及成本的量化研究 較少。外保溫系統(tǒng)作為主要的節(jié)能技術(shù)，它的節(jié)能作用還可帶來顯著的環(huán)保效果。如何對(duì)外保溫技術(shù)的環(huán)保效果進(jìn)行測(cè)算對(duì)于綜合評(píng)價(jià)外保溫技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 住宅外墻外保溫系統(tǒng)環(huán)境成本的構(gòu)成

外墻外保溫系統(tǒng)是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要部分，主要起到冬季保溫、夏季隔熱的作用，這直接降低了用于維持室內(nèi)熱舒適性的化石能源的消耗，有利于緩解由于化石燃料燃燒導(dǎo)致的煤煙型大氣污染。根據(jù)《環(huán)境會(huì)計(jì)和報(bào)告的立場(chǎng)公告》(1998)，環(huán)境成本［8］包括環(huán)境污染補(bǔ)償成本、環(huán)境污染治理成本、環(huán)境損失成本、環(huán)境保護(hù)維持成本、環(huán)境保護(hù)發(fā)展成本等。本文定義住宅外墻外保溫系統(tǒng)的環(huán)境成本主要包括環(huán)境污染補(bǔ)償成本，是企業(yè)由于污染和破壞生態(tài)環(huán)境應(yīng)予補(bǔ)償?shù)某杀?，?shí)際操作時(shí)用企業(yè)排污成本代替。由于現(xiàn)有的采暖和制冷使用的一次能源多為煤炭，因此本文在研究外墻外保溫系統(tǒng)的環(huán)境成本時(shí)也是基于煤炭進(jìn)行研究的。燃燒煤炭主要產(chǎn)物包括煙塵、SOx、NOx和CO［9］等，相應(yīng)的外墻外保溫系統(tǒng)的環(huán)境成本包括煙塵排放成本、SOx排放成本、NOx排放成本和CO排放成本四種。

2 構(gòu)建住宅外墻外保溫系統(tǒng)的環(huán)境成本模型

2.1 污染因子排放量確定

2.1.1 燃煤煙塵排放量的計(jì)算

煙塵的排放量與煤的灰分、燃燒狀態(tài)和爐型、除塵器效率等因素有關(guān)。計(jì)算公式［11］如下

式中 Md——煙塵年排放量/kg;

B——年耗煤量/kg;

A——煤的灰分/［%］，一般取值20%;

dfh——煙氣中煙塵占灰分量的百分?jǐn)?shù)/［%］，其值與燃燒方式有關(guān)，火電廠一般采用煤粉爐，可取75%～85%，取平均值80%。熱電廠及集中供熱鍋爐房一般采用鏈條爐，可取15%～25%，取平均值20%，計(jì)算時(shí)應(yīng)去掉分母計(jì)算;

Cfh——煙塵中可燃物的含量/［%］，與煤種、燃燒狀態(tài)和爐型等因素有關(guān)，煤粉爐可取4%～8%，取平均值6%;

η——除塵系統(tǒng)的除塵效率/［%］，一般情況下采用臥式靜電除塵器，可取96% ～98%，取平均值為97%。

2.1.2 二氧化硫排放量的計(jì)算

煤炭中的全硫分包括有機(jī)硫、硫鐵礦和硫酸鹽的硫分，前兩部分為可燃性硫，燃燒后生成二氧化硫，第三部分硫分不可燃燒，列入灰分。通常情況下，可燃性硫分占全硫分的70% ～90%，平均取80%。二氧化硫排放量計(jì)算式［10］如下

式中 MSO2——二氧化硫年排放量/kg;

B ——年耗煤量/kg;

S ——煤中的全硫分含量/［%］，參考《生活源產(chǎn)排污系數(shù)及使用說明》［11］，取值1.12%;

ηS——二氧化硫脫除效率/［%］，根據(jù)《工業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)(下)》［12］，采用濕式除塵脫硫，脫硫效率為60%～80%，取值70%。

2.1.3 一氧化碳排放量的計(jì)算

一氧化碳的排放量與燃料所處的狀態(tài)及燃燒的不完全程度有關(guān)，計(jì)算公式［11］如下

式中 MCO——一氧化碳的年排放量/kg;

B ——年耗煤量/kg;

C ——煤中的碳含量/［%］，煙煤可取70～80%，取平均值75%;

ηCO——煤的不完全燃燒值，煙煤取值3%。

2.1.4 氮氧化物排放量的計(jì)算

煤炭燃燒生成NOx，由于煤炭中含有許多氮的有機(jī)物，在一定溫度下燃燒生成NO，通常稱為燃料型NO，煤炭燃燒生成的氮氧化物質(zhì)量計(jì)算公式［11］如下

式中 MNOx——氮氧化物(以NO2計(jì))年排放量/kg;

B ——年耗煤量/kg;

β ——燃料氮向燃料型NO的轉(zhuǎn)變率，取值70%;

q ——煤炭中的含氮量，取值0.85%。

2.2 外墻外保溫系統(tǒng)環(huán)境成本計(jì)算

環(huán)境成本用排污費(fèi)表示，根據(jù)《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》，廢氣排污費(fèi)按排污者排放污染物的種類、數(shù)量以污染當(dāng)量計(jì)算征收，每一污染當(dāng)量征收標(biāo)準(zhǔn)為0.6元。大氣污染物當(dāng)量數(shù)計(jì)算公式為

大氣污染物的當(dāng)量值見表1所示。

表1 大氣污染物污染當(dāng)量值

某污染物的環(huán)境成本可以表示為

某污染物環(huán)境成本=某污染物污染當(dāng)量數(shù)× 0.6(元) (6)

2.2.1 單位熱力及電力環(huán)境成本的計(jì)算

(1)單位熱力環(huán)境成本計(jì)算

煙塵:根據(jù)公式(1)、(5)、(6)可計(jì)算得到單位熱力排放的煙塵的環(huán)境成本

式中 C＇e1——單位熱力排放的煙塵環(huán)境成本/元· kJ-1;

Q0——年供熱量/kW·h;

B0——火電廠年耗煤量/kg。

二氧化硫:根據(jù)公式(2)、(5)、(6)可計(jì)算得到單位熱力排放的二氧化硫環(huán)境成本

式中 Ce2——單位熱力排放的二氧化硫環(huán)境成本/元·kJ-1。

一氧化碳:根據(jù)公式(3)、(5)、(6)可計(jì)算得到單位熱力排放的一氧化碳環(huán)境成本

式中 Ce3——單位熱力排放的一氧化碳環(huán)境成本/元/kJ-1。

氮氧化物:根據(jù)公式(4)、(5)、(6)可計(jì)算得到單位熱力排放的氮氧化物環(huán)境成本

式中 Ce4——單位熱力排放的氮氧化物環(huán)境成本/元·kJ-1。

因此，單位熱力環(huán)境成本為

式中 Ceh——單位熱力環(huán)境成本/元·kJ-1。

(2)單位電力環(huán)境成本計(jì)算

同理，可計(jì)算得單位電力環(huán)境成本

式中 Cee——單位電力環(huán)境成本/元·(kW·h)-1;

Q1——年發(fā)電量/kW·h;

B1——燃煤供熱鍋爐或熱電廠年耗煤量/kg。

2.2.2 住宅外墻外保溫系統(tǒng)環(huán)境成本的確定

火力發(fā)電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗量按全國平均水平計(jì)，現(xiàn)有火力發(fā)電設(shè)備供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗平均水平為326 g/kW·h(來源于中國電力網(wǎng))(假設(shè)火力發(fā)電設(shè)備供電標(biāo)煤每年固定不變)，根據(jù)《綜合能耗計(jì)算通則(GB-T2589)》［13］查得原煤折算為標(biāo)準(zhǔn)煤的系數(shù)為0.7143 kgce/kg，計(jì)算得到火力發(fā)電單位電力耗煤量為B1/Q1=0.45639 kg/kW·h;根據(jù)《綜合能耗計(jì)算通則(GB-T2589)》查得，熱力折算為標(biāo)準(zhǔn)煤的系數(shù)為0.03412 kg/MJ，因此，單位熱力耗煤量為B0/Q0=4.7767×10-5kg/kJ。帶入到公式(11)、(12)中，得到單位熱力環(huán)境成本為Ceh=6.081× 10-7元/kJ，單位電力環(huán)境成本 Cee=0.0063元/ kW·h。

因此，單位面積住宅外保溫系統(tǒng)的環(huán)境成本Cei計(jì)算公式如下

式中 Cei——單位面積外保溫系統(tǒng)環(huán)境成本/元· m-2·a-1;

Ee，Ec——為單位面積外保溫系統(tǒng)年耗能量/ kW·h·m-2·a-1。

3 實(shí)證分析

3.1 項(xiàng)目概況

以青島市某高層住宅為例，通過計(jì)算外墻外保溫系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)的環(huán)境成本，研究其環(huán)境保護(hù)效果。此新建高層住宅樓按照節(jié)能65%標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，框剪結(jié)構(gòu)，地下1層，地上27層，層高3.4 m，建筑面積34 299.99 m2，建筑體積為116 619.97 m3，建筑外表面積為25 656.39 m2，建筑體形系數(shù)為0.22。保溫系統(tǒng)形式為EPS板薄抹灰加防火巖棉隔離帶，厚70 mm，保溫面積為16 042 m2，防火巖棉隔離帶面積1 000 m2，研究期為25年，貼現(xiàn)率取值6.63% (青島市近年來5年期以上的貸款利率加權(quán)平均值)。另外，為驗(yàn)證外保溫系統(tǒng)的環(huán)境保護(hù)效果，本文引入對(duì)比方案——未覆外保溫系統(tǒng)的傳統(tǒng)住宅，其與覆外保溫系統(tǒng)的節(jié)能住宅墻體的綜合熱損失系數(shù)分別為K＇l，ρ=3.30182 W/m2·K、Kl，ρ=0.75599 W/m2·K。

3.2 外保溫系統(tǒng)環(huán)境成本的確定

根據(jù)公式(13)，傳統(tǒng)建筑墻體單位面積外墻環(huán)境成本為

C＇ei=E＇eiCeh+E＇ciCee=2.891×105+6.081× 10-7K＇l，ρ+0.04151×6.3×10-3K＇l，ρ=0.58133 (元/m2)

節(jié)能建筑單位面積外墻外保溫系統(tǒng)環(huán)境成本為

Cei=EeiCeh+EciCee=2.891×105+6.081× 10-7Kl，ρ+0.04151×6.3×10-3Kl，ρ=0.13310(元/ m2)

由于環(huán)境成本在各年均相同，因此整個(gè)傳統(tǒng)建筑在研究期內(nèi)的環(huán)境成本累計(jì)凈現(xiàn)值為

NPV＇LCC=C＇ei·(P/A，6.63%，25)·S=0.58133× (P/A，6.63%，25)×17042=119404.90(元)

節(jié)能建筑總的環(huán)境成本累計(jì)折現(xiàn)值為

NPVLCC=Cei·(P/A，6.63%，25)·S=0.13310× (P/A，6.63%，25)×17042=27338.67(元)

將計(jì)算結(jié)果匯總在表2中。

表2 兩種住宅外墻外保溫系統(tǒng)全壽命周期環(huán)境成本比較

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)可知，與傳統(tǒng)住宅相比，節(jié)能型住宅由于外墻附有外保溫系統(tǒng)可使得相應(yīng)的全壽命周期環(huán)境成本降低92066.22元，約占傳統(tǒng)建筑環(huán)境成本的77.10%，因此，節(jié)能型住宅的環(huán)境保護(hù)效果十分顯著。

4 結(jié)論

為了定量分析外保溫系統(tǒng)對(duì)環(huán)境保護(hù)的貢獻(xiàn)，本文對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)的環(huán)境成本進(jìn)行研究。提出了基于污染因子排放量的環(huán)境成本確定模型，污染因子主要包括煙塵、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等四種。在假定火力發(fā)電設(shè)備供電標(biāo)煤耗量固定不變的條件下，計(jì)算出了外保溫系統(tǒng)的環(huán)境成本。實(shí)例數(shù)據(jù)表明，覆有外保溫系統(tǒng)的住宅環(huán)境成本要比傳統(tǒng)住宅墻體的環(huán)境成本降低約77.10%，環(huán)境保護(hù)效果顯著。但由于火力設(shè)備供電標(biāo)煤耗量隨發(fā)電供電技術(shù)的進(jìn)步在逐年減少，對(duì)環(huán)境成本的確定影響較大，還亟待進(jìn)一步研究。

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