張旭斌，董 莪，劉杰勝

(武漢輕工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430023)

1.引言

以提高建筑物能源使用效率為目標(biāo)的綠色建筑可以有效解決現(xiàn)階段中國(guó)的環(huán)境、能源問題。國(guó)外綠色建筑的評(píng)價(jià)方法發(fā)展的相對(duì)完善，比較成熟的有BREEAM、LEED、GBC等；我國(guó)綠色節(jié)能建筑起步較晚，隨著我國(guó)綠色節(jié)能建筑的發(fā)展政府也出臺(tái)了一系列的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。[1-5]在目前的評(píng)價(jià)體系中，涉及綠色建筑經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的少之又少，國(guó)家雖然頒布了《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，但標(biāo)準(zhǔn)中也沒有涉及有關(guān)綠色建筑的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，[6-8]經(jīng)濟(jì)性作為綠色建筑推廣與發(fā)展中的重要一環(huán)，理應(yīng)得到重視。從節(jié)能角度出發(fā)，對(duì)建筑節(jié)能技術(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析，建立綠色建筑節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)體系，對(duì)綠色建筑技術(shù)的選擇提供依據(jù)，對(duì)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(jì)效益測(cè)算

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

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

(1)墻體節(jié)能技術(shù)。

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

(1)

式中：ΔQ墻體為當(dāng)年節(jié)省的用電量；QC為非節(jié)能建筑的年夏季總冷負(fù)荷(kW)；QC0為采用墻體節(jié)能技術(shù)節(jié)能建筑的年夏季總冷負(fù)荷(kW)；QH為非節(jié)能建筑年冬季總熱負(fù)荷(kW)；QH0為采用墻體節(jié)能技術(shù)節(jié)能建筑的年冬季總熱負(fù)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(jià)[元/(kW·h)].

(2)門窗節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。門窗結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)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(fù)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(fù)荷(kW)；

(3)屋面綠化節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。通過屋面綠化技術(shù)可有效達(dá)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(jì)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(shù)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(shù)經(jīng)濟(jì)效益

(1)余熱回收再利用技術(shù)。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(shí)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(shù)取得的經(jīng)濟(jì)效益為B余熱利用。

(2)自然冷熱源利用技術(shù)。在相對(duì)濕度和室外溫度都較低的過渡季節(jié)和冬季，對(duì)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(duì)建筑物進(jìn)行室內(nèi)供冷供熱[11]。其經(jīng)濟(jì)效益計(jì)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(shè)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(shè)備能源利用效率。

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

(5)

式中：ΔQ空調(diào)設(shè)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(shù)節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益

可再生能源主要有地?zé)崮堋⑻柲?、生物質(zhì)能、海洋能、水能、風(fēng)能、地下冷熱能等能源。目前，我國(guó)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(shù)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(shù)的經(jīng)濟(jì)效益表示如下：

(1)太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)。太陽能熱水系統(tǒng)主要是指在現(xiàn)代建筑中應(yīng)用最普遍的太陽能熱水器技術(shù)，節(jié)能經(jīng)濟(jì)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(chǔ)水量(kg)；C水為水的定壓比熱容，4.1816 PJ/(Pg·℃ )；T止為儲(chǔ)水箱內(nèi)的水終止溫度(℃)；T始為儲(chǔ)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(chǎng)單價(jià)；H 為熱源的標(biāo)準(zhǔn)熱值(kJ/℃)

(2)太陽能光伏發(fā)電節(jié)能技術(shù)。太陽能發(fā)電系統(tǒng)是指利用太陽能進(jìn)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(jì)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(yīng)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?zé)崮芾霉?jié)能技術(shù)。地?zé)崮苁且环N新能源，地?zé)峒捌淅眉夹g(shù)主要是在地?zé)峁┡确矫婵捎行Ы档投竟┡芎?，?yīng)用原理是地源熱泵技術(shù)，其經(jīng)濟(jì)效益表示如下[15]：

(8)

式中：Q地?zé)岵杉癁榈責(zé)崮芗侔l(fā)設(shè)備采集的的地?zé)崮芸偭?kJ)；H 為相應(yīng)熱源的標(biāo)準(zhǔn)熱值(kJ/℃)，C為對(duì)應(yīng)熱源的市場(chǎng)單價(jià)。

(4)風(fēng)能利用節(jié)能技術(shù)。風(fēng)能利用技術(shù)較復(fù)雜，主要包括衛(wèi)生通風(fēng)和熱舒適通風(fēng)兩種，這里介紹采取自然通風(fēng)部分取代空調(diào)制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益[16]，表示為B自然通風(fēng)。

2.4 用電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

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

(1)電梯節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。節(jié)能電梯的經(jīng)濟(jì)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(jī)]×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(hào)電梯的驅(qū)動(dòng)系數(shù)；k2平均運(yùn)距系數(shù) ；k3為轎廂內(nèi)平均載荷系數(shù) ；H電梯的運(yùn)行最大距離；F年啟動(dòng)電梯次數(shù)；P為電梯運(yùn)行額定功率；V為電梯速度；E待機(jī)為電梯使用的待機(jī)年總能耗電量。

(2)照明節(jié)能技術(shù)。照明節(jié)能技術(shù)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(jìn)行[16]，其節(jié)能經(jīng)濟(jì)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(shù)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(shù)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(jì)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(wù)節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益

建筑節(jié)能管理與服務(wù)對(duì)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(biāo)準(zhǔn)與管理制度并合理運(yùn)行節(jié)能服務(wù)體系[16]。

3 綠色建筑技術(shù)增量經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇

選取一系列合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)綠色建筑節(jié)能技術(shù)進(jìn)行盈利能力分析，主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有投資回收期、經(jīng)濟(jì)效益成本比。

(1)投資回收期

選取動(dòng)態(tài)投資回收期指標(biāo)，計(jì)算在考慮資金時(shí)間價(jià)值的情況下綠色建筑采用節(jié)能技術(shù)后的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益用來抵償增量成本所需要的時(shí)間。其計(jì)算公式為：

(12)

式中：Tc為動(dòng)態(tài)投資回收期；n為累計(jì)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(jì)效益和成本比率

綠色建筑節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和成本比率是指采取節(jié)能技術(shù)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(jì)效益現(xiàn)值和增量成本現(xiàn)值的比率。其計(jì)算公式為：

(13)

式中：ΔZt為綠色建筑節(jié)能技術(shù)第t年的經(jīng)濟(jì)收益；ΔCt為綠色建筑節(jié)能技術(shù)的增量費(fèi)用；n為節(jié)能建筑使用年限；i為社會(huì)貼現(xiàn)率；可得，當(dāng)ΔR >1時(shí)，認(rèn)為綠色建筑節(jié)能技術(shù)可行且經(jīng)濟(jì)性好于基礎(chǔ)方案；當(dāng)ΔR <1時(shí)，則表明方案不可行，不應(yīng)采用。若 R=1，表明節(jié)能方案應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)。

3.2經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)模型

3.2.1目標(biāo)層次構(gòu)建

(1)各級(jí)層次構(gòu)建

運(yùn)用層次分析法[17]建立一個(gè)總目標(biāo)層B—綠色建筑節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)費(fèi)用效益，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)、暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)、可再生能源利用技術(shù)、用電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)、建筑節(jié)能管理與服務(wù)節(jié)能技術(shù)五類節(jié)能技術(shù)依次建立次目標(biāo)層B1、B2、B3、B4、B5，然后用具體節(jié)能措施建立技術(shù)方案層，分16項(xiàng)(C1-C16)，每一個(gè)技術(shù)方案層下都包括“差額經(jīng)濟(jì)效益成本比ΔR”和“差額投資回收期Tc”

(2)判斷矩陣構(gòu)造

判斷矩陣A 構(gòu)造如下

(14)

式中：Cij為下層元素Ci和Cj相對(duì)于上層元素Cij的相對(duì)重要性比值。

(3)相對(duì)權(quán)重計(jì)算

(4)一致性檢驗(yàn)

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(shí)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(shí)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(biāo)權(quán)重確定

表1 評(píng)價(jià)體系的指標(biāo)權(quán)重

3.2.3評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算

首先計(jì)算評(píng)價(jià)體系中各準(zhǔn)則層各指標(biāo)的無量綱化值yi=[w1，w2，w3，…，wi][cxcy]T。其中：yi為第i個(gè)分目標(biāo)層的無量綱化值；w1為后一個(gè)指標(biāo)層相對(duì)于準(zhǔn)則層的權(quán)重值；cx，cy是無量綱化計(jì)算后的指標(biāo)數(shù)值。然后可以得到準(zhǔn)則層指標(biāo)的無量綱化矩陣Yi=[Y1Y2Y3Y4Y5]。最后得到經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，D=[B1B2B3B4B5][Y1Y2Y3Y4Y5]T，根據(jù)D的取值將評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為五級(jí)(見表2)

表2 評(píng)價(jià)區(qū)間及等級(jí)表示

4.結(jié)語

從綠色建筑節(jié)能的角度對(duì)綠色建筑進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，建立節(jié)能視角下綠色建筑技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)綠色建筑技術(shù)節(jié)能技術(shù)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析計(jì)算進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果證實(shí)圍護(hù)節(jié)能是建筑節(jié)能的重中之重，占有很大比例。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，采用合理的綠色建筑節(jié)能技術(shù)可以帶來預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，本文構(gòu)建的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)體系可以為選擇合適的技術(shù)方案提供幫助與參考。

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