郁曉婷（上海市建筑科學(xué)研究院有限公司， 上海 200032）

“十二五”期間，國家相關(guān)部委發(fā)布了公共建筑能源管理的相關(guān)政策和指導(dǎo)意見，并持續(xù)開展政策推動、技術(shù)普及和市場培育工作。近年來，公共建筑能源管理系統(tǒng)也在全國范圍內(nèi)全面推行，全國許多重點城市將基礎(chǔ)性的能耗監(jiān)測系統(tǒng)安裝列為公共建筑建設(shè)的強制標準。通常規(guī)定公共建筑必須實時監(jiān)測自身用能情況，包括電耗、水耗、氣耗、油耗、可再生能源消耗等所有自身消耗的一次能源。

經(jīng)過多年的市場培育和大量建筑物的實際運行，不少建筑物運行管理者開始意識到能耗監(jiān)測系統(tǒng)的作用，認可其對于建筑整體管理效率和建筑能源使用效率提升做出的貢獻，并愿意加大在能源管理方面的投資，希望獲得更好的收益。能耗監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是實時監(jiān)控建筑物能源消耗的情況，并不能直接降低建筑能源的總消耗量，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益。通常還需要配合人工干預(yù)才可以實現(xiàn)能源節(jié)省和經(jīng)濟收益。因此，許多建筑物管理者在升級能耗監(jiān)測系統(tǒng)的同時會選擇安裝中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)。中央空調(diào)系統(tǒng)通常都是大型公共建筑中能源消耗最大的系統(tǒng)，且其運行模式的復(fù)雜性多存在很大節(jié)能空間。空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)即通過系統(tǒng)算法對于其中主要的大功率設(shè)備實現(xiàn)智能化的啟停、變頻控制，達到空調(diào)系統(tǒng)能源效率提升的效果。許多大型公共建筑由于后期招商情況和運行情況的不確定性，所以經(jīng)常在樓宇竣工交付后再加裝深度的能耗監(jiān)測和空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)。但系統(tǒng)安裝后各個用戶對系統(tǒng)貢獻的經(jīng)濟效益反饋不一，且此類系統(tǒng)需要根據(jù)每幢建筑量身定制，有一定技術(shù)復(fù)雜性，經(jīng)濟效益確實受到每幢建筑實際用能情況和系統(tǒng)建設(shè)情況的影響。目前缺乏對能耗監(jiān)測和空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)投資收益的量化計算方法，缺少系統(tǒng)性的收益影響要素分析，這也是導(dǎo)致各建筑物管理者對其評價不一的重要原因。缺少經(jīng)濟性收益對比，就難以從經(jīng)濟性角度優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計方案。

本文以一個大型商業(yè)綜合體項目為案例，分析其實際投入運行后每部分的實際運行情況和帶來的經(jīng)濟收益，并提出一種模擬的優(yōu)化方案，將兩種方案的經(jīng)濟性進行對比分析。

1 項目概況及方案一

1.1 項目概況

某大型商業(yè)綜合體建筑，總建筑面積 155 611 m2。其中地上建筑面積 95 176 m2，包括 4 棟單體建筑及裙樓。裙樓部分為商場，4 棟單體建筑為辦公樓。地下建筑面積604 35 m2，為車庫。

1.2 現(xiàn)有能耗監(jiān)測和空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)建設(shè)方案

本文將該建筑現(xiàn)有的“能耗監(jiān)測和空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)建設(shè)方案”稱為“方案一”。方案一的技術(shù)路線為全局精細化能耗監(jiān)測和中央空調(diào)節(jié)能控制。全局精細化能耗監(jiān)測系統(tǒng)在建筑內(nèi)部安裝多功能電表，實現(xiàn)了 1 443 個能耗點位的監(jiān)測，其中總電能耗 12 處，暖通空調(diào)用電 49 處，照明插座設(shè)備用電 183 處，動力設(shè)備用電 76 處，特殊用電 34 處，其余樓層用能計量和單間用能計量共 1 089 處。該方案不僅涵蓋了暖通空調(diào)、動力輸配等各項主要用能系統(tǒng)，更是深入樓層和各租戶單元詳細監(jiān)測了全局精細化的實時能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對整個建筑用能系統(tǒng)的用能突增、跑冒滴漏、能源浪費、能效低下、非正常用能等問題的警示，并可以及時將能耗異常、設(shè)備通信故障等情況提醒至能源管理負責(zé)人[1]。

空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)在室內(nèi)環(huán)境敏感區(qū)域安裝了 10 臺集環(huán)境溫濕度、CO2濃度和 PM2.5濃度監(jiān)測為一體的多功能環(huán)境傳感器，在屋頂上安裝了 1 臺室外溫濕度計量儀，并在 10臺空調(diào)箱和新風(fēng)機的送風(fēng)管上各安裝 1 臺插入式溫度傳感器。安裝的執(zhí)行設(shè)備包括若干電動開關(guān)閥門執(zhí)行器、風(fēng)閥執(zhí)行器、變頻器和 PLC（Programmable Logic Controller，可編程序邏輯的控制器） 控制柜等。最終將現(xiàn)場安裝的環(huán)境監(jiān)測傳感器和設(shè)備監(jiān)測傳感器實時反饋的數(shù)據(jù)，以及能耗監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的實時用能數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)處理器。計算出中央空調(diào)系統(tǒng)運行最高效配置參數(shù)，并將該參數(shù)發(fā)送至執(zhí)行設(shè)備，完成對空調(diào)系統(tǒng)主要用能設(shè)備的開、關(guān)、變頻等操作，最終實現(xiàn)全樓空調(diào)系統(tǒng)重點設(shè)備的智能化節(jié)能運行。

方案一中能耗監(jiān)測系統(tǒng)對于用能監(jiān)測點位的設(shè)置密度非常高，當建筑物在運行中出現(xiàn)問題時，可以通過系統(tǒng)迅速鎖定問題的目標點位。空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)僅對大功率的高能耗設(shè)備開展節(jié)能控制，因考慮每個控制點位傳感器、控制器、變頻器、控制柜和施工安裝的成本，小功率設(shè)備通常散落在建筑各處且節(jié)能效果不顯著，所以放棄了對其節(jié)能控制。

1.3 方案投資收益分析

方案一的全局精細化能耗監(jiān)測策略本身無法直接降低能源消耗和產(chǎn)生直接的經(jīng)濟收益，但可以產(chǎn)出一些間接收益，主要體現(xiàn)為該系統(tǒng)的計量點位設(shè)計極為精細，全樓的設(shè)備管理抄表和租戶抄表工作均可以遠程完成，同時提高了抄表準確度、及時性、便利性，也減少了物業(yè)管理人員工作量。設(shè)備管理抄表和租戶抄表由于均是月度工作，并不能減少日常的管理團隊人員，因此也沒有帶來直接經(jīng)濟效益。總體來說，全局精細化能耗監(jiān)測系統(tǒng)獨立運行時對本項目的運行管理工作能級提升效果顯著，但并未產(chǎn)出可量化的直接經(jīng)濟收益。

方案一的空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)，通過 CPU 運算自動調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)重點設(shè)備運行狀態(tài)，實現(xiàn)直接的能源使用效率提升，產(chǎn)生的直接節(jié)能收益是節(jié)省的電費。本項目以空調(diào)供冷季、采暖季和過渡季典型工況數(shù)據(jù)進行分析，選擇節(jié)能控制系統(tǒng)開啟 1 d 和關(guān)閉 1 d，對比實際能源消耗量。通過實際數(shù)據(jù)計算分析，應(yīng)用該系統(tǒng)后整體建筑用電量下降 10%，全年節(jié)電量為 187.64 萬 kWh。以本項目平均電費 0.89 元/kWh 計算，重點設(shè)備節(jié)能控制系統(tǒng)在運行時產(chǎn)生的直接收益為 167 萬元，經(jīng)濟效益顯著。

2 優(yōu)化設(shè)計

2.1 優(yōu)化設(shè)計方案

對方案一分析研究，在此基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化后的“方案二”，具體如下。

（1）能耗監(jiān)測系統(tǒng)。此系統(tǒng)僅監(jiān)測配電站中 12 個總用電回路和 342 個分項用能回路。取消所有樓層能耗監(jiān)測計量點位，所有租戶用電安裝非遠傳電表，且不進行通信線鋪設(shè)，也不接入能耗監(jiān)測系統(tǒng)，僅滿足租戶抄表收費的功能。

（2）節(jié)能控制系統(tǒng)。對使用中央空調(diào)系統(tǒng)的商場區(qū)域的所有設(shè)備（不區(qū)分功率大?。┌惭b傳感器、控制器、變頻器及控制柜，主要包括所有的冷/熱源設(shè)備、冷卻塔、冷凍/冷卻側(cè)的輸配設(shè)備以及樓層中全部的空調(diào)箱和新風(fēng)機。實現(xiàn)所有空調(diào)設(shè)備開、關(guān)、變頻等智能化管理，最終實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的自動化、智能節(jié)能運行；且對于樓層內(nèi)的傳感器和控制器優(yōu)先使用無線傳輸設(shè)備，利用無線功能遠程傳輸用能數(shù)據(jù)和控制信號。方案二比之方案一減少了大量配套施工的工作量。

2.2 優(yōu)化方案的收益分析

（1）能耗監(jiān)測系統(tǒng)。降低了計量表具的安裝密度，取消樓層的計量表具，降低了租戶表具的規(guī)格及免除租戶電表的通信施工，也極大降低了能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)成本。經(jīng)測算， 方案二在能耗監(jiān)測系統(tǒng)部分的建設(shè)成本，由原先的 470萬元下降至 210 萬元。取消樓層和租戶單元能耗監(jiān)測后，物業(yè)管理人員每月定期抄表。表面上增加了物業(yè)管理人員工作量，但抄表工作不需要受專業(yè)化訓(xùn)練即可勝任，且可以與日常安全巡檢同時開展，不直接產(chǎn)生增量成本。

（2）節(jié)能控制系統(tǒng)。優(yōu)化方案將商場區(qū)域所有中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備納入了節(jié)能控制系統(tǒng)，初投資成本從原先 85 萬元升至 135 萬元。

方案二由于新接入的設(shè)備基本屬于低功率的設(shè)備，對全年直接節(jié)省電費的收益影響甚微。此處謹慎考慮，全年電費節(jié)約產(chǎn)生的經(jīng)濟效益不變，仍取 167 萬元整。此方案的收益增加在于，商場區(qū)域所有空調(diào)設(shè)備均可實現(xiàn)自動化控制，無須人工操作和管理原本未接入的設(shè)備。商場區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)管理人員可以從 5 人削減至 3 人。并且不同于普通物業(yè)人員，空調(diào)系統(tǒng)的操作和運維管理需要較強的專業(yè)性，因此預(yù)計全年技術(shù)型勞動成本支出可以減少 20 萬元。

3 優(yōu)化前后經(jīng)濟性對比分析

凈現(xiàn)值（NPV）和動態(tài)投資回收期是投資中較為常用且高效的投資收益評價方法，常被用于經(jīng)濟性分析。為了評估本項目方案一和方案二的經(jīng)濟性指標，現(xiàn)分別計算 NPV 和投資回收期。

將項目生命周期定為 8 a ，根據(jù)式（1）（2）進行計算[2]。其中所有用能均折成用電量進行計算，電價按照 0.89元/（kWh）計算。方案一項目總投資為 555 萬元，連續(xù) 8 a每年產(chǎn)生等額收益為 167 萬元（假設(shè) 8 a 收益等額），第 8 a 末有 50 萬元的殘值，每年運維成本為 10 萬元，資金使用成本年息 10%。方案二項目總投資為 345 萬元，連續(xù) 8 a 每年產(chǎn)生等額收益為 187 萬元（假設(shè) 8 a 收益等額），第 8 a末有 50 萬元的殘值，每年運維成本為 10萬元，資金使用成本年息 10%。

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式中：NPV—凈現(xiàn)值，元；

n—項目計算周期，a；

Ct—第t年現(xiàn)金流量，元；

r—折現(xiàn)率，%；

C0—初投資，元。

把各量實際取值代入式（1），可計算得方案一的 NPV為 305.9 萬元，方案二的 NPV 為 622.6 萬元。

式中：ΔPt—動態(tài)投資回收期，a；

t1—凈現(xiàn)金流量大于 0 的年份數(shù)量，a；

St－1—去年累計凈現(xiàn)金流量的絕對值；

N1—t1時的凈現(xiàn)金流量。

將式（1）中的計算結(jié)果代入式（2），可計算得方案一和方案二的動態(tài)投資回收期。動態(tài)回收期計算表如表 1所示。

表1 動態(tài)回收期計算表

把各量實際取值代入式（1）（2）可得，方案一的NPV 為 305.9 萬元，投資回收期約為 5.59 a；方案二的NPV 為 622.6 萬元，投資回收期約為 3.28 a。方案一在人力資源成本方面擁有一定的隱性優(yōu)勢，但無法精確量化產(chǎn)生直接收益。方案二的在人力資源成本上存在一定的承壓，且在 8 a 的運行時間中有可能會轉(zhuǎn)化成為直接的經(jīng)濟損失。但是，凈現(xiàn)值和動態(tài)投資回收期的計算結(jié)果表明，方案二的經(jīng)濟性要優(yōu)于方案一，且可行性更強，投資周期的大幅縮短，也極大降低了投資的不確定性。因此，方案二總體的經(jīng)濟性更好。

4 結(jié) 語

本文以某商業(yè)綜合體為例，分析了能耗監(jiān)測和空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)在大型公共建筑中的投資收益，提出了優(yōu)化方案，并分別計算了經(jīng)濟性評價指標，對比了投資收益情況。 針對能耗監(jiān)測系統(tǒng)，建議重點考量樓層計量和租戶計量的投資收益，鼓勵以每月人工干預(yù)的方式提高項目整體的投資回報率。針對空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)，建議進一步考慮實現(xiàn)重點區(qū)域的全覆蓋控制，有效提升管理效率，減少技術(shù)型勞動成本，獲得直接的經(jīng)濟收益。大型公共建筑在加裝能耗監(jiān)測和空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)時，收益影響因素有很多，需因地制宜地開展客觀科學(xué)的投資分析，對比數(shù)據(jù)分析結(jié)果確定收益最優(yōu)的方案。本文提到的 2 個方案在 NPV 值和動態(tài)投資回收期上均表現(xiàn)良好，具有較好的經(jīng)濟性，值得更多商業(yè)綜合體類型的公共建筑在加裝能源管理系統(tǒng)時借鑒和參考。本文提出的能耗監(jiān)測和空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)優(yōu)化策略，以及 NPV 和投資周期的計算方案，在廣泛的實際工作中可以幫助投資者對項目的經(jīng)濟性作判斷，有著較強的實踐意義和參考作用。