住宅外墙外保温系统环境成本的确定

荀志远，于林美，张 柱，齐 琦

(青岛理工大学 管理学院，山东 青岛 266520)

住宅是人们生活起居的主要场所，据统计，成年人一生中约有60%以上的时间在居室环境中度过。为维持室内热舒适性，需要消耗大量的能源用以制冷或供热，这使得建筑业成为当今社会三大耗能行业之一。由于化石燃料为不可再生资源，经济的快速发展使得能源短缺现象凸显，逐渐成为制约经济发展的主要因素。伴随着大量的化石能源的消耗，环境污染现象也日益严重，给社会造成了严重的经济损失［1］。由于外墙在建筑散热中占有较大比例［2］，外墙外保温技术应运而生，表现出了显著的节能效果，它的实施在一定程度上缓解了环境污染问题。但现有文献大都集中在研究建筑的整体环境影响［3-7］，对于单独研究某部分 结构的环境影响及成本的量化研究 较少。外保温系统作为主要的节能技术，它的节能作用还可带来显著的环保效果。如何对外保温技术的环保效果进行测算对于综合评价外保温技术具有十分重要的现实意义。

1 住宅外墙外保温系统环境成本的构成

外墙外保温系统是建筑围护结构的重要部分，主要起到冬季保温、夏季隔热的作用，这直接降低了用于维持室内热舒适性的化石能源的消耗，有利于缓解由于化石燃料燃烧导致的煤烟型大气污染。根据《环境会计和报告的立场公告》(1998)，环境成本［8］包括环境污染补偿成本、环境污染治理成本、环境损失成本、环境保护维持成本、环境保护发展成本等。本文定义住宅外墙外保温系统的环境成本主要包括环境污染补偿成本，是企业由于污染和破坏生态环境应予补偿的成本，实际操作时用企业排污成本代替。由于现有的采暖和制冷使用的一次能源多为煤炭，因此本文在研究外墙外保温系统的环境成本时也是基于煤炭进行研究的。燃烧煤炭主要产物包括烟尘、SOx、NOx和CO［9］等，相应的外墙外保温系统的环境成本包括烟尘排放成本、SOx排放成本、NOx排放成本和CO排放成本四种。

2 构建住宅外墙外保温系统的环境成本模型

2.1 污染因子排放量确定

2.1.1 燃煤烟尘排放量的计算

烟尘的排放量与煤的灰分、燃烧状态和炉型、除尘器效率等因素有关。计算公式［11］如下

式中 Md——烟尘年排放量/kg;

B——年耗煤量/kg;

A——煤的灰分/［%］，一般取值20%;

dfh——烟气中烟尘占灰分量的百分数/［%］，其值与燃烧方式有关，火电厂一般采用煤粉炉，可取75%～85%，取平均值80%。热电厂及集中供热锅炉房一般采用链条炉，可取15%～25%，取平均值20%，计算时应去掉分母计算;

Cfh——烟尘中可燃物的含量/［%］，与煤种、燃烧状态和炉型等因素有关，煤粉炉可取4%～8%，取平均值6%;

η——除尘系统的除尘效率/［%］，一般情况下采用卧式静电除尘器，可取96% ～98%，取平均值为97%。

2.1.2 二氧化硫排放量的计算

煤炭中的全硫分包括有机硫、硫铁矿和硫酸盐的硫分，前两部分为可燃性硫，燃烧后生成二氧化硫，第三部分硫分不可燃烧，列入灰分。通常情况下，可燃性硫分占全硫分的70% ～90%，平均取80%。二氧化硫排放量计算式［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/［%］，参考《生活源产排污系数及使用说明》［11］，取值1.12%;

ηS——二氧化硫脱除效率/［%］，根据《工业源产排污系数手册(下)》［12］，采用湿式除尘脱硫，脱硫效率为60%～80%，取值70%。

2.1.3 一氧化碳排放量的计算

一氧化碳的排放量与燃料所处的状态及燃烧的不完全程度有关，计算公式［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/［%］，烟煤可取70～80%，取平均值75%;

ηCO——煤的不完全燃烧值，烟煤取值3%。

2.1.4 氮氧化物排放量的计算

煤炭燃烧生成NOx，由于煤炭中含有许多氮的有机物，在一定温度下燃烧生成NO，通常称为燃料型NO，煤炭燃烧生成的氮氧化物质量计算公式［11］如下

式中 MNOx——氮氧化物(以NO2计)年排放量/kg;

B ——年耗煤量/kg;

β ——燃料氮向燃料型NO的转变率，取值70%;

q ——煤炭中的含氮量，取值0.85%。

2.2 外墙外保温系统环境成本计算

环境成本用排污费表示，根据《排污费征收标准管理办法》，废气排污费按排污者排放污染物的种类、数量以污染当量计算征收，每一污染当量征收标准为0.6元。大气污染物当量数计算公式为

大气污染物的当量值见表1所示。

表1 大气污染物污染当量值

某污染物的环境成本可以表示为

某污染物环境成本=某污染物污染当量数× 0.6(元) (6)

2.2.1 单位热力及电力环境成本的计算

(1)单位热力环境成本计算

烟尘:根据公式(1)、(5)、(6)可计算得到单位热力排放的烟尘的环境成本

式中 C＇e1——单位热力排放的烟尘环境成本/元· kJ-1;

Q0——年供热量/kW·h;

B0——火电厂年耗煤量/kg。

二氧化硫:根据公式(2)、(5)、(6)可计算得到单位热力排放的二氧化硫环境成本

式中 Ce2——单位热力排放的二氧化硫环境成本/元·kJ-1。

一氧化碳:根据公式(3)、(5)、(6)可计算得到单位热力排放的一氧化碳环境成本

式中 Ce3——单位热力排放的一氧化碳环境成本/元/kJ-1。

氮氧化物:根据公式(4)、(5)、(6)可计算得到单位热力排放的氮氧化物环境成本

式中 Ce4——单位热力排放的氮氧化物环境成本/元·kJ-1。

因此，单位热力环境成本为

式中 Ceh——单位热力环境成本/元·kJ-1。

(2)单位电力环境成本计算

同理，可计算得单位电力环境成本

式中 Cee——单位电力环境成本/元·(kW·h)-1;

Q1——年发电量/kW·h;

B1——燃煤供热锅炉或热电厂年耗煤量/kg。

2.2.2 住宅外墙外保温系统环境成本的确定

火力发电厂供电标准煤耗量按全国平均水平计，现有火力发电设备供电标准煤耗平均水平为326 g/kW·h(来源于中国电力网)(假设火力发电设备供电标煤每年固定不变)，根据《综合能耗计算通则(GB-T2589)》［13］查得原煤折算为标准煤的系数为0.7143 kgce/kg，计算得到火力发电单位电力耗煤量为B1/Q1=0.45639 kg/kW·h;根据《综合能耗计算通则(GB-T2589)》查得，热力折算为标准煤的系数为0.03412 kg/MJ，因此，单位热力耗煤量为B0/Q0=4.7767×10-5kg/kJ。带入到公式(11)、(12)中，得到单位热力环境成本为Ceh=6.081× 10-7元/kJ，单位电力环境成本 Cee=0.0063元/ kW·h。

因此，单位面积住宅外保温系统的环境成本Cei计算公式如下

式中 Cei——单位面积外保温系统环境成本/元· m-2·a-1;

Ee，Ec——为单位面积外保温系统年耗能量/ kW·h·m-2·a-1。

3 实证分析

3.1 项目概况

以青岛市某高层住宅为例，通过计算外墙外保温系统全寿命周期内的环境成本，研究其环境保护效果。此新建高层住宅楼按照节能65%标准设计，框剪结构，地下1层，地上27层，层高3.4 m，建筑面积34 299.99 m2，建筑体积为116 619.97 m3，建筑外表面积为25 656.39 m2，建筑体形系数为0.22。保温系统形式为EPS板薄抹灰加防火岩棉隔离带，厚70 mm，保温面积为16 042 m2，防火岩棉隔离带面积1 000 m2，研究期为25年，贴现率取值6.63% (青岛市近年来5年期以上的贷款利率加权平均值)。另外，为验证外保温系统的环境保护效果，本文引入对比方案——未覆外保温系统的传统住宅，其与覆外保温系统的节能住宅墙体的综合热损失系数分别为K＇l，ρ=3.30182 W/m2·K、Kl，ρ=0.75599 W/m2·K。

3.2 外保温系统环境成本的确定

根据公式(13)，传统建筑墙体单位面积外墙环境成本为

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)

节能建筑单位面积外墙外保温系统环境成本为

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

由于环境成本在各年均相同，因此整个传统建筑在研究期内的环境成本累计净现值为

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

节能建筑总的环境成本累计折现值为

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

将计算结果汇总在表2中。

表2 两种住宅外墙外保温系统全寿命周期环境成本比较

根据表2中数据可知，与传统住宅相比，节能型住宅由于外墙附有外保温系统可使得相应的全寿命周期环境成本降低92066.22元，约占传统建筑环境成本的77.10%，因此，节能型住宅的环境保护效果十分显著。

4 结论

为了定量分析外保温系统对环境保护的贡献，本文对外墙外保温系统的环境成本进行研究。提出了基于污染因子排放量的环境成本确定模型，污染因子主要包括烟尘、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等四种。在假定火力发电设备供电标煤耗量固定不变的条件下，计算出了外保温系统的环境成本。实例数据表明，覆有外保温系统的住宅环境成本要比传统住宅墙体的环境成本降低约77.10%，环境保护效果显著。但由于火力设备供电标煤耗量随发电供电技术的进步在逐年减少，对环境成本的确定影响较大，还亟待进一步研究。

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