节能视角下绿色建筑经济评价研究

张旭斌，董 莪，刘杰胜

(武汉轻工大学 土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430023)

1.引言

以提高建筑物能源使用效率为目标的绿色建筑可以有效解决现阶段中国的环境、能源问题。国外绿色建筑的评价方法发展的相对完善，比较成熟的有BREEAM、LEED、GBC等；我国绿色节能建筑起步较晚，随着我国绿色节能建筑的发展政府也出台了一系列的评价标准。[1-5]在目前的评价体系中，涉及绿色建筑经济性评价的少之又少，国家虽然颁布了《绿色建筑评价标准》，但标准中也没有涉及有关绿色建筑的经济性评价，[6-8]经济性作为绿色建筑推广与发展中的重要一环，理应得到重视。从节能角度出发，对建筑节能技术进行技术经济效益分析，建立绿色建筑节能技术经济评价体系，对绿色建筑技术的选择提供依据，对绿色建筑的发展具有重要意义。

2.节能视角下绿色建筑经济效益测算

节能视角下绿色建筑的节能经济效益包括直接经济效益和间接经济效益。间接经济效益包括由节能建筑产生的不能用经济数据来直接表达的环境效益和经济效益；直接经济效益包括通过利用各种节能技术的所体现出来的经济效益，包括以下方面：

2.1 围护结构节能技术经济效益

(1)墙体节能技术。

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

(1)

式中：ΔQ墙体为当年节省的用电量；QC为非节能建筑的年夏季总冷负荷(kW)；QC0为采用墙体节能技术节能建筑的年夏季总冷负荷(kW)；QH为非节能建筑年冬季总热负荷(kW)；QH0为采用墙体节能技术节能建筑的年冬季总热负荷(kW)；EER 和 COP 分别为非节能建筑空调制冷额定能效比和空调采暖额定能效比；C电为电价[元/(kW·h)].

(2)门窗节能技术经济效益。门窗结构的耗能大约是墙体耗能的4倍、屋面耗能的5倍，约占总建筑围护结构耗能的40%～50%，采取有效的门窗节能措施，能取得良好的节能效果[9]。

B门窗=ΔQ门窗×C电=(QC1/EER+QH1/COP)C电

(2)

式中：Q门窗为节省的用电量；QC1为夏季门窗节能建筑减少的太阳辐射热而降低的空调冷负荷(kW)；QH1为冬季门窗节能建筑减少的热量损失而降低的空调热负荷(kW)；

(3)屋面绿化节能技术经济效益。通过屋面绿化技术可有效达到隔热降温的效果，降低用电量，有研究表明，每平方米每天可减少用电量0.1399 kW·h ～0.39kW·h[10]。其经济效益公式如下：

B屋面绿化=ΔQ屋面绿化×C电=ΔWATWC电

(3)

式中：ΔQ屋面绿化为采用屋面绿化技术节省的用电量(单位为kW·h)；ΔW为每平方米每天减少的用电量[kW·(m2·d)]；A 为节能建筑的屋面面积(m2)；TW为制冷期与采暖期之和(d)。

2.2 暖通空调系统节能技术经济效益

(1)余热回收再利用技术。热回收装置主要有全热回收装置和显热回收装置，若能正确选择适合建筑物实际情况的回收装置，可以提高50%的系统能源利用率，可以有效节约能源。通过采用余热回收利用技术取得的经济效益为B余热利用。

(2)自然冷热源利用技术。在相对湿度和室外温度都较低的过渡季节和冬季，对于仍需要空调制冷的建筑来说，可以在这些季节利用室外的自然冷热源对建筑物进行室内供冷供热[11]。其经济效益计算如下：

B自然冷热源=Q采集×C电=(Q1×η1+Q2×η2)×C电

(4)

式中：Q采集采集的冷热量(单位为kW·h)；Q1为自然冷源具有的冷量(单位为kW·h)；η1为冷源利用设备能源利用效率；Q2为自然热源具有的热量(单位为kW·h)；η2为冷源利用设备能源利用效率。

(3)利用清洁高效率空调设备。通过采用清洁高效率的空调设备，可以有效地减少耗电量，其节能经济效益可以用下式表示：

(5)

式中：ΔQ空调设备为高效率空调节省的用电量；EER' 和COP' 分别为节能建筑空调制冷额定能效比和空调采暖额定能效比。

2.3太阳能等可再生能源利用技术节能经济效益

可再生能源主要有地热能、太阳能、生物质能、海洋能、水能、风能、地下冷热能等能源。目前，我国主要在太阳能和地下热冷源方面的利用较广泛，太阳能建筑节能技术的利用可以分为热水系统和发电系统[9，12,13]。可再生能源利用节能技术的经济效益表示如下：

(1)太阳能热水系统节能技术。太阳能热水系统主要是指在现代建筑中应用最普遍的太阳能热水器技术，节能经济效益为：

B热水=C×[M水C水(T止-T始) ×f]/H

(6)

式中：M水为太阳能热水器年总储水量(kg)；C水为水的定压比热容，4.1816 PJ/(Pg·℃ )；T止为储水箱内的水终止温度(℃)；T始为储水箱内的初始温度；f为太阳能得热率，一般取 0.3到0.8之间；C 为热源市场单价；H 为热源的标准热值(kJ/℃)

(2)太阳能光伏发电节能技术。太阳能发电系统是指利用太阳能进行发电，将太阳光具有的能量转化为电能，其节能经济效益为[14]：

B发电=ΔQ发电×C= C×(Jt×Ac×θ)/H

(7)

式中：ΔQ发电为应用太阳能发电系统节省的能耗(kJ)；Jt为某一地区太阳年总辐射量(kJ/m2)，Ac为太阳能发电系统采光板采光面积(m2)；θ为太阳能辐射热量转换为电能的转换效率

(3)地热能利用节能技术。地热能是一种新能源，地热及其利用技术主要是在地热供暖等方面可有效降低冬季供暖能耗，应用原理是地源热泵技术，其经济效益表示如下[15]：

(8)

式中：Q地热采集为地热能假发设备采集的的地热能总量(kJ)；H 为相应热源的标准热值(kJ/℃)，C为对应热源的市场单价。

(4)风能利用节能技术。风能利用技术较复杂，主要包括卫生通风和热舒适通风两种，这里介绍采取自然通风部分取代空调制冷系统的经济效益[16]，表示为B自然通风。

2.4 用电系统节能技术经济效益

用电系统节能技术主要是建筑用电设备节能，主要有电梯节能技术、照明节能技术和电热水器节能。

(1)电梯节能技术经济效益。节能电梯的经济效益表示如下：

B节能电梯=ΔQ节能电梯×C电=QDT×α×C电

=[(k1×k2×k3×H×F×P)/(3600V)+E待机]×α×C电

(9)

式中：ΔQ节能电梯为节能电梯节省的用电量；QDT为非节能电梯用电量；α为节能电梯的节能率。k1为不同型号电梯的驱动系数；k2平均运距系数 ；k3为轿厢内平均载荷系数 ；H电梯的运行最大距离；F年启动电梯次数；P为电梯运行额定功率；V为电梯速度；E待机为电梯使用的待机年总能耗电量。

(2)照明节能技术。照明节能技术主要从选择高效电光源、选择节电照明电器配件和安装照明节电器三方面进行[16]，其节能经济效益为：

B照明=ΔQ照明×C电=(Q照明-Q'照明)×C电

(10)

式中：ΔQ照明为照明节能技术节省用电量(kW·h)，Q照明为非绿色建筑照明系统用电量；Q'照明采用照明节能技术绿色建筑的用电量。

(3)电开水器的的节能。其节能经济效益为：

B电开水器=Q电开水器×β×C电

(11)

式中：Q电开水器为普通电开水器用电量(kW·h)，β为节能电开水器节电率(一般为5%～8%)。

2.5建筑节能管理与服务节能经济效益

建筑节能管理与服务对发展绿色节能建筑和既有建筑节能改造具有重要作用，要制定合理的管理标准与管理制度并合理运行节能服务体系[16]。

3 绿色建筑技术增量经济效益评价

3.1 评价指标选择

选取一系列合适的评价指标对绿色建筑节能技术进行盈利能力分析，主要经济指标有投资回收期、经济效益成本比。

(1)投资回收期

选取动态投资回收期指标，计算在考虑资金时间价值的情况下绿色建筑采用节能技术后的节能经济效益用来抵偿增量成本所需要的时间。其计算公式为：

(12)

式中：Tc为动态投资回收期；n为累计净收益净现值出现正值的年份；NPn为第n年的净收益净现值。

(2)经济效益和成本比率

绿色建筑节能技术经济效益和成本比率是指采取节能技术之后的绿色建筑与非绿色建筑相比较所产生的增量经济效益现值和增量成本现值的比率。其计算公式为：

(13)

式中：ΔZt为绿色建筑节能技术第t年的经济收益；ΔCt为绿色建筑节能技术的增量费用；n为节能建筑使用年限；i为社会贴现率；可得，当ΔR >1时，认为绿色建筑节能技术可行且经济性好于基础方案；当ΔR <1时，则表明方案不可行，不应采用。若 R=1，表明节能方案应进一步改进。

3.2经济评价指标模型

3.2.1目标层次构建

(1)各级层次构建

运用层次分析法[17]建立一个总目标层B—绿色建筑节能技术经济费用效益，将围护结构节能技术、暖通空调系统节能技术、可再生能源利用技术、用电系统节能技术、建筑节能管理与服务节能技术五类节能技术依次建立次目标层B1、B2、B3、B4、B5，然后用具体节能措施建立技术方案层，分16项(C1-C16)，每一个技术方案层下都包括“差额经济效益成本比ΔR”和“差额投资回收期Tc”

(2)判断矩阵构造

判断矩阵A 构造如下

(14)

式中：Cij为下层元素Ci和Cj相对于上层元素Cij的相对重要性比值。

(3)相对权重计算

(4)一致性检验

若矩阵A满足Ckj=Cij/Cik的特征，则矩阵A具有完全一致性。有时还可根据矩阵的最大特征根λmax来确定,如果λmax接近矩阵的阶数 n，同时其他特征根近似等于 0，则矩阵A也具有一致性[18]。

3.2.2 指标权重确定

表1 评价体系的指标权重

3.2.3评价结果计算

首先计算评价体系中各准则层各指标的无量纲化值yi=[w1，w2，w3，…，wi][cxcy]T。其中：yi为第i个分目标层的无量纲化值；w1为后一个指标层相对于准则层的权重值；cx，cy是无量纲化计算后的指标数值。然后可以得到准则层指标的无量纲化矩阵Yi=[Y1Y2Y3Y4Y5]。最后得到经济性评价指标，D=[B1B2B3B4B5][Y1Y2Y3Y4Y5]T，根据D的取值将评价等级划分为五级(见表2)

表2 评价区间及等级表示

4.结语

从绿色建筑节能的角度对绿色建筑进行经济评价，建立节能视角下绿色建筑技术经济评价指标体系，对绿色建筑技术节能技术产生的经济效益进行分析计算进行评价，结果证实围护节能是建筑节能的重中之重，占有很大比例。从长远来看，采用合理的绿色建筑节能技术可以带来预期的经济效益，本文构建的技术经济评价体系可以为选择合适的技术方案提供帮助与参考。

参考文献：

[1]刘青.基于全寿命周期的绿色建筑经济评价研究[J].价值工程,2014(34).

[2]孙鸣春.全寿命周期成本理念下绿色建筑经济效益分析[J].城市发展研究,2015(9).

[3]张智荣.浅析绿色建筑全寿命周期经济评价体系[J].低碳世界,2015(1).

[4]金龙,杨星光,姚浩.绿色建筑的技术经济评价体系研究[J].建筑经济,2014(4).

[5]白冬梅,王宇辉.绿色建筑评价研究综述[J].建设科技,2016(18).

[6]王勇,万玉萍,龚美华.基于全寿命周期的绿色建筑经济评价体系研究[J].江西建材,2015(23).

[7]刘冬学.全寿命周期下的绿色建筑经济评价[J].经贸实践,2015(16).

[8]李娜.当前绿色建筑经济评价方法研究[J].经贸实践,2016(14).

[9]孙林柱.建筑节能基础教程[M].北京：科学出版社，2014.

[10]赵定国,薛伟成.轻型屋顶绿化的节电效果[J].上海农业学报,2008(1).

[11]李竞,吴喜平.综合建筑空调节能技术[J].上海节能,2006(2).

[12]王利珍.可再生能源技术在绿色建筑中的应用[J].绿色建筑,2016(4).

[13]皮璐,冷艳锋,黄祁聪.浅谈可再生能源在建筑中的规模化应用[J].智能城市,2016(11).

[14]周梦.绿色建筑全生命周期的费用效益分析研究[D].西南交通大学,2014.

[15]常慧.可再生能源技术在绿色建筑中的应用[J].建筑节能,2013(4).

[16]付祥钊.建筑节能原理与技术[M].重庆：重庆大学出版社，2008:170-172.

[17]赵务舟.节能住宅评价指标体系研究[D].武汉理工大学,2010.

[18]尹笑迪.北方既有居住建筑节能改造项目技术经济评价研究[D].沈阳工业大学,2015.