基于全寿命周期的绿色建筑节能技术经济评价研究

谢婉君 李晓娟

福建农林大学交通与土木工程学院

0 引言

改革开放以来，我国建筑业迅猛发展，在建筑规模日益庞大的同时，消耗了大量资源。20世纪90年代初，为秉承可持续发展的理念，我国将绿色建筑引入建筑行业[1]。然而，开发商只看到绿色建筑初始投资的增大，忽略了建筑运营期的节约效益，没有站在全寿命周期的角度对绿色建筑的成本进行分析，导致绿色建筑的发展步履维艰。因节能技术是实现“绿色”设计理念的关键所在，若把节能技术的增量成本和增量效益都用数字分析出来，就能从经济角度说明绿色建筑的特征，有助于推动绿色建筑的发展。

国际上对绿色建筑的研究在20世纪30年代就已开始。20世纪60年代，著名建筑师Paolo Soleri在国际上提出“生态建筑”观点，这是绿色建筑的开端[2]。70年代世界上爆发两次石油战争，能源过度消耗问题引起国际重视，部分发达国家加强关于节能技术的研究。80年代，建筑的可持续发展在国际上正式提出，且绿色节能建筑体系也逐渐完善，在英国和德国等发达国家广泛运用。Coma等人[3]根据一系列影响建筑成本的因素，将绿色建筑与传统建筑的综合效益进行比较，发现绿色建筑更好。C.K.Chau等人[4]对香港地区的环境评估发现，该地区的绿色建筑评估体系HKBEAM中的56项指标中，有24项与经济效益有关，计算了投资回报率，并提出了一系列的建议。Bee Hua Goh等人[5]运用建筑全生命周期费用的模型分析方法，对整个生命周期的建筑成本进行了成本效益模拟，结果显示，绿色建筑设计和性能的经济价值是未来发展的基础。何玥儿等人[6]以案例形式量化了绿色建筑节能技术产生的效益，结果表明集中空调系统排风全热回收技术节能率高达35%，产生的节能效益最大。任燕[7]从碳排放角度建立了一个绿色建筑碳排放核算模型，从经济效益、减碳效果和碳减排收益三个不同层面测量增量效益，并提出成本效益评价方法。王娟[8]从经济、环境、社会三个方面分别探讨影响绿色建筑综合效益的主要因素，并运用系统动力学进行模拟仿真，对影响因素进行敏感性分析。

本文从建筑外围护结构、先进能源设备、可再生能源的使用、采光照明系统四个方面对绿色建筑节能技术的增量成本和效益进行分析，将净效益和动态投资回收期作为节能技术经济评价指标进行分析。研究可以让业主能够从绿色建筑的成本控制与效益等方面设计符合投资及效益要求的绿色建筑，也可以给政府在制定绿色住宅相关政策与技术标准的时候提供一定的数据支持。能够为了绿色住宅建筑在我国的长远发展奠定基础，实现绿色住宅建筑在社会效益、经济效益与环境效益三者的统一。

1 绿色建筑相关理论阐述

1.1 绿色建筑定义

我国《绿色建筑评价标准》中对绿色建筑的定义是“在全寿命期内，节约资源、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用、高效的使用空间，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑”[9]。绿色建筑包含四方面内涵：全寿命周期，主要强调建筑对资源和环境的影响在时间上的意义，关注的是建筑从最初的规划设计到后来的施工建设、运营管理及最终的拆除；最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，节约的资源和材料的循环使用是关键，力争减少CO2的排放，做到“少费多用”；满足建筑根本的功能需求，满足人们使用上的要求，为人们提供健康、适用、高效的使用空间；与自然和谐共生，发展绿色建筑的最终目的是实现人、建筑与自然的协调统一，并以此为协调发展目标，在利用天然条件和人工手段创造良好、健康的居住环境的同时，尽可能地控制和减少对自然环境的使用和破坏，充分体现向大自然的索取和回报之间的平衡。

1.2 全寿命周期成本相关概念

建筑的全寿命周期考虑到时间问题，从建筑材料的开采、运输和建筑物废弃拆除，到对建筑材料的处理、回收、再利用的全循环过程[10]。全寿命周期划分为前期决策阶段、项目建设阶段、建筑运营阶段和建筑报废拆除[2]四个阶段。由于资金的时间价值，在计算全寿命周期费用时，需要利用工程经济学，把发生在全过程的费用折算成现值或年值，这样能更直接客观地对绿色建筑的经济性作出分析评价。

1.3 费用效益分析理论

费用效益分析是确定项目的经济效益和成本的系统方法，是经济学家评价项目合理性最常用的方法。费用效益分析的理论核心是以帕累托关于可能改进福利的思想为基础的。按帕累托最佳准则，只要社会总效益能够补偿总费用，社会福利就得到改进，当总效益与总费用之差最大时，即社会净效益最大时，社会的资源利用经济上才是最有效的[11]。

1.3.1 费用效益分析

在费用效益分析过程中不仅对项目决策、设计、实施、运营和报废处理每个阶段所产生的成本和获得的效益进行评估[12]，还要将项目对社会、环境带来的影响作出经济性评价。要求不管是效益还是损失，都以货币形式表现出来。因此，运用费用效益分析法对绿色建筑进行经济评价时,重点要将费用和效益体现在哪些方面给找出来。总的来说，费用效益分析是一种方案比选的方法，其实质就是通过总费用/总收益，来选出最优方案。

1.3.2 费用效益分析的指标体系

1.3.2 .1绿色建筑费用

绿色项目从项目立项到建筑报废拆除过程中投入的费用，分为直接费用和间接费用。

1）直接费用

直接费用指建筑建设和运营过程中投入的资金费用，其能以货币形式表现出来，这部分投入一般由开发商承担。主要包括前期费用、初始投资、运营维护费用、回收价值四项。

2）间接费用

间接费用指的是社会成本即环境外在成本。建筑物本身是高消耗品，虽然绿色建筑有很多优点，但其在建设过程中，仍会给社会和环境带来损失，这些成本就是间接费用，由社会来承担。例如，建设过程对周围居民产生的噪音影响、建筑物对自然生物的影响、建筑运行过程中排出的有害物质对自然和人们的影响。主要包括环境污染治理投入、资源和生态环境保护投入、管理与科技投入四项。

本文为方便计算，将直接费用与间接费用合并进行计算。

1.3.2 .2绿色建筑效益

绿色建筑效益分为直接效益和间接效益，一般直接效益是直接通过现金体现出来，而间接效益则是非现金化体现。

1)直接效益

直接效益指的是建筑物建成投入后给投资者带来的经济收益。主要包括直接经济收入、节约效益、绿化效益、回收价值等。对于绿色建筑，其中节约效益占很大比重[13]。

节约效益是与一般建筑相比，通过绿色节约设计理念体现出的效益，如：保温材料的使用，使得室内外能量传递能力减弱，进而节省用电费用；采用高效率暖通空调，降低能源消耗；采用较多自然光减少照明费用；以及对太阳能、风能、地热能等再生能源的利用带来的效益。

2)间接效益

绿色建筑不仅能带来直接的资金收益，其所带来的非货币体现的收益更大。虽然不能直接表现为货币，但是可以通过替代关系来量化进而货币化，属于不易货币化的指标。绿色建筑的间接效益主要有环境效益、生态效益和社会效益。

本文为方便计算，将直接效益与间接效益合并进行计算。

2 绿色建筑节能技术经济评价体系

2.1 评价原则

1）评价指标个性化

因为不同地区的地理、气候、人口等各因素不同，所以对建筑物的指标要求也各不相同。绿色建筑追求与自然和谐，基于此，评价标准追求个性化。

2）绿色建筑“有无”对比原则

绿色建筑是在传统建筑上发展起来的，其不能脱离传统建筑而自成体系。与一般建筑进行比较更能体现其优势所在。

3）从全寿命周期角度进行评价

绿色建筑节能技术的运用，使得建设项目前期投入增大，但节能经济效益在运营期能体现。所以，我们要从全寿命周期角度，对绿色建筑前期增量成本和后期的节约效益进行经济分析，进而得出绿色建筑节能技术经济性是否合理。

2.2 绿色建筑节能效益量化分析

分析的主要目的是将绿色建筑节能技术所带来的经济、社会、环境效益量化计算出来。对节能技术的经济效益分析，主要是和一般建筑进行对比，得出绿色建筑节能技术的增量成本和节约效益。直接效益分析所需数据较容易搜集，难的是对间接效益的量化。比如，对空气质量的改善带来的经济影响是多大。

2.2.1 节能技术增量成本的计算

其中，

C——建筑节能技术总增量成本

C1——外围护结构的增量成本

C2——使用先进暖通空调的增量成本

C3——可再生能源利用所带来的增量成本

C4——照明节能技术带来的增量成本

2.2.2 节能技术效益计算

其中，

需要注意的是节约效益是在建筑运营期体现出来的，需要将节能技术的效益折现，这样计算才具有意义。

2.3 绿色建筑节能技术经济评价综合指标

由工程经济学知，建筑工程经济效益分析指标有很多，其中价值型指标包括净年值、净现值、费用年值、费用现值，比率型指标有净现值率、投资收益率、外部收益率和内部收益率，时间型指标有静态投资回收期和动态投资回收期。本文重点分析净效益和动态投资回收期。

2.3.1 净效益（净年值NA或净现值NPV）

项目的净效益即项目在全寿命周期内，效益与费用的差值。它可折算到项目周期起点、终点或周期内任何一个基点，来对多个项目进行比选评价。对于净效益现值NPV，可按如下公式进行计算：

式中，

NPV为净效益现值（简称净现值）

V,C为折算到基准点的效益现值和费用现值

对于项目的净年值NA，可将净现值NPV折算成等额年值进行计算，其公式为：

式中，(A/P,i,n)为资本回收系数。

评判准则：

当项目方案是相互独立时，若NPV＞0或者NA＞0，则表明在经济因素上，此项目可行；反之则不可行。当项目方案互斥或同一项目不同规模的方案比较，NPV或NA最大方案是最经济合理方案。

2.3.2 效益费用比

效益费用比是指项目效益与费用之比，记为α，其表达式为

当＞1时效益必须大于费用，项目方案在经济上是可行的；当＜1则该项目或方案支出的费用大于所得的效益，项目或方案应该放弃。

2.3.3 动态投资回收期

投资回收期，是指用经营成本的节约或增量净收益来补偿增量投资的年限[14]。在此分析，我们考虑资金具有时间价值。动态投资回收期计算公式：

其中，

n为各年累计的净现值流量首次是正值或零的年数

判别准则：

3 实例分析

3.1 工程概况

秀峰产业基地项目位于福州市海西高新技术产业园，乌龙江大道西侧，东临乌龙江，西眺旗山。项 目 总 用 地 面 积12 030.7 m2，约 为18亩。按 照GB/T50378-2014《绿色建筑评价标准》，该项目最终评定为一星级绿色公共建筑，效果图见图1。项目总建筑面积55 200.68 m2(含地下室，其中地下面积18 314.39 m2，地上面积36 886.29 m2)。项目共3座楼,技术车间15层，技术车间3层，服务配套11层。该项目为公共建筑，设计使用年限为50年。

图1 项目效果图

项目目标定位为新能源产业基地的典范。现代化、智能化、节能环保，符合新能源企业特征的技术生产研发大楼。

设计与高新区海西园的总体规划相协调，从项目实际出发，充分利用地形，把项目沿江的特色景观融合到建筑中，适当考虑屋面及竖向景观设计,创造宜人、舒适的产业生产研发环境。

3.2 绿色建筑节能技术应用

在秀峰产业基地项目中应用的绿色建筑节能技术有以下几项：屋顶采用80 mm厚憎水膨胀珍珠岩保温隔热材料，门窗采用铝合金中空玻璃门窗；在先进能源设备的使用方面采用一拖多数码涡旋冷媒空调系统；在屋顶采用太阳能光伏板作为大楼能源的补充，它利用光伏半导体材料的光生伏打效应而将太阳能转化为直流电能的设施；公共场所均采用高效节能光源。

通过绿建斯维尔BESI2020对此建筑进行能耗测评结果见表1。

表1 能耗测评结果

3.3 项目节能技术经济评价

社会折现率定为5%。按福州标准，电费按0.54元/kWh。

3.3.1 项目节能技术增量成本计算

1）外维护结构增量成本

本项目使用3R绿色建筑材料，每平方米增加造价为25元，则材料成本增加合计25×36 886.29=92.22万元。本项目窗户所占面积为13 279㎡，且窗户外门窗采用铝合金中空玻璃门窗，与一般建筑铝合金窗相比，每平方米增加造价为30元，则外窗的增量成本为30×13 279=39.84万元。

2）高效率能源设备和再生能源利用设备的增量成本

经计算，太阳能光伏板以及高效能节能制冷、采暖等设备的利用，所产生的设备价差为323.4万元。

3）照明系统增量成本

考虑LED等节能灯具在建筑全寿命周期过程中需更换次数，每次增量投入约为4万元，最后折现总和为12.9万元。

从全寿命周期出发，综合得出建筑节能技术的增量成本：

3.3.2 项目节能技术增量效益计算

1）维护结构产生的增量效益

由表1数据可知

年增量效益：（22.31-13.94）×36 886.29×0.54=15.6万元

折算为现值：NPV=(P/A,i,n)=280.8万元

2）高效率能源设备产生的增量效益

由上表数据可知

制冷年增量效益：（60.04-33.71）×36 886.29×0.54=52.4万元

供暖年增量效益：（39.64-24.08）×36 886.29×0.54=30.9万元

制冷折算为现值：NPV=(P/A,i,n)=843.2万元

制热折算为现值：NPV=(P/A,i,n)=540.1万元

3）对可再生能源利用产生的增量效益

本项目部分高层屋顶采用太阳能光伏板作为大楼能源的补充，补充热量大概为3×107KJ/年，此部分热量若采用电加热获取的话，可用下式衡量：

其中，

计 算 得 电 量 的 消 耗 为E=3×107/（0.9×3 595）=9 272 kW·h/年

即对再生能源的利用的增量效益：9 272×0.54=5 006元

折算为现值：NPV=(P/A,i,n)=9万元

4）照明系统产生的增量效益

年增量收益：（19.44-13.37）×36 886.29×0.54=12.09万元

折算为现值：NPV=(P/A,i,n)=217.62万元

根据以上结果，综合得出建筑节能技术的增量效益：

3.3.3 项目节能技术经济性评价

净现值NPV=V-C=1 890.72-468.36

=1 422.36万元

费效比为α=V/C=1 890.72/468.36=4.03＞1，该项目的环境、经济、社会效益很好，绿色投资方案是经济可行的。

根据公式（4）计算，动态投资回收期为5-6年

通过对此项目节能技术的经济评价分析可得，节能技术的应用虽然会增加一些成本，但运营期带来的增量效益是远大于前期成本增加的。

4 结束语

本文通过对绿色建筑节能技术的经济性分析，进一步论证绿色建筑的巨大经济效益。通过定量分析节能技术的效益，使得开发商更为直观看到利益，有利于推动绿色建筑的发展。通过对比分析该项目的各项节能技术，并进行计算，研究结果对未来绿色建筑的发展具有一定的参考作用。同时，本文为房地产参与方提供了系统评价绿色建筑的经济性的方法，有助于提高人们的绿色建筑理念，调动市场需求，最终推动绿色建筑的发展。