基于全生命周期成本的绿色建筑设计优化研究

王旭鹏

（同圆设计集团股份有限公司烟台分公司，山东 烟台 264003）

绿色技术建筑发展过程中，众多绿色节能减碳技术之间的应用思路存在一定的差异，因此选择合适的低碳评价方法，构建合理化、可持续的绿色建筑技术组合体系是促进建筑业实现低碳化发展的必要环节。

1 节能技术全生命周期成本分析与优化

1.1 节能技术全生命周期成本分析

绿色建筑技术的全生命周期成本分析是考虑能源生产、输送直至使用消耗的整个过程的，估算环境影响与工程投资成本的评价方法。绿色建筑常见的节能技术包括节能化维护结构、环保型循环空调技术和太阳能取暖技术[1]。在节能技术的应用过程中，主要增加的建筑的设备采购成本和建筑成本，涉及建筑的设计、建造和装修维护等多个环节，在进行成本分析时，需考虑能源成本、工程研究开发、设备耐用性等多个经济指标[2]，在满足绿色建筑标准的条件下，实现全过程碳排放下降。采用节能技术，一方面可以使建筑运行过程中非传统能源在总能源消耗中占比提升，一定程度上降低了能源成本，可直接带来一定经济效益；另一方面可以缓解城市的能源供应压力，降低公共设备建设成本，形成一定的社会效益、全生命周期法进行成本分析时，二者需要统筹考虑[3]。研究总结了大量绿色建筑工程实际工程建设成本数据，当前我国较为成熟的节能技术与其成本特征如表1 所示。

表1 节能技术成本特征分析表

其中，建筑（设备增量）比例是建设安装节能构件、进行绿色施工直接产生的额外成本，在全生命周期分析体系中，这部分成本包含建筑材料从原材料加工到运输至工业场地的过程性经济成本，此项经济成本的产生意味着能源材料的消耗和碳排放的增加。根据成本分析结果，当下围护节能技术带来直接经济效益最优的是安装环氧树脂玻璃窗，其良好的直接经济效益占比说明此技术直接有效地降低了建筑热逸散，有良好的保温和隔音功能，但是由于其造价较高需要消耗一定工业聚合物，其净增值＜0[4]。在选定的节能化方式中，外墙夹心保温技术、太阳能取暖技术、太阳能复合电磁炉辅助热源取暖方式和4 种绿色空调技术在建筑后续投入使用过程中，其能源节约成本均可覆盖建筑与设备的额外成本，属于增值技术。

1.2 节能技术全生命周期成本优化

根据表1 中的成本统计分析结果，相关技术的直接经济性能指数反映了技术的全生命周期的节能效率，建筑（设备）增量表明技术施工或设备加工安装过程中产生的能源消耗，利用经济指数来表现技术节能性特征。由于节能技术的应用和推广会带来一定的集体经济效益，增强整体规划上的节能性和可持续性，因此工程净增值＞-0.005 均可判定为该技术从全生命周期角度有利于能源节约[5]。在同等净增值条件下，考虑到绿色能源的发展成本逐步降低，可选择直接经济效益较好的工程技术方案，各节能技术的节能性质与经济性指标对比如图1 所示。

图1 节能技术全过程成本分析图

根据经济性分析结果，在以上的节能技术中，综合考虑技术的节能特性和能源成本，围护节能技术方面应选择外墙夹心保温、环氧树脂玻璃窗与普通屋面，这主要是因为种植屋面维护成本较高且需要一定的机械设备进行维护，增加了房顶自重。房屋取暖选择太阳能自然加热系统，空调选择地热循环泵系统。由于不同工程项目所处地区的自然环境不同，太阳能采暖与空调制冷系统的效率和能源消耗率会受光照时间、地下水位等多方自然因素的影响，本次项目采集的工程数据信息多位于华北平原地区，因此在进行建筑设计时需要充分考虑自然因素，有针对性地进行数据调整，选择合适的采暖系统空调系统。优化后的节能模块额外成本消耗率为6.75%，直接经济效益为8.42%，净增值为1.67%。

2 节水技术全生命周期成本分析与优化

2.1 节水技术成本对比

本次研究将节水技术按照作用点位分为室内技术、中水回用技术和环境节水技术，其中室内节水基础产生的增量成本主要集中在器具成本上，以节水器具和限定水压技术为例，需要进行设备单独采购、安装与敷设，通过限压限流的方式从用水端在实现功能作用的前提下在建筑运行阶段实现25%以上的水量节约，形成节水经济效益。以华北地区为例，主要节水技术与其经济成本分析结果如表2 所示。

表2 节水技术成本特征分析表

本次选用绿色建筑群小区中水系统为主要研究对象，小区中水通过管道收集后进行集中处理。在全生命周期评价体系下，小区中水处理系统与人工湿地技术建设过程中采用建材和施工能耗会提升项目整体碳排，但中水与雨水的集中处理系统相较于传统市政处理输送距离短、处理难度与处理成本较低。多数节水技术是建立群体规模扩大和市政配套提升的基础上的，如分质供水技术、中水回用技术和人工湿地技术，均需工程建设当地的市政基础和环保政策提供设施支撑。此类节水技术的大规模应用会产生群体效应，逐步提升集体经济效益，因此当净增值＞-0.01 时，可判定该技术从全生命周期角度有利于水资源节约。

2.2 节水技术全生命周期成本优化

根据表2 中的成本统计分析结果，室内节水技术环境经济效益良好，跑冒滴漏防控技术、节水器具和限定水压技术均可用户端节约水量20%以上，雨水收集渗透技术与中水回用技术提高了非常规水源使用比例，相较于普通建筑群占比提升12%，改善了水源结构，有效缓解了市政供水压力。研究选定节水设备服务期为25 年，主要相关的节水技术的节水性能与全生命周期成本增量如图2 所示。

图2 节水技术全过程成本分析图

由图2 可得，选定的节水技术中室内的节水技术应选择跑冒滴漏防控技术、安装节水器并限定使用水压，小区内设置中水收集、处理与回用设施，敷设专用管道，水质净化技术选用混凝沉淀联合生态湿地技术，建筑外绿化地基建设雨水收集过滤系统，采用净化后的雨水进行绿化喷灌。此类建筑内外联动式的节水方案产生的建筑与设备增量成本为8.08%，直接经济效益为10.36%，净增值为2.28%。其直接经济效益远高于节能模块，说明此方案下绿色建筑的节水性能远高于传统建筑，其节水产生的经济效益在全生命周期中在覆盖雨水过滤、中水回用、人工湿地的建设和维护费用外，还可额外节约2.28%的运行成本。

3 节材技术全生命周期成本分析与优化

3.1 节材技术全生命周期成本分析

常见的绿色建筑节材技术主要两个重要方向，一是采用高性能新型建筑材料如粉煤灰水泥、轻骨料混凝土和集料砌块，利用回收材料如粉煤灰等生产可长效使用的建筑材料减少环境污染。二是通过优化施工技术和方法，强化管理，在完成建筑任务的前提下减少不必要的材料浪费，延长建筑使用寿命。根据华北地区的绿色建筑与传统建筑的工程资料，以下的绿色节材技术的成本增量与直接经济效益比如表3 所示。

表3 节材技术成本特征分析表

3.2 节材技术全生命周期成本优化

由表3 中数据分析可知当前空气净化技术可改善居民居住环境，有益于居民身心健康，其作用主要集中于社会效益，直接经济效益较难估算，因此采用定额比例。节材技术的成本分析与效能数据如图3 所示。

图3 节材技术全过程成本分析图

由图3 可得，建筑施工在可行范围内选择粉煤灰掺杂水泥、轻骨料混凝土、加气混凝土砌块，建成墙体具有良好的防火和吸声效果，建设过程中自重轻易于运输加工。施工过程中利用建模技术强化施工管理，可有效节约10.91%的基础建材。以上节材方案产生的增量成本为7.06%，直接经济效益为7.57%，净增值为-0.03%。

4 结语

（1）本文针对绿色建筑建设过程中的节能、节水、节材技术进行了分析总结，以华北地区绿色建筑与传统建筑的工程数据为基础，从全生命周期的角度统筹计算各项技术产生的增量成本，进行技术成本评价，计算直接经济效益评价技术的环保效能，建立了净增值良好的建设方案。

（2）经过汇算，节能、节水、节材组合技术方案产生的增量成本约为7.06%，直接经济效益为8.79%，净增值为1.31%，优化后的建筑方案在为期35 年的生命周期中节约了大量电能与水资源，能源节约产生的直接效益可覆盖设备机械成本与人工湿地等建设成本，具有良好的减碳能力和经济效益。