建筑节能技术第12章-建筑节能经济评价课件.pptx
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- 建筑节能 技术 12 经济评价 课件
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1、建筑节能经济评价第十二章建筑节能技术经济分析第一节建筑能耗分析第二节建筑节能评估体系第三节建筑节能标准第四节目录Contents第五节建筑节能社会环境效益1建筑节能技术经济分析建筑节能技术经济分析12.1.1收益和成本,资金的时间价值能源费用是商用建筑经营管理单位每年最大的支出,仅次于人力资源费。因此无论对哪家单位,建筑能效管理的主要目的之一都是降低建筑物的运行成本,节支增效。一般而言,业主或设施管理人员想要投资一个建筑节能的项目,总是期望收益能大于成本,自己的投入能够在尽可能短的时间内回收。建筑节能项目潜在的收益包括:1)能源费用的节省。2)减小耗能设备的容量从而降低设备投资。3)减少耗能设
2、备的维护费用。4)减少运行管理人员从而降低劳动力开支。5)改善室内环境品质从而提高业主经营的效益。6)销售回收的能量得到的额外收入。7)降低环境污染。但是,在占用一笔资金(本金)作为建筑节能的投入时,必须为使用这笔资金付出一定的代价,这就是利息。占用资金的时间越长,付出的利息就越多。因此,利息就是资金的时间价值。式中Fn本利和;P本金;In利息;n计算利息的周期数。建筑节能技术经济分析利息通常根据利率来计算。利率是在一个计息周期内得到的利息与本金之比,用i表示式中I1在一个计息周期内的利息。在建筑节能技术经济分析中,往往要对项目整个寿命周期内的全部支出和全部收益进行评价。这时,必须要考虑资金的
3、时间价值,而不是简单地把不同时间发生的收支资金相加或相减。要用到资金等值计算公式。(1)一次支付终值公式所谓一次支付,就是所有现金流在一个时间点上一次发生。比如,为了完成一项节能改造项目,向银行贷款P,而在n年后连本(P)带息(i)一次还清,偿还的金额为F。该式与计算复利的公式是一样的。把P称为现值;F为终值;i为折现率。建筑节能技术经济分析如果用函数形式表示就是括号内的部分称为一次支付终值系数,可以査表,自己计算其实也很容易。(2)一次支付现值公式这实际上是已知终值求现值的逆运算。括号内称为一次支付现值系数。(3)等额分付终值公式也可以表述为或建筑节能技术经济分析所谓“等额分付”就是现金的流
4、入和流出在多个时间点上发生,且数额是相等的。比如,物业管理公司每年等额存入一笔设备改造基金A,在存款利率是i的条件下,第n年后可以得到一笔金额为F的基金。同样还有:(4)等额分付现值公式(5)等额分付偿债基金公式(6)等额分付资本回收公式建筑节能技术经济分析式(12-8)很重要。例如,为节能改造投入经费为P,希望节能产生的效益能在n年内将投资回收,那么每年由节能所产生的成本节约不能小于A。如果测算下来节约不到A,那么这个节能改造在经济上就是不合理的。可以把括号内部分记作(A/P,i%,n),称为资金回收系数。这里传递了一个重要信息:一个节能项目不管它技术上有多么先进,但如果不能带来经济上的回报
5、,或者节能的效益不能满足投资者的期望,那么这样的节能项目就不值得去做。建筑节能技术经济分析12.1.2经济评价方法如果不考虑资金的时间价值,可以用静态评价方法。一般而言,静态评价方法只能用于对节能方案的初期评价。而在做项目的可行性研究时,则必须采用考虑资金时间价值的动态评价方法。(1)静态投资回收期所谓投资回收期,就是用项目各年的净收入(各年的收入减去支出)将全部投资收回所需要的期限。静态投资回收期可根据式(12-9)计算。即式中K投资总额;Bt第t年的收入;Ct第t年的支出(不包括投资);NBt第t年的净收入,NBt=Bt-Ct;Tp投资回收期。建筑节能技术经济分析(2)静态投资收益率(回报
6、率)静态投资收益率是指项目在某一正常运行年份的净收益与投资总额的比值。其计算公式为如果R值小于预期回报率,则项目不可行。(3)净现值净现值是动态评价中最主要的指标之一。它把项目寿命周期内每年的现金流按一定折现率折现到同一时间点(通常是期初),在该点的现值累加值就是净现值。其计算公式为式中NPV净现值;CIt第t年的现金流入量;COt第t年的现金流出量;Kt第t年的投资支出;COt第t年除投资外的现金流出量,COt=COt-Kt;n项目寿命年限;i0基准折现率。建筑节能技术经济分析若NPV0,则项目可行;若NPV0,则项目不可行。在多个方案中,NPV越大越好。基准折现率i0又可称为目标收益率,是
7、决策者对资金时间价值的估值。它由三部分组成r1被称为投资的机会成本,即这笔资金如果投资别的项目可能得到的盈利率。基准折现率不能低于机会成本,否则投资该项目就没有意义。机会成本中包含了向银行贷款所付的利息。r2被称为年风险贴水率。由于在做可行性研究时无法预计项目执行期内投资环境、市场环境和项目采用的技术可能会发生的变化,如果有不利的变化就可能导致项目的收入减少,也就是存在一定的风险。为了补偿可能出现的风险,就要考虑一个适当的风险贴水率。也可在保险公司投保以转移风险。r3即年通货膨胀率。因为r1、r2、r3都是很小的数,因此基准折现率可近似表达为建筑节能技术经济分析(4)净年值净年值是指把项目的净
8、现值NPV分摊到寿命周期内各年(从第1年到第n年)所得到的等额年值。其计算公式为式中 NAV净年值;(A/P,i%,n)资金回收系数。若NAV0,则项目可行;若NAV0,则项目不可行。(5)费用现值与费用年值如果比较多个方案,且各方案需要的投资额相同,或多个方案均能满足同样需求,但产出效益无法用货币的价值形态来衡量(比如项目具有环保、教育等社会效益),可以用费用现值或费用年值来评价。建筑节能技术经济分析费用年值AC的计算公式为在多个方案中,费用现值或费用年值最小的方案为最优。(6)内部收益率内部收益率是指净现值为零时的折现率。它也是经济评价的一个重要指标。解下述方程可以得到内部收益率IRR。这
9、是一个高次方程,通常只能用试算法来解。即假定两个折现率i1和i2,i10,而NPV20,则有建筑节能技术经济分析如果IRR大于基准折现率i0,则项目可行。(7)动态投资回收期用试算法解出下面的方程。得到Tp便是动态投资回收期(年)。建筑节能技术经济分析12.1.3项目的寿命周期成本所谓“寿命周期成本(Life Cycle Cost,LCC)”,是指建筑物或设备从设计、建造、使用直到拆毁的全过程的耗费。即产品“从摇篮到坟墓”的整个生命历程中的耗费。由于建筑物在建造过程中是在短时间内集中支出的,并且这些支出又会体现在售价或租金之中,因此建造成本(即初投资)容易引起人们的重视。而使用过程中的能耗、维
10、护、运行管理等的支出往往是建造成本的数倍,但由于它是分散支出的,因此人们会忽视,造成很多建筑物(或产品)“买得起,用不起”。表12-1就是一幢典型办公大楼的寿命周期成本各组成部分的比例。因此,对于建筑管理者来说,要用价值工程的思想,对建筑物做寿命周期成本分析。而选用节能设备和加强能效管理是降低寿命周期成本的有效措施。建筑节能技术经济分析建筑节能技术经济分析寿命周期成本计算公式实际就是在整个寿命周期里所有支出的净现值。其计算公式为具体到建筑物中,就有式中LCC某一方案总寿命周期成本的净现值;I初投资的净现值;Repl设备更新投资的净现值;Res寿命周期结束时的残值的净现值;E能源费的净现值;W水
11、费的净现值;OMR非燃料的运行、维护和修理费的净现值。建筑节能技术经济分析12.1.4资产增值在房地产估价理论中,一座房产的价值可以用该房产的年净经营收入(Net Operating Income,NOI)去除以房产的资本化率。即式中PV资产价值(Property Value);CR资本化率(Capitalization Ratio)。因此,这种估价方法在国外被称为“收入资本化方法”(Income Capitalization Approach),在我国被称为“收益法”。建筑节能技术经济分析净经营收入NOI应根据估价对象的具体情况计算。出租型房地产的净收益为租赁收入扣除维修费、管理费、保险费和
12、税金。商业经营型房地产的净经营收入为商品销售收入扣除商品销售成本、经营费用、商品销售税金及附加、管理费用、财务费用和商业利润。生产型房地产的净经营收入为产品销售收入扣除生产成本、产品销售费用、产品销售税金及附加、管理费用、财务费用和厂商利润。自用的房地产可以参照有收益的类似房地产的有关资料计算。资本化率CR可以用一些简单方法分析确定。一种是市场提取法,即调查搜集市场上三种以上类似房地产的价格、净收益等资料,用上述收益法计算公式求出资本化率。另一种是安全利率加风险调整值法,以安全利率加上风险调整值作为资本化率。所谓安全利率,是选用同一时期的一年期国债年利率或中国人民银行公布的一年定期存款年利率。
13、而风险调整值应根据估价对象所在地区的经济现状及未来预测、估价对象的用途及新旧程度等确定。一般而言,CR在8%12%。建筑节能技术经济分析在商用建筑中,能源成本显然也是要从营收中扣除的。因此,采取节能措施降低能源成本,可以使建筑资产增值。节约能源费,相当于增加了净经营收入NOI。美国市场转型研究所(IMT)首先提出了上述观点。但是研究人员也认为,要在房地产估价的实践中应用这一方法,还有以下一些障碍要克服:1)房地产估价师缺乏建筑节能方面权威性的信息。因为影响建筑能耗的因素很多。即使能耗数据或能源费账单表明某一建筑降低了能耗,它还必须拿出气象数据和入住率等数据作为佐证。因此必须要有一套完整的评价方
14、法和评价标准。2)房地产估价师缺乏建筑节能技术方面的知识。在房地产估价程序中,也没有要求有建筑能量特性方面的评估要求。3)对节能措施可靠性的怀疑。建筑节能技术经济分析2建筑能耗分析建筑能耗分析12.2.1建筑能耗的构成根据国际惯例,建筑能耗一般是指建筑使用过程中的能量消耗,主要包括供暖、通风、空调、照明、炊事燃料、家用电器和热水供应等方面的能耗。由于通过建筑围护结构散失的能量和供暖制冷系统的能耗在整个建筑能耗中占大部分(各部分能耗大体比例见表12-2),因此世界各国的建筑节能工作主要围绕提高建筑围护结构的保温隔热性能和提高供暖制冷系统效率两个方面展开。但要正确计算出建筑物在一定时期内的能源需求
15、量又是十分困难的。因为建筑物在使用过程中有许多不可预知的情况,影响能耗的因素也十分复杂,难以准确地把握。管理者可以利用过去运行的经验来估计未来的能耗。但必须具备以下条件:1)有详细的运行记录和能耗数据。2)对以往运行做分析。如果没有这些条件,可以用一些简单的估算方法或计算机模拟的方法进行能耗分析。本章将介绍几种常用的方法。建筑能耗分析12.2.2建筑能源装机容量估算建筑暖通空调系统能耗分析可以分成以下三个层次:(1)设计负荷(即装机冷热量)的估算在建筑物调试交工之前,物业管理者应对该工程项目做前期介入。装机冷热量估算的目的是检验设计的系统能否满足建筑物的冷热量需求。建筑所配置的空调供暖系统必须
16、满足最大负荷出现时的需求,即满足最热或最冷日的冷热量需求。(2)运行负荷(即全年或整个空调季的冷热量需求)的估算在建筑物日常运营中,能源费用是最大的开支。管理者必须了解建筑物全年冷热量需求,以便分析其中的节能节支潜力。(3)预测负荷的估算在设计或在做节能改造时,必须掌握所选用的系统或所采用的节能措施是否有效。建筑暖通空调系统装机冷热量和电力装机量的估算(即最初步的能耗分析),可以采用简单的负荷指标方法,也可以采用考虑建筑和运行特点的负荷估算方法。建筑能耗分析1.负荷指标方法负荷指标方法是用单位建筑面积的冷热量作为估算指标的。它是最简单但也是最粗糙的方法,可以将已建大楼的统计数据作为指标。因为影
17、响建筑负荷的因素很复杂,各种建筑的功能、建筑形式、使用方式有很大差别,所以这种负荷指标只能作为参考。上海200幢高层建筑中的调研结果表明,平均装机冷量为127W/m2。这200幢高层建筑的用途分布如图12-1所示。图12-1上海200幢高层建筑用途分布建筑能耗分析上海的高层建筑空调装机冷量根据建筑面积的大小也有所不同。图12-2所示是建筑面积与冷源容量的关系。图12-2建筑面积与冷源容量的关系建筑能耗分析从图12-3中可以发现,建筑面积越大,单位面积空调冷量越小。这是因为大面积的高层建筑中空调使用情况差异很大,也就是说有较大的负荷参差率,高峰冷量并不是将各部分和各房间的高峰负荷简单地叠加。大面
18、积高层建筑投资额较大,因此对围护结构的选材比较讲究,除了注重外观外也考虑其热特性,这也能在一定程度上减小空调装机冷量。图12-3装机冷量与统计幢数建筑能耗分析各种建筑冷热源设备装机容量的参考值,根据建筑物用途、功能确定单位面积的电力设备容量,见表12-3表12-5。注:R为冷热源容量(W),A为建筑面积(m2)。建筑能耗分析建筑能耗分析表12-4和表12-5的数据是20世纪80年代的数据。近年来我国经济高速增长,用电设备增加,在经济比较发达的中心城市,可以参考广东省的专家根据多年对广东各地供用电情况的统计和分析,按广东的经济发展状况和用电需求所推荐的各类建筑综合用电指标,见表12-6。建筑能耗
19、分析2.考虑建筑和运行特点的空调负荷估算方法在做空调负荷估算时,应考虑影响办公楼空调最大负荷的因素:建筑朝向、窗面积、外围护结构隔热保温、有无外遮檐、楼层位置、房间进深、新风量和设计室温等。基本设计条件见表12-7和表12-8。建筑能耗分析建筑能耗分析在不符合基本条件的场合,求出的最大热负荷要进行修正。在表12-7和表12-8的条件下,最大冷热负荷可用下式计算式中q周边区或内区最大冷热负荷(W/m2);q0基准冷热负荷(W/m2);qk因素k的修正冷热负荷(W/m2)。q0是供冷时南向房间、供暖时北向房间在基准设计条件下的最大冷热负荷,包括新风负荷。qk是基准条件以外的修正值。表12-9和表1
20、2-10给出了供暖用和供暖用的q0和qk值。q值为全热热量。按全年计算,建筑物负荷超过该值的危险率为2.5%。在表12-9和表12-10中:建筑能耗分析建筑能耗分析1)外围护结构隔热的大、中、小是指表12-11所给出的传热系数。根据窗墙比的不同取不同的值。根据传热系数的值进行内插或外插取修正负荷。2)外遮阳板挑出1m。建筑能耗分析3)房间进深是指从外围护结构到内区隔墙的距离。而楼角房间则由下式求出房间当量进深。即4)在做修正时,如果朝向、窗面积率、照明机器发热、在室人员数、房间进深、新风量和室温等数值与表中数据不同可以用内外插值法求出。除了表12-9和表12-10中的修正之外,还应根据空调分区
21、情况和预热时间等做其他修正。建筑能耗分析空调不分区时,用下式做修正式中Q空调不分区时的最大热负荷(W);qp、qi由式(12-22)计算得到的周边区、内区的最大负荷(W/m2);Ap由窗开始进深5m的假想周边区地板面积(m2);Ai假想周边区以外的房间地板面积(m2)。周边区空调机主要承担围护结构负荷时,用以下两式做修正。供暖用供冷用式中Q主要承担围护结构负荷的周边区空调设备的最大冷热负荷(W);qpn按式(12-22)计算得到的北向周边区最大热负荷(W/m2);lp外墙长度(m);qp、qi由式(12-22)计算得到的周边区、内区的最大冷热负荷(W/m2)。建筑能耗分析如果预热预冷时间不是1
22、h,则由上述方法得到的最大冷热负荷须乘以表12-12中的修正系数。如果空调系统中采用全热换热器,则根据全热换热器的热回收效率,相应扣减新风量的比例。对银行、百货商店、超级市场、旅馆、餐厅、酒吧、公民会馆、图书馆、医院、剧场等其他公共和商用建筑,也设定了一些统一的基准设计条件,见表12-13。建筑能耗分析12.2.3用温度频率法(BIN方法)做建筑能耗分析所谓BIN参数,即某一地区室外空气干球温度逐时值的出现频率。建筑物空调供暖系统的容量是根据设计负荷(或称高峰负荷)选定的。但设计负荷在一年中出现的机会很少,多数时间处于部分负荷状态下。BIN方法首先根据某地气象参数,统计出一定温度间隔的温度段各
23、自出现的小时数。然后分别计算在不同温度频段下的建筑能耗,并将计算结果乘以各频段的小时数,相加便可得到全年的能耗量。表12-14是上海地区2间隔、24h运行的BIN参数。根据空调系统运行情况,还可以做出10h运行、12h运行的BIN参数。表12-15是南京地区8:0018:00运行(不包括节假日)的BIN参数。建筑能耗分析建筑能耗分析一般而言,对于旅馆和酒店,用24h BIN参数;而对办公楼,则用10h或12h BIN参数。在BIN参数中找出四个与建筑能耗有关的代表温度:(1)高峰冷负荷温度(Peak Cooling)Tpc该地区最高温度段的代表温度(中点温度),上海地区为36。(2)中间冷负荷
24、温度(Intermediate Cooling)Tic该地区需要供冷的最低温度段的代表温度(中点温度),一般在2225。(3)中间热负荷温度(Intermediate Heating)Tih该地区开始供暖的温度段的代表温度(中点温度),一般在514。按我国供暖期的规定,也可定在5或8。对于要求较高的建筑(如高星级宾馆或医院),该温度应设得高一些。(4)高峰热负荷温度(Peak Heating)Tph该地区最低温度段的代表温度(中点温度),上海地区为-6。建筑能耗分析假定建筑围护结构形成的负荷、新风、渗透风负荷都与室外干球温度有着线性关系,则可以得到以下一组关系式:1)日射负荷:式中SCL7月份
25、和1月份的平均日射负荷(W/m2),分别记作SCL7和SCL1;n建筑物所有外窗的朝向数;MSHGFi朝向i 7月份和1月份的最大日射得热因数(W/m2);AGi朝向i的窗总面积(m2);SCi朝向i的遮阳系数;CLFTi朝向i 24h日射冷负荷系数之和;FPS7月份和1月份的月平均日照率;t空调系统运行小时数(h);Aac建筑物的空调面积(m2)。建筑能耗分析假定SCL与室外气温T之间存在如下的线性关系式中2)围护结构热传导负荷:热传导负荷由两部分组成:通过屋面、墙体、玻璃窗由温差引起的稳定传热部分;通过屋面、墙体由投射在外表面上的日射引起的不稳定传热部分。这两部分可分别用式(12-26)和
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