建筑被動(dòng)節(jié)能改造技術(shù)方案優(yōu)選方法研究

季永華，宋俊

（1.鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇鎮(zhèn)江212028；2.江蘇科技大學(xué)審計(jì)處，江蘇鎮(zhèn)江212003）

建筑被動(dòng)節(jié)能改造技術(shù)方案優(yōu)選方法研究

季永華1，宋俊2

（1.鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇鎮(zhèn)江212028；2.江蘇科技大學(xué)審計(jì)處，江蘇鎮(zhèn)江212003）

科學(xué)的建筑節(jié)能改造技術(shù)優(yōu)選方法與評(píng)價(jià)方式是選擇合理、經(jīng)濟(jì)、可行的建筑被動(dòng)節(jié)能改造技術(shù)方案的前提和基礎(chǔ)。從材料性能與使用功能、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益三方面，闡述了建筑節(jié)能改造的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)；通過現(xiàn)金流折現(xiàn)法（DCF），建立了節(jié)能改造綜合評(píng)價(jià)公式；提出了被動(dòng)節(jié)能改造技術(shù)方案優(yōu)選方法，通過模擬計(jì)算節(jié)能貢獻(xiàn)率，判定節(jié)能改造優(yōu)先單項(xiàng)，給出技術(shù)方案的制取原則，采用推算項(xiàng)目動(dòng)態(tài)投資回收期方式，判斷改造方案的優(yōu)劣。文章以南京長(zhǎng)江航運(yùn)管理局辦公樓為實(shí)例，基于建筑環(huán)境與設(shè)備計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DEST模擬方法），采用提出的節(jié)能改造的技術(shù)方案優(yōu)選方法，進(jìn)行了案例分析，實(shí)例表明在考慮節(jié)能改造的技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的前提下，動(dòng)態(tài)投資回收期最短的方案，節(jié)能改造效果更優(yōu)。

被動(dòng)節(jié)能改造技術(shù)；優(yōu)選方法；綜合評(píng)價(jià)；節(jié)能貢獻(xiàn)率

0 引言

20世紀(jì)80、90年代的城鎮(zhèn)既有建筑運(yùn)行能耗高，由于這些建筑的剩余使用壽命期還較長(zhǎng)，因此加強(qiáng)既有建筑節(jié)能改造技術(shù)研究意義重大［1］。建筑節(jié)能改造可以從兩點(diǎn)入手，一方面是建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，另一方面是建筑設(shè)備［2］，其中前者是重點(diǎn)。

國(guó)外節(jié)能改造技術(shù)起步較早，Izquierdo等關(guān)于建筑保溫材料的探索已經(jīng)深入到成本、壽命期、住戶行為習(xí)慣等因素的研究［3］。Zwanzig等在住宅墻體和屋面結(jié)構(gòu)中應(yīng)用相變儲(chǔ)能墻板，進(jìn)行相變儲(chǔ)能材料節(jié)能效應(yīng)數(shù)值模擬［4］。而鄧安仲等用相變復(fù)合儲(chǔ)能材料和聚丙乙烯泡沫板研制出新型輕質(zhì)板材，對(duì)重慶地區(qū)夏季輕質(zhì)實(shí)驗(yàn)房進(jìn)行該結(jié)構(gòu)的隔熱及節(jié)能效果實(shí)驗(yàn)研究［5］。

我國(guó)地域廣闊，建筑量巨大，超前節(jié)能改造技術(shù)并不符合我國(guó)國(guó)情，應(yīng)當(dāng)按不同地區(qū)氣候特征，分別實(shí)施成熟的建筑節(jié)能改造技術(shù)。這些年，我國(guó)學(xué)者對(duì)不同氣候特征地區(qū)的節(jié)能改造技術(shù)做了不少探索：郁文紅主要研究了華北地區(qū)的建筑節(jié)能技術(shù)，建立了華北地區(qū)的建筑節(jié)能改造技術(shù)理論與應(yīng)用分析方法［6］。王沁芳等研究認(rèn)為夏熱冬冷地區(qū)酒店建筑節(jié)能改造時(shí)空調(diào)、照明能耗是節(jié)能改造的重點(diǎn)［7］。田偉等用賬單法對(duì)上海醫(yī)院建筑節(jié)能改造的實(shí)例進(jìn)行了深入的分析［8］。汪飛宇采用EQUEST軟件對(duì)合肥地區(qū)的教學(xué)樓維護(hù)結(jié)構(gòu)做了節(jié)能改造能耗模擬與分析，認(rèn)為外墻外保溫節(jié)能體系適合本地區(qū)的教學(xué)樓節(jié)能改造［9］。芮瑋瑋等采用DEST軟件模擬計(jì)算，認(rèn)為蘇南地區(qū)既有住宅工程的外窗節(jié)能改造效果明顯［10］。費(fèi)良旭等認(rèn)為海南地區(qū)典型建筑節(jié)能改造的重點(diǎn)是外窗遮陽(yáng)系數(shù)，而非傳熱系數(shù)［11］。

目前各方研究由于研究對(duì)象的氣候特征、類型以及側(cè)重點(diǎn)不同，建筑節(jié)能改造路線也不一樣，多以被動(dòng)節(jié)能技術(shù)為主，且側(cè)重案例分析，改造方案相互之間可比性低。擬對(duì)建筑被動(dòng)節(jié)能改造技術(shù)方案的優(yōu)選方法進(jìn)行研究，為建筑被動(dòng)節(jié)能改造選擇合理、經(jīng)濟(jì)、可行的技術(shù)方案提供一定的參考依據(jù)?；诮ㄖh(huán)境與設(shè)備計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DEST模擬方法），采用提出的節(jié)能改造的技術(shù)方案優(yōu)選方法，進(jìn)行實(shí)例分析。

1 節(jié)能改造綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)及綜合評(píng)價(jià)公式

1.1 節(jié)能改造綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

建筑節(jié)能改造評(píng)價(jià)指標(biāo)可以分為3大類指標(biāo)：材料性能與使用功能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)和生態(tài)效益指標(biāo)，見表1。

表1 建筑節(jié)能改造效益綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.2 節(jié)能改造綜合評(píng)價(jià)公式建立

建筑節(jié)能改造工程綜合考慮建筑與社會(huì)、環(huán)境因素，以現(xiàn)金流折現(xiàn)法（DCF）為基本，預(yù)測(cè)節(jié)能改造產(chǎn)生的各種效益。建筑節(jié)能改造工程中經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)（內(nèi)部指標(biāo)）可以用財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值（FNPV）表示；生態(tài)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)（外部指標(biāo)）是將環(huán)境效益、健康效益以現(xiàn)金流（ONPV）表示。因此，建筑節(jié)能改造綜合效益（TNPV）評(píng)價(jià)模型由式（1）表示為

式中：FNPV為財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值，元；ONPV為外部綜合折現(xiàn)值，元；若TNPV≥0，則改造工程具有可行性，產(chǎn)生總收益；若FNPV≥0，則改造工程能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.1 內(nèi)部指標(biāo)

內(nèi)部指標(biāo)包括改造成本、運(yùn)營(yíng)成本以及節(jié)約能源量，用財(cái)務(wù)凈值（FNPV）表示。

（1）建筑節(jié)能改造過程中所需成本 主要包括節(jié)能改造工程的工程成本和使用期間的維護(hù)成本。由于節(jié)能改造投資期基本在10年內(nèi)，而這一階段建筑維護(hù)成本很少，所以不進(jìn)行討論。因此只考慮節(jié)能改造工程的工程成本（CO）。

（2）建筑節(jié)能改造后的節(jié)能量 建筑節(jié)能改造后第x年的能源節(jié)約量表現(xiàn)為該年節(jié)省的能源費(fèi)用。因此，第x年的凈現(xiàn)金流入CIx由式（2）表示為

式中：CIx為第x年的凈現(xiàn)金流入，元；Px為能量?jī)r(jià)格，元；Q為年節(jié)能量，kW·h。

結(jié)合（2）式，得到節(jié)能改造工程中財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值（FNPV）由式（3）表示為

式中：ri為節(jié)能改造基準(zhǔn)折現(xiàn)率；CO為改造工程成本，元。

1.2.2 外部指標(biāo)

外部指標(biāo)包括環(huán)境效益、社會(huì)效益，以現(xiàn)金流（ONPV）表示。

（1）環(huán)境效益表現(xiàn)為節(jié)能改造后污染物排放量減少，包括SO2、NO2、CO2、粉塵等的減排。若已知減排量，環(huán)境效益為每年處理節(jié)能改造后減排有害污染物所需貨幣。因此，環(huán)境效益Vp由式（4）表示為

式中：Vp為環(huán)境效益，元；C為有害污染物收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，元；β為補(bǔ)償度，表示排污收費(fèi)與環(huán)境損失費(fèi)比值。

常見有害物年環(huán)境效益指標(biāo)如下：SO2環(huán)境污染費(fèi)為1.26元／kg，補(bǔ)償度為25%，環(huán)境效益為5.04元／kg，健康成本可以忽略；NO2環(huán)境污染費(fèi)為2.00元／kg，補(bǔ)償度為25%，環(huán)境效益為8.00元／kg，健康成本忽略；CO2環(huán)境污染費(fèi)為0.002元／kg，補(bǔ)償度為8.7%，環(huán)境效益為0.023元／kg，健康成本為0.002元／kg；粉塵環(huán)境污染費(fèi)為0.03元／kg，補(bǔ)償度為25%，環(huán)境效益為0.12元／kg，健康成本為0.0042元／kg［12］。

因此，建筑節(jié)能改造第x年環(huán)境效益（CHx）由式（5）表示為

式中：P1x、P2x、P3x、P4x分別為SO2、NO2、CO2、粉塵污染物的減排重量，kg。

（2）社會(huì)效益表現(xiàn)為人患病率降低，改造第x年社會(huì)效益（CSx）由式（6）表示為

結(jié)合式（5）、（6），節(jié)能改造外部指標(biāo)（ONPV）由式（7）表示為

1.2.3 綜合效益評(píng)價(jià)公式

將式（3）、（7）代入式（1）得到建筑節(jié)能改造綜合效益（TNPV）的計(jì)算式（8）。

2 被動(dòng)節(jié)能改造技術(shù)方案優(yōu)先方法

2.1 計(jì)算節(jié)能貢獻(xiàn)率

假設(shè)原建筑改造前年能耗量為Ebase，按照特定地區(qū)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)最低要求進(jìn)行節(jié)能改造后其年能耗量為Epre，在這種情況下建筑能耗降低量為Econ＝Ebase－Epre。假定圍護(hù)結(jié)構(gòu)總耗能是由各部分組成的，建筑的各組成結(jié)構(gòu)之間相互獨(dú)立、互不影響，因此建筑總能耗量可由各組成結(jié)構(gòu)能耗量相加得到，各組成結(jié)構(gòu)節(jié)能改造后的能耗降低量相加也構(gòu)成了建筑總能耗降低量Econ。各組成結(jié)構(gòu)節(jié)能改造后的節(jié)能量在總節(jié)能量中所占的比重βn即為該項(xiàng)節(jié)能改造措施的節(jié)能貢獻(xiàn)率，由式（9）表示為

式中：Ei為改造前年能耗量，kW·h；Econ為改造后年能耗降低總量，kW·h。

假設(shè)某建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能按照GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［13］進(jìn)行改造后的年基準(zhǔn)能耗為Epre，則計(jì)算所用單項(xiàng)改造措施的節(jié)能貢獻(xiàn)率見表2。

表2 單項(xiàng)改造措施節(jié)能貢獻(xiàn)率計(jì)算值

2.2 確定節(jié)能改造優(yōu)先單項(xiàng)

設(shè)外墻、外窗、屋面和地面節(jié)能貢獻(xiàn)率分別為β1、β2、β3和β4，按從大到小排序，取其中最大者，記作βmax。為了敘述方便起見，不妨假設(shè)排序順序?yàn)棣?＞β2＞β3＞β4，則βmax＝β1。

（1）若βmax＝β1＜βcon，且β1＜β2＋β3，說明β1對(duì)應(yīng)的單項(xiàng)改造措施是一般優(yōu)先單項(xiàng)。

（2）若βmax＝β1＜βcon，且β1≥β2＋β3，說明β1對(duì)應(yīng)的單項(xiàng)改造措施是相對(duì)優(yōu)先單項(xiàng)。

（3）若βmax＝β1≥βcon，說明β1對(duì)應(yīng)的單項(xiàng)改造措施是絕對(duì)優(yōu)先單項(xiàng)。

βcon為判定節(jié)能改造優(yōu)先單項(xiàng)而引入的參數(shù)。假定對(duì)建筑外墻、外窗、屋面、地面采用理想節(jié)能材料改造，分別計(jì)算其節(jié)能貢獻(xiàn)率。若βmax≤50%時(shí)，則取βcon＝50%；若βmax＞50%時(shí)，則取50%＜βcon＜βmax。在工程應(yīng)用中βcon取50%。

2.3 技術(shù)改造方案的制取原則

根據(jù)節(jié)能貢獻(xiàn)率，提出如下技術(shù)改造方案的制定原則：（1）對(duì)有一般優(yōu)先單項(xiàng)的改造項(xiàng)目，只需制定一套技術(shù)改造方案，代入節(jié)能改造綜合效益評(píng)價(jià)式（8），推算投資回收期；（2）對(duì)有相對(duì)優(yōu)先單項(xiàng)的改造項(xiàng)目，需制定針對(duì)βmax對(duì)應(yīng)的單項(xiàng)改造措施的多套方案，代入節(jié)能改造綜合效益評(píng)價(jià)式（8），比較投資回收期；（3）對(duì)有絕對(duì)優(yōu)先單項(xiàng)的改造項(xiàng)目，需制定針對(duì)βmax對(duì)應(yīng)的單項(xiàng)改造措施的多套方案，代入節(jié)能改造綜合效益評(píng)價(jià)式（8），比較投資回收期。

2.4 節(jié)能改造方案的優(yōu)選

為直觀理解節(jié)能改造方案的優(yōu)劣，可以采用節(jié)能改造工程投資回收期的長(zhǎng)短評(píng)價(jià)，投資回收期越短，則節(jié)能改造方案越好。建筑節(jié)能改造工程的動(dòng)態(tài)投資回收期（Px）由式（10）表示為

由式（10）可以看出，建筑節(jié)能改造工程的Px能夠表示為節(jié)能改造工程中的FNPV＝0或TNPV＝0時(shí)所經(jīng)歷的年限x。由于FNPV＝0獲得的Px只考慮建筑節(jié)能改造工程的經(jīng)濟(jì)效益，忽略了外部收益。為了評(píng)價(jià)節(jié)能改造工程產(chǎn)生的各種效益，以TNPV＝0獲得的Px即綜合效益動(dòng)態(tài)投資回收期為總評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，來評(píng)判改造工程的節(jié)能效果及可行性。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程簡(jiǎn)介

位于南京市長(zhǎng)江航運(yùn)管理局辦公大樓1987年建成投入使用；建筑物地上16層，地下1層，高度為65.55 m，面積約為15200 m2，外表面積為7997.55 m2，體積為49984.70m3，體型系數(shù)為0.16，東、南、西、北立面窗墻比分別為0.53、0.58、0.62、0.58；該建筑保溫構(gòu)造情況：屋面采用水泥膨脹珍珠巖保溫層，傳熱系數(shù)為1.96 W／（m2·K），熱惰性指標(biāo)為3.41，輻射吸收系數(shù)為0.75；外墻采用黏土多孔磚，傳熱系數(shù)為2.63 W／（m2·K），熱惰性指標(biāo)為3.31，輻射吸收系數(shù)為0.75；外窗采用鋁合金框灰色單層玻璃，傳熱系數(shù)為6.4 W／（m2·K）。

3.2 工程能耗分析

2014年該綜合樓正常使用中全年用電量達(dá)1250000 kW·h，其中動(dòng)力用電量占14%（包括電梯用電6%、其他用電8%）；空調(diào)、辦公、照明用電占86%（包括空調(diào)系統(tǒng)51%，辦公設(shè)備用電15%，燈具照明20%）。分析該建筑的用電賬單，每年用電高峰為夏季的7、8、9月份，主要是空調(diào)制冷用電量較大，其次為冬季的11、12月份和次年的1月份，主要是冬季室內(nèi)采暖。該建筑在用電緊缺期，為了維持某些電力設(shè)備的正常運(yùn)行，需要燃燒柴油發(fā)電，改造前該建筑年柴油用量為86.5 t，產(chǎn)生的CO2為275.59 t。

3.3 節(jié)能改造技術(shù)方案優(yōu)選

采用計(jì)算機(jī)模擬，先計(jì)算節(jié)能貢獻(xiàn)率，然后確定優(yōu)選改造單項(xiàng)，最后制取技術(shù)改造方案。

3.3.1 能耗模擬模型建立

采用DEST軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算改造前后建筑能耗?？照{(diào)冷負(fù)荷時(shí)間段從7月1日到10月1日，采暖時(shí)間段從12月1日到次年3月1日，空調(diào)使用時(shí)間為180 d，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間段為7：00～18：00。通風(fēng)方式為逐時(shí)通風(fēng)定義，取值為0.5次／h。室內(nèi)照明和設(shè)備熱繞參數(shù)及作息設(shè)置參數(shù)參照GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［13］。按照原建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)建立近似模型圖，其中建筑軸線、房間幾何尺寸、朝向、外輪廓與原建筑一致；建筑物的窗墻比、體型系數(shù)、外立面、屋頂構(gòu)筑物與原建筑物相近似。

3.3.2 節(jié)能貢獻(xiàn)率計(jì)算

通過計(jì)算機(jī)模擬顯示，原建筑年基準(zhǔn)能耗為Ebase＝1274205.39 kW·h；進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能按照公建節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)并用計(jì)算機(jī)模擬，維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小值，則節(jié)能改造后的年基準(zhǔn)能耗為Epre＝759438.57 kW·h；因此該建筑年總節(jié)能量為Econ＝Ebase－Epre＝514766.82 kW·h。

依據(jù)表2的方法，計(jì)算建筑各單項(xiàng)節(jié)能改造措施節(jié)能貢獻(xiàn)率見表3。

表3 單項(xiàng)節(jié)能改造措施節(jié)能貢獻(xiàn)率計(jì)算值

3.3.3 優(yōu)先改造單項(xiàng)的確定

由表3可知，單項(xiàng)節(jié)能改造措施節(jié)能貢獻(xiàn)率從大到小排序：β2＞β1＞β3＞β4，而β2對(duì)應(yīng)節(jié)能改造單項(xiàng)為外窗，由于β2＝51.2%＞βcon＝50%，說明外窗改造措施是絕對(duì)優(yōu)先單項(xiàng)，因此需要制定針對(duì)外窗的多套改造技術(shù)方案。

3.3.4 改造技術(shù)方案的制取

外窗選取窗墻比、傳熱系數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)作為變量，進(jìn)行改造技術(shù)方案比選；遮陽(yáng)系數(shù)作為不變量，不參與比選。目前市場(chǎng)上遮陽(yáng)效果最好的玻璃是遮陽(yáng)系數(shù)為0.3的Low-E玻璃［14］；北面無需考慮遮陽(yáng)北面無需考慮遮陽(yáng)采用普通中空玻璃，遮陽(yáng)系數(shù)為0.81，有利于采光，減少開燈率。保溫材料考慮材料耐候性、施工工況等因素，選擇性價(jià)比最高的材料［15］，外墻用40 mm厚巖棉板，屋面用100 mm厚發(fā)泡水泥板；建筑外形規(guī)整，體型系數(shù)無需優(yōu)化?？紤]到地面節(jié)能貢獻(xiàn)率很低，可以忽略，以節(jié)約工程成本。制定3種改造方案如下：

方案1：東、南、西、北窗墻比各降低30%，外墻覆蓋40mm厚的巖棉保溫板；屋頂鋪100mm厚的發(fā)泡水泥板，成倒置式屋面；東、南、西、北向外窗改為6 Low-E＋12A＋6雙層中空玻璃塑鋼窗，傳熱系數(shù)為1.9W／（m2·K），遮陽(yáng)系數(shù)為0.30，北向遮陽(yáng)系數(shù)為0.81。

方案2：不改變窗墻比，其他同方案1。

方案3：東、南、西、北向外窗改為5 Low-E＋6A＋5＋9A＋5三層中空玻璃塑鋼窗，傳熱系數(shù)為1.4W／（m2·K），遮陽(yáng)系數(shù)為0.30，北向遮陽(yáng)系數(shù)為0.81，其他同方案2。

改造前后的維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)對(duì)比見表4。

表4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)改造前后對(duì)比／（W·m－2·K－1）

3.4 三種改造方案能耗計(jì)算

（1）維護(hù)結(jié)構(gòu)

改造前：建筑物動(dòng)態(tài)熱負(fù)荷550724.13 kW·h，熱負(fù)荷指標(biāo)36.23 kW／m2；冷負(fù)荷623481.26 kW·h，冷負(fù)荷指標(biāo)41.02 kW／m2。

方案1：建筑物動(dòng)態(tài)熱負(fù)荷264398.26 kW·h，熱負(fù)荷指標(biāo)17.39 kW／m2；冷負(fù)荷343618.93 kW·h，冷負(fù)荷指標(biāo)22.61 kW／m2。

方案2：建筑物動(dòng)態(tài)熱負(fù)荷316314.05 kW·h，熱負(fù)荷指標(biāo)20.81 kW／m2；冷負(fù)荷407152.34 kW·h，冷負(fù)荷指標(biāo)26.78 kW／m2。

方案3：建筑物動(dòng)態(tài)熱負(fù)荷304577.63 kW·h，熱負(fù)荷指標(biāo)20.04 kW／m2；冷負(fù)荷373408.68 kW·h，冷負(fù)荷指標(biāo)24.57 kW／m2。

方案1、2、3采暖期的節(jié)能率分別為52.0%、42.6%、44.7%，空調(diào)冷負(fù)荷期的節(jié)能率分別為44.9%、34.7%、40.1%。因此，方案1的節(jié)能效果最好。在遮陽(yáng)系數(shù)不變，繼續(xù)降低外窗導(dǎo)熱系數(shù)，可以進(jìn)一步提升空調(diào)節(jié)能率，但是效果沒有改變窗墻比顯著。

（2）照明系統(tǒng)

電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能改造措施有：走道、衛(wèi)生間、車庫(kù)等無人長(zhǎng)時(shí)間逗留場(chǎng)所，采用聲控開關(guān)，LED燈具（發(fā)光二極管）。按辦公場(chǎng)所內(nèi)照度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為300 lx，用帶有帶電子鎮(zhèn)流器的LED燈管T5無影一體化支架套裝日光色燈，替換普通的T8熒光燈管，在此基礎(chǔ)上加裝光控裝置，進(jìn)行25%～100%的調(diào)光，燈具整體節(jié)能率可達(dá)60%。

改造成本計(jì)算：LED燈管T5無影一體化支架套裝14W日光色，市場(chǎng)價(jià)格每支25元，每10 m2的房間配置3只，可滿足辦公建筑照度要求，因此該工程共需要配置4560只，總價(jià)114000元。電器安裝工程費(fèi)加管理費(fèi)按20%計(jì)算，則燈具改造成本總費(fèi)用為136800元。

投資回收期計(jì)算：該辦公樓年燈具用電量為250300 kW·h，按60%的節(jié)能率計(jì)算，年節(jié)約電量為150200 kW·h。按照每度商業(yè)用電0.8283元計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)為124410元，則1.1年可以實(shí)現(xiàn)投資回收，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（3）空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)系統(tǒng)具體節(jié)能改造措有：一樓大廳的入口設(shè)置冷、熱風(fēng)幕，這樣可以降低空調(diào)負(fù)荷，減少能耗。加強(qiáng)空調(diào)風(fēng)管和供回水管的保溫，降低風(fēng)管、供回水管的能耗，從而減少能量損失。末端空調(diào)器水管上采用感溫調(diào)節(jié)式電動(dòng)兩通閥及溫控器，同時(shí)增添空調(diào)器聯(lián)鎖的開關(guān)功能，工作人員不在時(shí)，可局部關(guān)閉空調(diào)，節(jié)約能源。通過以上幾項(xiàng)舉措，可實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)末端能耗的最大節(jié)約，約需費(fèi)用131534元。

3.5 三種改造方案綜合效益評(píng)價(jià)

3.5.1 改造的工程成本

各分項(xiàng)工程的人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)以當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)行政主管部門2014年發(fā)布的市場(chǎng)信息價(jià)計(jì)算。燈具、空調(diào)節(jié)能改造共需要費(fèi)用268334元，加上維護(hù)結(jié)構(gòu)改造成本，可以得出改造方案1、2、3的總成本分別為2822694、2679642、3208985元。

3.5.2 改造產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

由于夏熱冬冷地區(qū)，使用空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采暖和降溫作用，因此主要節(jié)能表現(xiàn)為節(jié)約電量。電價(jià)按當(dāng)?shù)匾话愎ど虡I(yè)及其他用電測(cè)算。3種改造方案的節(jié)電量與電費(fèi)計(jì)算見表5。

表5 辦公建筑節(jié)電量與電費(fèi)統(tǒng)計(jì)

3.5.3 改造產(chǎn)生的生態(tài)效益

該建筑使用期間燃燒柴油，排放物主要是CO2，因此總體環(huán)境效益（CHx）只考慮CO2排放的減少量，忽略SO2、NO2、粉塵污染物的減排量。由于三種節(jié)能改造方案對(duì)于柴油用量的影響很小，可認(rèn)為3種節(jié)能改造方案所用柴油量一致，按照采暖期空調(diào)節(jié)能率最小42.6%計(jì)算柴油節(jié)約量。

（1）節(jié)能改造環(huán)境效益

建筑節(jié)能改造前，年消耗柴油量為86.5 t，產(chǎn)生CO2為275.59 t；改造后，年消耗柴油量為86.5×（1－42.6%）＝49.6 t，產(chǎn)生的CO2為157.07 t。因此減排CO2為118.52 t，每年產(chǎn)生的環(huán)境效益為118520×0.023＝2725.96元。

（2）節(jié)能改造社會(huì)效益

該建筑項(xiàng)目主要考慮CO2排放減少，由于減排CO2為118.52 t，節(jié)能改造每年產(chǎn)生的社會(huì)效益為118520×0.002＝237.04元。

3.5.4 三種改造方案比較

通過對(duì)比分析，方案1中減少建筑30%的窗墻比，應(yīng)當(dāng)考慮窗洞改造額外增加的成本和延長(zhǎng)工期成本，這部分成本總計(jì)為487812元。因此，改造方案一的投資回收期計(jì)算由式（11）表示為

TNPV＝－2822694－487812＋x［593386／（1＋0.053）x］

＋x［（2725.96＋237.04）／（1＋0.053）x］（11）

當(dāng)綜合效益TNPV≥0時(shí)，表示節(jié)能改造工程具有可行性。尋找投資收益盈虧平衡點(diǎn)，推算投資回收期，令TNPV＝0時(shí)，求解x，得x＝8.70年。

同樣的方法，對(duì)改造方案2，求得x＝8.15年；對(duì)改造方案3，求得x＝9.98年。

3種節(jié)能改造方案動(dòng)態(tài)投資回收期都小于該辦公建筑的剩余使用壽命期，但是方案2投資回收期更短，且施工簡(jiǎn)便，工期較短，為最佳方案。

建筑節(jié)能改造實(shí)踐中，照明設(shè)施及空調(diào)系統(tǒng)的改造不可辟免，由于3種改造方案采用相同的照明與空調(diào)改造技術(shù)，對(duì)計(jì)算動(dòng)態(tài)回收期的影響一致。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑節(jié)能改造工程，事先選取經(jīng)濟(jì)、合理的改造方案，并進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)，不僅可以使改造工程取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，還可以減少改造工程初期對(duì)社會(huì)、環(huán)境的負(fù)面影響，從而減少后期對(duì)社會(huì)、環(huán)境的補(bǔ)償，獲得更長(zhǎng)遠(yuǎn)的收益，這一理念符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。文中節(jié)能改造綜合效益評(píng)價(jià)公式包涵了節(jié)能改造的工程成本、節(jié)約能量、環(huán)境效益、社會(huì)效益，在建筑全壽命周期內(nèi)，公式的內(nèi)涵可以進(jìn)一步拓展。被動(dòng)節(jié)能改造技術(shù)方案優(yōu)選過程中，引入βcon是為了從復(fù)雜的方案組合中優(yōu)選出關(guān)鍵方案，其精確取值還需進(jìn)一步探究。

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Research on optim ization method of passive energy-saving reconstruction technology

Ji Yonghua1，Song Jun2

（1.Construction Engineering Quality Supervision Station of Dantu District of Zhenjiang，Zhenjiang 212028，China；2. Audit Office，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang 212003，China）

The scientific selection method and evaluation method can be used to provide a basis for the selection of reasonable，economical and feasible technical scheme for passive energy conservation of buildings.The paper expounds the comprehensive evaluation of energy-saving index from the aspects of technical performance，economic and ecological benefits，establishes comprehensive evaluation of energy saving reconstruction formulawiththe discounted cash flow method（DCF），puts forward the optimization scheme of passive energy saving technologymakes energy-saving priority for individual decision to give the technical scheme of the projectthrough the simulation calculation of contribution rate of energy saving，and judges the renovation schemesbyestimating dynamic payback period.By taking Nanjing Changjiang Shipping Administration Office Building for example，based on the simulation system of building environment and equipment（referred to as DEST based computer simulation method），with the technical scheme of energy-saving optimizationmethod，the papermakes the case study，showing that themost effective scheme of energy-saving transformation can be achieved under the premise of considering the technical performance，economic benefitand ecological benefitof energy conservation.

passive energy-saving technology；optimization method；comprehensive evaluation；contribution rate of energy saving

TU－9

：A

1673－7644（2017）02－0183－06

2017－02－20

季永華（1983－），男，工程師，碩士，主要從事建筑節(jié)能、綠色建筑技術(shù)等方面的研究.E-mail：252377747＠qq.com