基于系統(tǒng)動力學的被動式建筑增量成本與效益研究

袁位佳，宋吉榮

(西南交通大學土木工程學院，四川成都 610031)

被動式建筑是目前全球范圍內(nèi)建筑業(yè)探索低能耗建筑的重要結(jié)果之一。2015年，我國出臺的DB13(J)/T177-2015《被動式低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》中對被動式建筑的定義是將自然通風、自然采光、太陽能輻射和室內(nèi)非供暖熱源得熱等各種被動式節(jié)能手段與建筑維護結(jié)構(gòu)高效節(jié)能技術(shù)相結(jié)合建造而成的低能耗建筑[1]?？v觀我國被動式建筑發(fā)展態(tài)勢，不難看出其發(fā)展速度較慢，在我國建筑業(yè)內(nèi)相關(guān)利益主體認可度、接受度低。其中主要的原因是與普通建筑相比，被動式建筑的成本較高，其增加的成本主要體現(xiàn)在設(shè)計、施工、材料、設(shè)備等方面。何海玲等[2]提出了被動式建筑增量成本的計算方法，展開了被動式建筑在我國推廣的思考并且分析了其發(fā)展前景。白云等[3]進一步明確指出了被動式建筑增量成本的概念，分析了相關(guān)影響因素，為被動式建筑增量成本的計算提供了指導(dǎo)性意見。但是目前對于被動式建筑增量效益的研究較少，并且我國建筑業(yè)內(nèi)相關(guān)利益主體將重點只放在了被動式建筑的增量成本上，沒有考慮到增量成本所帶來的增量效益，進而無法對被動式建筑產(chǎn)生客觀正確地理解和認識。

為了解決這一問題，本文提出基于系統(tǒng)動力學的被動式建筑增量成本與效益研究模型，利用系統(tǒng)動力學模型進行更深層次的分析，對兩者之間的關(guān)系進行更為直接地展示，為推進我國被動式建筑的發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1 研究方法

系統(tǒng)動力學是以系統(tǒng)工程中的相關(guān)方法作為理論基礎(chǔ)，借助計算機相關(guān)的仿真軟件作為實現(xiàn)研究的工具，主要分析各類難以量化的復(fù)雜系統(tǒng)問題，是一種研究復(fù)雜系統(tǒng)的定量理論方法[5]。被動式建筑增量成本與效益分析涉及增量成本與增量效益兩個子系統(tǒng)，并且各個子系統(tǒng)中存在多個不同的因素，各因素之間存在相互反饋關(guān)系，運用系統(tǒng)動力學理論便于對兩者之間的關(guān)系進行直觀有效的分析。

2 被動式建筑增量成本系統(tǒng)分析

被動式建筑的增量成本是指被動式建筑為達到相關(guān)認證標準與普通建筑相比所需的新增技術(shù)、施工內(nèi)容、設(shè)計內(nèi)容以及設(shè)備所產(chǎn)生的成本費用。在本文中考慮系統(tǒng)動力學分析法的特點并結(jié)合被動式建筑的各項典型技術(shù)以及優(yōu)化設(shè)計等，將其增量成本系統(tǒng)劃分為以下幾個方面：

(1)外墻保溫系統(tǒng)增量成本。外墻外保溫系統(tǒng)是被動式建筑的主要技術(shù)之一，其可以實現(xiàn)建筑物在氣密性能、保溫性能、隔熱性能等方面的大幅提高，從而降低建筑物所需的能耗量。

(2)智能新風系統(tǒng)增量成本。智能新風系統(tǒng)運行原理是通過高效的冷熱回收裝置回收并利用建筑室內(nèi)環(huán)境所產(chǎn)生的廢氣體以及污染氣體中的能量。

(3)智能遮陽系統(tǒng)增量成本。智能遮陽系統(tǒng)安裝在建筑外圍護結(jié)構(gòu)上，在室內(nèi)環(huán)境溫度高時可有效遮擋直射陽光，由于具有良好的隔熱效果可降低室內(nèi)溫度過高所需的制冷能耗。

(4)太陽能利用增量成本。被動式建筑中對于太陽能的利用主要通過太陽能熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、太陽能電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實現(xiàn)。

(5)被動式建筑無熱橋設(shè)計增量成本。熱橋效應(yīng)易滋生大量霉菌進而影響建筑室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。因此在進行被動式建筑設(shè)計時要考慮較多的設(shè)計內(nèi)容以及措施以實現(xiàn)無熱橋設(shè)計這一目標。

(6)建筑外窗增量成本。被動式建筑外窗具有超強的保溫性能。由于原材料以及建筑外窗生產(chǎn)工藝的差別，由此導(dǎo)致了增量成本的產(chǎn)生。

3 被動式建筑增量效益系統(tǒng)分析

被動式建筑的增量效益是指被動式建筑與普通建筑相比在設(shè)計、施工、材料、設(shè)備等方面的不同所帶來的效益。根據(jù)被動式建筑增量效益的性質(zhì)，其增量效益系統(tǒng)可分為以下幾個方面：

(1)節(jié)能經(jīng)濟效益。被動式建筑中所采用的各項技術(shù)及設(shè)計方案均會降低各項能耗的使用，還可使各項能耗的利用率提高，由能耗使用量的減少直接產(chǎn)生節(jié)能效益。

(2)被動式建筑壽命效益。被動式建筑從設(shè)計開始就充分考慮了建筑與人、資源、環(huán)境之間的關(guān)系，再加上所采用的各項技術(shù)，使得其壽命在一定程度上相比普通建筑得到了延長。

(3)被動式建筑開發(fā)收益。被動式建筑由于單方售價的提高，由此帶來了開發(fā)收益的增加。除此之外被動式建筑的開發(fā)收益還與購置者數(shù)量及意愿強度有關(guān)。

(4)政府補貼。在目前國家大力推進低能耗建筑的背景下，政府會對被動式建筑的開發(fā)提供補貼以推動發(fā)展。

4 基于系統(tǒng)動力學的被動式建筑增量成本與效益研究

Vensim軟件作為系統(tǒng)動力學發(fā)展過程中的重要成果，不僅可以實現(xiàn)各子系統(tǒng)間而且可以實現(xiàn)各子系統(tǒng)中各因素之間的因果反饋關(guān)系分析。根據(jù)上述分析，并結(jié)合Vensim軟件的建模步驟及規(guī)則，建立的基于系統(tǒng)動力學的被動式建筑增量成本與效益研究模型如圖1所示。

圖1 被動式建筑增量成本與效益研究系統(tǒng)動力學模型

通過對被動式建筑增量成本與效益研究因果關(guān)系圖分析可知，在該研究模型中存在4條主要的反饋回路：

(1)增量成本增加量→+技術(shù)投資額→+單方售價增加值→+開發(fā)收益→+增量效益增加量→+增量成本增加量

該條反饋回路為正反饋回路，被動式建筑增量成本導(dǎo)致單方售價增加，進而提高開發(fā)收益，從而使得開發(fā)方繼續(xù)投資被動式建筑導(dǎo)致增量成本增加。

(2)增量成本增加量→+技術(shù)投資額→+單方售價增加值→-購置者購買意愿→+購置率→+開發(fā)收益→+增量效益增加量→+增量成本增加量。

該反饋回路為負反饋回路，被動式建筑增量成本導(dǎo)致單方售價增加，購置者購買意愿下降，進而導(dǎo)致購置率、開發(fā)收益增量效益、被動式建筑開發(fā)方投入的增量成本下降。

(3)增量效益增加量→+開發(fā)方年可分配利潤→+研發(fā)投入→+購置者數(shù)量→+購置率→+開發(fā)收益→+增量效益增加量。

該反饋回路為正反饋回路，被動式建筑增量效益增加促使開發(fā)方年可分配利潤增加，對被動式建筑的研發(fā)投入增加，所以購置者數(shù)量、購置率、開發(fā)收益都增加，最終實現(xiàn)增量效益增加。

(4)增量成本增加量→+節(jié)能量→+減少污染氣體排放量→+節(jié)省空氣凈化設(shè)備購買支出→+購置者購買意愿→+購置率→+開發(fā)收益→+增量效益增加量→+增量成本增加量。

該反饋回路為正反饋回路。隨著增量成本投入，節(jié)能效果更加顯著，減少污染氣體排放量，節(jié)省了空氣凈化設(shè)備購買支出，購置者的購買意愿和購置率提高，增加了開發(fā)方增量效益，從而促使開發(fā)方繼續(xù)投資被動式建筑技術(shù)，增量成本增加。

5 結(jié)論與建議

通過上述研究模型的反饋回路分析可知，被動式建筑的增量成本是由多項因素引起的，涉及到被動式建筑的多項關(guān)鍵技術(shù)，針對目前我國建筑業(yè)對于被動式建筑增量成本的認識誤區(qū)，應(yīng)增加對于被動式建筑技術(shù)的研發(fā)投入使其技術(shù)逐漸完善并最終實現(xiàn)增量成本有所下降。除此之外還可從被動式建筑理念的推廣以及購置者等方面入手；被動式建筑的增量效益可分為短期效益即被動式建筑開發(fā)效益和政府補貼、長期效益即節(jié)能經(jīng)濟效益和被動式建筑壽命收益，其增量效益體現(xiàn)在了全生命周期中，并且涉及到多項增量效益來源，因此被動式建筑增量成本的投入是可以得到與之相匹配的增量收益的。被動式建筑的增量成本與效益是一個整體，兩者中不同元素存在相互聯(lián)系，目前其增量成本的投入已可得到與之相匹配的增量收益，在后期可研究如何降低增量成本投入的同時實現(xiàn)增量收益的增加，為推動我國被動式建筑發(fā)展提供參考。