南昌既有建筑節能改造技術經濟分析

王永祥，謝 麗

(華東交通大學土木建筑學院，江西南昌330013)

目前，我國既有的400億平方米建筑中，95%以上是高能耗建筑[1]。并且單位面積能耗是發達國家的2～3倍，粗略估算，我國的建筑能耗超過所有發達國家的總和[2]。日益高漲的建筑能耗使我國的能源消費不堪重負，因此，對既有建筑進行節能改造是當務之急且影響深遠。

南昌地處夏熱冬冷地區，夏季悶熱，冬季濕冷。若不借助主動手段調節室內熱環境，南昌夏冬季節室內熱環境根本達不到基本的居住條件，更談不上熱舒適，進而影響工作效率，更會影響身體健康[3]。毫無疑問，當前對南昌地區既有建筑進行節能改造是基礎設施建設的重中之重。

眾所周知，在改造中，投入的材料在生產、運輸、施工等環節也需要消耗大量的能源，需要大量的投資，因此既有建筑節能改造需要巨額投資[4]，但是投資所產生的直接經濟效益便是年度電費的節省。基于一個工程實例，本文擬對既有建筑節能改造進行技術經濟分析，包括建筑能耗分析、優選節能改造方案，從而判定節能改造在南昌地區是否適宜推廣。

1 既有建筑節能改造方案

本文擬對南昌地區一處典型的既有建筑對進行外圍護結構節能改造分析。它為一梯兩戶，兩房一廳式，南北向布置，磚混結構，一字型平面，有5層共2個單元，層高為2.8m，建筑體積為5 422.84m3，占地面積為397.94m2，體型系數為0.34，其樓梯間不設置保暖，標準層平面示意圖如圖1所示。

圖1 既有建筑標準層平面示意圖

1.1 改造前后熱工指標對比

(1)既有建筑設計構造:外墻為240mm厚實心磚墻，傳熱系數為1.96W?m-2?K-1;屋頂為鋼筋混凝土屋面，傳熱系數為3.18W?m-2?K-1;窗為鋁合金普通單框單玻璃6～12mm(推拉)，傳熱系數為4.00W?(m2?K-1)。

(2)既有建筑節能改造方案:本文主要對既有建筑的圍護結構進行節能改造技術經濟分析，圍護結構包括外墻、屋面、外窗，下面為圍護結構的改造方案。外墻為擠塑聚革板板薄抹灰外墻外保溫，此保溫系統的傳熱系數為0.67W?m-2?K-1;屋面為擠塑聚苯板倒置式屋面保溫系統，它的傳熱系數為0.739W?m-2?K-1;外窗采用雙層普通中空玻璃窗(推拉)，它的傳熱系數為2.8W?m-2?K-1。

通過比較上面的節能改造方案與既有建筑初始構造方案的熱工性能，可以看出改造前后此既有建筑的圍護結構的熱工性能得到了很大的改善，匯總如表1所示。表1中可以看出屋頂的傳熱系數所降幅度最大，高達77%，其次為外墻。

表1 改造前后圍護結構熱工性能比較

1.2 多個節能方案的能耗分析

本文用節能分析軟件天正TBEC對下面4個節能改造方案進行能耗模擬，4個節能方案見表2。

表2 多個節能方案的構成

1.2.1 能耗模擬參數如下

計算地點:南昌;

所用氣象數據文件:NANCHtg.BIN;

空調房間室內計算溫度:冬季全天為18℃;夏季全天為26℃;

室外氣象計算參數采用典型氣象年;

采暖和空調時，換氣次數為1.0次?h-1;

采暖、空調設備為家用氣源熱泵空調器，空調額定能效比取2.30，采暖額定能效比取1.90;

室內照明得熱為每平方米每天0.014 1 kWh，室內其他得熱平均強度為4.3W?m-2。

1.2.2 能耗結果

用TBEC對4個節能改造方案進行能耗模擬的結果如表3與圖2所示。

從表3和圖2中可以看出這4個改造方案與初始方案相比具有明顯的節能效果，這4種方案全年省電量相差不大，其中以方案d的節能率最高，達到70%左右，節能率最低的方案a也達到59%。因此若只從節能率方面來選取方案會有所欠缺，因此需綜合考慮其他因素來選取方案。

表3 節能改造方案能耗

圖2 節能改造方案能耗比較

2 多個節能改造方案的技術經濟分析

2.1 多個節能改造方案“性價比”比較

適宜技術觀認為技術創新應該是技術自然屬性與社會屬性同步完善的過程[5]。也就是說“適宜性”技術是要達到最佳的綜合經濟效率。故在節能改造方面，“適宜性”技術原則要求在工程材料和技術的選擇上，不應片面追求高技術、高花費[6]。因此在節能改造方案的選擇上，不能單純以方案的節能效果作為唯一的評判標準，而是應當綜合節能效果與方案的經濟性兩方面因素，選擇出投入產出比最高的節能方案。

表4 4種節能改造方案改造成本

表5 幾個節能改造方案性價比分析

2.2 節能改造方案的選取

2.2.1 節能改造方案現金流量比較

為了選擇更適宜的節能改造方案，將4個方案的凈現金流量進行比較。比較時假設如下:(1)所采用的節能改造技術的壽命期為25年;(2)基準折現率取5年以上中長期人民幣貸款利率6.12%;(3)據南昌實情，取平均電費為0.6元/度，不考慮能源在日后的上漲率。這幾種節能改造方案的壽命期內的現金流量見表6。

表6 幾種節能改造方案整體現金流量表

2.2.2 節能改造方案的動態投資回收期

其中:p d為節能改造動態投資回收期，單位為年;A為年節能收益，單位為元/年;I為節能改造的成本，單位為年;i為節能投資年基準收益率，這里取6.12%。

根據表6及公式1，可以得到方案a，b，c，d的Pd依次為16年、12年、14年及15年。

在對4個節能改造方案進行性價比及動態投資回收期的對比后，可以發現方案b不僅性價比系數最高，且投資回收期最短，并且此處計算忽略了能源價格的上漲率，若加以考慮，方案b節能改造的經濟效益會更明顯，且它的投資回收期會有所縮短。雖然方案b在節能效果比方案c稍微遜色些，并且方案b與方案c相比性價比指標相差不大，但是方案b在投資回收期方案比方案c有優勢;與其他另外兩個方案相比，方案b要么節能改造成本的投資方面有優勢，要么在外墻防火性能方面的優勢。綜上所述建議對此既有建筑，選用方案b進行節能改造能達到比較好的節能效果。

3 單個節能方案經濟分析

第2.2節中方案b在4個方案中從綜合方面權衡較有優勢，因此選方案b作為比較對象，將它與既有建筑未改造時的初始方案相比較。

3.1 節能率計算[7]

其中:α為節能率;q1為非節能建筑的耗能量;q2為節能建筑的耗能量。

根據表3，可得

3.2 節能收益計算[8]

其中A為年節能電量收益(元?m-2);Δq為全年省電量(kWh?m-2);B為熱能價格(元/kWh)-1，此處為0.6元?(kWh)-1。

根據表3

A=(58.64-24.01)×0.6=20.778元?m-2，節能方案b節能收益為20.778元?m-2。

4 結論

由節能改造技術經濟分析可知，經過優選得到的改造方案的動態投資回收期為12年，既有典型建筑的使用年限一般是已經使用了十多年左右的，按照一般建筑的使用年限50年來計算，改造后建筑在收回投資后至少還有十幾年的凈收益。因此節能改造能夠大大減少建筑的使用能耗，提高室內居住舒適度的同時節省建筑使用過程的費用。可見南昌開展既有建筑節能改造是可行的，節能效益非常明顯。

[1] 林濤，謝立輝，劉小平.建筑節能的社會經濟效益分析及應對措施[J].建筑經濟，2007(7):91-94.

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[3] 彭小云.南昌地區既有住宅節能改造技術[J].華東交通大學學報，2004，21(4):10-14.

[4] 鄭兵，王美燕，王新躍.既有建筑節能改造技術經濟可行性研究[J].安徽建筑，2008，15(4):45-60.

[5] 陳曉楊，仲德.地方性建筑與適宜技術[M].北京:中國建筑工業出版社，2007:11-15.

[6] 楊鵬.既有居住建筑圍護體系節能改造適宜性技術研究[D].西安:西安建筑科技大學，2009:21-22.

[7] 王浩.節能住宅建筑綜合經濟分析[J].建筑節能，2004(8):38-40.

[8] 張瑞紅，楊福云.農村住宅節能改造效益分析[J].建筑節能，2009，37(6):62-63.