全壽命周期成本分析在中央空調系統設計中的應用

張 冰，邢天石，張 柳

（1.唐山學院 土木工程系，河北 唐山063000；2.四川大學 商學院，成都610064）

近年來，炎熱的氣候和建筑業的飛速發展使得空調的需求量大大增加，其中由于公共建筑和高層建筑的發展使得中央空調系統需求比重明顯增大。作為中央空調系統的設計者，除了要滿足使用功能、節能環保要求外，對方案的經濟性問題考慮得越來越多。在傳統意義上，經濟方案一般指的是建造費用最低，而作為中央空調系統的使用者，衡量經濟性的標準除了降低建造費用外還有運行、維護費用的節省。那么，如何在中央空調系統的整個壽命期內，高效、合理利用有限資金來獲得最舒適的辦公、生活環境就變得越來越重要。

本文從全壽命周期成本分析的角度，分析中央空調系統全壽命周期內成本的構成，并對其中的建造成本、運營成本、拆除及回收成本等計算進行了詳細分析，最后通過實例進行應用性驗證。

1 中央空調系統全壽命周期成本分析的概念［1］

壽命周期成本分析（life－cycle cost analysis）又稱壽命周期成本評價，是為了使用戶所用的系統具有經濟的壽命周期成本，而在系統的開發階段將壽命周期成本作為設計參數，對系統進行徹底的分析比較并做出決策的方法［2］。

基于全壽命周期成本的中央空調系統設計，就是在進行中央空調系統設計時就把在設計、施工、運行等階段所發生的全部費用考慮進來進行方案的評價和選擇。全壽命周期成本分析方法是進行中央空調系統設計方案比選的有效工具。

2 中央空調系統全壽命周期成本構成［3］

中央空調系統壽命周期成本就是中央空調系統壽命周期內的各項成本費用之和，所謂全壽命周期是指空調系統從決策設計階段開始到經濟壽命結束為止的全部時間。壽命周期成本（Life Cycle Cost簡稱LCC）包括經濟成本、環境成本和社會成本［1］［4］。其關系如圖1所示。

圖1 中央空調系統全壽命周期成本構成

2.1 經濟成本

經濟成本是指中央空調系統在壽命周期內資金消耗的總和，包括建設成本和使用成本。

建設成本是指中央空調系統從籌建到竣工驗收為止的全部費用。建設成本就是工程的建造價格，即工程造價（就業主而言，工程造價是指建設一項工程的預期開支或實際開支的全部固定資產投資費用）。使用成本是指中央空調系統在使用過程中發生的全部費用，主要有能源消耗費用、維護費用、管理費用、改造費用及拆除費用等。

2.2 環境成本

環境成本是一項隱性成本，它不直接體現為貨幣支出，這使得環境成本難以計量。這也是全壽命周期成本計算的一個難點。但由于暖通空調界是排放CO2和CFC／HCFC等物質導致溫室效應和臭氧層破壞問題的主要領域之一，它對環境造成的影響是不容忽視的。

2.3 社會成本

壽命周期社會成本是指工程產品在項目構思、產品建成投入使用直至報廢全過程中對社會的不利影響。與環境成本一樣，建設項目對于社會的影響可以是正面的，也可以是負面的。

在壽命周期的成本構成中，經濟成本是傳統上一直考慮的，也是作為重點進行控制和管理的，而環境成本和社會成本都是隱性成本，不能直接量化，必須借助于其它方法轉化為可量化的成本，盡管這兩項成本所占的比重及影響越來越不容忽視。另一方面，目前我國工程建設實踐中，往往只偏重于經濟成本的管理，而對于環境成本和社會成本則考慮很少。客觀上，由于環境和社會成本難以計量，對其在實際中的地位也有影響。綜合各種因素，本文仍主要考慮項目壽命周期的經濟成本。

3 中央空調系統全壽命周期成本計算方法及參數確定

3.1 計算方法選擇

在計算中央空調系統全壽命周期時，必須要把資金的時間價值考慮進來，且比較時只需計算費用，常用的兩種方法是費用現值法和費用年值法。

3.1.1 費用現值法

費用現值法是將方案計算期內所發生的費用折算到0時刻（現在）的現值之和；用到的指標是凈現值（NPV）。通俗的講，它就是告訴我們在中央空調系統全壽命周期內要花多少今天的錢［5］。

計算公式如下

式中：P為現值，F為終值，n為計算期，i為折現率。

若每年年末支付的現金流量相等，計算公式如下

式中：A為年金。

3.1.2 費用年值法

費用年值法是將各年發生的費用折算成計算期內的年度等額成本。計算公式如下

3.1.3 適用范圍

費用現值法要求各比較方案計算期相同；費用年值法適用于計算期相同和不同的方案比選。

3.2 計算參數確定

3.2.1 計算期

計算期是進行經濟分析時選用的時間段。計算期與使用期相關，但是又不完全一致。家用分體空調（壁掛機和柜機）的使用壽命為5～8a，而家庭用中央空調的使用壽命在15～20a之間，如果是地源熱泵中央空調系統，系統使用壽命更長。推薦計算期為10～15a，以便可以合理考慮競爭策略的各項未來費用。

待選方案的計算期往往是不同的，選擇評價方法時要注意適用范圍。

3.2.2 折現率

在工程經濟分析中，把根據未來的現金流量求現在的現金流量時所使用的利率稱為折現率［2］。折現率的確定可以采用代數和法、資本資產定價模型法、加權平均資金成本法、典型項目模擬法、德爾菲法等，也可以同時采用多種方法測算，再將結果互相驗證后確定［6］。

一般來講，折現率定的高，有利于初始投資小的項目，反之，折現率定的低，有利于初始投資大的項目。折現率選擇得合理與否直接影響方案的優劣順序。

正確確定折現率的基礎是資金成本、機會成本，同時考慮投資風險、通貨膨脹和資金限制等影響因素。

4 案例分析

本工程實例為唐山市某公司辦公樓，建筑面積1.8萬m2。設計最大冷負荷2 160kW，設計最大熱負荷1 440kW，空調年運行時間夏季為120d，冬季為120d，日運行時間為上午8時至下午6時，空調運行期內負荷頻率均按0.66計算。

根據建筑情況，有三種可行的冷熱源方案：

方案1：水冷螺桿式冷水機組3臺，燃氣鍋爐1臺；

方案2：水冷螺桿式冷水機組1臺，風冷螺桿式冷水機組4臺；

方案3：風冷螺桿式冷水機組6臺。

三種方案主要設備技術性能參數見表1。

表1 三種方案主要設備技術性能參數

4.1 初始投資

LCC分析方法著眼的是方案的差別，而不是完整的費用，所以在進行比較時，對于各方案費用的共同部分，我們可以不予考慮。安裝費用按照設備購置費的比例估算，數據見表2。

表2 三種方案設備投資情況 萬元

由此可見，在不考慮方案1和方案2設備所占空間需要的土建成本時，方案3的初始投資最大。

4.2 運行費用

中央空調系統在運行過程中要進行修理，發生設備維修費用，同時消耗水、電等能源，按目前唐山市能源價格計算，天然氣3.0元／Nm3，電力按均價0.76元／kW·h計算。

三種方案設備年能耗和年運行費用情況見表3，表4。

表3 三種方案設備年能耗情況

表4 三種方案的年運行費用 萬元

4.3 各方案費用年值

初始投資和年運行費用是兩個不同性質的經濟指標，只能反映出各方案經濟性的一個方面，要對各方案進行綜合經濟比較就需要一個綜合的經濟指標——費用年值。運行期末的設備殘值取初始投資的10%，為了便于計算，將三個方案的計算期定為15a。根據統計局相關數據，折現率i取10%。根據公式（3）計算各方案的動態費用年值，結果見表5。

表5 各方案費用年值 萬元

由以上的計算結果可以看出，將全壽命期內成本進行比較的話，三個方案的關系是方案1＜方案2＜方案3。

5 中央空調系統設計方案評價應注意的問題

使用壽命周期分析方法進行方案評選的實質，是尋找以最少的費用獲取最大效益的設計方案，在工程實踐中，使用該方法要考慮以下問題：

（1）首先要關注方案間的可比性。比較時應采用相同的設計要求、使用情況、設備檔次、能源價格、舒適狀況、美觀情況等基準條件進行比較，這樣才能保證比較結果的科學性和合理性。如果將采用名牌設備和采用低檔設備的方案進行經濟性比較，顯然是不合理的；如果不考慮舒適性的區別，對有新風供應和沒有新風供應的方案進行經濟性比較，顯然不可能做出正確的選擇；如果不考慮美觀性和舒適性進行經濟性比較，對集中式空調方案顯然是不公平的。

（2）方案比較時，切忌圖省事直接采用廠家給出的比較數據和結果。由于不同設備生產廠家考慮問題的角度不同，計算中往往存在一些有利于自己產品、不利于他人產品的失誤或假設。對此設計人員應給予足夠重視，對廠家提供的數據應認真分析和核對。

（3）設計方案比較時應綜合考慮投資、運行費用以及設備的使用壽命，以相同的使用周期為基準，進行綜合經濟性的計算比較，而不能簡單地根據設備報價進行比較。對于同時有供暖和空調要求的項目，應考慮冬季和夏季設備綜合利用問題，進行冬夏季綜合經濟性比較。對于可以兼供生活熱水的工程，應綜合考慮生活熱水供應的投資和能耗。

6 結論

在中央空調設計時采用全壽命周期成本分析的方法進行方案評選，目的是尋求以最少的費用獲得最大的效益的設計方案，在這個過程中，要注意處理好以下關鍵問題。

（1）任何一個方案都不可能盡善盡美，工程中要因地制宜，既要考慮初投資、運行費等經濟性能，也要考慮噪聲、運行、操作、維護管理等技術性能。

（2）前期提出備選方案時，要盡可能多地窮舉實際可行的創造性方案，這樣才能最大限度地把客觀最優的那個方案包括進來。

（3）在中央空調系統安裝好后在運行過程中，由于保養不及時、管理不到位等因素，往往使得使用壽命、計算期內的成本等與預測相差很大。這就要求使用壽命周期成本分析方法時要有較高專業素質的專業人員參與，只有這樣才能盡可能將后期的這類因素考慮進來，才能盡量做到預測和實際觀測的統一。

［1］ Barringer H Paul，David P Weber.Life cycle cost tutorial［R］.Fifth International Conference of Process Plant Reliability，Gulf Publishing Company，Houston，1996：61－64.

［2］ 宋偉，王恩茂.工程經濟學［M］.北京：人民交通出版社，2006：103－110.

［3］ 劉映.暖通空調系統全壽命周期研究［D］.重慶：重慶大學，2004.

［4］ 房華榮.基于壽命周期成本的暖通空調方案選擇的應用研究［D］.西安：長安大學，2008.

［5］ Ryall M J.Bridge management［M］.Oxford：Butterworth Heinemann，2002：32－36.

［6］ 劉曉君.工程經濟學［M］.北京：中國建筑工業出版社，2007：32－45.