建筑能效管理中的技術經濟分析方法課件

26七月20231建筑能效管理中的技術經濟分析方法主要內容建筑能效管理中的經濟分析建筑能效管理中的能分析建筑能效管理中的火用分析建筑能效管理中的能源價格因素建筑能效管理中的經濟分析收益和成本，資金的時間價值建筑能效管理的主要目的之一是降低建筑物的運行成本，節(jié)支增效。投資一個建筑節(jié)能的項目，總是期望收益能大于成本。投入能夠在盡可能短的時間內回收。建筑節(jié)能項目潛在的收益能源費用的節(jié)?。粶p小耗能設備的容量從而降低設備投資；減少耗能設備的維護費用；減少運行管理人員從而降低勞動力開支；改善室內環(huán)境品質從而提高主業(yè)經營的效益；銷售回收的能量得到的額外收入；降低環(huán)境污染。利息是資金的時間價值占用一筆資金（本金）作建筑節(jié)能的投入時，必須為使用這筆資金付出一定的代價，這就是利息。式中，Fn——本利和；P——本金；In——利息；n——計算利息的周期數。利率利息通常根據利率來計算。利率是在一個計息周期內得到的利息與本金之比。用i表示式中，I1——在一個計息周期內的利息。資金等值計算公式在建筑能效管理的技術經濟分析中，往往要對項目整個壽命周期內的全部支出和全部收益進行評價。這時，必須要考慮資金的時間價值，而不是簡單地把不同時間發(fā)生的收支資金相加或相減。一次支付終值公式所謂一次支付，就是所有現金流在一個時間點上一次發(fā)生。比如，為了完成一項節(jié)能改造項目，向銀行貸款P，而在n年后連本（P）帶息（i）一次還清，償還的金額為F。該式與計算復利的公式是一樣的。把P稱為現值；F為終值；i為折現率。用函數形式表示，括號內的部分稱為一次支付終值系數：一次支付現值公式是已知終值求現值的逆運算。括號內稱為一次支付現值系數。等額分付終值公式所謂“等額分付”就是現金的流入和流出在多個時間點上發(fā)生，且數額是相等的。比如，物業(yè)管理公司每年等額存入一筆設備改造基金A，在存款利率是i的條件下，第n年后可以得到一筆金額為F的基金。等額分付現值公式等額分付償債基金公式等額分付資本回收公式為節(jié)能改造投入經費為P，希望節(jié)能產生的效益能在n年內將投資回收，那么每年由節(jié)能所產生的成本節(jié)約不能小于A。如果測算下來節(jié)約不到A，那這個節(jié)能改造在經濟上就是不合理的。我們可以把括號內部分記作，稱為資金回收系數。這給我們傳遞了一個重要信息：一個節(jié)能項目不管它技術上有多么先進，但如果不能帶來經濟上的回報，或者節(jié)能的效益不能滿足投資者的期望，那么這樣的節(jié)能項目就不值得去做。經濟評價方法不考慮資金的時間價值，可以用靜態(tài)評價方法。一般而言，靜態(tài)評價方法只能用于對節(jié)能方案的初期評價。做項目的可行性研究時，必須采用考慮資金時間價值的動態(tài)評價方法。靜態(tài)投資回收期所謂投資回收期，就是用項目各年的凈收入（各年的收入減去支出）將全部投資收回所需要的期限。式中， K——投資總額；

Bt——第t年的收入；

Ct——第t年的支出（不包括投資）；

NBt——第t年的凈收入，

Tp——投資回收期。靜態(tài)投資收益率（回報率）項目在某一正常運轉年份的凈收益與投資總額的比值。如果R值小于預期回報率，則項目不可行。凈現值凈現值是動態(tài)評價中最主要的指標之一。它把項目壽命周期內每年的現金流按一定折現率折現到同一時間點（通常是期初），在該點的現值累加值就是凈現值。式中，NPV——凈現值；CIt——第t年的現金流入量；COt——第t年的現金流出量；Kt——第t年的投資支出；COt’——第t年除投資外的現金流出量，；n——項目壽命年限；io——基準折現率。項目可行性若NPV≥0，則項目可行；若NPV<0，則項目不可行。在多個方案中，NPV越大越好?；鶞收郜F率基準折現率io又可稱為目標收益率，是決策者對資金時間價值的估值。它由三部分組成：r1被稱為投資的機會成本。即這筆資金如果投資別的項目可能得到的盈利率?；鶞收郜F率不能低于機會成本，否則投資該項目就沒有意義。機會成本中包含了向銀行貸款所付的利息。

r2被稱為年風險貼水率。由于在做可行性研究時無法預計到項目執(zhí)行期內投資環(huán)境、市場環(huán)境和項目采用的技術可能會發(fā)生什么變化，如果有不利的變化就可能導致項目的收入減少，也就是存在一定的風險。為了補償可能出現的風險，就要考慮一個適當的風險貼水率。也可在保險公司投保來以轉移風險。

r3即年通貨膨脹率?；鶞收郜F率的近似因為r1、r2、r3都是很小的數，因此基準折現率可近似表達為：凈年值把項目的凈現值NPV分攤到壽命周期內各年（從第1年到第n年）所得到的等額年值。式中，NAV——凈年值； ——資金回收系數。若NAV≥0，則項目可行；若NAV<0，則項目不可行。

費用現值與費用年值如果比較多個方案，且各方案需要的投資額相同，或多個方案均能滿足同樣需求但產出效益無法用貨幣的價值形態(tài)來衡量（比如項目具有環(huán)保、教育等社會效益），可以用費用現值或費用年值來評價。費用現值費用年值在多方案中，費用現值或費用年值最小的方案為最優(yōu)。例題從這個例題可以看出，有的方案看起來要增加一些初投資，但從長期的能源費開支、運行費開支來看卻是十分經濟的。這也表明了節(jié)能項目投資與回報的辨證關系。內部收益率凈現值為零時的折現率。它也是經濟評價的一個重要指標。解下述方程可以得到內部收益率IRR：這是一個高次方程，通常只能用試算法來解。即假定兩個折現率i1和i2，i1<i2，分別計算出對應的NPV1和NPV2，如果NPV1>0，而NPV2<0，則有：如果IRR大于基準折現率io，則項目可行。動態(tài)投資回收期用試算法解出下面的方程：得到Tp便是動態(tài)投資回收期（年）。例題項目壽命周期成本所謂“壽命周期成本（LCC,LifeCycleCost）”，是指建筑物或設備從設計、建造、使用直到拆毀的全過程的耗費。即產品“從搖籃到墳墓”的整個生命歷程中的耗費。由于建筑物在建造過程中是在短時間內集中支出，并且這些支出又會體現在售價或租金之中。因此建造成本（即初投資）容易引起人們的重視。而使用過程中的能耗、維護、運行管理等的支出往往是建造成本的數倍，但由于它是分散支出，所以人們會忽視，造成很多建筑物（或產品）“買得起，用不起”。辦公樓的壽命周期成本（LCC）組成（1）初期建設28.9％規(guī)劃＋地產3.2結構工程7.0外裝修4.5內裝修4.8設備安裝9.3辦公樓的壽命周期成本（LCC）組成（2）設計2.3％初步設計1.6改造設計0.7辦公樓的壽命周期成本（LCC）組成（3）運行50.1％光熱水17.7空調熱源2.9空調輸送2.6換氣1.6照明插座4.8電梯0.6供熱水0.3其它用電設備1.3廚房用煤氣1.3上下水處理1.3一般廢棄物處理0.9維護管理22.5維護、清掃、安保19.3一般管理3.2

修繕9.9外裝、內裝修繕3.2設備維修6.7辦公樓的壽命周期成本（LCC）組成（4）改造工程14.5％內裝修改造4.8設備改造9.6廢棄處理4.2％結構、構造3.2設備1.0壽命周期成本計算公式在整個壽命周期里所有支出的凈現值建筑物壽命周期成本式中，LCC——某一方案總壽命周期成本的凈現值

I——初投資的凈現值

Repl——設備更新投資的凈現值

Res——壽命周期結束時的殘值的凈現值

E——能源費的凈現值

W——水費的凈現值

OMR——非燃料的運行、維護和修理費的凈現值例題資產增值在房地產估價理論中，房產的價值可以用該房產的年凈經營收入（NOI，NetOperatingIncome）除以房產的資本化率。式中，PV——資產價值（PropertyValue）；CR——資本化率（CapitalizationRatio）。這種估價方法在國外被稱為“收入資本化方法”（IncomeCapitalizationApproach）。在中國被稱為“收益法”。凈經營收入NOI

出租型房地產的凈收益為租賃收入扣除維修費、管理費、保險費和稅金。商業(yè)經營型房地產的凈經營收入為商品銷售收入扣除商品銷售成本、經營費用、商品銷售稅金及附加、管理費用、財務費用和商業(yè)利潤。生產型房地產的凈經營收入為產品銷售收入扣除生產成本、產品銷售費用、產品銷售稅金及附加、管理費用、財務費用和廠商利潤。自用的房地產可以參照有收益的類似房地產的有關資料計算。資本化率CR

又稱還原化率、收益率，是對收益性不動產進行評估的一個重要參數，反映不同投資領域的獲利能力。市場提取法，即調查搜集市場上三宗以上類似房地產的價格、凈收益等資料，用收益法計算公式求出資本化率。安全利率加風險調整值法，以安全利率加上風險調整值作為資本化率。安全利率，是選用同一時期的一年期國債年利率或中國人民銀行公布的一年定期存款年利率。風險調整值應根據估價對象所在地區(qū)的經濟現狀及未來預測、估價對象的用途及新舊程度等確定。一般而言，CR在8～12％之間能源成本采取節(jié)能措施降低能源成本，可以使建筑資產增值。節(jié)約能源費，相當于增加了凈收入NOI。

B方案的壽命周期成本比A方案少了82萬，相當于平均每年增加凈收入NOI=4萬元。如果資本化率為CR=10％，那么這樣一個節(jié)能方案可以使該辦公大樓的資產增值40萬。例題存在問題房地產估價師缺乏建筑節(jié)能方面權威性的信息。因為影響建筑能耗的因素很多。既使能耗數據或能源費帳單表明某一建筑降低了能耗，它還必須拿出氣象數據和入住率等數據作為佐證。因此必須要有一套完整的評價方法和評價標準。第四章中的計算機模擬是一種比較好的手段。房地產估價師缺乏建筑節(jié)能技術方面的知識。在房地產估價程序中，也沒有要求有建筑能量特性方面的評估要求。對節(jié)能措施可靠性的懷疑。建筑能效管理中的能量分析方法能量分析的兩種方法依據能量的數量守恒關系，即熱力學第一定律。通過分析，揭示出能量在數量上的轉換、傳遞、利用和損失的情況，確定出某個系統(tǒng)或裝置的能量利用或轉換效率。由于這種分析方法和由此算出的效率是基于熱力學第一定律基礎之上的，故稱為“能分析”和“能效率”，或稱“第一種效率”η1。依據的是能量中Ex的平衡關系，即熱力學第一和第二定律。通過分析揭示出能量中Ex的轉換、傳遞、利用和損失的情況，確定出該系統(tǒng)或裝置的Ex利用效率。由于這種分析方法和由此得出的效率是基于熱力學第一定律和第二定律的基礎之上的，故稱為“Exegy分析”和“Exegy效率”，或稱“第二種效率”η2。系統(tǒng)的能量平衡系統(tǒng)能量E做功W熱量Q能量平衡進入某個系統(tǒng)的能量E應等于系統(tǒng)對外做功W和離開系統(tǒng)的熱量Q之和，再加上系統(tǒng)內部的能量積累。如果整個系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則系統(tǒng)內部的能量不發(fā)生變化，此時，能效率：熱設備的熱效率熱設備的熱效率表示為輸出熱量與輸入熱量之比。這類設備的熱效率一般小于1。熱泵和制冷機是熱機的逆循環(huán)，是消耗一定的功，從低溫環(huán)境中提取熱量輸送到高溫端。因此熱泵和制冷機的熱效率被稱為制熱系數或制冷系數，也有稱為“成績系數”或“性能系數”的（COP）。因為它們從自然環(huán)境中獲取能量，所以COP常常是大于1的數值。熱泵與制冷機高溫熱源T可逆熱機低溫熱源ToQQoW熱泵或制冷機的性能系數熱泵：制冷機：式中， －Q——向高溫熱源提供的熱量（負號表示與圖中箭頭方向相反）； －Qo——從低溫熱源提取的熱量（即提供的冷量）； －W——壓縮機做的功；

To——低溫熱源的絕對溫度（K），即制冷機（熱泵）的蒸發(fā)溫度；

T——高溫熱源的絕對溫度（K），即制冷機（熱泵）的冷凝溫度。COP實際的COP還要乘以制冷機（熱泵）的效率。制冷機（熱泵）的機械效率與循環(huán)的不可逆性、系統(tǒng)散熱和壓縮機的機械效率有關。一般在0.4～0.7之間。例如一臺制冷機的冷凝溫度是35℃，蒸發(fā)溫度是5℃，效率為0.4，則它的COP為3.7。降低冷凝溫度或提高蒸發(fā)溫度可以提高COP；反之，則會降低COP。通常我們把電動制冷機（熱泵）當作“黑箱”，將在一定環(huán)境條件下輸出的冷熱量去除以輸入制冷機（熱泵）的電功率作為該機的額定COP。其單位為kW/kW。電動壓縮式制冷機vs.直燃型溴化鋰吸收式制冷機電動制冷機的制冷系數為制冷量與輸入電功率之比，沒有考慮發(fā)電機組在發(fā)電過程中的損失、輸配電過程的損失等。溴化鋰吸收式制冷機的熱力系數僅表明生產一定的冷量時需要消耗的熱量，它沒有反映出這些熱量怎樣來的；如果是蒸汽驅動的溴化鋰吸收式制冷機，其熱量為蒸汽的熱量而沒有考慮鍋爐產生這些蒸汽的損失；如果是直燃型溴化鋰吸收式制冷機其熱量即為消耗的燃料（燃油、燃氣）所提供的熱量。能耗比較進行不同制冷機比較的時候，一定不能混淆各自所消耗的究竟是一次能源還是二次能源。比較的基準應統(tǒng)一設為一次能源的利用率，即單位制冷量或制熱量所消耗的一次能源量，用PER（PrimaryEnergyRatio）或EER（EnergyEfficiencyRatio）表示，單位為kW/kW。水冷電動壓縮式冷水機組的一次能利用率

式中：

Q0――制冷機的制冷量，kW；

W――輸入制冷機的電量，kW；

Wlf――冷卻塔風機的耗電，kW；

Wlb——冷卻水泵的耗電，kW；

ηf――電廠的供電效率；

ηw――電網的輸送效率；

ηy――壓縮機的電機效率。電動壓縮式風冷熱泵的一次能源利用率我國火力發(fā)電的發(fā)電效率和電網效率年度發(fā)電煤耗克標準煤/kWh電廠供電熱效率％線路損失率％199039228.778.06199139031.98258.29199338430.168.52199438132.78.73199537932.838.77199637732.948.53199737532.958.21199837333.088.131999369

33.468.1200036333.84

7.81電力驅動制冷機（熱泵）的一次能利用率根據我國的具體情況，取電廠的發(fā)電效率ηf＝35％、電網的輸送效率ηw＝92％。電力驅動制冷機（熱泵）的一次能利用率為：

溴化鋰吸收式制冷機的驅動熱源為蒸汽時的一次能源利用率直燃型溴化鋰吸收式制冷機的

一次能源利用率

水冷系統(tǒng)的冷卻塔能耗冷卻水系統(tǒng)包括水泵、輸送管道和冷卻塔。冷卻水泵及冷卻塔風機均要消耗一定的電能。冷卻水泵的電能按下式估算：式中， Wlb——冷卻水泵的耗電，kW；

1.05——富裕系數；

L——水泵的流量，l/s；

H——水泵的揚程，mH2O；

ηp?ηm

——水泵與電機效率的乘積，一般取0.6～0.7，大系統(tǒng) 可取高值。水冷系統(tǒng)的冷卻塔能耗冷卻塔風機的耗電項目壓縮式制冷系統(tǒng)溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)冷卻塔耗電0.0047~0.0080.007~0.012歸納對能效率的分析要用統(tǒng)一的標準。用不同能源的熱設備在做能效率比較時應將二次能源轉換成一次能源。風冷熱泵機組的一次能效率較低，主要原因是我國火力發(fā)電的總體效率比較低。對設備系統(tǒng)的能效分析不能只著眼于主機，而要將各種耗能的輔機全部考慮在內。能效率分析僅是能耗特性的數量上的分析。從管理者的角度來說還需要能耗的質量分析，更需要經濟分析。在充分市場化的條件下，數量、質量和經濟性是相互關聯(lián)的。除了要了解設備系統(tǒng)在額定工況下的能源效率，更需要掌握設備系統(tǒng)在部分負荷下的能耗特性。在一定意義上，后者更為重要。建筑能效管理中的Exergy分析Ex分析法能分析方法，是基于熱力學第一定律，即能量平衡原理。提高能量利用效率，是人們比較熟知的節(jié)能途經。節(jié)能還有一個更重要的層面，就是要使能源的利用盡量合理，做到“物盡其用”。熱力學第一定律指出各種形式的能量在數量上的關系（比如1kWh電全部轉換成熱量相當于123g標準煤完全燃燒所放出的熱量）。Ex分析法基于熱力學第二定律，指出不同形式的能量在質量（品質）上的差別。用電直接加熱采暖，就屬于不合理用能；而用電驅動電動機，帶動熱泵從室外低溫環(huán)境下采集熱量向室內供暖就屬于合理用能。Exergy一定形式的能量與環(huán)境之間完全可逆地變化，最后與環(huán)境達到完全的平衡，在這個過程中所做的功稱為Exergy。當系統(tǒng)由一任意狀態(tài)可逆地變化到與給定參考狀態(tài)相平衡的狀態(tài)時，理論上可以無限轉換為任何其他能量形式的那部分能量，稱為火用。對于孤立系統(tǒng)來說，系統(tǒng)火用損失是參考狀態(tài)的溫度與熵產的乘積，因此熵產和火用損失分析熱力過程是同一體系的問題。熵產（或火用）是用于研究熱功轉化過程的熱學參數。CompanyLogoEx分析示意圖可逆熱機做功低溫熱源To高溫熱源TQQoW以做功形式傳遞的能量全部是Ex一臺卡諾熱機從高溫熱源吸收熱量Q，對外做功W，向低溫熱源（低溫熱源是溫度為To的環(huán)境）放熱Qo。熱量Q的Ex為：火無在環(huán)境條件下任一形式的能量在理論上能夠轉變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠址Q為能量的Ex，其不能轉變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠址Q為該能量的火無Axergy能質系數在理論上，電能和機械能的能量完全可變?yōu)橛杏霉?。即：能量＝Ex，φQ＝1。電能和機械能的能質最高，是高級能量，或所謂“高品位能量”。而自然環(huán)境中的空氣和海水都含有熱能，但其能量＝Ax，不能轉變有用功，φQ

＝0，是一種低品位能量。介于二者之間的能量則有：能量＝Ex+Ax。如燃料的化學能、熱能、內能和流體能等。不同溫度下幾種能源形式的能質系數能源形式能質系數基準溫度10℃基準溫度28.6℃基準溫度-1.6℃電111天然氣0.6240.6080.633煤0.4400.4190.454蒸汽（以0.8MPa為例）0.3190.2740.347熱水（以90～70℃為例）0.1980.1450.231熱水（以98～82℃為例）0.2200.1690.252熱能利用不應將高能級的熱能用到低能級的用途；盡量實現熱能的梯級利用，減小應用的級差。電采暖問題假定環(huán)境溫度為0℃（273K），采暖室內溫度為20℃（293K）。則熱量Q的能質系數為：電能的能質系數為1。二者之間能質系數之差為0.932。就是說，電能轉換為熱能后，其絕大部分的電Ex退化為沒有用的Ax。這是嚴重的浪費。不是數量上的浪費，而是質量上沒有按質利用，是典型的“不合理用能”。Ex效率分子——被利用的或收益的Ex分母——支付或消耗的Ex可以把Ex效率看作收益Ex（即有效功）與熱量Ex之比建筑采暖假定環(huán)境溫度為0℃（To=273K），采暖室內溫度為20℃（Ta＝293K），用不同品位的能量采暖其Ex效率是不同的。用絕對壓力為1MPa的飽和蒸汽（Tb＝453K）作為采暖熱源用熱效率為60％的煤氣爐作為采暖熱源(燃燒溫度Tb＝2300K)用溫度為40℃的熱水作為采暖熱源建筑采暖空調系統(tǒng)Ex分析鍋爐或直燃機制熱電力驅動的熱泵蒸汽壓縮式制冷直燃機制冷燃料的化學Ex氣體燃料液體燃料ΔHu,h為燃料的高位熱值?？照{冷源Ex流圖空調制冷裝置TW2EXW2TW1EXW1輸入EXW(EXQo)冷量EXQEx平衡方程式式中，EXw——電力驅動制冷裝置的輸入功率；EQo——輸入直燃機的燃料Ex；EXW1，EXW2——分別表示進出制冷裝置冷卻水的Ex