（管理科学与工程专业论文）基于全寿命周期的外墙外保温节能建筑成本分析研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 进入2 1 世纪后，我国城市化进程飞速发展，随之而来的是建筑能耗( 尤其是建筑运 行能耗) 的剧烈增加。为缓解能源紧张、解决社会经济发展与能源供应不足的矛盾，开 展建筑节能成为当前最直接、最有效的方式之一。建筑节能技术是- - i - j 涉及多领域的、 综合性的技术，其发展的重点方向之一就是研究新型低能耗的围护结构( 包括墙体、门 窗、屋面) 体系和成套节能技术产品，其中较为成熟的一项就是外墙外保温技术。由于 在市场经济下，技术和经济是并存的，技术的创新与应用必会受到经济因素的影响，特 别是技术所耗费的成本能否得到补偿关系到技术能否被推广。因此，针对建筑节能技术 的经济性分析研究不可或缺。 本文研究的主要目的就是站在节约能源的角度，根据目前我国寒冷地区居住建筑能 耗构成的特点，运用寿命周期评价的指导思想，对应用外保温技术后的外墙系统进行全 寿命周期成本分析( l i f ec y c l ec o s t a n a l y z i n g ，简称l c c a ) ，考查技术应用后各阶段成 本的构成情况，为日后该技术的广泛应用提供经济方面的参考依据。 本文在借鉴国内外已有类似研究成果及经验的基础上，运用工程造价管理、工程技 术经济评价、建筑热工计算和统计预测等学科的基本原理，采取定性分析和定量分析、 模拟计算和走访调查相结合的研究方法，并以实际案例作为支撑，详细论述了建筑节能 技术全寿命周期成本分析的具体实施方案。通过本研究可以得出如下结果： 紧密结合近年来北方寒冷地区的建筑气候特点，建立了针对采用外墙外保温技术 的外墙保温系统全寿命周期成本估算模型。 在实例分析中，运用敏感性分析的原理确定出保温层厚度和折现率是影响寿命周 期成本的重要参数，在进行节能设计时要认真对待。 应用l c c a ，对节能建筑和基础建筑的外墙系统进行了对比分析，计算了两者的 全寿命周期成本，说明了采用外墙外保温技术的优越性。 关键词：建筑节能，外墙外保温技术，全寿命周期成本，成本分析，敏感性分析 山东建筑大学硕士学位论文 c o s ta n a l y s i ss t u d yo ne x t e r n a lt h e r m a li n s u l a t i o no ne n e r g ys a v i n g b u i l d i n gb a s e d o nt h et h e o r yo f l i f ec y c l e b a in i n g ( m a n a g e m e n ts c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rc h e nq i j u n a b s t r a c t a f t e re n t e r i n gt h e21s tc e n t u r y , t h ed e v e l o p m e n to fu r b a n i z a t i o ni nc h i n ai sv e r yf a s t ，a s i sf o l l o w e db yag r e a tc o n s u m p t i o no f b u i l d i n ge r l e r g y , e s p e c i a l l yi no p e r a t i n gp e r i o d i no r d e r t oa l l e v i a t et h e e n e r g yc r i s i s a n de l i m i n a t et h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e ns o c i o - e c o n o m i c d e v e l o p m e n ta n dt h el a c ko fe n e r g ys u p p l y , b u i l d i n ge n e r g ys a v i n gh a sb e c o m eo n eo ft h e m o s td i r e c ta n de f f e c t i v em e a s u r e s b u i l d i n ge n e r g ys a v i n gt e c h n o l o g yi sak i n do fi n t e g r a t e d t e c h n o l o g yw h i c hi sr e l a t e dt om a n yo t h e rf i e l d so fs u b j e c t s o n eo ft h ef o c u s e so fi t s d e v e l o p m e n td i r e c t i o ni st or e s e a r c hn e ws y s t e m so ft h ee n v e l o p e so fb u i l d i n g so n c l u d i n g w a l l s ，d o o r s ，w i n d o w s ，r o o f s ) a n ds e t so fe n e r g ys a v i n gt e c h n o l o g yp r o d u c t st h a tc a nr e d u c e b u i l d i n ge n e r g yc o n s u m p t i o n t h et e c h n o l o g yo fe x t e m a lt h e r m a li n s u l a t i o no nw a l l si sam o r e m a t u r eo n e a si nt h ec o n d i t i o no ft h em a r k e te c o n o m y , t e c h n o l o g ya n de c o n o m yt i eu pw i t h e a c ho t h e r t h ei n n o v a t i o na n da p p l i c a t i o no fat e c h n o l o g yw i l lb ea f f e c t e db ye c o n o m i c f a c t o r s ；i np a r t i c u l a r , t h ep o p u l a r i z i n go fat e c h n o l o g yo rn o td e p e n d so nt h ec o s t sb e i n g c o m p e n s a t e do rn o t t h e r e f o r e ，i ti se s s e n t i a lt od ot h er e s e a r c ho fe c o n o m i ca n a l y s i sf o r b u i l d i n ge n e r g ys a v i n gt e c h n o l o g i e s t h em a i np u r p o s eo ft h i sp a p e ri st h a tf r o mt h ev i e wo fe n e r g ys a v i n ga n db a s e do nt h e c h a r a c t e r i s t i co ft h ee n e r g yc o n s u m p t i o no fr e s i d e n t i a lb u i l d i n g si nc o l dw i n t e rz o n eo fc h i n a , t h ei d e ao fl i f ec y c l ea s s e s s m e n ti sp r o p o s e da sw e l lt h a tl i f ec y c l ec o s ta n a l y z i n g ( l c c a ) i s a p p l i e do nt h eu s eo ft h et e c h n o l o g yo fe x t e r n a lt h e r m a li n s u l a t i o no nw a l l s ；s oa st oa s s e s st h e c o m p o s i t i o no ft h ec o s ti nt h ew h o l el i f ec y c l eo ft h ec o n s t r u c t i o na n dt op r o v i d ee c o n o m i c r e f e r e n c e sf o rt h ea b r o a du s eo ft h i st e c h n o l o g y h 山东建筑大学硕士学位论文 o nt h eb a s i so fs u c c e s s f u lr e s u l t sa n de x p e r i e n c eo fs i m i l a rr e s e a r c h e sa th o m ea n d a b r o a d ，t h et h e o r i e so fe n g i n e e r i n gc o s tm a n a g e m e n t ，e n g i n e e r i n gt e c h n i c a la n de c o n o m i c e v a l u a t i o n ，t h e r m a lc a l c u l a t i o no fc o n s t r u c t i o na n ds t a t i s t i c ss c i e n c e ，t h i sp a p e ra d o p t sb o t h q u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ，u s e st h es i m u l a t i o nc a l c u l a t i n gm e t h o d sw i t ha c o m b i n a t i o no fv i s i t i n ga n ds u r v e yr e s e a r c h i n ga sw e l la st h ea c t u a lc a s ea ss u p p o r tt od i s c u s s t h es p e c i f i ci m p l e m e n t a t i o np l a n so ft h el i f ec y c l ec o s ta n a l y s i so fb u i l d i n ge n e r g ys a v i n g t e c h n o l o g i e si nd e t a i l w ec a nc o n c l u d et h ef o l l o w i n gr e s e a r c hr e s u l t s ： ( 芏) b e i n gc l o s e l yc o n n e c t e dw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ec l i m a t ei nn o r t h e r nc o l da r e ai n r e c e n ty e a r s ，ac a l c u l a t i n gm o d e lf o rt h el i f ec y c l ec o s to ft h ee x t e m a lt h e r m a li n s u l a t i o n s y s t e mi se s t a b l i s h e d ht h ea n a l y s i so fa na c t u a lp r o j e c t ，t h et h i c k n e s so ft h ei n s u l a t i o nl a y e ra n dt h e d i s c o u n tr a t ea r ef o u n do u ta st h ef i r s tt w om o s ti m p o r t a n tp a r a m e t e r so ft h el i f ec y c l ec o s tb y t h et h e o r yo fs e n s i t i v i t ya n a l y s i s ，w h i c hs h o u l db et a k e ns e r i o u s l yw h e nc a r r y i n go u tt h e e n e r g ys a v i n gd e s i g n c u s t o mb u d g e tm e t h o di su s e df o rt h ee x t e r n a lw a l ls y s t e mo ft h ee n e r g ye f f i c i e n c y b u i l d i n ga n do ft h eb a s eb u i l d i n gb yt h ea p p l i c a t i o no fl c c a t h el i f ec y c l ec o s t so ft h e b u i l d i n g sa r ef i g u r e do u ti no r d e rt os h o wt h es u p e r i o r i t yo ft h eu s eo ft h et e c h n o l o g yo f e x t e r n a lt h e r m a li n s u l a t i o no nw a l l s k e yw o r d s ：b u i l d i n ge n e r g ys a v i n g ，t e c h n o l o g yo fe x t e m a lt h e r m a li n s u l a t i o no nw a l l s ， l i f ec y c l ec o s t s ，c o s ta n a l y s i s ，s e n s i t i v i t ya n a l y s i s i i i 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不舍其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而 使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人承担本声明的法律责任。 学位论文作者签名： 牡啪坐 学位论文使用授权声明 本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它手段保存、 汇编学位论文。 保密论文在解密后遵守此声明。 学位论文作者签名： 导师签名： 嘲夥 山东建筑大学硕士学位论文 1 1 建筑节能概述 第1 章绪论 1 1 1 我国建筑能耗现状 建筑能耗有广义和狭义之分。广义上，建筑能耗指在建筑产品寿命周期内所消耗的 全部能源，包括建材制造运输能耗、建筑建造施工能耗、建筑运行使用能耗和建筑拆除 报废能耗等；狭义上，建筑能耗指建筑运行使用过程中的能源消耗，主要包括建筑采暖、 空调、热水供应、炊事、照明、家用电器、电梯等方面的能耗【l 】。 自2 0 世纪7 0 年代中东石油危机以来，建筑节能成为发达国家关注的热点。而2 0 世纪9 0 年代提出可持续发展理论和环境资源保护的紧迫性以后，建筑节能更成为世界各 国关注的热点。 我国目前处于城市建设高峰期，城市建设的飞速发展促使建材业、建造业迅猛发展， 建筑用能缺1 2 1 很大，由此造成的能源消耗己占到我国总商品能耗的2 0 3 0 【2 】。然而， 这部分能耗完全取决于建造业的发展，与狭义上的建筑运行能耗属于完全不同的两个范 畴，后者将一直伴随建筑物的使用过程而发生。 我国城乡建筑发展十分迅速，房屋建设规模日益扩大，建筑用能增长速度较快。2 0 世纪8 0 年代初期，全国每年建成建筑面积7 亿8 亿m 2 ，到9 0 年代初期每年建成面积 已达1 0 亿i n 2 左右，至今已增加至每年1 6 亿1 7 亿m 2 ，其中城镇住宅4 亿5 亿m 2 ，公 共建筑4 亿5 亿m 2 ，农村住宅7 亿8 亿m 2 。目前我国城乡既有建筑面积超过4 2 0 亿 m 2 ，年竣工建筑面积超过2 0 亿m 2 ，其中大部分为高耗能建筑，居住和公共建筑用能增 长迅速 3 1 。 2 0 0 4 年我国建筑能耗占社会总能耗的1 8 8 【4 】，见表1 1 。 由表1 1 可以看出，我国北方城镇采暖能耗占全国城镇建筑总能耗的4 0 ，为建筑 能源消耗的最大组成部分。单位建筑面积采暖能耗折合标准煤平均为2 0 k g ( m 2 年) ， 为北欧相同气候条件下建筑采暖能耗的1 1 5 倍。建筑采暖需热量与体型系数、围护结 构保温性能和换气次数有关。与发达国家相比，我国建筑体量大，即体型系数较小，冬 季大部分建筑的换气次数较低，这些都有利于减少建筑需热量；但我国建筑围护结构保 温不良，部分漏风严重，综合效果，我国冬季建筑需热量与同纬度发达国家相当，而实 山东建筑大学硕士学位论文 际建筑采暖能耗包括建筑采暖需热量、供热系统损失和热源损失。我国集中供热系统和 热源效率不高，综合起来在5 5 以下，导致我国实际建筑采暖能源消耗量偏高。 表1 1 我国的建筑能源分类和现状( 2 0 0 4 ) 面积( 亿m 2 )能耗状况 0 4 亿吨标煤年，9 0 0 农村生活用能 不包括非商品能2 4 0 亿度电年 北方城镇采暖 6 5 1 3 亿吨标煤年 住宅用电 9 5 2 6 0 0 亿度电年 一般公共建筑 5 0 1 5 0 0 亿度电年 城镇建筑非采暖用能 大型公共建筑 5 9 0 0 亿度电年 总量 1 5 0 5 0 0 0 亿度电年一 标煤1 7 亿吨，占2 0 0 4 年总煤耗的1 2 ；电力5 9 0 0 亿度，占2 0 0 4 能耗总量 年电力消费量的2 7 注：采暖采用吨标煤作为能耗计量单位，这是因为我国采暖目前以煤为主要能源。标准煤按 发电效率折合等效电，l k w h = 3 5 0 9 标准煤。 ( 资料来源：清华大学建筑节能研究中心中国建筑节能年度发展研究报告2 0 0 7 m 北京：中国建 筑工业出版社，2 0 0 7 。) 1 1 2 建筑节能技术的发展 从2 0 世纪7 0 年代开始，人们逐渐认识到建筑节能是关系拯救地球、拯救人类的大 事情。目前在许多发达国家，新建建筑均为节能建筑，既有建筑也已经或正在改造成为 节能建筑。建筑节能已成为建筑的共同选择。 我国从1 9 8 6 年起开始编制民用建筑的节能设计标准，主要偏重于北方地区采暖住宅 节能，并且于1 9 9 9 年已经把北方地区建筑节能设计标准纳入强制性标准进行贯彻，由北 而南推行，确保各个地区都有标准可依。此外，我国于1 9 9 3 年颁布旅游旅馆建筑热工 与空气调节节能设计标准( g b5 0 1 8 9 _ 呻3 ) ，这是我国第一部关于公共建筑节能的标准。 此后，逐步修订和完善了国家建筑节能标准体系【5 】( 见表1 2 ) 。 这一系列政策、法规及标准的实施，保证了建筑节能工作的进展，并有效地促进了 相关节能技术的进步。 当前，建筑节能发展的重点领域为研究新型低能耗的围护结构( 包括墙体、门窗、 屋面) 体系和成套节能技术及产品；新型能源的开发和能源的综合利用，包括太阳能、 2 山东建筑大学硕士学位论文 地下能源开发利用和能源综合利用，室内环境控制成套节能技术的研究和设备开发；利 用计算机模拟仿真技术分析制冷空调系统，对制冷空调系统进行智能控制，最大限度减 低运行能耗；既有建筑的节能改造成套技术，特别是围护结构和采暖空调系统改造，其 中建筑围护结构保温技术属于建筑本体的关键节能技术。 表1 2 我国现有的新建建筑节能相关法律和节能标准 法规标题发文字号发布日期实施日期效力级别 中华人民共和国建 筑法 主席令 第9 1 号】 1 9 9 7 1 1 0 1 1 9 9 8 0 3 0 1 法律 中华人民共和国节 约能源法 主席令【第9 0 号】 1 9 9 7 1 1 o l1 9 9 8 0 1 0 1法律 建设工程质量管理 法规 条例 国务院令【第2 7 9 号】 2 0 0 0 o l - 3 02 0 0 0 0 1 3 0 行政法规 民用建筑节能管理 规定( 废止) 建设部令 第7 6 号】 2 0 0 0 0 2 1 82 0 0 0 1 0 0 1部门规章 民用建筑节能管理 规定( 修订) 建设部令 第1 4 3 号】 2 0 0 5 1 1 1 02 0 0 6 0 1 0 1部门规章 建设部关于新建居 部门规范性文 住建筑严格执行节 建科 2 0 0 5 1 5 5 号 2 0 0 5 0 4 1 52 0 0 5 0 4 1 5 件 能设计标准的通知 标准名称编号级别施行日期强制条文 夏热冬暖地区居 第4 0 4 、4 0 5 、 住建筑节能设计标 j g j7 5 - 2 0 0 3 行业标准 2 0 0 3 1 0 0 1 4 0 6 、4 0 7 、 4 0 1 0 、4 0 1 1 、 准 6 0 2 、6 0 6 条 夏热冬冷地区居 第3 0 3 、4 0 3 、 住建筑节能设计标 j g j1 3 4 - 2 0 0 1 行业标准 2 0 0 1 1 0 0 1 4 0 4 、4 0 7 、 4 0 8 、5 0 5 、 准 6 0 2 条 民用建筑节能设 第4 2 1 、 标准 计标准( 采暖居住j g j2 6 母5行业标准 1 9 9 6 0 7 0 l 5 2 1 0 、5 2 1 1 、 建筑部分) 5 3 3 、5 3 5 条 建筑照明设计标 第6 1 2 、6 1 3 、 准 g b5 0 0 3 4 - 2 0 0 4国家标准 2 0 0 4 1 2 0 1 6 1 5 、6 1 6 、 6 1 7 条 第4 1 2 、4 2 2 、 4 2 6 、5 1 1 、 公共建筑节能设计 5 4 2 ( 1 、2 、3 、 标准 g b5 0 1 8 卿0 0 5 国家标准 2 0 0 5 0 7 0 1 4 、5 、6 ) 、5 4 3 、 5 4 5 、5 4 8 、 5 4 9 条( 款) 山东建筑大学硕士学位论文 ( 资料来源：北大法律信息网h _ t t p ：w w w c h i n a l o w i n f o c o m i n d e x a s p ) 1 1 3 建筑节能与墙体保温的关系 我国幅员辽阔，南北跨越热、湿、寒几个气候带，气候差别很大。我国与同纬度的 其他国家相比，冬天寒冷得多，夏天也较热。在实施建筑节能的各项措施中，墙体保温 隔热是最行之有效的。建筑室内热状态受室外气候状态和建筑围护结构所影响，因此建 筑采暖空调能耗在很大程度上与建筑围护结构形式和室外气候状态有关，改进建筑围护 结构形式以改善建筑性能，是建筑节能的重要途径。然而国内绝大多数采暖地区围护结 构的保温隔热功能都比气候相近的发达国家差许多。外墙的传热系数是他们的3 5 4 5 倍，外窗为2 3 倍，屋面为3 “倍，门窗的空气渗透为3 6 倍，表1 2 表明了现阶段我 国民用建筑节能设计标准规定的传热系数与发达国家的差距【2 】。 表1 3 我国与发达国家围护结构传热系数对比 w ( m 2 k ) 】 国家外墙外窗屋顶 0 6 ( 五层及以上)0 6 ( 五层及以上) 北京( 地方标准) 2 8 0 4 5 ( 四层以下) 0 4 5 ( 四层以下) 瑞典南部 0 1 720 1 2 0 2 0 ( 密度 1 0 0 k 酊) 丹麦 2 9o 1 5 0 3 0 ( 密度 1 0 0 k 咖3 ) 德国柏林0 5 01 50 2 2 英国 0 4 53 3o 2 5 o 3 2 ( 内保温) 美国 2 0 4o 1 9 o 4 5 ( 外保温) 加拿大 0 3 62 8 60 2 3 北海道 0 4 22 3 30 2 3 日本 东京 o 8 76 5 10 6 6 一等 0 7 72 7 50 5 7 俄罗斯 二等0 4 42 7 5o 3 3 ( 数据米源：民用建筑节能设计标准( 采暖居住建筑部分) ，中华人民共和国建设部，1 9 9 6 ；居 住建筑节能设计标准，北京市地方标准，2 0 0 4 。) 可以看出，在我国北方即使是严格执行节能设计标准的建筑，与发达国家的围护结 4 山东建筑大学硕士学位论文 构保温水平仍存在一定差距。 在不l 叫的节能阶段，围护结构备部位的能耗量分布不同，当建筑节能达到5 0 时， 建筑围护结构各部分的能耗量见图i1 ，其中外墙和屋面的能耗就达到3 5 ，t 有很大 比例。因此，不仅从建筑节约能源角度，还是从改善生活热环境角度考虑，都需要建筑 围护结构的保温隔热，从而达到建筑节能的目的。 8 i l 、 、一 口空气渗透 口外墙 j 外窗 3 屋面 a 其他部位 图11 建筑节能选到5d 建筑围护结构各部分能耗量 我国建筑围扩结构长期以来变化币明显，南方非采暖地区的外墙普遍采用2 4 0 r a m 厚的实心砖墙，而北方严寒地区大多数采用4 9 0 r a m 和6 2 0 r a m 厚的实心砖墙作为墙体保 温和承重。单材料作为外墙围护结构的保温隔热效果都很差，有些地区东、西墙和顶 层房间的墙角出现结露现象，很大程度上影响建筑的居住舒适性，这种墙的侣热系数为 16 7 w 1 ( n 2 2 k ) ，而气候条件相近的发达国家外墙的惦热系数仅为o3 5w ，( m 2 k ) 。 同气候条件接近的发达国家相比，我国的建筑围护结构的保温隔热性能差距很大，外墙 差4 0 倍，单位面积的采暖能耗为相近条什下的3 倍左右，除了我国能源利用效率低以 外，主要是田为建筑同护结构的保温性能差，因此，我田要大力提高建筑围护结构的节 能保温隔热性能p j 。 12 问题的提出 在现代建筑节能技术不断向前发展的过程中，人们也在小断寻求有效降低节能成本 的方法。建筑外墙占建筑外围护结构的很大份额，可以看作是外围护结构系统的一个f 系统，其保温隔热性能的优劣对建筑节能降耗成果的大小有着 分明显的影响。我们不 能只局限于系统成本构成的实体部分( 即次性投资) ，而是要从方案设计、材料选型、 工程建设实施、建成投入使用后的运行及维护，以及对社会和环境的影响等全面考虑其 成本拧制和管理。 盛鹁 山东建筑大学硕士学位论文 。在传统的设计思想指导下，建筑设计人员一方面主要考虑如何节省一次性投资，如 何节省时间和精力，由此而增加的长期使用过程中的运行费用和维护费用却让业主大伤 脑筋；另一方面，对于技术性较高的外墙保温系统则味追求高质量的设计和选材，结 果带来的便是高昂的一次性投资。随着造价技术的不断发展和人们节约环保意识的增强， 这种片面的观点已逐渐被摒弃和淘汰。外墙保温技术从1 9 7 3 年世界石油危机以后在许多 国家得到长足发展，现在外墙保温系统已构成现代建筑中比较重要的一部分，作为工程 产品，它同样具有工程项目的基本特征，即项目的单件性、具有一定的约束条件、具有 寿命周期。因此，有必要对建筑外墙保温技术应用的成本进行全寿命周期的分析，即全 寿命周期成本分析( l i f ec y c l ec o s t a n a l y z i n g ，简称l c c a ) 。 全寿命周期成本( l i f ec y c l ec o s t s ，简称l c c ) 是指设备在预期的寿命周期内，为 其论证、研制、生产、使用与保障以及退役处置所支付的所有费用之和【6 ，7 】。它由设备一 生所消耗的一切资源量化为货币值后累加而得，明确地指出了为拥有一个设备或项目在 其一生要花多少钱，因而是一个极其重要的经济性参数量值，并已成为现代质量观念中 的主要内涵和要素【8 9 】。l c c 技术是从设备、项目的长期经济效益出发，全面考虑设备、 项目、系统的规划、设计、制造、购置、安装、运行、维修改造、更新，直至报废的全 过程，以使l c c 最小的一种管理理念和方法【l 0 1 。 由l c c 的概念可知，l c c 有这样的一些特点： l c c 并不是只在投资初期发生，而是在整个寿命周期内按时间序列发生的。 在l c c a 中必须考虑“资金的时间价值”，为便于比较，要将各时间发生的费用 统一折算成初始投资时的现值( n p v ) 或等值年费用( e v a c ) 。因此必须考虑折现率， 即利率的影响。 如果对设备和系统采用节能技术措施或加强管理，可以大大降低每年的e v a c ， 为采用这些措施所增加的投资也可很快收回。 1 3 l c c 技术应用于建筑节能技术经济分析的意义 1 3 1 必要性 随着国家不断出台建筑节能技术的相关政策加之民众对节能建筑的巨大需求，建筑 市场三大主体都在不约而同地研究建筑节能技术的设计、应用、维护以及相关成本的核 算、控制和管理等方面工作。采用建筑节能技术所耗费的成本占全部工程造价相当大的 6 山东建筑大学硕士学位论文 比重，同时，建筑节能技术具有明显的经济目的性，即节省后期运行、维护及使用的费 用。而在全寿命周期视角下的成本分析是合理的和先进的，能够促使建筑节能技术不断 创新和改进，因为成本降低是技术进步的动力和方向。 目前，我国建筑行业普遍应用的全过程造价管理流程( 见图1 2 ) 把从工程项目开始 到项目实施结束整个实现过程纳入造价管理，从项目建议书和可行性研究阶段开始，到 项目竣工决算完成为止【l 。这个流程相比早期仅对施工阶段进行概预算控制来说有了很 大进步，但它不包括对项目使用期的运行和维护成本管理，没有形成一个嗣：的控制过 程。 显然，这种传统的费用管理模式仅仅考虑了一次性建设费用，而忽略了建筑系统其 他阶段的费用，事实上，如果比较建设费用和运营以及维护费用之间的关系就可以发现， 传统的费用管理模式忽视的费用部分占据相当的比重；。因此不能用以准确地评价建筑的 成本和经济效益。相比之下，全寿命周期造价管理( 见图1 3 ) 贝j j 从整个项目寿命周期出发 进行思考，侧重于从项目决策、设计、施工、运行维护各阶段全部造价的确定与控制 1 2 , 1 3 , 1 4 。两者主要区别在于时间跨度和指导思想的不同，而全寿命周期工程造价管理理 论比全过程工程造价管理理论更为先进，内涵更为深刻 1 5 1 。 项目建议书 i 可行性研究i 1 l 。i 例歹双丌 土 技术设计 上 施工设计图 上 l 招标l 上 合同施工 上 竣工验收 图1 2 全过程工程造价管理流程示意图 7 山东建筑大学硕士学位论文 前期策划设计阶段施工阶段使用维护阶段 图1 3 全过程与全寿命周期造价管理范围对比图 1 3 2 可行性 建筑外墙保温技术的成本分析是一个非常复杂和细致的工作，既要对其构成成本进 行全寿命周期的管理和控制，又要不影响到建设项目的实施效率，因此对建筑外墙保温 技术实施全寿命周期成本分析需要一些特定的条件，而目前这些条件已经基本具备，主 要有以下几点： 将l c c 技术应用于建设领域中的工程造价管理，需要成熟的理论指导。目前国内 外学术界对相关理论有大量研究成果，条件日趋成熟。 l c c 技术在工程界的应用越来越深入，并且取得了一定的效果。同时，具体实 施l c c a 的造价工作人员通过培训和学习，逐渐具备了较高的专业素质，对项目全过程 的各个细节有清晰的认识，从而能够保证l c c a 的质量。 现阶段建筑节能技术的应用和推广迫在眉睫，国家出台了相关政策和行业技术标 准决心大力开展建筑节能新建和改造项目，这也为节能经济评价( 尤其是寿命周期评价) 的实施提供了广阔的平台。 1 3 3 应用l c c 技术的优点 总的来说，应用l c c 技术进行分析和评估，是在满足特定的性能诸如隔热保温、降 低能耗、环保性、维修性以及其它要求的同时评估或优化产品的寿命周期费用，本身具 有以下几个优点： o l c c 项目的立足点是从全系统着眼，在整个外墙保温系统考虑l c c 最低，根据 这个原则，来考虑某个局部的l c c 。因而，辨别、确定系统中的关键参数，及该参数对 整个系统的影响量，是进行研究的重点。 对于外墙节能技术及材料，用l c c 管理方法可减少方案选择的盲目性，使外墙节 能技术的l c c 融合到整个系统中，以合理的成本获得高的可靠性，从而获得最大的经济 山东建筑大学硕士学位论文 收益【1 6 1 。 l c c 的管理，从保温材料的选型、设计及购买前开始，这样对制造商也相应提出 了l c c 的要求。制造商和建筑商以及物业管理方的相互配合，必将导致新产品在质量性 能上的提高，最终将导致系统的l c c 最小。 对已完相似工程的监测分析水平的提高，对外保温系统进行l c c 管理，要求进行 相关的数据采集，这样，必然会导致数据采集系统的改进及运行人员分析能力的提高。 总之，从理论的思想深度和实际的效果来看，全寿命周期理论应用于建筑节能技术 成本的管理和控制领域，是一次大的进步，相信l c c 技术将在提高建筑节能技术的投资 利用效率方面发挥更大的作用。 1 4 建筑节能技术经济分析的研究与应用现状 1 4 1 国外研究现状 西方发达国家对建筑节能、环境生态、可持续发展等概念重视较早，在上个世纪早 期便开展了与建筑节能相关的研究，研究涉及节能技术、生态技术、评估体系、可再生 能源利用、可再生材料利用、建筑环境( 热、光、风、声) 模拟、建筑能耗模拟以及经 济分析等内容。大体上经历了如下四个阶段： ( 1 ) 研究重点放在明确住宅节能所带来的经济效益上。 p e t c r s c n ( 1 9 7 4 ) 【17 】以及a n d r a s 和k l a r a ( 1 9 8 0 ) 1 8 】分别讨论了既有房屋的节能改造 的经济性问题，研究的主要内容是节能技术的经济效益。b u f f i n g t o n ( 1 9 7 7 ) 1 9 】对1 5 个 节能方案的节能效果以及节能效益进行了比较。h i r s t 和c a r n e y ( 1 9 7 7 ) 2 0 】建立了一个工 程经济模型用于确定建筑物的能耗量，同时在此基础上结合当时美国联邦住宅改造项目， 对节能措施带来的节能效益进行了评价。这个阶段的研究主要集中在效益分析上，但对 投资的分析并不敏感，同时由于建筑综合能耗确定方法的不足，对于节能收益的确定主 要还是通过用能量统计数据确定，通用性受到较大限制。 ( 2 ) 研究重点放在节能成本以及投资收益率的问题上。 上个世纪7 0 年代末开始，由于太阳能集热、化学热泵、空气热泵等生态节能技术的 应用和成熟，针对这些技术的经济分析也得到广泛重视。针对太阳能热泵系统在居住建 筑中的节能应用，b e s s l e r 和b a o ( 1 9 7 9 ) t 2 1 】对其投资收益问题进行了分析，并对最佳使用 方式进行了探讨。c h o i 和m o r e h o u s e ( 1 9 8 0 ) e 2 2 1 的研究指出，如果没有经济政策上的扶助， 9 山东建筑大学硕士学位论文 太阳能热泵系统在经济性上是难以和传统空调系统进行竞争的，至少在初期投资方面。 n o l l 和w r a y ( 1 9 7 9 ) 2 3 】运用微观经济学来进一步明确太阳能热泵系统的综合效益。 ( 3 ) 研究重点放在建筑全寿命周期的节能收益上。 由于计算机技术的逐渐成熟、以d o e 、e e d o 、t r n s y s 冽等为主的能耗模拟软件 对家用设备、居住建筑的能耗模拟越来越准确，使得对建筑未来能耗状况的预测成为可 能，从而为全寿命周期理论的应用提供了有力的分析手段。全寿命周期理论逐渐得到应 用，虽然以前的研究中也有涉及到部分使用期的节能效益统计，但由于分析手段的不足 以及理论体系相对不够系统，对诸多不确定因素的分析都考虑不足。g i f f i n ( 1 9 8 5 ) c 2 5 】 结合全寿命周期理论对美国当时的建筑节能标准的合理性与针对性进行了分析和解释。 r a b l ( 1 9 8 5 ) 【2 6 】基于全寿命周期理论分析结果对节能投资额进行了分析，并提出了优化 建议。在诸如太阳能热泵技术应用可行性分析2 7 1 、空气热泵的投资效抖2 8 1 以及绿色建筑 的综合评价等方面，全寿命周期理论以及相关经济评价都得到了广泛的应用。 ( 4 ) 研究重点放在结合市场、贴近实际、结合诸多不确定因素的未来变化趋势进行 居住建筑节能经济性的问题上。 进入2 1 世纪，针对居住建筑节能的经济性研究越来越深入细致。例如，c h a i t k i n 等 2 9 】( 2 0 0 0 ) 对能源价格进行了分析研究，认为在进行节能效益计算时采取的能源价格应 该结合边界效应综合考虑，并对未来的能源价格进行了预测。同时，研究内容更多的结 合住宅市场，研究方法也更加贴近住宅实际使用情况。e 1 s h a r i f 和h o r o w i t z ( 2 0 0 0 ) 【3 0 】 结合住宅市场，分析了金融激励政策在居住建筑节能推广中的作用，阐述了其必要性。 a m s t a l d e n 等( 2 0 0 7 ) 3 1 】对节能政策以及能源价格的变化对瑞士居住建筑节能产业的影 响进行了分析。 可见，西方发达国家对居住建筑节能的经济性研究已经有不短的历史，也积累了很 多成果。目前，如何利用现有理论和工具，结合能源价格等因素的变化趋势对已广泛采 用的建筑节能技术进行经济性研究，并实现节能设计优化依然是研究的重点。 1 4 2 国内研究现状 我国对建筑节能问题的关注始于上世纪8 0 年代中期。政府意识到建筑节能工作在国 家整体经济中的重要性，制定了系列的节能政策与标准，开展了有关的建筑节能技术 与产品的开发，建设了大量的节能建筑，取得了明显的成效。按照技术与经济的关系原 则【3 2 】：技术的不断创新与长足发展必是以其经济合理性为前提的，但是，对于建筑节能 经济性的研究我国开展的相对较晚。一方面，对节能技术在全寿命周期内的考虑往往被 1 0 山东建筑大学硕士学位论文 忽视，缺乏对经济、技术、社会、环境等因素在全寿命周期内效应的综合考量。导致开 发商只看重短期效益，忽视节能技术所带来的长期效益，同时令使用者难以对技术的经 济性做出准确的判断。另一方面，国家和地方已颁布的各种建筑节能规范、规定等对节 能技术的经济性指标或节能方案经济性效果的预测及检验也是少有涉及。 尽管如此，由于借鉴了西方发达国家大量的理论基础和实践经验，也取得了一些成 果，尤其是在围护结构节能技术的经济评价方面： 1 9 9 3 年，建设部颁布的民用建筑热工设计规范( g b 5 0 1 7 6 9 3 ) 中提出围护结 构保温的经济评价的相关内容，给出了建筑围护结构保温层经济热阻和经济厚度的计算 公式以及不同材料、不同构造经济性比较的指标。这是出现在建筑设计标准中为数不多 的涉及技术的经济性的内容之一。但是，这里的公式和指标主要是通过围护结构的热工 计算参数确定的，缺乏对建筑物全寿命周期各阶段费用影响因素的考虑，尤其是对运行 阶段的能源消耗成本的考虑；并且该评价的对象也缺乏针对性，没有具体说明什么地区、 何种气候特征情况下应如何调整参数或指标。 孟长再( 1 9 9 7 ) 【3 3 】利用采暖年均费用的优化数学模型，对呼和浩特地区典型节能住 宅建筑外墙和屋顶的保温厚度进行了优化计算及敏感性分析，求出了外墙和屋顶的经济 保温厚度，其分析重点是采暖费用以及采暖费用的节省值。 房琳等( 2 0 0 2 ) 3 4 】根据热流通过不同组件时间的相关分析并运用l a g r a n g e 乘子法建 立了一种计算空调建筑外墙和屋顶经济绝热厚度的模型，计算了不同增初投资额条件下 外墙和屋顶的经济绝热厚度，并进行了典型的案例分析。认为从经济评价角度来看，外 墙保温隔热宜采用各朝向不均匀分布的原则。此外还分析了电价、贴现率、使用年限、 绝热材料价格和气候等因素对外墙和屋顶绝热材料厚度取值的影响。文章着重对夏热冬 冷地区的建筑围护结构进行了分析，但也只是考虑了寿命周期的部分费用，并且还是将 空调作为能耗的载体。 赵金玲等( 2 0 0 5 ) 【3 5 】利用采暖总耗费的数学模型，得出了一个简单的保温层经济厚 度计算公式，并对大连地区典型节能住宅围护结构保温层经济厚度进行了计算分析。结 果表明，根据建筑物具体条件计算得到的保温层经济厚度能够有效地提高建筑物的经济 性。但是该模型只适用于冬季采暖而夏季不采用空调制冷的情况，并且采暖费用假设是 固定的，没有考虑能源价格的变动。 刘学来等( 2 0 0 5 ) 【3 6 】通过对不同建筑外墙保温形式的全寿命周期研究，认为由于采 取墙体节能措施而增加的初期成本是可以接受的。但是其寿命周期成本的划分比较简单， 山东建筑大学硕士学位论文 并且能耗成本的构成也只简化成电力成本。 许建柳等( 2 0 0 8 ) 【3 刀认为计算夏热冬冷地区建筑围护结构保温层经