建筑能效管理中的技术经济分析方法课件

26七月20231建筑能效管理中的技术经济分析方法主要内容建筑能效管理中的经济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价格因素建筑能效管理中的经济分析收益和成本，资金的时间价值建筑能效管理的主要目的之一是降低建筑物的运行成本，节支增效。投资一个建筑节能的项目，总是期望收益能大于成本。投入能够在尽可能短的时间内回收。建筑节能项目潜在的收益能源费用的节省；减小耗能设备的容量从而降低设备投资；减少耗能设备的维护费用；减少运行管理人员从而降低劳动力开支；改善室内环境品质从而提高主业经营的效益；销售回收的能量得到的额外收入；降低环境污染。利息是资金的时间价值占用一笔资金（本金）作建筑节能的投入时，必须为使用这笔资金付出一定的代价，这就是利息。式中，Fn——本利和；P——本金；In——利息；n——计算利息的周期数。利率利息通常根据利率来计算。利率是在一个计息周期内得到的利息与本金之比。用i表示式中，I1——在一个计息周期内的利息。资金等值计算公式在建筑能效管理的技术经济分析中，往往要对项目整个寿命周期内的全部支出和全部收益进行评价。这时，必须要考虑资金的时间价值，而不是简单地把不同时间发生的收支资金相加或相减。一次支付终值公式所谓一次支付，就是所有现金流在一个时间点上一次发生。比如，为了完成一项节能改造项目，向银行贷款P，而在n年后连本（P）带息（i）一次还清，偿还的金额为F。该式与计算复利的公式是一样的。把P称为现值；F为终值；i为折现率。用函数形式表示，括号内的部分称为一次支付终值系数：一次支付现值公式是已知终值求现值的逆运算。括号内称为一次支付现值系数。等额分付终值公式所谓“等额分付”就是现金的流入和流出在多个时间点上发生，且数额是相等的。比如，物业管理公司每年等额存入一笔设备改造基金A，在存款利率是i的条件下，第n年后可以得到一笔金额为F的基金。等额分付现值公式等额分付偿债基金公式等额分付资本回收公式为节能改造投入经费为P，希望节能产生的效益能在n年内将投资回收，那么每年由节能所产生的成本节约不能小于A。如果测算下来节约不到A，那这个节能改造在经济上就是不合理的。我们可以把括号内部分记作，称为资金回收系数。这给我们传递了一个重要信息：一个节能项目不管它技术上有多么先进，但如果不能带来经济上的回报，或者节能的效益不能满足投资者的期望，那么这样的节能项目就不值得去做。经济评价方法不考虑资金的时间价值，可以用静态评价方法。一般而言，静态评价方法只能用于对节能方案的初期评价。做项目的可行性研究时，必须采用考虑资金时间价值的动态评价方法。静态投资回收期所谓投资回收期，就是用项目各年的净收入（各年的收入减去支出）将全部投资收回所需要的期限。式中， K——投资总额；

Bt——第t年的收入；

Ct——第t年的支出（不包括投资）；

NBt——第t年的净收入，

Tp——投资回收期。静态投资收益率（回报率）项目在某一正常运转年份的净收益与投资总额的比值。如果R值小于预期回报率，则项目不可行。净现值净现值是动态评价中最主要的指标之一。它把项目寿命周期内每年的现金流按一定折现率折现到同一时间点（通常是期初），在该点的现值累加值就是净现值。式中，NPV——净现值；CIt——第t年的现金流入量；COt——第t年的现金流出量；Kt——第t年的投资支出；COt’——第t年除投资外的现金流出量，；n——项目寿命年限；io——基准折现率。项目可行性若NPV≥0，则项目可行；若NPV<0，则项目不可行。在多个方案中，NPV越大越好。基准折现率基准折现率io又可称为目标收益率，是决策者对资金时间价值的估值。它由三部分组成：r1被称为投资的机会成本。即这笔资金如果投资别的项目可能得到的盈利率。基准折现率不能低于机会成本，否则投资该项目就没有意义。机会成本中包含了向银行贷款所付的利息。

r2被称为年风险贴水率。由于在做可行性研究时无法预计到项目执行期内投资环境、市场环境和项目采用的技术可能会发生什么变化，如果有不利的变化就可能导致项目的收入减少，也就是存在一定的风险。为了补偿可能出现的风险，就要考虑一个适当的风险贴水率。也可在保险公司投保来以转移风险。

r3即年通货膨胀率。基准折现率的近似因为r1、r2、r3都是很小的数，因此基准折现率可近似表达为：净年值把项目的净现值NPV分摊到寿命周期内各年（从第1年到第n年）所得到的等额年值。式中，NAV——净年值； ——资金回收系数。若NAV≥0，则项目可行；若NAV<0，则项目不可行。

费用现值与费用年值如果比较多个方案，且各方案需要的投资额相同，或多个方案均能满足同样需求但产出效益无法用货币的价值形态来衡量（比如项目具有环保、教育等社会效益），可以用费用现值或费用年值来评价。费用现值费用年值在多方案中，费用现值或费用年值最小的方案为最优。例题从这个例题可以看出，有的方案看起来要增加一些初投资，但从长期的能源费开支、运行费开支来看却是十分经济的。这也表明了节能项目投资与回报的辨证关系。内部收益率净现值为零时的折现率。它也是经济评价的一个重要指标。解下述方程可以得到内部收益率IRR：这是一个高次方程，通常只能用试算法来解。即假定两个折现率i1和i2，i1<i2，分别计算出对应的NPV1和NPV2，如果NPV1>0，而NPV2<0，则有：如果IRR大于基准折现率io，则项目可行。动态投资回收期用试算法解出下面的方程：得到Tp便是动态投资回收期（年）。例题项目寿命周期成本所谓“寿命周期成本（LCC,LifeCycleCost）”，是指建筑物或设备从设计、建造、使用直到拆毁的全过程的耗费。即产品“从摇篮到坟墓”的整个生命历程中的耗费。由于建筑物在建造过程中是在短时间内集中支出，并且这些支出又会体现在售价或租金之中。因此建造成本（即初投资）容易引起人们的重视。而使用过程中的能耗、维护、运行管理等的支出往往是建造成本的数倍，但由于它是分散支出，所以人们会忽视，造成很多建筑物（或产品）“买得起，用不起”。办公楼的寿命周期成本（LCC）组成（1）初期建设28.9％规划＋地产3.2结构工程7.0外装修4.5内装修4.8设备安装9.3办公楼的寿命周期成本（LCC）组成（2）设计2.3％初步设计1.6改造设计0.7办公楼的寿命周期成本（LCC）组成（3）运行50.1％光热水17.7空调热源2.9空调输送2.6换气1.6照明插座4.8电梯0.6供热水0.3其它用电设备1.3厨房用煤气1.3上下水处理1.3一般废弃物处理0.9维护管理22.5维护、清扫、安保19.3一般管理3.2

修缮9.9外装、内装修缮3.2设备维修6.7办公楼的寿命周期成本（LCC）组成（4）改造工程14.5％内装修改造4.8设备改造9.6废弃处理4.2％结构、构造3.2设备1.0寿命周期成本计算公式在整个寿命周期里所有支出的净现值建筑物寿命周期成本式中，LCC——某一方案总寿命周期成本的净现值

I——初投资的净现值

Repl——设备更新投资的净现值

Res——寿命周期结束时的残值的净现值

E——能源费的净现值

W——水费的净现值

OMR——非燃料的运行、维护和修理费的净现值例题资产增值在房地产估价理论中，房产的价值可以用该房产的年净经营收入（NOI，NetOperatingIncome）除以房产的资本化率。式中，PV——资产价值（PropertyValue）；CR——资本化率（CapitalizationRatio）。这种估价方法在国外被称为“收入资本化方法”（IncomeCapitalizationApproach）。在中国被称为“收益法”。净经营收入NOI

出租型房地产的净收益为租赁收入扣除维修费、管理费、保险费和税金。商业经营型房地产的净经营收入为商品销售收入扣除商品销售成本、经营费用、商品销售税金及附加、管理费用、财务费用和商业利润。生产型房地产的净经营收入为产品销售收入扣除生产成本、产品销售费用、产品销售税金及附加、管理费用、财务费用和厂商利润。自用的房地产可以参照有收益的类似房地产的有关资料计算。资本化率CR

又称还原化率、收益率，是对收益性不动产进行评估的一个重要参数，反映不同投资领域的获利能力。市场提取法，即调查搜集市场上三宗以上类似房地产的价格、净收益等资料，用收益法计算公式求出资本化率。安全利率加风险调整值法，以安全利率加上风险调整值作为资本化率。安全利率，是选用同一时期的一年期国债年利率或中国人民银行公布的一年定期存款年利率。风险调整值应根据估价对象所在地区的经济现状及未来预测、估价对象的用途及新旧程度等确定。一般而言，CR在8～12％之间能源成本采取节能措施降低能源成本，可以使建筑资产增值。节约能源费，相当于增加了净收入NOI。

B方案的寿命周期成本比A方案少了82万，相当于平均每年增加净收入NOI=4万元。如果资本化率为CR=10％，那么这样一个节能方案可以使该办公大楼的资产增值40万。例题存在问题房地产估价师缺乏建筑节能方面权威性的信息。因为影响建筑能耗的因素很多。既使能耗数据或能源费帐单表明某一建筑降低了能耗，它还必须拿出气象数据和入住率等数据作为佐证。因此必须要有一套完整的评价方法和评价标准。第四章中的计算机模拟是一种比较好的手段。房地产估价师缺乏建筑节能技术方面的知识。在房地产估价程序中，也没有要求有建筑能量特性方面的评估要求。对节能措施可靠性的怀疑。建筑能效管理中的能量分析方法能量分析的两种方法依据能量的数量守恒关系，即热力学第一定律。通过分析，揭示出能量在数量上的转换、传递、利用和损失的情况，确定出某个系统或装置的能量利用或转换效率。由于这种分析方法和由此算出的效率是基于热力学第一定律基础之上的，故称为“能分析”和“能效率”，或称“第一种效率”η1。依据的是能量中Ex的平衡关系，即热力学第一和第二定律。通过分析揭示出能量中Ex的转换、传递、利用和损失的情况，确定出该系统或装置的Ex利用效率。由于这种分析方法和由此得出的效率是基于热力学第一定律和第二定律的基础之上的，故称为“Exegy分析”和“Exegy效率”，或称“第二种效率”η2。系统的能量平衡系统能量E做功W热量Q能量平衡进入某个系统的能量E应等于系统对外做功W和离开系统的热量Q之和，再加上系统内部的能量积累。如果整个系统是稳定的，则系统内部的能量不发生变化，此时，能效率：热设备的热效率热设备的热效率表示为输出热量与输入热量之比。这类设备的热效率一般小于1。热泵和制冷机是热机的逆循环，是消耗一定的功，从低温环境中提取热量输送到高温端。因此热泵和制冷机的热效率被称为制热系数或制冷系数，也有称为“成绩系数”或“性能系数”的（COP）。因为它们从自然环境中获取能量，所以COP常常是大于1的数值。热泵与制冷机高温热源T可逆热机低温热源ToQQoW热泵或制冷机的性能系数热泵：制冷机：式中， －Q——向高温热源提供的热量（负号表示与图中箭头方向相反）； －Qo——从低温热源提取的热量（即提供的冷量）； －W——压缩机做的功；

To——低温热源的绝对温度（K），即制冷机（热泵）的蒸发温度；

T——高温热源的绝对温度（K），即制冷机（热泵）的冷凝温度。COP实际的COP还要乘以制冷机（热泵）的效率。制冷机（热泵）的机械效率与循环的不可逆性、系统散热和压缩机的机械效率有关。一般在0.4～0.7之间。例如一台制冷机的冷凝温度是35℃，蒸发温度是5℃，效率为0.4，则它的COP为3.7。降低冷凝温度或提高蒸发温度可以提高COP；反之，则会降低COP。通常我们把电动制冷机（热泵）当作“黑箱”，将在一定环境条件下输出的冷热量去除以输入制冷机（热泵）的电功率作为该机的额定COP。其单位为kW/kW。电动压缩式制冷机vs.直燃型溴化锂吸收式制冷机电动制冷机的制冷系数为制冷量与输入电功率之比，没有考虑发电机组在发电过程中的损失、输配电过程的损失等。溴化锂吸收式制冷机的热力系数仅表明生产一定的冷量时需要消耗的热量，它没有反映出这些热量怎样来的；如果是蒸汽驱动的溴化锂吸收式制冷机，其热量为蒸汽的热量而没有考虑锅炉产生这些蒸汽的损失；如果是直燃型溴化锂吸收式制冷机其热量即为消耗的燃料（燃油、燃气）所提供的热量。能耗比较进行不同制冷机比较的时候，一定不能混淆各自所消耗的究竟是一次能源还是二次能源。比较的基准应统一设为一次能源的利用率，即单位制冷量或制热量所消耗的一次能源量，用PER（PrimaryEnergyRatio）或EER（EnergyEfficiencyRatio）表示，单位为kW/kW。水冷电动压缩式冷水机组的一次能利用率

式中：

Q0――制冷机的制冷量，kW；

W――输入制冷机的电量，kW；

Wlf――冷却塔风机的耗电，kW；

Wlb——冷却水泵的耗电，kW；

ηf――电厂的供电效率；

ηw――电网的输送效率；

ηy――压缩机的电机效率。电动压缩式风冷热泵的一次能源利用率我国火力发电的发电效率和电网效率年度发电煤耗克标准煤/kWh电厂供电热效率％线路损失率％199039228.778.06199139031.98258.29199338430.168.52199438132.78.73199537932.838.77199637732.948.53199737532.958.21199837333.088.131999369

33.468.1200036333.84

7.81电力驱动制冷机（热泵）的一次能利用率根据我国的具体情况，取电厂的发电效率ηf＝35％、电网的输送效率ηw＝92％。电力驱动制冷机（热泵）的一次能利用率为：

溴化锂吸收式制冷机的驱动热源为蒸汽时的一次能源利用率直燃型溴化锂吸收式制冷机的

一次能源利用率

水冷系统的冷却塔能耗冷却水系统包括水泵、输送管道和冷却塔。冷却水泵及冷却塔风机均要消耗一定的电能。冷却水泵的电能按下式估算：式中， Wlb——冷却水泵的耗电，kW；

1.05——富裕系数；

L——水泵的流量，l/s；

H——水泵的扬程，mH2O；

ηp∙ηm

——水泵与电机效率的乘积，一般取0.6～0.7，大系统 可取高值。水冷系统的冷却塔能耗冷却塔风机的耗电项目压缩式制冷系统溴化锂吸收式制冷系统冷却塔耗电0.0047~0.0080.007~0.012归纳对能效率的分析要用统一的标准。用不同能源的热设备在做能效率比较时应将二次能源转换成一次能源。风冷热泵机组的一次能效率较低，主要原因是我国火力发电的总体效率比较低。对设备系统的能效分析不能只着眼于主机，而要将各种耗能的辅机全部考虑在内。能效率分析仅是能耗特性的数量上的分析。从管理者的角度来说还需要能耗的质量分析，更需要经济分析。在充分市场化的条件下，数量、质量和经济性是相互关联的。除了要了解设备系统在额定工况下的能源效率，更需要掌握设备系统在部分负荷下的能耗特性。在一定意义上，后者更为重要。建筑能效管理中的Exergy分析Ex分析法能分析方法，是基于热力学第一定律，即能量平衡原理。提高能量利用效率，是人们比较熟知的节能途经。节能还有一个更重要的层面，就是要使能源的利用尽量合理，做到“物尽其用”。热力学第一定律指出各种形式的能量在数量上的关系（比如1kWh电全部转换成热量相当于123g标准煤完全燃烧所放出的热量）。Ex分析法基于热力学第二定律，指出不同形式的能量在质量（品质）上的差别。用电直接加热采暖，就属于不合理用能；而用电驱动电动机，带动热泵从室外低温环境下采集热量向室内供暖就属于合理用能。Exergy一定形式的能量与环境之间完全可逆地变化，最后与环境达到完全的平衡，在这个过程中所做的功称为Exergy。当系统由一任意状态可逆地变化到与给定参考状态相平衡的状态时，理论上可以无限转换为任何其他能量形式的那部分能量，称为火用。对于孤立系统来说，系统火用损失是参考状态的温度与熵产的乘积，因此熵产和火用损失分析热力过程是同一体系的问题。熵产（或火用）是用于研究热功转化过程的热学参数。CompanyLogoEx分析示意图可逆热机做功低温热源To高温热源TQQoW以做功形式传递的能量全部是Ex一台卡诺热机从高温热源吸收热量Q，对外做功W，向低温热源（低温热源是温度为To的环境）放热Qo。热量Q的Ex为：火无在环境条件下任一形式的能量在理论上能够转变为有用功的那部分称为能量的Ex，其不能转变为有用功的那部分称为该能量的火无Axergy能质系数在理论上，电能和机械能的能量完全可变为有用功。即：能量＝Ex，φQ＝1。电能和机械能的能质最高，是高级能量，或所谓“高品位能量”。而自然环境中的空气和海水都含有热能，但其能量＝Ax，不能转变有用功，φQ

＝0，是一种低品位能量。介于二者之间的能量则有：能量＝Ex+Ax。如燃料的化学能、热能、内能和流体能等。不同温度下几种能源形式的能质系数能源形式能质系数基准温度10℃基准温度28.6℃基准温度-1.6℃电111天然气0.6240.6080.633煤0.4400.4190.454蒸汽（以0.8MPa为例）0.3190.2740.347热水（以90～70℃为例）0.1980.1450.231热水（以98～82℃为例）0.2200.1690.252热能利用不应将高能级的热能用到低能级的用途；尽量实现热能的梯级利用，减小应用的级差。电采暖问题假定环境温度为0℃（273K），采暖室内温度为20℃（293K）。则热量Q的能质系数为：电能的能质系数为1。二者之间能质系数之差为0.932。就是说，电能转换为热能后，其绝大部分的电Ex退化为没有用的Ax。这是严重的浪费。不是数量上的浪费，而是质量上没有按质利用，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）与热量Ex之比建筑采暖假定环境温度为0℃（To=273K），采暖室内温度为20℃（Ta＝293K），用不同品位的能量采暖其Ex效率是不同的。用绝对压力为1MPa的饱和蒸汽（Tb＝453K）作为采暖热源用热效率为60％的煤气炉作为采暖热源(燃烧温度Tb＝2300K)用温度为40℃的热水作为采暖热源建筑采暖空调系统Ex分析锅炉或直燃机制热电力驱动的热泵蒸汽压缩式制冷直燃机制冷燃料的化学Ex气体燃料液体燃料ΔHu,h为燃料的高位热值。空调冷源Ex流图空调制冷装置TW2EXW2TW1EXW1输入EXW(EXQo)冷量EXQEx平衡方程式式中，EXw——电力驱动制冷装置的输入功率；EQo——输入直燃机的燃料Ex；EXW1，EXW2——分别表示进出制冷装置冷却水的Ex