暖通空调方案经济性评价模型与模拟方法

暖通空调方案经济性评价模型与模拟方法

0暖通空调方案的经济性评价暖通设备工程是一项涵盖广泛、内容广泛、复杂多样的系统工程。对于同一房间的要求，可以有各种各样的解决方案。我们最终应该选择哪种方案？选择的依据是什么？我们应该以少量能源消耗为基础。还是第一次投资少。或者以运营管理方便、运营成本少为基础。事实上，对暖通设备系统性能的全面、公正评估至少包括两个方面（见图1）。另一方面，通过对该系统的运行进行年度全球流程的模拟分析，可以得到该系统所能提供的室内空间环境的参数，并以满足使用要求的满意率作为该方案的可行性评估。另一方面，计算该方案的初始投资和运营成本，并将该方案的使用寿命成本作为评价该方案的经济因素。然后设计人员结合这两方面的评价,权衡利弊,确定功能与成本最佳匹配的暖通空调设计方案。因此,方案的经济性评价是暖通空调设计过程中必不可少的环节。建筑环境系统设计是一个循序渐进并且不断反馈的过程,系统设计应分阶段进行。因此,暖通空调方案的经济性分析,必须针对每个设计阶段不同的设计任务,对本阶段拟采用的多个方案的经济性进行预测和比较,从而在不同的设计阶段,为暖通空调设计师及工程建设部门提供方案选择的经济性依据。本讲将首先介绍目前暖通空调方案经济性分析的研究现状,然后阐述DeST中暖通空调方案的经济性分析所选用的模型与模拟方法,最后辅以实例来详细说明。1暖通空调设计能耗分析由于暖通空调方案的经济性是决定方案是否选用的重要指标之一,目前已有相当多与此相关的研究成果发表,大多是针对暖通空调设计过程中某一阶段的某个具体问题。同时目前的大部分能耗模拟软件,例如美国的EnergyPlus,也都涉及到暖通空调方案能耗的经济性分析。下面分别进行简要介绍。1.1对冷热源设计的经济性分析国内外已经有相当多关于暖通空调方案经济性的研究,大多是针对设计过程中的某个具体问题的经济性进行的分析,很少对暖通空调系统整体经济性计算方法作研究。正是由于缺乏整体系统的方法,在分析某个局部的具体问题时就无法避免分析的片面性。比如建筑部件经济特性的研究,在此类研究中建筑部件的经济性分析模型存在以下不足:在计算初投资时,一般只考虑到改进型建筑部件与基准建筑部件的差价所引起的初投资增加部分,而没有考虑到因改进建筑部件减少了建筑的冷热负荷,从而减小空调末端设备和冷热源的容量所减少的初投资部分。另外,目前的经济性分析依然是从原先单点设计的角度上去分析考虑,这样也会使其结果存在较大误差。比如,在冷热源选型研究中,当计算冷热源的运行费用时,一般是根据全年冬夏季建筑的冷热负荷,直接采用制冷机组额定的COP或者采用冷热源的平均出力、当量负荷率等指标,折合计算出冷热源的年耗电量或耗气量,然后再乘以固定的电价或燃气价得到冷热源设备的全年运行费。这样的计算方法存在以下不足:由于室内外参数等因素随时间变化,建筑物全年空调冷热负荷也随时间变化,制冷设备并不是全年都按额定工况运行,而是有时运行在部分负荷下。同时不同类型的冷热源设备在部分负荷下的运行性能差异很大,如果直接采用制冷机组额定的COP等固定常数来计算耗电量,会出现一定的误差,最终将会影响冷热源选型的经济性分析的可信度。1.2集成同步模拟的局限性EnergyPlus是美国能源部和劳伦斯·伯克利国家实验室继1998年停止DOE-2的开发后,重新开发的新的能耗模拟软件。它由四个主要模块构成:负荷模块、系统模块、设备模块和经济模块。模拟时采用集成同步的负荷模拟、系统模拟和设备模拟,这种方式无法独立进行负荷模拟、系统模拟和设备模拟,需要输入详细数据一同进行模拟。然而实际的空调设计过程是一个分阶段进行、逐步深化的过程,在不同的阶段需要不同的数据,面向不同的设计对象,解决不同的问题,随着设计的深入展开,未知数据逐步转变为已知。所以这种整体的集成同步的模拟限制了它在暖通空调设计过程中的应用,该软件主要用于详细设计完成之后的建筑能耗分析和评估,其经济模块用于计算满足负荷所需要的能源费用。因此,EnergyPlus的经济性模型不符合设计过程的循序渐进性,没有与暖通空调系统设计由浅入深的每一步紧密结合,也就不能在设计的不同阶段,当设计人员需要进行方案取舍时,提供出量化的依据。综上所述,对暖通空调系统设计过程中的经济性评价方法的系统研究亟待进行,迫切需要一种更准确、更方便、更有预见性的经济性计算方法,在暖通空调系统设计过程中对系统的各个部分及整体系统的经济性进行准确、方便的预测。2德尔菲热敏系统的经济分析2.1暖通空调方案分析本着“分阶段设计,分阶段模拟”的理念,建筑模拟软件DeST在开发过程中融合了实际设计过程的阶段性特点,将模拟划分为建筑热特性分析、系统方案分析、空气处理方案分析、冷热源及泵站分析和风系统分析共五大阶段。在设计的不同阶段对设计目标进行可行性分析,模拟出准确实用的可行性分析结果。同样,暖通空调方案的经济性分析也必须针对暖通空调系统设计由浅入深、逐步深化的这种过程,在设计的不同阶段,利用已有的信息,尽可能准确地评价拟采用的系统的经济性,从而为优化设计、比较方案提供经济方面的依据。下面将分别简述建筑环境系统设计过程中的各个阶段。2.1.1围护结构设计及其经济性分析在本阶段主要研究建筑物的本体,包括建筑的朝向设计、围护结构设计、房间功能及内扰设计等。其中围护结构的热性能是影响建筑环境状况和能耗状况的一个重要因素,因此围护结构的优化设计有着十分重要的意义。围护结构设计又包括确定建筑几何形状和窗墙比、选择建筑材料、设计遮阳部件等。DeST根据设计者提出的不同建筑设计方案,对建筑进行全年逐时的温度模拟和供暖空调能耗计算,同时进行相应暖通空调方案的经济性分析。通过建筑方案设计阶段的模拟分析,进行不同方案之间的对比,对建筑主体设计本身提出有利于建筑节能的意见同时确保其经济合理。2.1.2其他系统设计方案的比较在本阶段主要是进行分区方案及空调系统形式的设计,这是空调系统设计中至关重要的一个环节,该设计的优劣在极大程度上影响建筑使用时的冷热状况,以及空调系统能否满足人员热舒适的要求。目前的分区方案及空调系统形式设计大多还停留在依赖经验和简单手工计算基础上,而建筑的复杂性使得这种设计往往不能满足舒适性和经济性的要求。在对建筑热状况进行全年逐时模拟的基础上,根据设计人员提出的不同设计方案,比如全空气系统或风机盘管系统,DeST模拟出各房间全年的温度状况、不满意率及要求的空调设备出力,同时对不同系统方案的经济性作分析,使设计人员可从可行性和经济性两个方面对不同的系统设计方案进行比较。通过系统方案设计阶段的模拟分析,对不同的系统方案进行对比,辅助设计人员确定既能满足使用要求又经济合理的系统方案。2.1.3其他总体设计方案确定分区方案及空调系统形式后,应该进行空气处理设备的设计与校核。设计人员确定一种设备组合,如热回收器+表冷器+加湿器。DeST在方案设计模拟结果的基础上,对选取的设备类型及容量进行全年逐时的校核计算,给出不满足系统要求的时刻以及空气处理方案的能耗。同时DeST根据选取的空气处理设备,还作出相应较为准确的经济性分析,可以为用户选择节能经济的空气处理方案提供依据。在进行方案选择之后,后续设计分成两个主要的分支:水系统的设计和风系统的设计。水系统的设计主要解决冷热源以及水泵的选型及校核,风系统的设计主要解决风网设计和风机的选型及校核。2.1.4逐时冷热量的校核制冷站设计是空调系统设计非常重要的内容,制冷机的容量和台数搭配对系统初投资和运行费的影响均很大。目前的制冷站设计还大多停留在简单单点手工计算基础上,而建筑物使用的复杂性使得这种设计往往不能满足舒适性和经济性的要求。DeST根据空调处理设备提出的全年逐时冷热量要求,对选定的冷热源、水泵的设备类型及容量进行全年逐时的校核计算,给出不满足要求的时刻以及相应的冷热源和水泵的全年能耗。同时DeST根据选取的冷热源和水泵类型、容量及运行能耗,进行更为准确的经济性分析,帮助设计者确定既能满足使用要求又经济合理的冷热源、水泵方案。2.1.5风系统方案的确定根据空调系统方案模拟及空气处理设备模拟结果得到的各个房间及末端的风量需求,进行空调风系统设计计算,确定风机等设备型号,校核设计方案在全工况下是否能满足逐时的风量要求,并模拟计算全年的风机系统的运行能耗。同时DeST进行较准确的经济性分析,帮助设计者确定既能满足使用要求又经济合理的风系统方案。上述各个不同设计阶段需要解决的问题汇总见表1。DeST在设计的不同阶段针对不同的设计任务进行相应的模拟分析。图2所示为DeST的软件结构,它是由多个单独的模块相互连接构成的。图中的各个模块与各设计阶段对应,各个模块的简介可参见第1讲。DeST在设计的不同阶段能提供出准确实用的可行性分析结果,详细情况见表2。如建筑热特性的模拟计算提供建筑的冷热负荷,方案模拟则提供系统方案的运行效果及能耗,等等。各部分详细的理论论述及实例可参考本专题的前9讲[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13]。本讲将着重论述在不同设计阶段的经济性分析的方法。这样DeST在每一设计阶段,给出拟采用的暖通空调设计方案的可行性评价的同时,并行分析该方案的经济性,为每一步设计方案的选择提供了方案可行性与经济性两方面的决策依据。2.2缺省模型分析随着设计的不断进行,已知信息不断增多,但要准确、合理、可靠地预测暖通空调系统的经济性则需要绝大部分设备、材料的具体型号、规格和数量,根据这些具体的信息,才可以准确计算系统的初投资、运行费等经济性参数,给出整体准确的经济性评价。然而在设计初始的不同阶段,在最需要作经济比较的时候,可用的确定信息最少。相反,等到工程设计进行到可以得到上述详细信息时,经济评价工作又失去其意义,起不到预先指导人们选择空调方案的作用。为了解决这一矛盾,DeST中经济性分析的主要思想就是在设计的每一个阶段,对已经模拟计算的部分采用模拟结果的详细数据;对未知的部分,根据已有的模拟结果,按照常规单点设计方法,为设计人员预选后续的设备及其容量,并完成预选系统和设备相应的模拟计算,得到大部分设备、材料的具体规格和数量,然后逐项准确计算系统的初投资、运行费参数,给出较准确的经济性评价。在DeST中把各阶段预选设备并模拟分析的模块称为对应其阶段的缺省模型。缺省模型包括以下两部分内容:a)依据设计人员确定初步的方案,按照常规单点设计方法,为设计人员预选后续的设备及其容量。DeST采用了目前暖通空调设计中通用的设计方法,本讲不作详细阐述,具体可参考DeST的技术文档。b)完成“预选系统和设备”相应的模拟计算。其模拟计算原理同标准模块,内容可参见本专题的前9讲[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13]。随着设计的不断深入,缺省模型逐步被标准模型取代,最终在设计完成之后,得到准确完整的经济性结果。下面分阶段进一步详细说明。2.2.1定风力式电机设备的选型在本阶段主要研究的是建筑物的本体,即进行标准的BAS模块的模拟,得到了建筑物全年逐时的冷热负荷,而其他信息还未得到,此时要进行比较准确的经济性评价是有难度的。DeST的做法是首先根据已有的信息,由设计人员确定以下初步的设计方案。a)空调系统的形式:定风量、变风量、风机盘管等;b)冷源的类型:离心式、活塞式、螺杆式、溴化锂吸收式、水冷冷水机组、风冷冷水机组等;c)热源的类型:城市集中热网,燃油、燃气、燃煤锅炉,溴化锂吸收式冷热水机组,空气源热泵机组,水冷热泵机组等。如果设计人员不予确定,DeST将默认采用上述方案中的第一个方案。然后按照常规单点设计方法,为设计人员预选后续的设备及其容量,具体如下。a)DeST根据内部设定的系统分区规则进行空调系统的分区划分。比如当房间进深超过7m时,将离外墙4m处设为内外区的分界线等。然后根据设计人员确定的空调系统形式,比如全空气定风量系统(以下都以此为例进行说明),由BAS模块模拟得到的房间尖峰负荷,按照式(1)计算出系统的额定送风量。L=3600QxρcpΔt(1)式中L为送风量,m3/h;3600为换算系数,s/h;Qx为室内尖峰显冷负荷,kW;ρ为空气密度,可取1.2kg/m3;cp为空气比定压热容,可取1.01kJ/(kg·℃);Δt为送风温差,可取8℃。b)DeST按照常用的混风段、粗效过滤段、6排表冷段、送风段估计组合式空调箱的组成。取固定新风比为0.15。c)由设计人员确定的冷源类型,比如电动活塞式制冷机,首先根据已经计算出来的空调逐时冷负荷,考虑1.1的冷量损耗系数,得到制冷站设计的最大计算冷负荷、平均小时冷负荷,作为选择制冷机的依据。制冷机台数的设置对于不同的制冷机形式有着不同的考虑,例如对于活塞式制冷机组,当制冷量为580～1750kW时,台数设置为两台等。DeST目前已有几个简单的制冷机台数设置策略模块供用户选用。DeST中设有比较完备的设备库,根据制冷站最大计算冷负荷及台数进行制冷机的自动匹配选型。热源选型同理。d)水系统默认采用二次泵定速系统。一次泵的流量等于冷水机组的额定流量,并附加10%的余量。扬程为克服一次环路的阻力损失,其中包括一次环路的管道阻力和设备阻力,设备阻力由已选制冷机设备的额定阻力确定,管路阻力由预先给定的阻力系数S值与额定流量求得,并考虑10%的附加余量。一次泵的数量与冷水机组台数相同。二次泵的规格数量一般根据建筑使用功能等因素分成几个区,根据每个区具体的冷负荷确定水泵流量,根据每个区水网的阻力确定水泵的扬程。但是在初步设计阶段,还没有对分区进行设计,只能采用估算的方法确定。简单来说,可以采用二次泵的流量和数量与一次泵相同,二次泵的扬程按预先给定的用户侧阻力系数S值与额定流量,并附加10%的余量求得。e)对于定风量系统,风机的数量同组合式空调箱,风量同组合式空调箱的额定风量,扬程为克服环路的阻力损失,其中包括设备阻力和风道阻力,设备阻力由已选空调箱设备的额定阻力确定,风道阻力按给定的阻力系数S值与额定风量求得,并考虑10%的附加余量。f)完成上述预选系统和设备相应的模拟计算。上述的过程即执行了缺省Scheme、缺省AHU、缺省CPS、缺省DNA的模拟。这样,就得到了绝大部分设备、材料的具体型号、规格和数量,及其相应的能耗,然后将上述信息传输到经济分析EAM(economicanalysismodel)模块平台,逐项计算暖通空调系统的初投资、运行费,给出较准确的经济性评价指标——寿命周期费用。在本阶段BAS模块已经进行了详细的模拟,采用的是标准的模块。而后面的模块实际上还未进行设计,所以采用的是缺省模块。2.2.2预调方案scheme模拟在本阶段进行的是空调系统形式及分区方案设计,研究的是不同环境控制方案的运行效果,也即进行标准的Scheme模拟,而后续的未进行设计部分采用缺省AHU、缺省CPS、缺省DNA的模拟。2.2.3未进行标准化的ahu模拟确定空调系统形式及分区方案后,本阶段设计的是空气处理设备,即进行标准的AHU模拟,而其余未进行设计部分采用缺省CPS、缺省DNA的模拟。2.2.4冷源和水泵的分类分类本阶段的研究目的是选择冷热源并校验,CPS采用标准模块。水系统设计完毕。2.2.5风分析仪阶段的dna本阶段进行空调风系统设计,DNA采用标准模块。风系统设计完毕。2.2.6暖通空调系统经济性评价在对暖通空调系统各个部分都进行了模拟分析后,得到了绝大部分设备、材料的具体规格和数量及其相应能耗,根据这些具体的信息,逐项准确计算暖通空调系统的初投资、运行费等经济性参数,给出整体准确的经济性评价。3空调系统水系统的管道规格及长度的估算本节将详细介绍DeST中暖通空调方案的经济性分析平台,即经济性分析EAM模块。在DeST的模拟结果中得到了绝大部分设备、材料的具体规格和数量及其相应能耗,比如制冷机、冷却塔、锅炉、热泵、换热器、空调箱、风机盘管、风机等设备的数量及其能耗。但仍有部分设备、材料的规格数量没有设计出来,比如风管、风管保温、风口、风阀、水管、水管保温、水过滤器等。这样就无法进行详细计算,所以DeST中采取估算的方法估计未知设备、材料的规格数量,半准确、半估算地给出暖通空调系统的经济性参数。具体如下。a)风管:通过对典型布置的暖通空调系统所消耗的钢板的数量进行研究分析,得知风管的面积与风管的送风量、输送的建筑面积、输送面积的形状系数有关,即得到以下经验关系式:F=f(G‚A‚S)(2)式中F为风管的面积,m2;G为风管的送风量,m3/h;A为风管输送的建筑面积,m2;S为风管输送面积的形状系数。b)风管保温:采用目前暖通空调工程一般采用的30mm厚的带铝箔的离心玻璃棉板作为风管的保温材料,依据上述估算的风管面积来估算出保温材料的用量。c)风口:按以下常规经验进行估算,对商场、餐厅类建筑的全空气系统按照1000m3/h空调送风量配一个300mm×300mm的方形散流器估算;对于全空气系统的办公室,按照600m3/h空调送风量配一个250mm×250mm的方形散流器估算;对于风机盘管,按照每台盘管配两个1000mm×200mm风口估计等。d)风阀:一般情况下,每台组合式空调箱的送风道和回风道各安装一个消声器和防火阀,规格同送风道和回风道的尺寸。根据《采暖通风与空气调节设计规范》对送风风速的规定,取送风干管的风速为8m/s,由风速和总风量可确定送风道的尺寸和防火阀、消声器的规格等。e)水管:通过对典型布置的暖通空调系统所消耗水管的规格数量进行分析研究,总结出水管的规格和长度根据水管输送的水量、输送建筑面积、输送面积形状系数计算的经验公式,依此来估算水系统中水管的规格和长度。f)水管保温:采用目前一般采用的带铝箔加筋隔汽层的离心玻璃棉保温管套作为空调水管的保温材料,厚度一般为50mm。根据水系统所用的各种管径的水管的数量,按下式计算出水管保温材料的使用量:V=∑iπ(di+δi+δi×3.3%)×(δi+δi×3.3%)li(3)式中V为水管保温材料的使用量,m3;di为管径,m;δi为管径为di的管道的保温材料厚度,m;li为管径为di的管道长度,m;3.3%为保温材料允许的超厚系数。g)水过滤器:一般情况下,每台组合式空调箱的进水管装有一个水过滤器,规格同该空调箱总水管接管的管径,水管的管径可由下式算出:d=0.01746√QΔtv(4)式中d为空调箱水管接管管径,m;Q为空调箱的供冷量,kW;v为管内水流速,根据文献的推荐值可以取1.5m/s;Δt为冷水供回水温差,一般为5℃。3.1暖通空调设备费用估算暖通空调系统的初投资即系统的初始造价,它包括主要设备、材料的购置费,施工的人工费、机械费、材料费,其他直接费,施工临时设施费,现场经费,企业管理费,利润,税金等。暖通空调系统初投资的具体计算方法如下:暖通空调系统初投资=直接费+其他直接费+临时设施费+现场经费+企业管理费+利润+税金其中直接费=∑i空调设备、材料i的数量×空调设备、材料i单价下面以现行的《北京市建筑工程概算定额》为基础,来介绍式中各项值的确定方法。a)空调设备、材料数量制冷机、冷却塔、锅炉、热泵、换热器、空调箱、风机盘管、风机等设备的数量直接从DeST模拟计算的结果获得。对于模拟分析未得到的暖通空调设备的规格和数量,按照常规暖通空调工程的一般情况,根据已知设备的规格和数量推导出。具体的估算方式如前所述。b)空调设备、材料单价制冷机、锅炉、空调箱、风机盘管、风机、水泵、冷却塔、换热器、分集水器、水处理器等设备的概算单价采用其设备本身价格加文献中的相应概算子目的定额价格,定额价格包含施工安装的人工费、机械费和安装辅材费。消声器、风阀、镀锌钢板风道、镀锌钢管、风口、水阀等采用文献中的相应概算子目的定额价格,定额价格除了包含施工安装的人工费、机械费和安装辅材费外,还包含材料本身的主材费。经济性分析EAM模块中建立了主要暖通空调设备、材料的价格库。c)其他直接费=直接费中的人工费×相应费率其中直接费中的人工费=∑i空调设备、材料i数量×空调设备、材料i安装人工费其他直接费内容包括:脚手架使用费、中小型机械使用费、材料二次搬运费、冬雨季施工增加费等。费率根据建筑物的类型(住宅、公用建筑)与檐高的不同来确定。d)临时设施费=(直接费中的人工费+其他直接费中的人工费)×相应费率临时设施费包括:临时宿舍、办公室,现场施工临时的道路、水、电管线等。e)现场经费=(直接费中的人工费+其他直接费中的人工费)×相应费率现场经费是指项目经理部组织施工过程中所发生的费用,包括办公费、业务招待费等。f)企业管理费=(直接费中的人工费+其他直接费中的人工费)×相应费率g)利润=(直接费中的人工费+其他直接费中的人工费)×相应费率h)税金=(直接费+其他直接费+临时设施费+现场经费+企业管理费+利润)×相应费率3.2运行费的计算运行费是暖通空调系统很重要的一个经济性指标,有的系统虽然初投资较高,但是运行费却较少,因此综合的经济性能不一定不好。所以,暖通空调系统经济性预测的另一项重要任务就是要计算出待评价系统的运行费,以便更合理地评价方案的经济性。各种空调设备的能耗直接从DeST模拟计算的结果获得,其运行费的详细计算方法如下:空调系统运行费=∑j∑iWi,j×ΡEk,i(5)式中Wi,j为设备j在第i时刻的能耗,由DeST模拟计算得到;PEk,i为第i时刻能源k的单价。对于具有一定规模的暖通空调工程,必须设置专业人员进行运行管理和维修,确保系统及设备安全有效运行。比如,制冷压缩机运行700～1000h应进行小修,小修主要内容包括:清洗并检查气缸,更换曲轴箱冷冻油等;运行2500～3000h应进行中修,中修主要包括:检查制冷机气阀及截止阀,检查气缸与活塞,检查轴封,清洗润滑系统等。因此暖通空调系统的运行费还必须包括运行管理和维修的人工、材料费用。DeST目前已有简单的暖通空调系统的运行管理和维修费的计算模块。使用者在作方案比选时,可以选择是否计算系统的运行维修费用,也可以根据实际情况,自行编程计算其准确的运行管理和维修费用。3.3寿命周期费用指标在计算出暖通空调系统的初投资、运行费后,单从这两个参数还不能直观地确定哪个方案更经济,因为可能有的方案初投资高但运行费低,而有的方案初投资低但运行费高。只有综合考虑了初投资和运行费共同作用的经济性指标才能对暖通空调系统的经济性作出全面、公正的评价,使各个方案的经济性孰优孰劣一目了然。常用的经济性指标主要有偿还年限(回收年限,也称追加投资回收期)、年计算费用、寿命周期费用LCC(lifecyclecost)和净现值NPV。这几种经济性指标均是综合考虑了初投资和运行费的综合效果。前两种指标为静态指标,不考虑资金的时间价值,后两种为动态指标。根据暖通空调项目经济性评价的特点,各个方案比较的前提是各方案均能满足空调要求,认为各方案产生的效益相同,所以不考虑各方案产生的效益,只考虑各方案引起的费用,因此,寿命周期费用是比较适合暖通空调经济性评价的指标。寿命周期费用是将项目的初投资、项目设计寿命内每一年的运行费,按照折现率折算成项目开始时的资金现值。寿命周期费用的大小综合反映了项目初投资以及每年的运行费的情况,寿命周期费用越小,项目的经济性越好。寿命周期费用的计算公式如下:LCC=n∑t=0CΟt(1+i0)t(6)式中COt为第t年的费用,CO0表示项目的初投资;n为计算期(项目的寿命周期);i0为基准折现率。项目计算期n包括建设期和生产经营期。建设期根据项目的实际情况确定,生产经营期一般不宜超过20年。对于某些水利、交通项目,生产经营期的计算年限可适当延长。对于常规的暖通空调项目,计算期一般为20年。基准折现率i0指行业财务基准收益率,它是各行业项目评价财务内部收益率指标的基准判据,代表行业内投资资金应当获得的最低财务盈利水平,代表行业内投资资金的边际收益率。行业基准收益率是按现行财税价格条件,根据各行业代表性企业近几年的统计数据、新项目可行性研究资料以及行业的综合统计资料,按统一方法估计测算,在取值时考虑了国家产业政策、行业技术进步、资源状况、价格结构等因素后综合研究测定的。由于文献中没有给定暖通空调行业的基准折现率,所以按照经济评价中的社会折现率计算,取为12%。3.4经济分析的片面性综上所述,DeST中暖通空调方案经济型模型具有以下特点:a)全面性。暖通空调方案初投资包含的内容很多,不仅包括设备材料的购置费、安装费,还包括各种取费和税金。初投资模型基本囊括了方案的全面造价,从整体上得到了方案的初投资。这样在分析某个局部的具体问题时,由它导致的一系列连锁反应所引起的初投资变化都能考虑在内,避免经济分析的片面性。比如,在设计暖通空调系统方案的阶段,需要确定空调系统形式,是变风量系统,还是定风量系统或风机盘管?一方面对不同方案进行可行性分析,得到方案的整体满意率;另一方面,需要对不同方案作初投资分析,因为不同系统方案不仅仅在于空调末端的设备不同,风道、风阀、风口、风道保温、水管、水管保温等也不同。现在的初投资模型就能完全涵盖不同空调系统形式之间的差异。运行费模型也克服了单点估算的不精确性缺陷,对全年逐时能耗进行了统计和分析,所以也方便进行分时电价的统计计算。b)实用性。初投资模型已经达到了设计概算的细化程度,而且在每步的设计过程中可以直接生成相应的概算书。各个设备材料的数量、规格一目了然,有理有据,真正实现了辅助设计的功能。运行费计算书也可以对今后设备的运行管理提供一定的指导意义。c)开放性。经济性分析EAM模块建立了三大数据库:设备价格库、能源价格库以及概算定额库。这些数据库都是开放式的,可根据不同的地区、不同的价格水平、不同的现行定额作相应的调整和修改。4方案分析和经济性分析下面以一商用办公写字楼为例,针对暖通空调系统设计过程中的不同设计阶段,进行方案的可行性分析和经济性分析,以此来介绍经济性分析的方法和如何解决实际问题。4.1标准层建筑材料该写字楼位于北京,建筑面积32000m2,建筑高度80m,共20层,均为客户区。建筑标准层平面如图3所示,标准层建筑面积为1600m2,除去电梯间、空调机房和走廊,客户区面积为1515m2,层高为3.8m。外墙传热系数为0.64W/(m2·K)。办公室的室内控制参数及热扰情况见表3。4.2优化设计的不同阶段分析4.2.1暖通空调系统初投资及运行费的确定在本阶段着重分析外窗的优化选择,表4所示的是待选窗户的热工性能及调研的市场价格。对上述两种方案进行全年逐时的负荷模拟计算(即标准的BAS模块),计算结果见表5。从中可以看出,窗户采用中空Low-e后,建筑的尖峰和累计冷热负荷均有所减小。这样将会减少冷热源和空调设备的容量及其能耗。为了进一步分析不同的窗户方案对暖通空调系统的初投资和运行费的影响,需要根据现有的建筑冷热负荷预选后续的设备及其容量。首先,确定采用如下初步的暖通设计方案:a)空调系统的形式:定风量系统;b)冷源的类型:离心式冷水机组;c)热源的类型:城市集中热网。然后DeST按照常规单点设计方法,依据上面确定初步设计方案,预选后续的设备及其容量,并完成这些预选系统和设备相应的模拟计算,即执行缺省Scheme、缺省AHU、缺省CPS、缺省DNA模拟。DeST预选的设备及其模拟计算的能耗结果见表6,可见两种方案具体设备的选型和能耗均有所差异。将模拟计算得到的绝大部分设备、材料的规格和数量,及其相应的能耗等信息传输到经济分析模块平台,逐项计算暖通空调系统的初投资、运行费。最终统计结果见表7。由表7可看出,在该建筑中采用中空Low-e窗户方案的寿命周期费用与采用普通中空窗户相比,减少了225.03万元,增加投资回收期为5.27年,综合经济性能较好,建议采用该种方案。当然最终在确定方案时还需作详细的市场调研,以确保方案的合理性和可靠性。以下阶段方案的比较均是以中空Low-e窗户方案为前提。4.2.2外区采用定风力系统和变风量系统首先,由于房间的进深比较大,在距外墙2m处划分内外区。每层设空调机房,每个机房配置3台空调机组,分别负责外区和内区。系统分区如图4所示,系统2-1负责房间的内区,2-2负责西、北两面的外区,2-3负责东南面的外区。在本阶段着重分析空调系统方案的选择,提出以下两种空调系统方案:方案1:内外区都采用定风量系统;方案2:内区采用定风量系统,外区采用变风量系统。其中定风量系统换气次数为8h-1,变风量系统换气次数为2～8h-1,最小新风比为0.15。对上述两种方案进行全年环境控制方案的模拟计算(即标准的Scheme模块),并对模拟结果进行统计分析,见表8。从中可以看出,方案1比方案2的全年不满意小时数高3倍,达到了1044h,占全年总小时数的1/9左右。然后进一步分析两种方案的经济性,即执行缺省AHU、缺省CPS、缺省DNA模拟。方案2与方案1相比,部分系统改为变风量系统,初投资需要增加末端的变风量箱及其控制装置、变频风机等,运行费则相应减少。两种方案暖通空调系统的初投资、运行费的计算结果见表9。由表9可看出,在该建筑中采用方案2,寿命周期费用低,增加投资回收期为6.05a,综合经济性能较好。并且结合上述两种方案的可行性分析,方案2的满意率也较高。因此建议采用方案2。以下阶段方案的比较均是以内区采用定风量系统,外区采用变风量系统为前提。4.2.3空气处理设备的模拟计算选定空气处理段由