既有建筑空調(diào)通風(fēng)管道改造的節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法研究-

1、既有建筑空調(diào)通風(fēng)管道改造的節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法研究哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院孫楊李曉冬伍悅濱摘要針對(duì)目前國(guó)內(nèi)對(duì)于既有建筑空調(diào)通風(fēng)管道還沒有一種有效的方法用于更合理選擇和評(píng)價(jià)風(fēng)管系統(tǒng)的現(xiàn)狀 ,提出基于全壽命周期成本的價(jià)值工程來(lái)選擇和評(píng)價(jià)風(fēng)管系統(tǒng),并在實(shí)際工程中 ,采用該方法比較和分析國(guó)內(nèi)既有建筑改造的常見風(fēng)管系統(tǒng)的一次性投資、能耗費(fèi)、維護(hù)費(fèi)及其他性能 ,重點(diǎn)對(duì)各風(fēng)管在更關(guān)注節(jié)能性的價(jià)值工程權(quán)值的評(píng)估 ,為未來(lái)風(fēng)管研發(fā)和工程應(yīng)用提供方向。關(guān)鍵詞通風(fēng)管道;全壽命周期成本;價(jià)值工程0前言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展,人民物質(zhì)生活水平的提高,空調(diào)系統(tǒng)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用,與此同時(shí),空調(diào)系統(tǒng)需要消耗著

2、越來(lái)越多的電能和熱能。由于大量空調(diào)的使用,一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的空調(diào)能耗量占到總耗能量的45%,其中賓館建筑每平米年耗電量為100200kWh,而其中空調(diào)通風(fēng)占50%60%。因此,空調(diào)通風(fēng)管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性,對(duì)于提高整個(gè)社會(huì)的能源的有效利用率,減少能源的浪費(fèi),起著重要的作用。然而出于經(jīng)濟(jì)性考慮大多數(shù)用戶對(duì)既有建筑空調(diào)通風(fēng)管道的節(jié)能改造存在顧慮,本文采用基于全壽命周期成本的價(jià)值工程的方法來(lái)進(jìn)行評(píng)估讓讀者了解經(jīng)濟(jì)性與節(jié)能性在改造中可以實(shí)現(xiàn)雙贏。1 價(jià)值工程評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)述價(jià)值工程(ValueEngineering簡(jiǎn)稱VE,也稱價(jià)值分析(Value Analysis,簡(jiǎn)寫VA是價(jià)值系統(tǒng)與功能系數(shù)的比值。由

3、美國(guó)GE工程師Miles發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的旨在提高研究對(duì)象價(jià)值的思想方法和管理技術(shù),是運(yùn)用集體智慧和通過有組織的活動(dòng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行功能分析,研究如何以最低的壽命周期成本可靠地實(shí)現(xiàn)其必要的功能,從而達(dá)到提高產(chǎn)品價(jià)值的一套科學(xué)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法。價(jià)值工程的目標(biāo),是以最低的壽命周期成本,使產(chǎn)品具備它所必須具備的功能;價(jià)值工程的核心,是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行功能分析;價(jià)值工程將產(chǎn)品價(jià)值、功能和成本作為一個(gè)整體同時(shí)考慮,在確保產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)上綜合考慮生產(chǎn)成本和使用成本,兼顧生產(chǎn)者和用戶的利益,創(chuàng)造出總體價(jià)值最高的產(chǎn)品1。價(jià)值工程的基本計(jì)算式為:V j=F j/C j(1式中:V j為j種方案的價(jià)值或價(jià)值系數(shù);F j為j種方案

4、的功能或功能系數(shù),代表研究對(duì)象所具有的特定職能或用途的量化值;C j為j種方案的成本或成本系數(shù),指研究對(duì)象的全壽命周期或相對(duì)全壽命周期成本。根據(jù)價(jià)值工程的基本計(jì)算式所得的產(chǎn)品的價(jià)值系數(shù)越高,說明所選用的方案的性價(jià)比越高,反之則表明資源沒有得到更好的的有效利用,其性價(jià)比較低。2 價(jià)值工程評(píng)價(jià)模型的建立通風(fēng)管道用途評(píng)價(jià)模型的建立步驟:1確定研究對(duì)象。以通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)重要組成部分通風(fēng)管道作為價(jià)值分析的對(duì)象。2對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行功能分析。根據(jù)工程實(shí)踐對(duì)通風(fēng)管道的保溫性能、摩擦阻力、漏風(fēng)量、承壓能力、防火性能、防潮性能、消聲性能、重量、使用壽命、施工安裝10項(xiàng)指標(biāo)功能量化并進(jìn)行綜合評(píng)定2。3研究對(duì)象的功能評(píng)價(jià)

5、。上述功能在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中均能用客觀的量化指標(biāo)和主關(guān)感受來(lái)評(píng)價(jià)打分,在進(jìn)行綜合評(píng)定時(shí)應(yīng)通過專家運(yùn)用集體智慧確定權(quán)數(shù)K i來(lái)解決,并用兩者來(lái)計(jì)算功能評(píng)價(jià)系數(shù)。4研究對(duì)象的成本評(píng)價(jià)。用折現(xiàn)法來(lái)進(jìn)行全壽命周期成本計(jì)算。5方案評(píng)價(jià)優(yōu)選及實(shí)施。對(duì)每一個(gè)備選方案應(yīng)用式(1來(lái)考察其價(jià)值的大小,即通過計(jì)算功能系數(shù)和成本系數(shù)進(jìn)而計(jì)算出價(jià)值系數(shù)V,V值越大則說明通風(fēng)管道的綜合性能越好,可予以選擇。下面通過工程實(shí)例來(lái)驗(yàn)證該模型的有效性。3工程實(shí)例分析我們以廣州市某酒店中采用鍍鋅薄鋼板風(fēng)管為通風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)通風(fēng)工程為基礎(chǔ),在使用壽命到期時(shí),分別用其他風(fēng)管系統(tǒng)替代,然后對(duì)這不同材料的風(fēng)管系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估分析。已知該工程的

6、風(fēng)管面積為10000 m2,空調(diào)全天候運(yùn)行,年運(yùn)行時(shí)間為6個(gè)月。取不同種類的通風(fēng)管道為研究對(duì)象。目前,我國(guó)常用的風(fēng)管種類有:鍍鋅薄鋼板風(fēng)管、無(wú)機(jī)玻璃鋼風(fēng)管和鋁箔聚氨酯復(fù)合風(fēng)管。三種風(fēng)管的基本特點(diǎn)如下:鍍鋅薄鋼板風(fēng)管:最早使用的風(fēng)管之一,采用鍍鋅薄鋼板制作,適合含濕量小的一般性氣體的輸送,有易生銹,無(wú)保溫和消聲功能,制作安裝周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。無(wú)機(jī)玻璃鋼風(fēng)管:較新的風(fēng)管類型,采用玻璃纖維增強(qiáng)無(wú)機(jī)材料制作,遇火不燃、耐腐蝕、份量重,硬度大但較脆,受自重影響易變形酥裂,無(wú)保溫和消聲性能,制作安裝周期長(zhǎng)。鋁箔聚氨酯復(fù)合風(fēng)管:近年最新的風(fēng)管類型,兩面覆蓋鋁箔,中間為聚氨酯泡沫板或苯酚泡沫板,采用PVC承插式法

7、蘭連接或加置鋁合金構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)。風(fēng)管內(nèi)鋁箔光滑層使得風(fēng)管有氣流阻力小和防止?jié)駳饨B的優(yōu)點(diǎn),外壁鋁箔層起保護(hù)作用,中間的聚氨酯泡沫板有很好的保溫性。風(fēng)管采用PVC承插式法蘭結(jié)構(gòu),可以抑制縱向泄漏和限制橫向泄漏,保證獨(dú)特的氣體密封性能;采用特殊粘合劑和密封帶,以及整體無(wú)損的內(nèi)外壁鋁箔,使得風(fēng)管整體嚴(yán)密。此外,鋁箔聚氨酯復(fù)合風(fēng)管材質(zhì)輕、易施工、節(jié)省安裝空間、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)工程實(shí)踐對(duì)通風(fēng)管道的保溫性能(導(dǎo)熱系數(shù)、摩擦阻力(單位摩阻、漏風(fēng)量(漏風(fēng)率、承壓能力(最大承壓、防火性能(易燃度、防潮性能(抗腐蝕能力、消聲性能(消聲程度、重量、使用壽命(壽命年限、施工安裝(安裝難度10項(xiàng)指標(biāo)功能量化并寫入下表

8、以方便計(jì)算。表1三種通風(fēng)管道量化指標(biāo)表通風(fēng)管道種類導(dǎo)熱系數(shù)單位摩阻(Pa/m漏風(fēng)率(%承壓能力(MPa易燃度(%防潮性能(%消聲性能(%單位面積重量(kg/m2壽命(年安裝難度(%鍍鋅薄鋼板風(fēng)管0.030.04 2.40 810 0.020 0 20 0 1016 810 90無(wú)機(jī)玻璃鋼風(fēng)管0.0350.05 2.88 68 0.018 0 70 0 1123 810 90鋁箔聚氨酯復(fù)合風(fēng)管0.0220.3 2.40 12 0.011 10 90 100 2.9 1020201權(quán)值的確定。按重要程度規(guī)定10項(xiàng)指標(biāo)權(quán)值:K1=0.17,K2=0.12,K3=0.16,K4=0.11,K5=0.1

9、0,K6=0.10,K7=0.06,K8=0.05,K9=0.08,K10=0.05。(K i=12功能得分的確定?？梢圆捎脧?qiáng)制評(píng)分法來(lái)評(píng)定對(duì)象的功能重要性。常用的強(qiáng)制評(píng)分法有01評(píng)分法和04評(píng)分法。由于01評(píng)分法比較呆板,不管對(duì)象的相差程度,都是0或1。不易反映出量的差別。為了克服這個(gè)弊病,提高評(píng)分的準(zhǔn)確度,專家提出了04打分法。然而,現(xiàn)實(shí)生活中功能之間的關(guān)系,光有以上兩種評(píng)分還是不足的,特別是在目前對(duì)節(jié)能性更加的重視,因此又增加了010評(píng)分法。由于增加了評(píng)分的檔次,比分的伸縮性也增加了,這樣做的目的也是為了提高功能評(píng)價(jià)系數(shù)的準(zhǔn)確度。對(duì)10個(gè)量化指標(biāo)指標(biāo)采用10分制打分,然后用權(quán)值與功能得分

10、相乘并加權(quán)求出方案得分。并用各方案得分除全部方案得分計(jì)算功能評(píng)價(jià)系數(shù)F。見表2表2三種通風(fēng)管道功能滿足程度評(píng)分表功能因數(shù)功能權(quán)值方案名稱F j K i A/分B/分C/分F10.17 4 4 8 F20.12 5 5 5 F30.16 2 3 8 F40.11 3 3 6 F50.10 9 9 9 F60.10 2 7 9 F70.06 1 1 9 F80.05 2 2 8 F90.08 3 3 6 F100.05 3 3 6 方案得分 3.58 4.24 7.42 功能評(píng)價(jià)系數(shù)F0.235 0.278 0.487 注:A方案為鍍鋅薄鋼板風(fēng)管;B方案為無(wú)機(jī)玻璃鋼風(fēng)管;C方案為鋁箔聚氨酯復(fù)合風(fēng)管

11、。1全壽命周期成本在計(jì)算通風(fēng)管道的全壽命周期成本時(shí),必然要涉及不同時(shí)期的支出或收入,有一部分現(xiàn)在就要支付,還有一部分是陸續(xù)在以后年間支付,結(jié)合文獻(xiàn)3可以得出風(fēng)管系統(tǒng)的全壽命周期費(fèi)用包括一次性投資、 設(shè)備更新投資、 能耗費(fèi)用以及風(fēng)管運(yùn)行過程中維護(hù)和清洗的費(fèi)用。這里我們采用折現(xiàn)法來(lái)進(jìn)行計(jì)算,即將壽命周期內(nèi)的所有的投入和支出都折現(xiàn)成當(dāng)前值。LCC=I+R epl -R es +E+W+OMR (2 式中:LCC 為折算成現(xiàn)值的全壽命周期費(fèi)用(萬(wàn)元;I 為折算成現(xiàn)值的一次性投資(萬(wàn)元; R epl 為折算成現(xiàn)值的設(shè)備更新投資(萬(wàn)元; R es 表示壽命周期結(jié)束時(shí)殘值的折現(xiàn)值; E 為折算成現(xiàn)值的能耗費(fèi)

12、用(萬(wàn)元; OMR 為折算成現(xiàn)值的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用(萬(wàn)元。 2折現(xiàn)因子的確定由于全壽命周期費(fèi)用并不是只在投資初期發(fā)生,而是在整個(gè)壽命周期內(nèi)按時(shí)間序列發(fā)生,因此為便于在相同的基礎(chǔ)上進(jìn)行比較就要將各時(shí)間發(fā)生的費(fèi)用統(tǒng)一折算成初始年的現(xiàn)值。具體到風(fēng)管系統(tǒng)全壽命周期費(fèi)用的計(jì)算,根據(jù)其費(fèi)用結(jié)構(gòu)將折現(xiàn)因子分為單一現(xiàn)值因子(single present valuefactors ,簡(jiǎn)稱 SPV 、不變的現(xiàn)值因子(uniform present value factors ,簡(jiǎn)稱 UPV 以及修正的現(xiàn)值因子( modified uniform present value factors ,簡(jiǎn)稱UPV*3。各折現(xiàn)因子

13、的計(jì)算公式如下:*13(1(114(1111(51nn nnSPV d d UPV d d e e UPV d e d=+=+=+ ( ( (式中:d 為折現(xiàn)率,取 10 %; n 為年數(shù);e 為相關(guān)能源價(jià)格的上漲指數(shù),取5 %;SPV 為將第n 年的費(fèi)用按折現(xiàn)率d 折算成當(dāng)前年的費(fèi)用,用于風(fēng)管系統(tǒng)設(shè)備更新投資的折算; UPV 為在每年費(fèi)用相同的情況下,在 n 年后,將每年的費(fèi)用按相同的折現(xiàn)率d 折現(xiàn)并累加的費(fèi)用總和,用于維護(hù)費(fèi)用的折算;*UPV 則指在考慮能源價(jià)格波動(dòng)的情況下,假設(shè)每年的價(jià)格波動(dòng)都是e ,所得到的UPV 修正值,用于能耗費(fèi)用的折算。 3成本計(jì)算為了對(duì)表1所列的3種風(fēng)管系統(tǒng)的壽

14、命周期費(fèi)用進(jìn)行比較分析 ,為方便計(jì)算鍍鋅薄鋼板風(fēng)管和無(wú)機(jī)玻璃鋼風(fēng)管壽命定為10年鋁箔聚氨酯復(fù)合風(fēng)管壽命定位20年。各個(gè)風(fēng)管系統(tǒng)的年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用采用其造價(jià)的百分?jǐn)?shù)表示4;消耗電力費(fèi)用我們主要計(jì)算管壁溫差造成的冷量損失,計(jì)算公式為:(1/(/a f T T Q d =+ (6式中: Q 為冷量損失量( kW/ m 2;a f T T 為環(huán)境溫度與風(fēng)管溫度的差值,取 16 ; d 為表面換熱系數(shù) ,取8. 14 W/ (m 2·為風(fēng)管壁厚(m;為導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m·K。表3三種通風(fēng)管道消耗電力費(fèi)用風(fēng)管類型導(dǎo)熱系數(shù)/(W/(m·K 單位風(fēng)管面積冷量損失/( kW/ m2單

15、位風(fēng)管面積冷量損失折合成耗電量/(kW·h/ m2單位風(fēng)管面積冷量損每年損失折合費(fèi)用/萬(wàn)元鋁箔聚氨酯復(fù)合風(fēng)管0.025 0.014 0.0052 20.55 注:電價(jià)取0. 90元/千瓦時(shí);各風(fēng)管的壁厚均為25 mm。表4三種通風(fēng)管道全壽命成本表風(fēng)管類型費(fèi)用類型基價(jià)/萬(wàn)元年數(shù)/年折現(xiàn)因子折現(xiàn)值/萬(wàn)元鍍鋅薄鋼板風(fēng)管一次性投資更(1更換玻璃棉新(2風(fēng)管更新投(3更換玻璃棉資消耗電力費(fèi)用維護(hù)費(fèi)用LCC1954019540基準(zhǔn)年5105每年每年10.621(SPV0.386(SPV0.240(SPV12.72(UPV*8.51(UPV195無(wú)機(jī)玻璃鋼風(fēng)管一次性投資更(1更換玻璃棉新(2風(fēng)管更

16、新投(3更換玻璃棉資消耗電力費(fèi)用維護(hù)費(fèi)用LCC20040200408基準(zhǔn)年5105每年每年10.621(SPV0.386(SPV0.240(SPV12.72(UPV*8.51(UPV200鋁復(fù)箔合聚風(fēng)氨管酯一次性投資消耗電力費(fèi)用維護(hù)費(fèi)用LCC180基準(zhǔn)年每年每年112.72(UPV*8.51(UPV180注:玻璃棉保溫材料的單價(jià)為40 元/米2,壽命為5 年。表5三種通風(fēng)管道價(jià)值及選擇表方案名稱功能評(píng)價(jià)系數(shù)F成本系數(shù)C價(jià)值系數(shù)V選擇C 0.487 0.2381 2.0453我們沿用廣州市某酒店中采用鍍鋅薄鋼板風(fēng)管為通風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)通風(fēng)工程為基礎(chǔ),在使用壽命未到期，已使用達(dá)到 5 年時(shí),然后對(duì)同材

17、料的風(fēng)管系統(tǒng)進(jìn)行全壽命周期費(fèi)用評(píng)估分析。 3.2.1 對(duì)于既有建筑通風(fēng)管道使用壽命到期的改造工程確定研究對(duì)象 取同種類的通風(fēng)管道為研究對(duì)象。通過對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的綜合評(píng)估，實(shí)行對(duì)管網(wǎng)的優(yōu)化，減少送風(fēng)過程中 的能耗，降低系統(tǒng)設(shè)備的能耗，以達(dá)到節(jié)能的目的。具體包括： 1 風(fēng)管泄漏問題改造； 2 風(fēng)管保溫改造； 3 風(fēng)管管網(wǎng)局部阻力改造； 4 風(fēng)管清洗。 3.2.2 對(duì)通風(fēng)管道功能指標(biāo)量化 同 3.1.2 見表 1 3.2.3 確定通風(fēng)管道功能評(píng)價(jià)系數(shù) 同 3.1.3 見表 6 表 6 改造前后功能滿足程度評(píng)分表 功能因數(shù) Fj F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 方案得分 功能

18、評(píng)價(jià)系數(shù) F 注：A 方案為鍍鋅薄鋼板風(fēng)管；B 方案為改造后的鍍鋅薄鋼板風(fēng)管； 功能權(quán)重 Ki 0.17 0.12 0.16 0.11 0.10 0.10 0.06 0.05 0.08 0.05 A/分 3 3 1 3 9 1 1 2 3 3 2.91 0.448 方案名稱 B/分 4 5 2 3 9 2 1 2 3 3 3.58 0.552 3.2.4 確定通風(fēng)管道的成本系數(shù) 同 3.1.4 見表 7、8 表 7 三種通風(fēng)管道消耗電力費(fèi)用 方案名稱 導(dǎo) 熱 系 數(shù) /(W/(m·K 單位風(fēng)管面積冷量損 失/( kW/ m 2 單位風(fēng)管面積冷量損 失折合成耗電量 /(kW·

19、h/ m2 單位風(fēng)管面積冷量損 每年損失折合 費(fèi)用 / 萬(wàn)元 63.24 27.67 未改造鍍鋅薄鋼板風(fēng)管 改造后鍍鋅薄鋼板風(fēng)管 0.08 0.035 0.044 0.019 0.016 0.007 表 8 改造前后全壽命成本表 風(fēng)管類型 未改造鍍鋅 薄鋼板風(fēng)管 費(fèi)用類型 消耗電力費(fèi)用 維護(hù)費(fèi)用 LCC 改造后鍍鋅 薄鋼板風(fēng)管 改造投資 消耗電力費(fèi)用 維護(hù)費(fèi)用 LCC 80 27.67 7.8 569.34 5 每年 每年 1 4.565（SPV） 3.790（UPV） 基價(jià)/萬(wàn)元 63.24 12 年數(shù)/年 每年 每年 折現(xiàn)因子 4.565（UPV*） 3.790（UPV） 折現(xiàn)值/萬(wàn)元 288.69 45.48 334.17 80 126.31 29.56 235.87 3.2.5 方案評(píng)價(jià)優(yōu)選 同