103-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、- PAGE 8 -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

2、應(yīng)用，與此同時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)需要消耗著越來(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)

3、寫VA）是價(jià)值系統(tǒng)與功能系數(shù)的比值。由美國(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:Vj=Fj/Cj (1)式中: Vj為j種方

4、案的價(jià)值或價(jià)值系數(shù)；Fj為j種方案的功能或功能系數(shù)，代表研究對(duì)象所具有的特定職能或用途的量化值；Cj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

5、綜合評(píng)定2。3研究對(duì)象的功能評(píng)價(jià)。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)Ki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3.1通風(fēng)管道使用壽命到期的整體改造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

6、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。3.1.1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

7、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)。3.1.2對(duì)三種通風(fēng)管道功能指標(biāo)量化根據(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

8、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)(W/(m.K)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0.030.042.408100.02002001016 81090無(wú)機(jī)玻璃鋼風(fēng)管0.0350.052.88680.0180700112381090鋁箔聚氨酯復(fù)合風(fēng)管0.0220.3

9、2.40120.01110901002.91020203.1.3確定通風(fēng)管道功能評(píng)價(jià)系數(shù) 1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=0.10,K6=0.10,K7=0.06,K8=0.05,K9=0.08,K10=0.05。（Ki=1）2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

10、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FjKiA/分B/分C/分F10.17448F20.12555F30.16238F40.11336F50.10999F60.10279F70.06119F80.05228F90.08336F100.05336方案得分3.584.247.42功能評(píng)價(jià)系

11、數(shù) F0.2350.2780.487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。3.1.4確定通風(fēng)管道的成本系數(shù)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+Repl-Res+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)

12、值的一次性投資(萬(wàn)元)； Repl 為折算成現(xiàn)值的設(shè)備更新投資(萬(wàn)元)；Res 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)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 U

13、PV )以及修正的現(xiàn)值因子( modified uniform present value factors ,簡(jiǎn)稱UPV*)3。各折現(xiàn)因子的計(jì)算公式如下:式中：為折現(xiàn)率,取 10 %; n 為年數(shù)；為相關(guān)能源價(jià)格的上漲指數(shù),取5 %；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；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；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,所得到的修正值,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)的壽命周期費(fèi)用進(jìn)行比較分析 ,為方便計(jì)算鍍鋅薄鋼

14、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： （6）式中: 為冷量損失量( kW/ m2)；為環(huán)境溫度與風(fēng)管溫度的差值,取 16 ；為表面換熱系數(shù) ,取8. 14 W/ (m2)；為風(fēng)管壁厚(m)；為導(dǎo)熱系數(shù)(W/(mK)。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/(mK)單位風(fēng)管面積冷量損失/( kW/ m2)單位風(fēng)管面積冷量損失折合成耗電量/(kWh/ m2)單位風(fēng)管面積冷量損每年損失折合費(fèi)用/萬(wàn)元鍍鋅薄鋼板風(fēng)管0.0350.0190.00

15、727.67無(wú)機(jī)玻璃鋼風(fēng)管0.0390.0210.007730.43鋁箔聚氨酯復(fù)合風(fēng)管0.0250.0140.005220.55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LCC195401954027.677.8基準(zhǔn)年5105每年每年10.621（SPV）0.386（SPV）0.240（SPV）12.72（UPV*）8.51（UPV）19524.8475.279.6351.9666.38723.

16、05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)管更新投（3）更換玻璃棉資消耗電力費(fèi)用維護(hù)費(fèi)用LCC200402004030.438基準(zhǔn)年5105每年每年10.621（SPV）0.386（SPV）0.240（SPV）12.72（UPV*）8.51（UPV）20024.8477.29.6387.0768.08763.23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LCC18020.552.7基準(zhǔn)年每年每年112.72（UPV*）8.51（UPV）180261.4622.98464.44注:玻璃棉保溫材料的單價(jià)為40 元/米2,壽命為5 年。3.1.5方案評(píng)價(jià)優(yōu)選表5 三種通風(fēng)管道價(jià)值

17、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A0.2350.37060.6341B0.2780.39130.7104C0.4870.23812.04533.2通風(fēng)管道使用壽命未到期的部分改造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

18、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13.2.3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)功能權(quán)重方案名稱FjKiA/分B/分F10.1734F20.1235F30.1612F40.1133F50.1099F60.1012F70.0611F80.0522F90.0833F100.0533方案得分2.913.58功能評(píng)價(jià)系數(shù) F0.4480.552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；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

19、系數(shù)/(W/(mK)單位風(fēng)管面積冷量損失/( kW/ m2)單位風(fēng)管面積冷量損失折合成耗電量/(kWh/ m2)單位風(fēng)管面積冷量損每年損失折合費(fèi)用/萬(wàn)元未改造鍍鋅薄鋼板風(fēng)管0.080.0440.01663.24改造后鍍鋅薄鋼板風(fēng)管0.0350.0190.00727.67表8 改造前后全壽命成本表風(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)元未改造鍍鋅薄鋼板風(fēng)管消耗電力費(fèi)用維護(hù)費(fèi)用LCC63.2412每年每年4.565（UPV*）3.790（UPV）288.6945.48334.17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LCC8027.677.8569.345每年 每年14.565（SPV）3.790（UPV）80126.3129.56235.873.2.5方案評(píng)價(jià)優(yōu)