全壽命周期成本分析在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張 冰，邢天石，張 柳

（1.唐山學(xué)院 土木工程系，河北 唐山063000；2.四川大學(xué) 商學(xué)院，成都610064）

近年來，炎熱的氣候和建筑業(yè)的飛速發(fā)展使得空調(diào)的需求量大大增加，其中由于公共建筑和高層建筑的發(fā)展使得中央空調(diào)系統(tǒng)需求比重明顯增大。作為中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，除了要滿足使用功能、節(jié)能環(huán)保要求外，對(duì)方案的經(jīng)濟(jì)性問題考慮得越來越多。在傳統(tǒng)意義上，經(jīng)濟(jì)方案一般指的是建造費(fèi)用最低，而作為中央空調(diào)系統(tǒng)的使用者，衡量經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)準(zhǔn)除了降低建造費(fèi)用外還有運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用的節(jié)省。那么，如何在中央空調(diào)系統(tǒng)的整個(gè)壽命期內(nèi)，高效、合理利用有限資金來獲得最舒適的辦公、生活環(huán)境就變得越來越重要。

本文從全壽命周期成本分析的角度，分析中央空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)成本的構(gòu)成，并對(duì)其中的建造成本、運(yùn)營(yíng)成本、拆除及回收成本等計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)分析，最后通過實(shí)例進(jìn)行應(yīng)用性驗(yàn)證。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本分析的概念［1］

壽命周期成本分析（life－cycle cost analysis）又稱壽命周期成本評(píng)價(jià)，是為了使用戶所用的系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)的壽命周期成本，而在系統(tǒng)的開發(fā)階段將壽命周期成本作為設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行徹底的分析比較并做出決策的方法［2］。

基于全壽命周期成本的中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是在進(jìn)行中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就把在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等階段所發(fā)生的全部費(fèi)用考慮進(jìn)來進(jìn)行方案的評(píng)價(jià)和選擇。全壽命周期成本分析方法是進(jìn)行中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比選的有效工具。

2 中央空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本構(gòu)成［3］

中央空調(diào)系統(tǒng)壽命周期成本就是中央空調(diào)系統(tǒng)壽命周期內(nèi)的各項(xiàng)成本費(fèi)用之和，所謂全壽命周期是指空調(diào)系統(tǒng)從決策設(shè)計(jì)階段開始到經(jīng)濟(jì)壽命結(jié)束為止的全部時(shí)間。壽命周期成本（Life Cycle Cost簡(jiǎn)稱LCC）包括經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境成本和社會(huì)成本［1］［4］。其關(guān)系如圖1所示。

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本構(gòu)成

2.1 經(jīng)濟(jì)成本

經(jīng)濟(jì)成本是指中央空調(diào)系統(tǒng)在壽命周期內(nèi)資金消耗的總和，包括建設(shè)成本和使用成本。

建設(shè)成本是指中央空調(diào)系統(tǒng)從籌建到竣工驗(yàn)收為止的全部費(fèi)用。建設(shè)成本就是工程的建造價(jià)格，即工程造價(jià)（就業(yè)主而言，工程造價(jià)是指建設(shè)一項(xiàng)工程的預(yù)期開支或?qū)嶋H開支的全部固定資產(chǎn)投資費(fèi)用）。使用成本是指中央空調(diào)系統(tǒng)在使用過程中發(fā)生的全部費(fèi)用，主要有能源消耗費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、管理費(fèi)用、改造費(fèi)用及拆除費(fèi)用等。

2.2 環(huán)境成本

環(huán)境成本是一項(xiàng)隱性成本，它不直接體現(xiàn)為貨幣支出，這使得環(huán)境成本難以計(jì)量。這也是全壽命周期成本計(jì)算的一個(gè)難點(diǎn)。但由于暖通空調(diào)界是排放CO2和CFC／HCFC等物質(zhì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)和臭氧層破壞問題的主要領(lǐng)域之一，它對(duì)環(huán)境造成的影響是不容忽視的。

2.3 社會(huì)成本

壽命周期社會(huì)成本是指工程產(chǎn)品在項(xiàng)目構(gòu)思、產(chǎn)品建成投入使用直至報(bào)廢全過程中對(duì)社會(huì)的不利影響。與環(huán)境成本一樣，建設(shè)項(xiàng)目對(duì)于社會(huì)的影響可以是正面的，也可以是負(fù)面的。

在壽命周期的成本構(gòu)成中，經(jīng)濟(jì)成本是傳統(tǒng)上一直考慮的，也是作為重點(diǎn)進(jìn)行控制和管理的，而環(huán)境成本和社會(huì)成本都是隱性成本，不能直接量化，必須借助于其它方法轉(zhuǎn)化為可量化的成本，盡管這兩項(xiàng)成本所占的比重及影響越來越不容忽視。另一方面，目前我國(guó)工程建設(shè)實(shí)踐中，往往只偏重于經(jīng)濟(jì)成本的管理，而對(duì)于環(huán)境成本和社會(huì)成本則考慮很少。客觀上，由于環(huán)境和社會(huì)成本難以計(jì)量，對(duì)其在實(shí)際中的地位也有影響。綜合各種因素，本文仍主要考慮項(xiàng)目壽命周期的經(jīng)濟(jì)成本。

3 中央空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本計(jì)算方法及參數(shù)確定

3.1 計(jì)算方法選擇

在計(jì)算中央空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期時(shí)，必須要把資金的時(shí)間價(jià)值考慮進(jìn)來，且比較時(shí)只需計(jì)算費(fèi)用，常用的兩種方法是費(fèi)用現(xiàn)值法和費(fèi)用年值法。

3.1.1 費(fèi)用現(xiàn)值法

費(fèi)用現(xiàn)值法是將方案計(jì)算期內(nèi)所發(fā)生的費(fèi)用折算到0時(shí)刻（現(xiàn)在）的現(xiàn)值之和；用到的指標(biāo)是凈現(xiàn)值（NPV）。通俗的講，它就是告訴我們?cè)谥醒肟照{(diào)系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)要花多少今天的錢［5］。

計(jì)算公式如下

式中：P為現(xiàn)值，F(xiàn)為終值，n為計(jì)算期，i為折現(xiàn)率。

若每年年末支付的現(xiàn)金流量相等，計(jì)算公式如下

式中：A為年金。

3.1.2 費(fèi)用年值法

費(fèi)用年值法是將各年發(fā)生的費(fèi)用折算成計(jì)算期內(nèi)的年度等額成本。計(jì)算公式如下

3.1.3 適用范圍

費(fèi)用現(xiàn)值法要求各比較方案計(jì)算期相同；費(fèi)用年值法適用于計(jì)算期相同和不同的方案比選。

3.2 計(jì)算參數(shù)確定

3.2.1 計(jì)算期

計(jì)算期是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析時(shí)選用的時(shí)間段。計(jì)算期與使用期相關(guān)，但是又不完全一致。家用分體空調(diào)（壁掛機(jī)和柜機(jī)）的使用壽命為5～8a，而家庭用中央空調(diào)的使用壽命在15～20a之間，如果是地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)使用壽命更長(zhǎng)。推薦計(jì)算期為10～15a，以便可以合理考慮競(jìng)爭(zhēng)策略的各項(xiàng)未來費(fèi)用。

待選方案的計(jì)算期往往是不同的，選擇評(píng)價(jià)方法時(shí)要注意適用范圍。

3.2.2 折現(xiàn)率

在工程經(jīng)濟(jì)分析中，把根據(jù)未來的現(xiàn)金流量求現(xiàn)在的現(xiàn)金流量時(shí)所使用的利率稱為折現(xiàn)率［2］。折現(xiàn)率的確定可以采用代數(shù)和法、資本資產(chǎn)定價(jià)模型法、加權(quán)平均資金成本法、典型項(xiàng)目模擬法、德爾菲法等，也可以同時(shí)采用多種方法測(cè)算，再將結(jié)果互相驗(yàn)證后確定［6］。

一般來講，折現(xiàn)率定的高，有利于初始投資小的項(xiàng)目，反之，折現(xiàn)率定的低，有利于初始投資大的項(xiàng)目。折現(xiàn)率選擇得合理與否直接影響方案的優(yōu)劣順序。

正確確定折現(xiàn)率的基礎(chǔ)是資金成本、機(jī)會(huì)成本，同時(shí)考慮投資風(fēng)險(xiǎn)、通貨膨脹和資金限制等影響因素。

4 案例分析

本工程實(shí)例為唐山市某公司辦公樓，建筑面積1.8萬(wàn)m2。設(shè)計(jì)最大冷負(fù)荷2 160kW，設(shè)計(jì)最大熱負(fù)荷1 440kW，空調(diào)年運(yùn)行時(shí)間夏季為120d，冬季為120d，日運(yùn)行時(shí)間為上午8時(shí)至下午6時(shí)，空調(diào)運(yùn)行期內(nèi)負(fù)荷頻率均按0.66計(jì)算。

根據(jù)建筑情況，有三種可行的冷熱源方案：

方案1：水冷螺桿式冷水機(jī)組3臺(tái)，燃?xì)忮仩t1臺(tái)；

方案2：水冷螺桿式冷水機(jī)組1臺(tái)，風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組4臺(tái)；

方案3：風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組6臺(tái)。

三種方案主要設(shè)備技術(shù)性能參數(shù)見表1。

表1 三種方案主要設(shè)備技術(shù)性能參數(shù)

4.1 初始投資

LCC分析方法著眼的是方案的差別，而不是完整的費(fèi)用，所以在進(jìn)行比較時(shí)，對(duì)于各方案費(fèi)用的共同部分，我們可以不予考慮。安裝費(fèi)用按照設(shè)備購(gòu)置費(fèi)的比例估算，數(shù)據(jù)見表2。

表2 三種方案設(shè)備投資情況 萬(wàn)元

由此可見，在不考慮方案1和方案2設(shè)備所占空間需要的土建成本時(shí)，方案3的初始投資最大。

4.2 運(yùn)行費(fèi)用

中央空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中要進(jìn)行修理，發(fā)生設(shè)備維修費(fèi)用，同時(shí)消耗水、電等能源，按目前唐山市能源價(jià)格計(jì)算，天然氣3.0元／Nm3，電力按均價(jià)0.76元／kW·h計(jì)算。

三種方案設(shè)備年能耗和年運(yùn)行費(fèi)用情況見表3，表4。

表3 三種方案設(shè)備年能耗情況

表4 三種方案的年運(yùn)行費(fèi)用 萬(wàn)元

4.3 各方案費(fèi)用年值

初始投資和年運(yùn)行費(fèi)用是兩個(gè)不同性質(zhì)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，只能反映出各方案經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)方面，要對(duì)各方案進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)比較就需要一個(gè)綜合的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)——費(fèi)用年值。運(yùn)行期末的設(shè)備殘值取初始投資的10%，為了便于計(jì)算，將三個(gè)方案的計(jì)算期定為15a。根據(jù)統(tǒng)計(jì)局相關(guān)數(shù)據(jù)，折現(xiàn)率i取10%。根據(jù)公式（3）計(jì)算各方案的動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值，結(jié)果見表5。

表5 各方案費(fèi)用年值 萬(wàn)元

由以上的計(jì)算結(jié)果可以看出，將全壽命期內(nèi)成本進(jìn)行比較的話，三個(gè)方案的關(guān)系是方案1＜方案2＜方案3。

5 中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)應(yīng)注意的問題

使用壽命周期分析方法進(jìn)行方案評(píng)選的實(shí)質(zhì)，是尋找以最少的費(fèi)用獲取最大效益的設(shè)計(jì)方案，在工程實(shí)踐中，使用該方法要考慮以下問題：

（1）首先要關(guān)注方案間的可比性。比較時(shí)應(yīng)采用相同的設(shè)計(jì)要求、使用情況、設(shè)備檔次、能源價(jià)格、舒適狀況、美觀情況等基準(zhǔn)條件進(jìn)行比較，這樣才能保證比較結(jié)果的科學(xué)性和合理性。如果將采用名牌設(shè)備和采用低檔設(shè)備的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，顯然是不合理的；如果不考慮舒適性的區(qū)別，對(duì)有新風(fēng)供應(yīng)和沒有新風(fēng)供應(yīng)的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，顯然不可能做出正確的選擇；如果不考慮美觀性和舒適性進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，對(duì)集中式空調(diào)方案顯然是不公平的。

（2）方案比較時(shí)，切忌圖省事直接采用廠家給出的比較數(shù)據(jù)和結(jié)果。由于不同設(shè)備生產(chǎn)廠家考慮問題的角度不同，計(jì)算中往往存在一些有利于自己產(chǎn)品、不利于他人產(chǎn)品的失誤或假設(shè)。對(duì)此設(shè)計(jì)人員應(yīng)給予足夠重視，對(duì)廠家提供的數(shù)據(jù)應(yīng)認(rèn)真分析和核對(duì)。

（3）設(shè)計(jì)方案比較時(shí)應(yīng)綜合考慮投資、運(yùn)行費(fèi)用以及設(shè)備的使用壽命，以相同的使用周期為基準(zhǔn)，進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算比較，而不能簡(jiǎn)單地根據(jù)設(shè)備報(bào)價(jià)進(jìn)行比較。對(duì)于同時(shí)有供暖和空調(diào)要求的項(xiàng)目，應(yīng)考慮冬季和夏季設(shè)備綜合利用問題，進(jìn)行冬夏季綜合經(jīng)濟(jì)性比較。對(duì)于可以兼供生活熱水的工程，應(yīng)綜合考慮生活熱水供應(yīng)的投資和能耗。

6 結(jié)論

在中央空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)采用全壽命周期成本分析的方法進(jìn)行方案評(píng)選，目的是尋求以最少的費(fèi)用獲得最大的效益的設(shè)計(jì)方案，在這個(gè)過程中，要注意處理好以下關(guān)鍵問題。

（1）任何一個(gè)方案都不可能盡善盡美，工程中要因地制宜，既要考慮初投資、運(yùn)行費(fèi)等經(jīng)濟(jì)性能，也要考慮噪聲、運(yùn)行、操作、維護(hù)管理等技術(shù)性能。

（2）前期提出備選方案時(shí)，要盡可能多地窮舉實(shí)際可行的創(chuàng)造性方案，這樣才能最大限度地把客觀最優(yōu)的那個(gè)方案包括進(jìn)來。

（3）在中央空調(diào)系統(tǒng)安裝好后在運(yùn)行過程中，由于保養(yǎng)不及時(shí)、管理不到位等因素，往往使得使用壽命、計(jì)算期內(nèi)的成本等與預(yù)測(cè)相差很大。這就要求使用壽命周期成本分析方法時(shí)要有較高專業(yè)素質(zhì)的專業(yè)人員參與，只有這樣才能盡可能將后期的這類因素考慮進(jìn)來，才能盡量做到預(yù)測(cè)和實(shí)際觀測(cè)的統(tǒng)一。

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