基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的被動(dòng)式建筑增量成本與效益研究

袁位佳，宋吉榮

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031)

被動(dòng)式建筑是目前全球范圍內(nèi)建筑業(yè)探索低能耗建筑的重要結(jié)果之一。2015年，我國出臺(tái)的DB13(J)/T177-2015《被動(dòng)式低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)被動(dòng)式建筑的定義是將自然通風(fēng)、自然采光、太陽能輻射和室內(nèi)非供暖熱源得熱等各種被動(dòng)式節(jié)能手段與建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)高效節(jié)能技術(shù)相結(jié)合建造而成的低能耗建筑[1]。縱觀我國被動(dòng)式建筑發(fā)展態(tài)勢(shì)，不難看出其發(fā)展速度較慢，在我國建筑業(yè)內(nèi)相關(guān)利益主體認(rèn)可度、接受度低。其中主要的原因是與普通建筑相比，被動(dòng)式建筑的成本較高，其增加的成本主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、施工、材料、設(shè)備等方面。何海玲等[2]提出了被動(dòng)式建筑增量成本的計(jì)算方法，展開了被動(dòng)式建筑在我國推廣的思考并且分析了其發(fā)展前景。白云等[3]進(jìn)一步明確指出了被動(dòng)式建筑增量成本的概念，分析了相關(guān)影響因素，為被動(dòng)式建筑增量成本的計(jì)算提供了指導(dǎo)性意見。但是目前對(duì)于被動(dòng)式建筑增量效益的研究較少，并且我國建筑業(yè)內(nèi)相關(guān)利益主體將重點(diǎn)只放在了被動(dòng)式建筑的增量成本上，沒有考慮到增量成本所帶來的增量效益，進(jìn)而無法對(duì)被動(dòng)式建筑產(chǎn)生客觀正確地理解和認(rèn)識(shí)。

為了解決這一問題，本文提出基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的被動(dòng)式建筑增量成本與效益研究模型，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行更深層次的分析，對(duì)兩者之間的關(guān)系進(jìn)行更為直接地展示，為推進(jìn)我國被動(dòng)式建筑的發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1 研究方法

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是以系統(tǒng)工程中的相關(guān)方法作為理論基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)相關(guān)的仿真軟件作為實(shí)現(xiàn)研究的工具，主要分析各類難以量化的復(fù)雜系統(tǒng)問題，是一種研究復(fù)雜系統(tǒng)的定量理論方法[5]。被動(dòng)式建筑增量成本與效益分析涉及增量成本與增量效益兩個(gè)子系統(tǒng)，并且各個(gè)子系統(tǒng)中存在多個(gè)不同的因素，各因素之間存在相互反饋關(guān)系，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論便于對(duì)兩者之間的關(guān)系進(jìn)行直觀有效的分析。

2 被動(dòng)式建筑增量成本系統(tǒng)分析

被動(dòng)式建筑的增量成本是指被動(dòng)式建筑為達(dá)到相關(guān)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與普通建筑相比所需的新增技術(shù)、施工內(nèi)容、設(shè)計(jì)內(nèi)容以及設(shè)備所產(chǎn)生的成本費(fèi)用。在本文中考慮系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析法的特點(diǎn)并結(jié)合被動(dòng)式建筑的各項(xiàng)典型技術(shù)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等，將其增量成本系統(tǒng)劃分為以下幾個(gè)方面：

(1)外墻保溫系統(tǒng)增量成本。外墻外保溫系統(tǒng)是被動(dòng)式建筑的主要技術(shù)之一，其可以實(shí)現(xiàn)建筑物在氣密性能、保溫性能、隔熱性能等方面的大幅提高，從而降低建筑物所需的能耗量。

(2)智能新風(fēng)系統(tǒng)增量成本。智能新風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行原理是通過高效的冷熱回收裝置回收并利用建筑室內(nèi)環(huán)境所產(chǎn)生的廢氣體以及污染氣體中的能量。

(3)智能遮陽系統(tǒng)增量成本。智能遮陽系統(tǒng)安裝在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，在室內(nèi)環(huán)境溫度高時(shí)可有效遮擋直射陽光，由于具有良好的隔熱效果可降低室內(nèi)溫度過高所需的制冷能耗。

(4)太陽能利用增量成本。被動(dòng)式建筑中對(duì)于太陽能的利用主要通過太陽能熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、太陽能電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

(5)被動(dòng)式建筑無熱橋設(shè)計(jì)增量成本。熱橋效應(yīng)易滋生大量霉菌進(jìn)而影響建筑室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。因此在進(jìn)行被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)時(shí)要考慮較多的設(shè)計(jì)內(nèi)容以及措施以實(shí)現(xiàn)無熱橋設(shè)計(jì)這一目標(biāo)。

(6)建筑外窗增量成本。被動(dòng)式建筑外窗具有超強(qiáng)的保溫性能。由于原材料以及建筑外窗生產(chǎn)工藝的差別，由此導(dǎo)致了增量成本的產(chǎn)生。

3 被動(dòng)式建筑增量效益系統(tǒng)分析

被動(dòng)式建筑的增量效益是指被動(dòng)式建筑與普通建筑相比在設(shè)計(jì)、施工、材料、設(shè)備等方面的不同所帶來的效益。根據(jù)被動(dòng)式建筑增量效益的性質(zhì)，其增量效益系統(tǒng)可分為以下幾個(gè)方面：

(1)節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益。被動(dòng)式建筑中所采用的各項(xiàng)技術(shù)及設(shè)計(jì)方案均會(huì)降低各項(xiàng)能耗的使用，還可使各項(xiàng)能耗的利用率提高，由能耗使用量的減少直接產(chǎn)生節(jié)能效益。

(2)被動(dòng)式建筑壽命效益。被動(dòng)式建筑從設(shè)計(jì)開始就充分考慮了建筑與人、資源、環(huán)境之間的關(guān)系，再加上所采用的各項(xiàng)技術(shù)，使得其壽命在一定程度上相比普通建筑得到了延長。

(3)被動(dòng)式建筑開發(fā)收益。被動(dòng)式建筑由于單方售價(jià)的提高，由此帶來了開發(fā)收益的增加。除此之外被動(dòng)式建筑的開發(fā)收益還與購置者數(shù)量及意愿強(qiáng)度有關(guān)。

(4)政府補(bǔ)貼。在目前國家大力推進(jìn)低能耗建筑的背景下，政府會(huì)對(duì)被動(dòng)式建筑的開發(fā)提供補(bǔ)貼以推動(dòng)發(fā)展。

4 基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的被動(dòng)式建筑增量成本與效益研究

Vensim軟件作為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)發(fā)展過程中的重要成果，不僅可以實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間而且可以實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)中各因素之間的因果反饋關(guān)系分析。根據(jù)上述分析，并結(jié)合Vensim軟件的建模步驟及規(guī)則，建立的基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的被動(dòng)式建筑增量成本與效益研究模型如圖1所示。

圖1 被動(dòng)式建筑增量成本與效益研究系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

通過對(duì)被動(dòng)式建筑增量成本與效益研究因果關(guān)系圖分析可知，在該研究模型中存在4條主要的反饋回路：

(1)增量成本增加量→+技術(shù)投資額→+單方售價(jià)增加值→+開發(fā)收益→+增量效益增加量→+增量成本增加量

該條反饋回路為正反饋回路，被動(dòng)式建筑增量成本導(dǎo)致單方售價(jià)增加，進(jìn)而提高開發(fā)收益，從而使得開發(fā)方繼續(xù)投資被動(dòng)式建筑導(dǎo)致增量成本增加。

(2)增量成本增加量→+技術(shù)投資額→+單方售價(jià)增加值→-購置者購買意愿→+購置率→+開發(fā)收益→+增量效益增加量→+增量成本增加量。

該反饋回路為負(fù)反饋回路，被動(dòng)式建筑增量成本導(dǎo)致單方售價(jià)增加，購置者購買意愿下降，進(jìn)而導(dǎo)致購置率、開發(fā)收益增量效益、被動(dòng)式建筑開發(fā)方投入的增量成本下降。

(3)增量效益增加量→+開發(fā)方年可分配利潤→+研發(fā)投入→+購置者數(shù)量→+購置率→+開發(fā)收益→+增量效益增加量。

該反饋回路為正反饋回路，被動(dòng)式建筑增量效益增加促使開發(fā)方年可分配利潤增加，對(duì)被動(dòng)式建筑的研發(fā)投入增加，所以購置者數(shù)量、購置率、開發(fā)收益都增加，最終實(shí)現(xiàn)增量效益增加。

(4)增量成本增加量→+節(jié)能量→+減少污染氣體排放量→+節(jié)省空氣凈化設(shè)備購買支出→+購置者購買意愿→+購置率→+開發(fā)收益→+增量效益增加量→+增量成本增加量。

該反饋回路為正反饋回路。隨著增量成本投入，節(jié)能效果更加顯著，減少污染氣體排放量，節(jié)省了空氣凈化設(shè)備購買支出，購置者的購買意愿和購置率提高，增加了開發(fā)方增量效益，從而促使開發(fā)方繼續(xù)投資被動(dòng)式建筑技術(shù)，增量成本增加。

5 結(jié)論與建議

通過上述研究模型的反饋回路分析可知，被動(dòng)式建筑的增量成本是由多項(xiàng)因素引起的，涉及到被動(dòng)式建筑的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)目前我國建筑業(yè)對(duì)于被動(dòng)式建筑增量成本的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，應(yīng)增加對(duì)于被動(dòng)式建筑技術(shù)的研發(fā)投入使其技術(shù)逐漸完善并最終實(shí)現(xiàn)增量成本有所下降。除此之外還可從被動(dòng)式建筑理念的推廣以及購置者等方面入手；被動(dòng)式建筑的增量效益可分為短期效益即被動(dòng)式建筑開發(fā)效益和政府補(bǔ)貼、長期效益即節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益和被動(dòng)式建筑壽命收益，其增量效益體現(xiàn)在了全生命周期中，并且涉及到多項(xiàng)增量效益來源，因此被動(dòng)式建筑增量成本的投入是可以得到與之相匹配的增量收益的。被動(dòng)式建筑的增量成本與效益是一個(gè)整體，兩者中不同元素存在相互聯(lián)系，目前其增量成本的投入已可得到與之相匹配的增量收益，在后期可研究如何降低增量成本投入的同時(shí)實(shí)現(xiàn)增量收益的增加，為推動(dòng)我國被動(dòng)式建筑發(fā)展提供參考。