基于全壽命周期的綠色建筑節能技術經濟評價研究

謝婉君 李曉娟

福建農林大學交通與土木工程學院

0 引言

改革開放以來，我國建筑業迅猛發展，在建筑規模日益龐大的同時，消耗了大量資源。20世紀90年代初，為秉承可持續發展的理念，我國將綠色建筑引入建筑行業[1]。然而，開發商只看到綠色建筑初始投資的增大，忽略了建筑運營期的節約效益，沒有站在全壽命周期的角度對綠色建筑的成本進行分析，導致綠色建筑的發展步履維艱。因節能技術是實現“綠色”設計理念的關鍵所在，若把節能技術的增量成本和增量效益都用數字分析出來，就能從經濟角度說明綠色建筑的特征，有助于推動綠色建筑的發展。

國際上對綠色建筑的研究在20世紀30年代就已開始。20世紀60年代，著名建筑師Paolo Soleri在國際上提出“生態建筑”觀點，這是綠色建筑的開端[2]。70年代世界上爆發兩次石油戰爭，能源過度消耗問題引起國際重視，部分發達國家加強關于節能技術的研究。80年代，建筑的可持續發展在國際上正式提出，且綠色節能建筑體系也逐漸完善，在英國和德國等發達國家廣泛運用。Coma等人[3]根據一系列影響建筑成本的因素，將綠色建筑與傳統建筑的綜合效益進行比較，發現綠色建筑更好。C.K.Chau等人[4]對香港地區的環境評估發現，該地區的綠色建筑評估體系HKBEAM中的56項指標中，有24項與經濟效益有關，計算了投資回報率，并提出了一系列的建議。Bee Hua Goh等人[5]運用建筑全生命周期費用的模型分析方法，對整個生命周期的建筑成本進行了成本效益模擬，結果顯示，綠色建筑設計和性能的經濟價值是未來發展的基礎。何玥兒等人[6]以案例形式量化了綠色建筑節能技術產生的效益，結果表明集中空調系統排風全熱回收技術節能率高達35%，產生的節能效益最大。任燕[7]從碳排放角度建立了一個綠色建筑碳排放核算模型，從經濟效益、減碳效果和碳減排收益三個不同層面測量增量效益，并提出成本效益評價方法。王娟[8]從經濟、環境、社會三個方面分別探討影響綠色建筑綜合效益的主要因素，并運用系統動力學進行模擬仿真，對影響因素進行敏感性分析。

本文從建筑外圍護結構、先進能源設備、可再生能源的使用、采光照明系統四個方面對綠色建筑節能技術的增量成本和效益進行分析，將凈效益和動態投資回收期作為節能技術經濟評價指標進行分析。研究可以讓業主能夠從綠色建筑的成本控制與效益等方面設計符合投資及效益要求的綠色建筑，也可以給政府在制定綠色住宅相關政策與技術標準的時候提供一定的數據支持。能夠為了綠色住宅建筑在我國的長遠發展奠定基礎，實現綠色住宅建筑在社會效益、經濟效益與環境效益三者的統一。

1 綠色建筑相關理論闡述

1.1 綠色建筑定義

我國《綠色建筑評價標準》中對綠色建筑的定義是“在全壽命期內，節約資源、保護環境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，最大限度地實現人與自然和諧共生的高質量建筑”[9]。綠色建筑包含四方面內涵：全壽命周期，主要強調建筑對資源和環境的影響在時間上的意義，關注的是建筑從最初的規劃設計到后來的施工建設、運營管理及最終的拆除；最大限度地節約資源、保護環境和減少污染，節約的資源和材料的循環使用是關鍵，力爭減少CO2的排放，做到“少費多用”；滿足建筑根本的功能需求，滿足人們使用上的要求，為人們提供健康、適用、高效的使用空間；與自然和諧共生，發展綠色建筑的最終目的是實現人、建筑與自然的協調統一，并以此為協調發展目標，在利用天然條件和人工手段創造良好、健康的居住環境的同時，盡可能地控制和減少對自然環境的使用和破壞，充分體現向大自然的索取和回報之間的平衡。

1.2 全壽命周期成本相關概念

建筑的全壽命周期考慮到時間問題，從建筑材料的開采、運輸和建筑物廢棄拆除，到對建筑材料的處理、回收、再利用的全循環過程[10]。全壽命周期劃分為前期決策階段、項目建設階段、建筑運營階段和建筑報廢拆除[2]四個階段。由于資金的時間價值，在計算全壽命周期費用時，需要利用工程經濟學，把發生在全過程的費用折算成現值或年值，這樣能更直接客觀地對綠色建筑的經濟性作出分析評價。

1.3 費用效益分析理論

費用效益分析是確定項目的經濟效益和成本的系統方法，是經濟學家評價項目合理性最常用的方法。費用效益分析的理論核心是以帕累托關于可能改進福利的思想為基礎的。按帕累托最佳準則，只要社會總效益能夠補償總費用，社會福利就得到改進，當總效益與總費用之差最大時，即社會凈效益最大時，社會的資源利用經濟上才是最有效的[11]。

1.3.1 費用效益分析

在費用效益分析過程中不僅對項目決策、設計、實施、運營和報廢處理每個階段所產生的成本和獲得的效益進行評估[12]，還要將項目對社會、環境帶來的影響作出經濟性評價。要求不管是效益還是損失，都以貨幣形式表現出來。因此，運用費用效益分析法對綠色建筑進行經濟評價時,重點要將費用和效益體現在哪些方面給找出來。總的來說，費用效益分析是一種方案比選的方法，其實質就是通過總費用/總收益，來選出最優方案。

1.3.2 費用效益分析的指標體系

1.3.2 .1綠色建筑費用

綠色項目從項目立項到建筑報廢拆除過程中投入的費用，分為直接費用和間接費用。

1）直接費用

直接費用指建筑建設和運營過程中投入的資金費用，其能以貨幣形式表現出來，這部分投入一般由開發商承擔。主要包括前期費用、初始投資、運營維護費用、回收價值四項。

2）間接費用

間接費用指的是社會成本即環境外在成本。建筑物本身是高消耗品，雖然綠色建筑有很多優點，但其在建設過程中，仍會給社會和環境帶來損失，這些成本就是間接費用，由社會來承擔。例如，建設過程對周圍居民產生的噪音影響、建筑物對自然生物的影響、建筑運行過程中排出的有害物質對自然和人們的影響。主要包括環境污染治理投入、資源和生態環境保護投入、管理與科技投入四項。

本文為方便計算，將直接費用與間接費用合并進行計算。

1.3.2 .2綠色建筑效益

綠色建筑效益分為直接效益和間接效益，一般直接效益是直接通過現金體現出來，而間接效益則是非現金化體現。

1)直接效益

直接效益指的是建筑物建成投入后給投資者帶來的經濟收益。主要包括直接經濟收入、節約效益、綠化效益、回收價值等。對于綠色建筑，其中節約效益占很大比重[13]。

節約效益是與一般建筑相比，通過綠色節約設計理念體現出的效益，如：保溫材料的使用，使得室內外能量傳遞能力減弱，進而節省用電費用；采用高效率暖通空調，降低能源消耗；采用較多自然光減少照明費用；以及對太陽能、風能、地熱能等再生能源的利用帶來的效益。

2)間接效益

綠色建筑不僅能帶來直接的資金收益，其所帶來的非貨幣體現的收益更大。雖然不能直接表現為貨幣，但是可以通過替代關系來量化進而貨幣化，屬于不易貨幣化的指標。綠色建筑的間接效益主要有環境效益、生態效益和社會效益。

本文為方便計算，將直接效益與間接效益合并進行計算。

2 綠色建筑節能技術經濟評價體系

2.1 評價原則

1）評價指標個性化

因為不同地區的地理、氣候、人口等各因素不同，所以對建筑物的指標要求也各不相同。綠色建筑追求與自然和諧，基于此，評價標準追求個性化。

2）綠色建筑“有無”對比原則

綠色建筑是在傳統建筑上發展起來的，其不能脫離傳統建筑而自成體系。與一般建筑進行比較更能體現其優勢所在。

3）從全壽命周期角度進行評價

綠色建筑節能技術的運用，使得建設項目前期投入增大，但節能經濟效益在運營期能體現。所以，我們要從全壽命周期角度，對綠色建筑前期增量成本和后期的節約效益進行經濟分析，進而得出綠色建筑節能技術經濟性是否合理。

2.2 綠色建筑節能效益量化分析

分析的主要目的是將綠色建筑節能技術所帶來的經濟、社會、環境效益量化計算出來。對節能技術的經濟效益分析，主要是和一般建筑進行對比，得出綠色建筑節能技術的增量成本和節約效益。直接效益分析所需數據較容易搜集，難的是對間接效益的量化。比如，對空氣質量的改善帶來的經濟影響是多大。

2.2.1 節能技術增量成本的計算

其中，

C——建筑節能技術總增量成本

C1——外圍護結構的增量成本

C2——使用先進暖通空調的增量成本

C3——可再生能源利用所帶來的增量成本

C4——照明節能技術帶來的增量成本

2.2.2 節能技術效益計算

其中，

需要注意的是節約效益是在建筑運營期體現出來的，需要將節能技術的效益折現，這樣計算才具有意義。

2.3 綠色建筑節能技術經濟評價綜合指標

由工程經濟學知，建筑工程經濟效益分析指標有很多，其中價值型指標包括凈年值、凈現值、費用年值、費用現值，比率型指標有凈現值率、投資收益率、外部收益率和內部收益率，時間型指標有靜態投資回收期和動態投資回收期。本文重點分析凈效益和動態投資回收期。

2.3.1 凈效益（凈年值NA或凈現值NPV）

項目的凈效益即項目在全壽命周期內，效益與費用的差值。它可折算到項目周期起點、終點或周期內任何一個基點，來對多個項目進行比選評價。對于凈效益現值NPV，可按如下公式進行計算：

式中，

NPV為凈效益現值（簡稱凈現值）

V,C為折算到基準點的效益現值和費用現值

對于項目的凈年值NA，可將凈現值NPV折算成等額年值進行計算，其公式為：

式中，(A/P,i,n)為資本回收系數。

評判準則：

當項目方案是相互獨立時，若NPV＞0或者NA＞0，則表明在經濟因素上，此項目可行；反之則不可行。當項目方案互斥或同一項目不同規模的方案比較，NPV或NA最大方案是最經濟合理方案。

2.3.2 效益費用比

效益費用比是指項目效益與費用之比，記為α，其表達式為

當＞1時效益必須大于費用，項目方案在經濟上是可行的；當＜1則該項目或方案支出的費用大于所得的效益，項目或方案應該放棄。

2.3.3 動態投資回收期

投資回收期，是指用經營成本的節約或增量凈收益來補償增量投資的年限[14]。在此分析，我們考慮資金具有時間價值。動態投資回收期計算公式：

其中，

n為各年累計的凈現值流量首次是正值或零的年數

判別準則：

3 實例分析

3.1 工程概況

秀峰產業基地項目位于福州市海西高新技術產業園，烏龍江大道西側，東臨烏龍江，西眺旗山。項 目 總 用 地 面 積12 030.7 m2，約 為18畝。按 照GB/T50378-2014《綠色建筑評價標準》，該項目最終評定為一星級綠色公共建筑，效果圖見圖1。項目總建筑面積55 200.68 m2(含地下室，其中地下面積18 314.39 m2，地上面積36 886.29 m2)。項目共3座樓,技術車間15層，技術車間3層，服務配套11層。該項目為公共建筑，設計使用年限為50年。

圖1 項目效果圖

項目目標定位為新能源產業基地的典范。現代化、智能化、節能環保，符合新能源企業特征的技術生產研發大樓。

設計與高新區海西園的總體規劃相協調，從項目實際出發，充分利用地形，把項目沿江的特色景觀融合到建筑中，適當考慮屋面及豎向景觀設計,創造宜人、舒適的產業生產研發環境。

3.2 綠色建筑節能技術應用

在秀峰產業基地項目中應用的綠色建筑節能技術有以下幾項：屋頂采用80 mm厚憎水膨脹珍珠巖保溫隔熱材料，門窗采用鋁合金中空玻璃門窗；在先進能源設備的使用方面采用一拖多數碼渦旋冷媒空調系統；在屋頂采用太陽能光伏板作為大樓能源的補充，它利用光伏半導體材料的光生伏打效應而將太陽能轉化為直流電能的設施；公共場所均采用高效節能光源。

通過綠建斯維爾BESI2020對此建筑進行能耗測評結果見表1。

表1 能耗測評結果

3.3 項目節能技術經濟評價

社會折現率定為5%。按福州標準，電費按0.54元/kWh。

3.3.1 項目節能技術增量成本計算

1）外維護結構增量成本

本項目使用3R綠色建筑材料，每平方米增加造價為25元，則材料成本增加合計25×36 886.29=92.22萬元。本項目窗戶所占面積為13 279㎡，且窗戶外門窗采用鋁合金中空玻璃門窗，與一般建筑鋁合金窗相比，每平方米增加造價為30元，則外窗的增量成本為30×13 279=39.84萬元。

2）高效率能源設備和再生能源利用設備的增量成本

經計算，太陽能光伏板以及高效能節能制冷、采暖等設備的利用，所產生的設備價差為323.4萬元。

3）照明系統增量成本

考慮LED等節能燈具在建筑全壽命周期過程中需更換次數，每次增量投入約為4萬元，最后折現總和為12.9萬元。

從全壽命周期出發，綜合得出建筑節能技術的增量成本：

3.3.2 項目節能技術增量效益計算

1）維護結構產生的增量效益

由表1數據可知

年增量效益：（22.31-13.94）×36 886.29×0.54=15.6萬元

折算為現值：NPV=(P/A,i,n)=280.8萬元

2）高效率能源設備產生的增量效益

由上表數據可知

制冷年增量效益：（60.04-33.71）×36 886.29×0.54=52.4萬元

供暖年增量效益：（39.64-24.08）×36 886.29×0.54=30.9萬元

制冷折算為現值：NPV=(P/A,i,n)=843.2萬元

制熱折算為現值：NPV=(P/A,i,n)=540.1萬元

3）對可再生能源利用產生的增量效益

本項目部分高層屋頂采用太陽能光伏板作為大樓能源的補充，補充熱量大概為3×107KJ/年，此部分熱量若采用電加熱獲取的話，可用下式衡量：

其中，

計 算 得 電 量 的 消 耗 為E=3×107/（0.9×3 595）=9 272 kW·h/年

即對再生能源的利用的增量效益：9 272×0.54=5 006元

折算為現值：NPV=(P/A,i,n)=9萬元

4）照明系統產生的增量效益

年增量收益：（19.44-13.37）×36 886.29×0.54=12.09萬元

折算為現值：NPV=(P/A,i,n)=217.62萬元

根據以上結果，綜合得出建筑節能技術的增量效益：

3.3.3 項目節能技術經濟性評價

凈現值NPV=V-C=1 890.72-468.36

=1 422.36萬元

費效比為α=V/C=1 890.72/468.36=4.03＞1，該項目的環境、經濟、社會效益很好，綠色投資方案是經濟可行的。

根據公式（4）計算，動態投資回收期為5-6年

通過對此項目節能技術的經濟評價分析可得，節能技術的應用雖然會增加一些成本，但運營期帶來的增量效益是遠大于前期成本增加的。

4 結束語

本文通過對綠色建筑節能技術的經濟性分析，進一步論證綠色建筑的巨大經濟效益。通過定量分析節能技術的效益，使得開發商更為直觀看到利益，有利于推動綠色建筑的發展。通過對比分析該項目的各項節能技術，并進行計算，研究結果對未來綠色建筑的發展具有一定的參考作用。同時，本文為房地產參與方提供了系統評價綠色建筑的經濟性的方法，有助于提高人們的綠色建筑理念，調動市場需求，最終推動綠色建筑的發展。