基于全生命周期成本的綠色建筑設(shè)計優(yōu)化研究

王旭鵬

（同圓設(shè)計集團股份有限公司煙臺分公司，山東 煙臺 264003）

綠色技術(shù)建筑發(fā)展過程中，眾多綠色節(jié)能減碳技術(shù)之間的應(yīng)用思路存在一定的差異，因此選擇合適的低碳評價方法，構(gòu)建合理化、可持續(xù)的綠色建筑技術(shù)組合體系是促進建筑業(yè)實現(xiàn)低碳化發(fā)展的必要環(huán)節(jié)。

1 節(jié)能技術(shù)全生命周期成本分析與優(yōu)化

1.1 節(jié)能技術(shù)全生命周期成本分析

綠色建筑技術(shù)的全生命周期成本分析是考慮能源生產(chǎn)、輸送直至使用消耗的整個過程的，估算環(huán)境影響與工程投資成本的評價方法。綠色建筑常見的節(jié)能技術(shù)包括節(jié)能化維護結(jié)構(gòu)、環(huán)保型循環(huán)空調(diào)技術(shù)和太陽能取暖技術(shù)[1]。在節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用過程中，主要增加的建筑的設(shè)備采購成本和建筑成本，涉及建筑的設(shè)計、建造和裝修維護等多個環(huán)節(jié)，在進行成本分析時，需考慮能源成本、工程研究開發(fā)、設(shè)備耐用性等多個經(jīng)濟指標[2]，在滿足綠色建筑標準的條件下，實現(xiàn)全過程碳排放下降。采用節(jié)能技術(shù)，一方面可以使建筑運行過程中非傳統(tǒng)能源在總能源消耗中占比提升，一定程度上降低了能源成本，可直接帶來一定經(jīng)濟效益；另一方面可以緩解城市的能源供應(yīng)壓力，降低公共設(shè)備建設(shè)成本，形成一定的社會效益、全生命周期法進行成本分析時，二者需要統(tǒng)籌考慮[3]。研究總結(jié)了大量綠色建筑工程實際工程建設(shè)成本數(shù)據(jù)，當(dāng)前我國較為成熟的節(jié)能技術(shù)與其成本特征如表1 所示。

表1 節(jié)能技術(shù)成本特征分析表

其中，建筑（設(shè)備增量）比例是建設(shè)安裝節(jié)能構(gòu)件、進行綠色施工直接產(chǎn)生的額外成本，在全生命周期分析體系中，這部分成本包含建筑材料從原材料加工到運輸至工業(yè)場地的過程性經(jīng)濟成本，此項經(jīng)濟成本的產(chǎn)生意味著能源材料的消耗和碳排放的增加。根據(jù)成本分析結(jié)果，當(dāng)下圍護節(jié)能技術(shù)帶來直接經(jīng)濟效益最優(yōu)的是安裝環(huán)氧樹脂玻璃窗，其良好的直接經(jīng)濟效益占比說明此技術(shù)直接有效地降低了建筑熱逸散，有良好的保溫和隔音功能，但是由于其造價較高需要消耗一定工業(yè)聚合物，其凈增值＜0[4]。在選定的節(jié)能化方式中，外墻夾心保溫技術(shù)、太陽能取暖技術(shù)、太陽能復(fù)合電磁爐輔助熱源取暖方式和4 種綠色空調(diào)技術(shù)在建筑后續(xù)投入使用過程中，其能源節(jié)約成本均可覆蓋建筑與設(shè)備的額外成本，屬于增值技術(shù)。

1.2 節(jié)能技術(shù)全生命周期成本優(yōu)化

根據(jù)表1 中的成本統(tǒng)計分析結(jié)果，相關(guān)技術(shù)的直接經(jīng)濟性能指數(shù)反映了技術(shù)的全生命周期的節(jié)能效率，建筑（設(shè)備）增量表明技術(shù)施工或設(shè)備加工安裝過程中產(chǎn)生的能源消耗，利用經(jīng)濟指數(shù)來表現(xiàn)技術(shù)節(jié)能性特征。由于節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和推廣會帶來一定的集體經(jīng)濟效益，增強整體規(guī)劃上的節(jié)能性和可持續(xù)性，因此工程凈增值＞-0.005 均可判定為該技術(shù)從全生命周期角度有利于能源節(jié)約[5]。在同等凈增值條件下，考慮到綠色能源的發(fā)展成本逐步降低，可選擇直接經(jīng)濟效益較好的工程技術(shù)方案，各節(jié)能技術(shù)的節(jié)能性質(zhì)與經(jīng)濟性指標對比如圖1 所示。

圖1 節(jié)能技術(shù)全過程成本分析圖

根據(jù)經(jīng)濟性分析結(jié)果，在以上的節(jié)能技術(shù)中，綜合考慮技術(shù)的節(jié)能特性和能源成本，圍護節(jié)能技術(shù)方面應(yīng)選擇外墻夾心保溫、環(huán)氧樹脂玻璃窗與普通屋面，這主要是因為種植屋面維護成本較高且需要一定的機械設(shè)備進行維護，增加了房頂自重。房屋取暖選擇太陽能自然加熱系統(tǒng)，空調(diào)選擇地?zé)嵫h(huán)泵系統(tǒng)。由于不同工程項目所處地區(qū)的自然環(huán)境不同，太陽能采暖與空調(diào)制冷系統(tǒng)的效率和能源消耗率會受光照時間、地下水位等多方自然因素的影響，本次項目采集的工程數(shù)據(jù)信息多位于華北平原地區(qū)，因此在進行建筑設(shè)計時需要充分考慮自然因素，有針對性地進行數(shù)據(jù)調(diào)整，選擇合適的采暖系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)。優(yōu)化后的節(jié)能模塊額外成本消耗率為6.75%，直接經(jīng)濟效益為8.42%，凈增值為1.67%。

2 節(jié)水技術(shù)全生命周期成本分析與優(yōu)化

2.1 節(jié)水技術(shù)成本對比

本次研究將節(jié)水技術(shù)按照作用點位分為室內(nèi)技術(shù)、中水回用技術(shù)和環(huán)境節(jié)水技術(shù)，其中室內(nèi)節(jié)水基礎(chǔ)產(chǎn)生的增量成本主要集中在器具成本上，以節(jié)水器具和限定水壓技術(shù)為例，需要進行設(shè)備單獨采購、安裝與敷設(shè)，通過限壓限流的方式從用水端在實現(xiàn)功能作用的前提下在建筑運行階段實現(xiàn)25%以上的水量節(jié)約，形成節(jié)水經(jīng)濟效益。以華北地區(qū)為例，主要節(jié)水技術(shù)與其經(jīng)濟成本分析結(jié)果如表2 所示。

表2 節(jié)水技術(shù)成本特征分析表

本次選用綠色建筑群小區(qū)中水系統(tǒng)為主要研究對象，小區(qū)中水通過管道收集后進行集中處理。在全生命周期評價體系下，小區(qū)中水處理系統(tǒng)與人工濕地技術(shù)建設(shè)過程中采用建材和施工能耗會提升項目整體碳排，但中水與雨水的集中處理系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)市政處理輸送距離短、處理難度與處理成本較低。多數(shù)節(jié)水技術(shù)是建立群體規(guī)模擴大和市政配套提升的基礎(chǔ)上的，如分質(zhì)供水技術(shù)、中水回用技術(shù)和人工濕地技術(shù)，均需工程建設(shè)當(dāng)?shù)氐氖姓A(chǔ)和環(huán)保政策提供設(shè)施支撐。此類節(jié)水技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用會產(chǎn)生群體效應(yīng)，逐步提升集體經(jīng)濟效益，因此當(dāng)凈增值＞-0.01 時，可判定該技術(shù)從全生命周期角度有利于水資源節(jié)約。

2.2 節(jié)水技術(shù)全生命周期成本優(yōu)化

根據(jù)表2 中的成本統(tǒng)計分析結(jié)果，室內(nèi)節(jié)水技術(shù)環(huán)境經(jīng)濟效益良好，跑冒滴漏防控技術(shù)、節(jié)水器具和限定水壓技術(shù)均可用戶端節(jié)約水量20%以上，雨水收集滲透技術(shù)與中水回用技術(shù)提高了非常規(guī)水源使用比例，相較于普通建筑群占比提升12%，改善了水源結(jié)構(gòu)，有效緩解了市政供水壓力。研究選定節(jié)水設(shè)備服務(wù)期為25 年，主要相關(guān)的節(jié)水技術(shù)的節(jié)水性能與全生命周期成本增量如圖2 所示。

圖2 節(jié)水技術(shù)全過程成本分析圖

由圖2 可得，選定的節(jié)水技術(shù)中室內(nèi)的節(jié)水技術(shù)應(yīng)選擇跑冒滴漏防控技術(shù)、安裝節(jié)水器并限定使用水壓，小區(qū)內(nèi)設(shè)置中水收集、處理與回用設(shè)施，敷設(shè)專用管道，水質(zhì)凈化技術(shù)選用混凝沉淀聯(lián)合生態(tài)濕地技術(shù)，建筑外綠化地基建設(shè)雨水收集過濾系統(tǒng)，采用凈化后的雨水進行綠化噴灌。此類建筑內(nèi)外聯(lián)動式的節(jié)水方案產(chǎn)生的建筑與設(shè)備增量成本為8.08%，直接經(jīng)濟效益為10.36%，凈增值為2.28%。其直接經(jīng)濟效益遠高于節(jié)能模塊，說明此方案下綠色建筑的節(jié)水性能遠高于傳統(tǒng)建筑，其節(jié)水產(chǎn)生的經(jīng)濟效益在全生命周期中在覆蓋雨水過濾、中水回用、人工濕地的建設(shè)和維護費用外，還可額外節(jié)約2.28%的運行成本。

3 節(jié)材技術(shù)全生命周期成本分析與優(yōu)化

3.1 節(jié)材技術(shù)全生命周期成本分析

常見的綠色建筑節(jié)材技術(shù)主要兩個重要方向，一是采用高性能新型建筑材料如粉煤灰水泥、輕骨料混凝土和集料砌塊，利用回收材料如粉煤灰等生產(chǎn)可長效使用的建筑材料減少環(huán)境污染。二是通過優(yōu)化施工技術(shù)和方法，強化管理，在完成建筑任務(wù)的前提下減少不必要的材料浪費，延長建筑使用壽命。根據(jù)華北地區(qū)的綠色建筑與傳統(tǒng)建筑的工程資料，以下的綠色節(jié)材技術(shù)的成本增量與直接經(jīng)濟效益比如表3 所示。

表3 節(jié)材技術(shù)成本特征分析表

3.2 節(jié)材技術(shù)全生命周期成本優(yōu)化

由表3 中數(shù)據(jù)分析可知當(dāng)前空氣凈化技術(shù)可改善居民居住環(huán)境，有益于居民身心健康，其作用主要集中于社會效益，直接經(jīng)濟效益較難估算，因此采用定額比例。節(jié)材技術(shù)的成本分析與效能數(shù)據(jù)如圖3 所示。

圖3 節(jié)材技術(shù)全過程成本分析圖

由圖3 可得，建筑施工在可行范圍內(nèi)選擇粉煤灰摻雜水泥、輕骨料混凝土、加氣混凝土砌塊，建成墻體具有良好的防火和吸聲效果，建設(shè)過程中自重輕易于運輸加工。施工過程中利用建模技術(shù)強化施工管理，可有效節(jié)約10.91%的基礎(chǔ)建材。以上節(jié)材方案產(chǎn)生的增量成本為7.06%，直接經(jīng)濟效益為7.57%，凈增值為-0.03%。

4 結(jié)語

（1）本文針對綠色建筑建設(shè)過程中的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材技術(shù)進行了分析總結(jié)，以華北地區(qū)綠色建筑與傳統(tǒng)建筑的工程數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從全生命周期的角度統(tǒng)籌計算各項技術(shù)產(chǎn)生的增量成本，進行技術(shù)成本評價，計算直接經(jīng)濟效益評價技術(shù)的環(huán)保效能，建立了凈增值良好的建設(shè)方案。

（2）經(jīng)過匯算，節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材組合技術(shù)方案產(chǎn)生的增量成本約為7.06%，直接經(jīng)濟效益為8.79%，凈增值為1.31%，優(yōu)化后的建筑方案在為期35 年的生命周期中節(jié)約了大量電能與水資源，能源節(jié)約產(chǎn)生的直接效益可覆蓋設(shè)備機械成本與人工濕地等建設(shè)成本，具有良好的減碳能力和經(jīng)濟效益。