泡沫混凝土砌块墙体全生命周期成本和效益分析.doc

泡沫混凝土砌块墙体全生命周期成本和效益分析

摘要：采用全生命周期成本和效益分析方法，根据墙体自保温体系生命周期成本分析的模型，分析了泡沫混凝土砌块这种自保温材料的成本和效益。结果表明，泡沫混凝土砌块在夏热冬冷地区具有十分显著的综合经济效益，对于推动我国建筑节能发展具有重要的现实意义。
abstract: According to the cost analysis model of the wall self-thermal insulation system life cycle, adopt life cycle cost-benefit analysis method to analyse the foam concrete block of heat preservation material cost-benefit. Results show that the foam concrete block in hot summer and cold winter zone has a very significant overall economic efficiency.It has the important practical significance to promote building energy saving of our country.
关键词：泡沫混凝土砌块，全生命周期，成本和效益分析，建筑节能
Keyword: foam concrete block、life cycle、cost-benefit analysis、building energy saving

地球作为人类生长和活动的环境，有两个有限性，一是它所能被利用的资源是有限的，二是它所能容纳的污染物也是有限的。随着工业化的发展，进入自然环境的污染物越来越多，超出了自然界自身的消化吸收能力，对生态环境和人类健康造成极大影响。因此人们越来越希望有一种方法对其所从事各类活动的资源消耗和环境影响有一个彻底、全面、综合的了解，全生命周期评价就是目前国际上普遍认同的为达到上述目的的方法。？

1 全生命周期评价l
联合国环境规划署（UNEP）对于全生命周期评价（LCA，Life Cycle Assessment）的定义为：“LCA是评价一个产品系统生命周期整个阶段，从原材料的提取和加工，到产品生产、包装、市场营销、使用、再使用和产品维护，直至再循环和最终废物处置的环境影响的工具。” LCA作为环境管理的有力工具，能够促进整个社会系统的可持续发展。全生命周期划分为以下几个阶段：（1）部品原材料制备与采购阶段；（2）部品生产阶段；（3）部品运输、安装使用阶段；（4）部品拆卸、回收处理阶段。具体见图1：

图1 建筑部品生命周期阶段划分
目前有不少学者用全生命周期成本分析（Life Cycle Cost Analysis, LCCA）的方法研究建筑领域的问题，如分析围护结构保温、分析暖通空调系统。全生命周期成本按照不同的阶段可以分为生产成本、建造成本、使用成本、处理成本。
（1） 生产成本：研发成本、原材料成本、能源消耗成本、生产设备折旧成本、人工成本、包装运输成本等；
（2）建造成本：施工设备折旧成本、材料成本、人工成本、施工能耗成本、运输成本、管理成本、资金成本、不可预见风险成本等；
（3）使用成本：运行成本、维护保养成本等；
（4）处理成本：回收成本、废弃处理成本、污染处理成本等。
2 外墙全生命周期年空调运行费用计算
墙体自保温体系是指按照一定的建筑构造，采用节能型墙体材料及配套砂浆使墙体的热工性能等物理性能指标符合相应标准的建筑墙体保温隔热技术体系。
由于墙体自保温体系具有与建筑同寿命、维修简单方便的特点，为简化计算，全生命周期成本只考虑了生产成本、建筑成本和运营维护成本。本文通过单位面积不透明围护结构的年采暖空调总费用出发，再结合生产成本和建筑成本，进行墙体自保温体系全生命周期成本分析。
2.1 外墙年度总负荷的计算
一般来说，单位建筑面积能耗可用式(1)进行计算：
QE = K·△T （1）
其中：QE——单位建筑面积能耗，W/m2；
K——外围护结构平均传热系数，W/m2·K；
△T——室内外温差，K。
本文只分析建筑外墙的能量损失，采用采暖度日数及空调度日数进行外墙传热负荷简化计算，得出单位面积外墙年度总传热负荷计算公式[1]：
QL=K×(HDD18+CDD26)×24/1000 （2）
其中：QL——单位面积外墙年度总传热负荷，kWh/m2；
K——外围护结构平均传热系数，W/m2·K；
HDD18——采暖度日数，℃•d；
CDD26——空调度日数，℃•d。
2.2 单位面积外墙年空调总费用
以夏热冬冷地区为例进行计算。在夏热冬冷地区，一般居住建筑采用热泵空调进行夏季制冷和冬季供热。因此，单位面积外墙在采暖期和制冷期的年空调运行费用计算分别为[2]：
CA=CW+CS （3）
CW=CE×K×HDD18×0.024/EER （4）
CS=CE×K×CDD26×0.024/COP （5）
其中：CA——单位面积外墙年空调运行费用，元/m2；
CW——单位面积外墙冬季空调运行费用，元/m2；
CS——单位面积外墙夏季空调运行费用，元/m2；
CE——当地居民生活用电价格，元/kWh；
COP——热泵空调制冷系数；
EER——热泵空调制热系数。
若考虑资金成本，则全生命周期内单位面积外墙要花费的空调运行费用CT为[8]：
CT= CA×[(1+I)N-1]/[I(1+I)N] （6）
其中：CT——全生命周期内单位面积外墙要花费的空调运行费用，元/m2；
I——银行贴现率，%；
N——全生命周期年限，年。

3 泡沫混凝土砌块墙体全生命周期成本与效益分析
泡沫混凝土砌块属于墙体自保温体系的一种材料，采用复合发泡生产工艺及设备进行生产，有广阔的应用前景和巨大的市场需求。现中高层建筑多采用的框架结构，为减轻建筑物负荷需要采用轻质墙体砌块，从而给利用工业固体废料生产保温轻体砌块提供了一个较大的市场契机，尤其在经济发达地区及城市，已有较多的建筑采用轻体混凝土砌块。
3.1 泡沫混凝土砌块生产成本
建筑材料的生产成本一般包括研发成本、原材料成本、能源消耗成本、生产设备折旧成本、人工成本、包装运输成本等。为了简便计算，忽略了泡沫混凝土砌块的研发成本和设备折旧成本，主要考虑原材料成本、包装运输成本、人工费、水电费、税收及其它杂费，泡沫混凝土砌块的生产成本CM为：
CM=原材料成本+包装运输成本+人工费+水电费+税收+其它杂费 （7）
3.2 泡沫混凝土砌块墙体的建造成本
建筑外墙的建造成本通常包括施工设备折旧成本、材料成本、人工成本、施工能耗成本、运输成本、管理成本、资金成本、不可预见风险成本等。由于泡沫混凝土砌块墙体是由一定的墙体构造措施、泡沫混凝土砌块及配套砂浆等构成的一个完整体系，所以整个体系的建造成本不但包括泡沫混凝土砌块，也包括构造柱、梁、抹面砂浆、砌筑砂浆、拉结筋等辅助材料。为简化计算，泡沫混凝土砌块墙体的建造成本计算只考虑泡沫混凝土砌块材料成本和施工费用，忽略了其它的相关成本，所以单位面积泡沫混凝土砌块外墙的建造成本C0为：
C0=CM’+CN （8）
其中：CM’——单位面积泡沫混凝土砌块墙体材料价格，元/m2；
CN——单位面积泡沫混凝土砌块墙体施工费用，元/m2。
3.3 泡沫混凝土砌块墙体的使用成本
泡沫混凝土砌块外墙具有与建筑同寿命、维修简单方便的特点，所以其使用成本只考虑在全生命周期内空调运行的耗能总费用，即本文公式（6）。
3.4 泡沫混凝土砌块墙体全生命周期成本及经济效益
以一栋重庆地区的高层住宅建筑为例，具体分析泡沫混凝土砌块墙体全生命周期成本及经济效益。该建筑按照节能率65％标准设计，框架结构，地下1层，地上24层，层高为3.1m；节能建筑面积约为26670m2，建筑体积约为93050m3，建筑外表面积约为12550 m2，建筑体形系数为O.13，各朝向的窗墙面积比为：南、北向0.71，东、西向0.26。
本文以建筑外墙系统为分析对象，并选取外墙采用传统做法的基础建筑作为对比评定对象。假设其它节能措施均相同，并忽略寿命周期中所发生的与分析无关或关系不密切的成本。两种建筑的外墙构造做法如表1所示。
由于墙体自保温体系具有和建筑物同寿命的特点，假设建筑物有效使用期限为50年，则全生命周期年限取50年。本案例分析中所使用的折现率为名义折现率r。其中，基准折现率取7％，通货膨胀率取8％，能源的平均货币贬值率取7.3％，则名义折现率为7．75％。此折现率就是进行全生命周期分析时采用的折现率。？
根据重庆现行《居住建筑节能65％设计标准》，重庆主城区的HDD18取1073℃·d，CDD26取241℃·d，家用热泵空调的COP和EER值都为3.0，居民用电价格为0.52元/kWh。考虑到普通居民在采暖期和制冷期空调运行时间比理论的24小时少得多，本文设定为8小时。计算结果见表2。
表1 节能建筑与基础建筑外墙两者不具有可比性，后者能承受荷载，前者仅能作为维护结构
建设成本对照表
建筑类型
外墙系统构造做法
平均传热系数
建设成本（元/m2）
基础建筑
20厚1:2.5混合砂浆
1.64W/(m2·K)
118.39
250厚钢筋混凝土墙
20厚1:2.5混合砂浆
节能建筑
(65％节能标准)
20厚l:2.5混合砂浆
0.58W/(m2·K)
95.57
300厚泡沫混凝土砌块
20厚1:2.5混合砂浆
表2 两种类型建筑外墙全生命周期成本和收益对比（单位：元/m2）
成本项目
费用净现值
节能建筑
基础建筑
建设成本
98.67？表1中为95.57

118.39
空调运行成本
94.75
217.46
全生命周期成本
193.42
335.85
空调节能收益
123.44？

-
全生命周期收益
143.16？

-
4 结论
通过对泡沫混凝土砌块墙体的全生命周期成本与效益分析，可知墙体采用泡沫混凝土砌块作为自保温体系，相比未采取保温节能措施的普通外墙做法，具有较明显的综合经济效益。
泡沫混凝土砌块的原材料分布十分广泛，可选用水泥、河沙等为主要原材料，也可根据当地情况就地取材，选用粉煤灰、矿渣粉、石粉、高炉水渣、尾矿砂、加气碎渣等工业废弃物为原材料，既可以治理污染、节省排污资金、保护环境和耕地，又可将粉煤灰等工业废料作为资源再利用，为企业创造非常可观的经效益。以年产2万立方米泡沫混凝土砌块计算，年可处理粉煤灰1.5万吨，为电厂节约排污资金75万元，创造经济效益300万元；若与等量的实心黏土砖相比，可节约标准煤3800余吨，保护耕地100余亩，所产生的社会效益是巨大的，将远远超过企业的经济效益。

参考文献：
[1]Kemal Comakli, Bedri Yuksel．Optimum insulation thickness of external walls for energy saving[J]．Applied Thermal Engineering, 2003, 23：473-479．
[2]董孟能, 田学春, 吕忠．墙体自保温体系生命周期成本及经济效益分析[J]．新型建筑材料, 2010, 9：26-29．
[3]陈咏梅．建筑外围护结构自保温体系的研究与应用[J]．建筑施工, 2006, 28(9)：734-735．
[4]黄春华, 叶勇军．节能建筑外墙保温层厚度的经济性优化[J]．建筑热能通风空调, 2005, 24(6)：73-76．
[5]任国强, 李琴．外墙保温生命周期成本分析[J]．水电能源科学, 2008, 26(1)：138-140．
作者联系方式：赵华 13810450931 58934327
基金支持： “十一五”科技支持计划课题“城镇绿地生态构件和管控关键技术研究和示范”