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价值工程在低碳建筑节能减排中的应用
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价值工程在低碳建筑节能减排中的应用
陈悦华1,申杰1
(1.武汉大学土木建筑工程学院,湖北 武汉430072)

摘要:文章结合价值工程在低碳建筑中的应用瓶颈及Dell Isola专家对价值工程的改进,引入建筑碳排放指数,推出应用于低碳建筑的低碳价值工程,并具体阐述了碳排放指数的计算方法。通过对低碳建筑的详细功能分析,文章继而介绍了采用AHP层次分析法计算价值系数的应用步骤,最终选择出满足功能良好、成本合适、碳排放量最少的方案,实现低碳作用。
关键词:价值工程;低碳建筑;碳排放指数;层次分析法;节能减排
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1价值工程在低碳建筑中的应用瓶颈
传统的价值工程公式: ,用来分析功能与成本之间的关系,但是,低碳建筑不同于一般建筑,他的功能和费用的关系更加复杂。不仅关注功能与费用的关系,还应做到建筑物的节能减排,而且我们还应寻找一个可以量化的指标来反映低碳建筑的碳排放水平。
2考虑碳排放指数G的价值工程改进
根据低碳建筑节能减排的要求,以及Dell Isola对价值工程 的改进思路,笔者认为现代低碳建筑价值工程分析应考虑的影响因子为:价值V、功能F、费用C、碳排放指数G,公式表示为:          
其中:V—低碳建筑产品或工作的价值
      F—低碳建筑产品或工作为满足用户的某种需求所实现的功能或功用
      G—低碳建筑碳排放指数(详见第三部分)
      C--为获得功能所付出的全部寿命周期费用,是建设费用和使用费用之和
3低碳价值工程中的碳排放指数G
为了切合全球“节能减排”的发展主题,在低碳建筑中控制碳排放量成了关键问题。清华大学的刘念雄等对住宅建筑生命周期CO2的排放量计算进行了深入探究【2】结合此文中的计算模型以及价值工程的应用,为计算评价对象的碳排放量,笔者总结以下几种评价情况:
3.1建筑材料的碳排放量计算
建筑材料的碳排放量主要来自于建材开采生产的直接排放和运输建材过程中的车辆排放。
                                                          (式1)                         
其中GM、GT分别为建材生产和运输过程中的CO2排放量。
 
其中QMi为第i种建材的用量,wMi为单位建材生产过程的排放量,ai为建材的回收系数。
 
其中wTi为采用第j种运输方式运输单位质量建材单位距离的排放量,Lij为第i种建材在第j种运输方式下的运输距离。
3.2施工工艺的碳排放计算
在某一施工工艺过程中,其排放量主要来自各种建材、机械设备以及固体废物的运输排放和各种机械设备等运行时动力能源燃烧时的排放。
                                                                (式2)
其中QCi为第i种施工工艺的工程量,wCi为第i种施工工艺完成单位工程量施工的排放量。
3.3采暖和空调能耗产生的碳排放计算
                                              (式3)
其中ECY、EHY分别是按节能规范规定或能量模拟软件计算的建筑物年总冷负荷和热负荷,wCY、wHY分别为单位冷、热负荷的排放量,nC、nH为空调、采暖设备系统效率。
3.4照明能量产生的碳排放量计算
                                                                 (式4)
其中E是年照明耗电量(kW·h/a),w为单位照明能耗的排放量。
 
其中WT为各房间或通道的设计照明容量,A为各房间或通道的地板面积,T为照明时间,F为节能设施的修正系数。
3.5 单位排放量w
对于以上公式中出现的单位排放量w又叫排放因子【3】,材料不同、施工工艺不同或者空调等设备的型号不同,对应的w也不同。核算人员应选取最容易获取、准确的以及最能被认可的排放因子,本文按以下原则进行选取和确定:
(1)最接近真实状况的排放因子,如特定于特定技术、地区、区域、省或州的排放因子,组织或机构发布的CO2 排放因子优于个人文献。
(2)相似或可比较的经验排放因子,如特定于一个国家或国家区域的排放因子,组织或机构发布的CO2 排放因子优于个人文献。
(3)国际间使用的平均排放因子。
4低碳价值工程的应用步骤
4.1研究对象的选择
能否正确选择价值工程对象是价值工程活动成效大小,甚至成败的关键。研究对象一般是选择价值低、碳排放量大、改善期望值大和十分重要的产品或系统。但不论选择哪种研究对象,不能单纯从控制成本的角度出发,应选择最大程度地减少建设项目资源消耗和气体排放的方案。况且通过各种节能降耗措施的实施也可以节约资源降低成本。
4.2功能分析
4.2.1低碳建筑满足的功能
低碳建筑要想做到节能减排,首先要了解建筑物的碳排放出自于哪些环节,低碳建筑总的碳排放来源[4]见图1
 
从图中总结低碳建筑满足的功能有:
(1)材料方面
建筑材料要满足低能耗、无污染、安全性能好、符合低碳理念的要求。不仅使用寿命长,而且施工工艺要简单易行。比如像一些新型干法散装水泥、保温混凝土空心砌块、泡沫混凝土、等能耗低、无污染、有利于环境保护和能源节约的建筑材料要推广使用。
(2)施工方面
建筑施工作为建筑全生命周期中的一个重要阶段,是实现建筑节能减排的关键环节。低碳建筑应采用低碳施工技术。低碳施工包括采用降耗环保型的施工工艺和技术,使用节能、环保、高效的施工设备和机具,节约施工用水、用电,充分利用可再生能源动力等在施工过程中可能发生碳排放的各个环节。
(3)管理方面
在低碳建筑设计管理阶段,应充分考虑自然环境,立足自然通风和自然采光的理念,顺应当地的气候条件和地形地貌。提高材料的利用率和可循环性,采用新型建筑体系和合理空间布局以减少能源消耗。在施工管理方面,要节约用地,合理安排施工组织设计,对低碳施工技术、材料和成本要加强测验、监督、检查,减少临建设施、尽量使用已建建筑,采用数字化智能管理技术等。
(4)使用方面
为提高能源的综合利用率,采用分布式热电冷联技术;对于采暖系统采用热泵技术、末端装置可调技术、新风处理以及余热回收技术,推广蓄冷中央空调;采用节能的家用电器和照明器具等节能产品,充分利用天然通风采光技术和可再生能源;使用智能化系统节水、节电、节能;在建筑周围或屋顶栽种适宜的绿化物种吸收含碳气体,在一定程度上也减少了建筑物碳排放含量。
4.2.2采用AHP方法确定功能系数
(1)建立层次分析法的递阶层次结构图,将系统问题条理化、层次化。
(2)构造判断矩阵  按照本层各个因素对上层某个因素的影响程度地大小,询问专家两两逐对进行比较判断,根据1-9比率标度将这种判断标准定量化,9级标度法中的i元素与被比较元素j的相对重要程度之间的对应关系为:若i元素与j元素同样重要,则记为aij= 1,aji = 1;若i元素与j元素稍微重要,则记为aij= 3,aji = 1 /3;若i元素与j元素明显重要,则记为aij = 5,aji = 1 /5;若i元素与j元素强烈重要,则记为aij= 7,aji = 1 /7;若i元素与j元素极端重要,则记为aij =9,aji = 1 /9。上述相邻判断的中间值为2、4、6、8,通过取各位专家评分的平均值形成判断矩阵A=[aij] n×n,,且aji =1/ aij,aii=1, aij>0,i、j=1,2…n。并进行列向量归一化处理,bij= aij/ ,得到矩阵B=[bij] n×n。
(3)求功能权重向量W  选择“和法”求判断矩阵的最大特征值λmax的特征向量,也就是权重向量W=[w1, w2,…, wn]T,其中wk= 。
(4)判断矩阵的一致性及其检验  为了满足比较的传递性,对判断矩阵要进行一致性检验,一致性指标CI=(λmax-n)/(n-1),一致性比率CR=CI/RI<0.1,则认为判断矩阵具有满意的一致性。若不满足需要修正。
4.3确定碳排放指数和成本系数
按照选择研究对象的不同,从式1—式4中选择合适的计算公式计算碳排放指数G,此处的G是除以建筑物建筑面积之后的每平方米碳排放量,成本系数按照实现功能和节排减能的每平方米造价计算,用公式 表示。
4.4计算价值系数
根据所求的功能系数、碳排放指数和成本系数,用公式 计算价值系数,然后,根据计算所得的价值系数进行比较,选择价值系数最大的方案,即在保证功能良好、成本最低的前提下,实现碳排放量最小,实现节能减排。
5结语
关于价值工程在低碳建筑中的应用还需要更深入的研究和完善,但通过以上理论上的研究,改进的价值工程具有可操作性,且计算方便。低碳价值工程可以借鉴传统价值工程的研究方法,加入碳排放指数进行计算。在方案比选时,求出综合经济效益和社会效益最大的方案,这对于实现可持续发展和节能减排具有较重要意义。
参考文献
[1]Dell' Isola, A.E.(1997)Value Engineering: Practical Applications for Design,Construction, Maintenance and Operations. R. S. Means Co, Kingston, Mass
[2]刘念雄,汪静,李嵘.中国城市住区CO2排放量计算方法[J].清华大学学报(自然科版),2009,49(9):1-4.
[3]张涛,吴佳洁,乐云.建筑材料全寿命期CO2 排放量计算方法[J].工程管理报,2012,26(1):23-26.
[4]宋春颖,侯军岐.基于价值工程低碳建筑研究[J].价值工程,2010,(26):61-62.
[4]何亚伯,张海涛,杨海红.工程经济学[M].北京:机械工业出版社,2008.
[5]何亚伯,张海涛,杨海红.建筑工程经济与企业管理[M].武汉:武汉大学出版社,2009.

 
作者:陈悦华  …  

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