2014年11月,国务院办公厅发布的《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》 ^[1]提出了中期能源消费及煤炭消费总量的控制目标。同年11月,APEC会议期间签署的《中美气候变化联合声明》中,进一步提出在2030年左右二氧化碳排放达到峰值,非化石能源占一次能源消费比例提高到20%左右的目标。从“十二五”到“十三五”,我国对节能减排的目标从未放松。“十三五”期间实行能源和水资源消耗等总量和强度双控的行动,更体现了我国节能减排的决心。

　　 2017年1月10日,深圳市通过了公共建筑节能改造重点城市评估验收 ^[2]。从2011年深圳获批成为全国首批公共建筑节能改造重点城市,到2016年底,深圳完成了167个项目的节能改造,每年节电约1.12亿kW·h,节能改造的规模、水平和质量都处于全国前列。但在单个公共建筑节能改造项目中,单项节能改造技术的节能率是多少?单项节能改造措施的经济性如何,回收期多长?哪些因素变化时对项目经济性指标影响较大?这一系列问题亟待解决。

　　 为了解决上述问题,本文基于项目成本数据、现场测试能耗数据和供电局系统数据,从项目改造本身、节能服务公司及单项节能改造技术3个角度,采用修正后的静态投资回收期和动态投资回收期2种方法,选取深圳某办公建筑节能改造项目进行了节能量分析、经济性分析与项目经济指标的敏感性分析。

　　 目前深圳市公共建筑节能改造对象包括空调用电系统、照明插座用电系统、动力用电系统、特殊用电系统和围护结构,以及建筑运行管理等。各系统的范畴与主要改造技术途径如表1所示。

　　 2019年6月,深圳市住房和建设局发布了《深圳市公共建筑节能改造能效测评技术导则》,对深圳市节能改造节能量(率)核定原则、节能量核定方法及节能量核定程序作了规定。节能改造技术节能量核定方法主要分为测量计算法和账单分析法 ^[3]。

　　 而目前评价公共建筑节能改造项目经济性通常采用投资回收期法。投资回收期是指用项目投资的净收益回收项目投资所需要的时间,一般以年为单位。投资回收期分为静态投资回收期和动态投资回收期,两者的区别为静态投资回收期不考虑资金的时间价值,而动态投资回收期考虑资金的时间价值。

　　 根据JGJ 176—2009《公共建筑节能改造技术规范》第4.7.1条的规定,静态投资回收期T_j=K/M(其中,K为节能改造的总投资,万元;M为节能改造产生的年效益,万元/a)。在实际使用该公式时,有一点是特别需要注意的,即M值的确定问题:M值不完全等于进行节能改造后每年能耗降低所节省的费用,因为作为有效值,其数值应该等于年节能费用减去相应的运营费用和维护管理费用 ^[4]。本文对静态投资回收期的计算公式修正如下:

　　 ${\rm T}{}_{\text{j}\text{x}}=\frac{{\rm K}}{{\rm M}-{{\rm M}}^{\prime }}(1)$

　　 式中 T_jx为修正后的静态投资回收期,a;M′为节能改造后节能效益分享期间运行维护产生的年均费用,万元/a。

　　 对于节能服务公司而言,其利润来自对用能单位实施节能改造后产生的节能效益,即按一定比例与用能单位进行节能效益分享,包括固定分享比例和变动分享比例。因此,对于节能服务公司,其静态投资回收期的计算公式如下:

　　 ${\rm T}{}_{\text{j}\text{j}}=\frac{{\rm K}}{{\displaystyle \sum _{i=1}^n\frac{{\rm M}p{}_i}{n}}-{{\rm M}}^{\prime }}(2)$

　　 式中 T_jj为节能服务公司静态投资回收期,a;n为分享节能效益的总年限,一般不超过6 a;p_i为分享节能效益期间第i年节能服务公司的分享比例。

　　 动态投资回收期考虑了资金的时间价值,计算结果符合实际情况,但计算过程烦琐,非经济类专业人员难以掌握。动态投资回收期T_d的计算方法为累计净现金流量现值出现正值的年数减1后与上一年累计净现金流量现值的绝对值之和除以出现正值年份净现金流量的现值。

　　 累计净现金流量现值这一指标也可用于对节能改造项目进行经济性评价。投资净现值是一项投资所产生的未来现金流的折现值与项目投资成本之间的差值。净现值法是评价投资方案的一种方法。该方法利用净现金效益量的总现值与净现金投资量算出净现值,然后根据净现值的大小来评价投资方案。净现值为正值,投资方案是可以接受的;净现值是负值,投资方案是不可接受的。净现值越大,投资方案越好。净现值计算式如下:

　　 ${\rm N}{\rm P}V={\displaystyle \sum _{t=1}^n\frac{C{}_t}{(1+r){}^t}}-C{}_{\text{o}}(3)$

　　 式中 NPV为净现值;C_t为第t年现金流量;C_o为初投资;r为折现率。

　　 该办公建筑位于深圳市宝安区,总建筑面积约21 073 m²,改造前基准年能耗取2011、2012、2013年建筑能耗的平均值145.01万kW·h,改造前建筑用能设备现状及采用的节能改造措施如表2所示。

　　 该办公建筑综合节能改造项目节能分享期为6 a,自竣工验收之日起计算,项目采用合同能源管理节能效益分享模式,节能效益分享期内按固定比例分享,业主与建设单位分别按15%、85%进行分享。

　　 该项目仅进行节电改造,综合电价(包括电度电价和基本电价两部分)为1.104 4元/(kW·h)。

　　 该办公建筑节能改造项目于2014年8月通过竣工验收。2015年8月至2018年7月期间,通过第三方测评机构出具了“项目合同能源管理节能服务节能量审核报告(账单分析法)”,节能服务公司节能效益分享情况如表3所示。

　　 从表3可以看出,该办公建筑综合节能改造年总节能量为38.55万kW·h,年总节能费用为42.57万元。

　　 根据《深圳市公共建筑节能改造重点城市项目能效测评报告》(测量计算法),该办公建筑节能改造技术效果定量分析统计结果如表4所示。

　　 根据表2该办公建筑节能改造措施及财务统计成本数据,以及照明节能改造使用灯具、空调系统改造增加设备为该项目实施单位自行采购,且现场施工人员为该项目实施单位自有人员等情况,确定该办公建筑节能改造成本如表5所示。

　　 根据式(1),对于该节能改造项目,其静态投资回收期T_jx=(17.37万元+35.24万元)÷(42.58万元/a-43.42万元/6a)≈1.5 a。

　　 同理可计算该节能改造项目各单项节能改造技术或分项节能改造技术的静态投资回收期,如表6所示。

　　 根据式(2),对于节能服务公司,其静态投资回收期T_jj=(17.37万元+35.24万元)÷(0.85×42.58万元/a-43.42万元/6 a)≈1.8 a。

　　 同理可计算节能服务公司各单项节能改造技术或分项节能改造技术的静态投资回收期,结果如表7所示。

　　 考虑节能效益分享型合同能源管理项目分享期较长,建筑节能服务公司的基准折现率取10%,计算得到的节能改造项目动态投资回收期如表8所示。

　　 同理可计算得到节能改造项目各单项节能改造技术或分项节能改造技术的动态投资回收期,如表9所示。

　　 对于节能服务公司,动态投资回收期如表10所示。

　　 同理可计算得到节能服务公司各单项节能改造技术或分项节能改造技术的动态投资回收期,如表11所示。

　　 综上,该办公建筑节能改造投资回收期如图1所示。

　　 本章基于第2章的研究成果,对影响节能改造经济指标(净现值、动态投资回收期)的不确定因素进行敏感性分析。针对建筑业主及节能服务公司最关心的综合电价、基准折现率和节能率这3个主要敏感因素依次展开单因素敏感性分析。

　　 单因素敏感性分析指的是每次只变动一个因素而其他因素保持不变的敏感性分析法。可对净现值和动态投资回收期分别进行单因素敏感性分析,计算不确定因素对净现值或动态投资回收期的敏感度系数,以及不确定因素的临界值(即为保证NPV≥0的不确定因素的极限取值)。敏感度系数是反映项目效益对因素敏感程度的指标。敏感度系数越大,敏感程度越高,即敏感系数越大,说明由该因素变化引起的项目效益的变化越明显 ^[5]。其计算式为

　　 $S=\frac{\text{Δ}A}{\text{Δ}F}(4)$

　　 式中 S为经济评价指标A对敏感性因素F的敏感度系数;ΔA为敏感性因素F变动ΔF时,指标A的变化率;ΔF为敏感性因素F的变化率。

　　 单因素敏感性分析具体步骤如下:

　　 1) 选取敏感性因素变化率和计算周期。

　　 根据项目的具体情况选取敏感性因素的变化率和计算周期,并依照第2.2节的计算方法,得出在不同敏感性因素变化率下,对应的项目净现值和动态投资回收期。

　　 2) 对净现值进行单因素敏感性分析。

　　 设不确定因素X_i不变时净现值为NPV,X_i变化率为a时对应的净现值为NPV_a,根据式(4),可确定敏感性因素对净现值的敏感度系数S_jx:

　　 $\begin{array}{l}\text{Δ}A{}_{\text{j}\text{x}}=\frac{{\rm N}{\rm P}V{}_a-{\rm N}{\rm P}V}{{\rm N}{\rm P}V}(5)\\ S{}_{\text{j}\text{x}}=\frac{\text{Δ}A{}_{\text{j}\text{x}}}{\text{Δ}F}=\frac{{\rm N}{\rm P}V{}_a-{\rm N}{\rm P}V}{{\rm N}{\rm P}Va}(6)\end{array}$

　　 将式(3)进行简化得到净现值计算式为

　　 ${\rm N}{\rm P}V=-C{}_{\text{o}}+(J{}_{\text{d}}D{}_{\text{z}}-W){\rm N}{}_{\text{j}}(7)$

　　 式(5)～(7)中 ΔA_jx为净现值变动时指标A的变化率;J_d为年均节电量;D_z为综合电价;W为年均运行维护费用;N_j为年金现值。

　　 在计算综合电价、节能率和折现率的临界值时,只需将式(4)中需计算的不确定因素设为i,其他不确定因素值不变,再令NPV=0,求解出的i值即为该不确定因素的临界值。

　　 3) 对动态投资回收期进行单因素敏感性分析。

　　 设不确定因素X_i不变时,动态投资回收期为T_d,在不确定因素X_i变化率为a时对应的动态投资回收期值T_da,根据式(4)可得不确定因素对动态投资回收期的敏感度系数S_d的计算式:

　　 $\begin{array}{l}\text{Δ}A{}_{\text{d}}=\frac{{\rm T}{}_{\text{d}a}-{\rm T}{}_{\text{d}}}{{\rm T}{}_{\text{d}}}(8)\\ S{}_{\text{d}}=\frac{\text{Δ}A{}_{\text{d}}}{\text{Δ}F}=\frac{{\rm T}{}_{\text{d}a}-{\rm T}{}_{\text{d}}}{{\rm T}{}_{\text{d}}a}(9)\end{array}$

　　 式(8)中 ΔA_d为动态投资回收期变动时指标A的变化率。

　　 选取项目折现率、综合电价、节能率3个影响因素对深圳某办公建筑节能改造净现值和动态投资回收期分别进行单因素敏感性分析。

　　 取该节能改造项目敏感性分析周期为改造项目节能分享期(6 a),敏感性因素变化率为±10%、±20%,不确定性因素变化后的取值如表12所示。

　　 下面依次对3个敏感性因素展开单因素敏感性分析。

　　 基准折现率对净现值、动态投资回收期的敏感性分析结果如表13、14所示。

　　 综合电价对净现值、动态投资回收期的敏感性分析结果如表15、16所示。

　　 节能率对净现值、动态投资回收期的敏感性分析结果如表17、18所示。

　　 综合以上结果,可以得到单因素敏感性分析图,分别如图2、3所示。

　　 图2、3中各条线的斜率反映了净现值或动态投资回收期对各不确定性因素的敏感程度。斜率的绝对值越大,该因素对经济指标的影响越大,斜率为正意味着正影响,反之为负影响。

　　 从图2可以看出,3个因素对净现值指标的影响为:综合电价=节能率>折现率。其中净现值对综合电价、节能率2个因素的变化最为敏感,即综合电价和节能率产生变化会对净现值产生较为明显的影响,折现率的影响则相对较小。3个敏感性因素中,综合电价和节能率对净现值为正影响,即随着综合电价或节能率的增大,净现值逐渐增大;而折现率对净现值为负影响,其值越大,净现值越小。

　　 从图3可以看出,3个因素对动态投资回收期指标的影响为:综合电价=节能率>折现率。与净现值指标分析结果相同的是,综合电价、节能率2个因素对动态投资回收期的影响最明显,而折现率的影响则相对较小。与净现值分析结果不同之处在于,折现率对动态投资回收期为正影响,综合电价和节能率为负影响。

　　 从以上分析中可以得出:净现值的敏感性分析结果与动态投资回收期大致相同。对既有建筑节能改造的经济指标影响最大的是综合电价、节能率。该办公建筑2015年11月综合电价为1.104 4元/(kW·h),2019年11月综合电价下调为0.985 0元/(kW·h),从项目本身分析,动态投资回收期为2.0 a;对于节能服务公司,动态投资回收期为2.5 a。综合电价变化对动态投资回收期的影响如表19所示。

　　 此外,折现率对经济性的影响虽然不及综合电价和项目总投资,但其对NPV与动态投资回收期的敏感度系数也分别达到了-0.45和0.13,若该办公建筑引入绿色金融进行绿色节能贷款,取基准折现率为5%,则项目本身与节能服务公司动态投资回收期对比如表20所示。

　　 从表20可以看出,该办公建筑改造项目平均动态投资回收期由1.7 a缩短至1.6 a,缩短5.9%;该办公建筑节能服务公司平均动态投资回收期由2.1 a缩短至2.0 a,缩短4.8%。

　　 1) 计算建筑节能改造项目总成本时,除应考虑项目实施阶段的初投资外,还应考虑项目验收后运行维护阶段发生的成本。

　　 2) 选取深圳某办公建筑,进行了节能改造技术效果定量分析、经济性分析。建筑运行管理、集中空调系统改造和LED灯具改造因其动态投资回收期最短,经济性最好,是目前最受建筑业主或节能服务公司欢迎的节能技术。

　　 3) 选取了折现率、综合电价和节能率3个影响因素,进行了节能经济指标单因素敏感性分析,3个因素对该项目净现值和动态投资回收期影响程度均为:综合电价=节能率>折现率。

　　 4) 通过引入绿色金融进行绿色节能贷款,可缩短该改造项目回收期,降低建筑节能改造资金风险,有力推动既有建筑规模化节能改造。