基于成本效益分析的建筑节能改造技术优选与决策方法

1.本发明涉及建筑节能改造技术领域，尤其是涉及一种基于成本效益分析的建筑节能改造技术优选与决策方法。


背景技术：

2.既有建筑节能改造是城市更新和实现双碳目标的重要一环。然而，现实中既有建筑节能改造往往受多种因素影响与制约，包括政策规范、资源可及性、改造技术、建筑特性、人为因素和其他不确定性。同时，由于节能改造需要投入大量初始成本，业主难以确认其投资价值，使得节能改造项目决策过程复杂、难以推行。
3.一个全面的节能改造过程涉及能源审计、建筑性能评估、节能量化研究、经济分析、风险分析和节能量测量与验证等诸多环节。现有研究多深入于某一特定环节，例如能耗模拟的软件开发，能耗模拟的方法原则，节能改造技术措施的选取，建筑全生命周期成本分析，决策优化模型，等等。然而，目前尚未有一个集成式框架为建筑节能改造提供一站式解决方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺少集成式框架为建筑节能改造提供一站式解决方案的缺陷而提供一种基于成本效益分析的建筑节能改造技术优选与决策方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种基于成本效益分析的建筑节能改造技术优选与决策方法，具体包括以下步骤：
7.s1、获取建筑图纸信息，基于建筑图纸信息构建初始能耗模型；
8.s2、根据建筑现状校正能耗模型，对初始能耗模型进行更新，根据实际监测建筑能耗与能耗模拟结果计算初始能耗模型的均方根误差，并将均方根误差最小的初始能耗模型作为建筑能耗模型；
9.s3、获取建筑的节能改造措施，计算节能改造措施对应的节能效益值；
10.s4、获取节能改造措施的成本信息，根据数据来源时间与地点对成本信息进行本土化校正，并对校正后的成本信息进行成本效益分析，通过可视化图表对节能改造措施进行对比；
11.s5、判定建筑能耗模型是否有成本阈值，若是则选取成本阈值内节能效益值最大的节能改造措施，否则根据决策矩阵选取最优的节能改造措施。
12.所述步骤s2中初始能耗模型的更新内容包括在室人员时间表、设备信息、外立面信息和模型设置参数。
13.进一步地，所述模型设置参数根据获取的能源审计结果进行更新。
14.所述节能改造措施的类型包括模拟措施和非模拟措施，所述模拟措施采用模拟的
节能结果作为节能效益值。
15.进一步地，所述非模拟措施采用基于多篇文献计算的平均节能量作为节能效益值。
16.所述节能改造措施的组合方式包括单个措施和组合措施。
17.所述步骤s4中成本效益分析的过程具体包括根据约定一致的项目周期，画出单个措施和组合措施的现金流量图，计算多种贴现率下的经济指标。
18.进一步地，所述经济指标包括效益现值、成本现值、净现值、效益成本比、节约能源的平均成本、以及净现值随贴现率变化的敏感度。
19.所述步骤s4中图表可视化的对比组合包括效益现值与成本现值、净现值与贴现率、节约能源的平均成本与年节能量。
20.所述决策矩阵的行包括节能改造措施，列包括多种决策指标，所述决策指标包括投资量、净现值、效益成本比和敏感度，所述步骤s5中根据决策矩阵选取最优的节能改造措施的具体过程为将标准归一化后的决策指标加权作为节能改造措施的最终分数，分数排名最高的节能改造措施作为最优决策。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.本发明集成了建筑能耗模拟与成本效益分析，针对缺乏文献资料的老旧建筑能耗模拟困难的问题，利用能耗监测数据进行模型校正的方法；针对改造措施节能效益难以量化的问题，集合能耗模拟与启发式探索的混合模型；针对改造措施成本难以估算的问题，考虑时间与地点的成本本地化方案；针对决策因素复杂的问题，通过标准化的成本效益分析方法与优化决策方法进行计算，使建筑节能改造决策更具可操作性，对于推动建筑节能改造理性决策具有现实意义和应用价值，有效提高了节能决策方案的处理效率以及节能评测结果的准确性。
附图说明
23.图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
25.实施例
26.如图1所示，一种基于成本效益分析的建筑节能改造技术优选与决策方法，具体包括以下步骤：
27.s1、获取建筑图纸信息，基于建筑图纸信息构建初始能耗模型；
28.s2、根据建筑现状校正能耗模型，对初始能耗模型进行更新，根据实际监测建筑能耗与能耗模拟结果计算初始能耗模型的均方根误差，并将均方根误差最小的初始能耗模型作为建筑能耗模型；
29.s3、获取建筑的节能改造措施，计算节能改造措施对应的节能效益值；
30.s4、获取节能改造措施的成本信息，根据数据来源时间与地点对成本信息进行本
土化校正，并对校正后的成本信息进行成本效益分析，通过可视化图表对节能改造措施进行对比；
31.s5、判定建筑能耗模型是否有成本阈值，若是则选取成本阈值内节能效益值最大的节能改造措施，否则根据决策矩阵选取最优的节能改造措施。
32.步骤s2中初始能耗模型的更新内容包括在室人员时间表、设备信息、外立面信息和模型设置参数。
33.模型设置参数根据获取的能源审计结果进行更新。
34.节能改造措施的类型包括模拟措施和非模拟措施，模拟措施采用模拟的节能结果作为节能效益值。
35.非模拟措施采用基于多篇文献计算的平均节能量作为节能效益值。
36.节能改造措施的组合方式包括单个措施和组合措施。
37.步骤s4中成本效益分析的过程具体包括根据约定一致的项目周期，画出单个措施和组合措施的现金流量图，计算多种贴现率下的经济指标。
38.经济指标包括效益现值、成本现值、净现值、效益成本比、节约能源的平均成本、以及净现值随贴现率变化的敏感度。
39.步骤s4中图表可视化的对比组合包括效益现值与成本现值、净现值与贴现率、节约能源的平均成本与年节能量。
40.决策矩阵的行包括节能改造措施，列包括多种决策指标，决策指标包括投资量、净现值、效益成本比和敏感度，步骤s5中根据决策矩阵选取最优的节能改造措施的具体过程为将标准归一化后的决策指标加权作为节能改造措施的最终分数，分数排名最高的节能改造措施作为最优决策。
41.具体实施时，在ies-ve软件中建立某热带地区多功能教学楼的建筑能耗模型，步骤s2中，对模型参数进行校正：去除公共假日，减少部分功能房间非高峰期人数，窗外添加遮阳系统，根据审计报告调整暖通空调系统参数；对某一年的有效日(不包含公假日)进行逐日能耗模拟，实行所有校正后的模型的模拟值与真实值cv(rmse)最小，为8.570，选取该校正后模型进行后续计算。
42.本实施例中，选取7组节能改造措施进行分析：r1调高空调设定温度，r2为照明系统加装人感传感器，r3减少插座负荷，r4提高外墙保温性能，r5是r1-r4的组合，r6将空调主机替换为高效能的水冷冷水机组，r7加装绿色屋顶花园，r1-r5通过调整能耗模型参数估算节能量，r6和r7通过比对多处文献估算节能量，具体结果如表1所示；
43.表1节能改造措施结果表
[0044][0045][0046]
本实施例中，结合数据来源地、来源时间，考虑施工人力与机械的直接成本、由于施工造成运营停摆产生的间接成本，以及管理成本，对网上查询的材料成本进行项目级的本地化校正，具体公式如下所示：
[0047]
前期投资＝材料单价
×
数量
×
隐含汇率
×
通货膨胀率
×
(1+直接费率)
×
(1+间接费率)
×
(1+管理费率)
[0048]
本实施例中，项目周期为20年，考虑不同措施的前期投资、每年所需的维护费用与每年由于节能产生的节约费用，画出现金流量图，在2％、5％和8％的贴现率下，计算多个经济指标，具体公式如下所示：
[0049][0050][0051]
净现值＝效益现值-成本现值
[0052][0053][0054]
其中，cf是现金流，i是贴现率，i
max
为最大贴现率，i
min
为最小贴现率，n是总年份，t是现金流发生的年份，具体计算结果如表2所示：
[0055]
表2经济指标结果表
[0056][0057][0058]
根据表2的内容，通过三类可视化图表进行初步成本效益分析，可得：r1、r2、r3、r5可盈利；r4和r7无法盈利；r6受贴现率影响较大，当贴现率从2％增加到5％时，r6从可盈利变为不可盈利；对可盈利的四项措施绘制节约能源的平均成本与年节能量图，基于横纵轴平均值划分四个象限，发现r5组合措施更靠近更优的“低成本、高收益”象限。
[0059]
由于本项目没有设定成本阈值，遂根据决策矩阵选取最优节能改造措施，决策矩阵如表3所示(贴现率取5％)，表3如下：
[0060]
表3决策矩阵表
[0061][0062]
利用最大值-最小值法将表3中各列数据标准归一化到[0，1]区间，使1代表最优(前期投资和敏感度越小越好，npv和bcr越大越好)，归一化后的各指标如表4所示：
[0063]
表4决策指标归一化表
[0064][0065][0066]
各指标权重取：前期投资＝1，npv＝3，bcr＝4，敏感度＝2，加权后各节能改造措施的总分及排名如表4所示，由表4可知r2照明系统加装人感传感器为最优决策。
[0067]
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。