基于LCC的空调系统设计方案的分析与评价

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3.0 陈辉 2024-11-19 5 4 2.92MB 75 页 15积分

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第一章绪论

§1.1 课题的提出和应用价值

§1.1.1 课题的提出

近几年，在国家宏观政策支持下，作为国家支柱产业的建筑业得到了突飞猛

进的发展，据统计，2006年，全社会固定资产投资109870亿元，比上年增长24.0%，

固定资产投资占GDP的52%；2007年全社会固定资产投资137239亿元，同比增长

24.8% [1]。

但是，在这个巨大投资的背后，由于工程项目决策不科学，工程设计不合理，

而导致了诸多工程的投资规模失控、施工质量不稳定，造成了投资的巨大浪费。

在建设项目中普遍存在着“烂尾工程”和“三超工程”(即：项目的初步设计概算

超投资估算，施工图预算超初步设计概算，竣工结算超施工图预算)，严重影响国

家计划、财政预算的执行，干扰工程建设领域的正常经济秩序[2]。另外，工程项目

成本管理模式依然是把工程实施阶段成本管理作为成本管理重点，对于项目后期

运行成本、维护维修成本则很少考虑或者不予考虑，然而大量事实表明，建设项

目的后期成本有时超过建设成本[3]。尤其目前建筑的运行能耗占总能耗的比例在快

速上升，大约占到总能耗的30%，人们对建筑运行成本越来越重视。出于上述原因，

我国的工程造价管理模式正在发生着变革，在国外广泛应用的全寿命周期成本管

理模式被引入中国，全寿命周期成本理论作为一种为工程最优决策提供科学依据

的技术手段，符合可持续发展的战略发展方向，将是我国工程项目造价管理的必

然趋势。空调工程作为工程项目的一项单位工程，同样具有很高的全寿命周期成

本，而且，近年来空调能耗己是现代建筑能耗消费的第一大用户，占到了建筑运

行能耗的65%以上[4]，因此运用全寿命周期成本(Life Cycle Cost)的思想对空调工程

进行设计管理也是十分必要的。

空调工程的LCC的很大一部份是在方案设计初期决定的，因此在空调工程设

计方案的初期，在已知信息少的情况下，怎么样运用科学合理的方法对各种方案

进行评价与选择，是一个值得研究的问题。如果到了方案详细设计后，再对方案

进行评价，就失去了方案评价应有的意义。因此，本文试图将本科所学工程项目

管理知识运用到空调系统设计方案的评价中，进行探索研究，试图找到两专业的

基于 LCC 的空调系统设计方案的分析与评价

结合点。

§1.1.2 课题的应用价值

在我国，随着改革开发的发展，比较重大的工程项目建设都采用招投标的形

式以确定合理的建设方案与投资额，在空调工程的方案选择时，投资方更加看重

系统方案的初投资，设计人员往往也将更多的时间和精力用在了如何节省一次性

投资上，以求得投资方的认可，这样的思路往往造成了系统在使用过程中的运行

和维护成本大大增加，从而造成了整个系统的全寿命周期成本增加。因此在选择

空调工程方案时，必须考虑系统的全寿命周期成本。全寿命周期成本是指一个建

筑物或建筑物系统在一段时间内拥有、运行、维护和拆除的折现货币值[5]。

另外，在空调系统设计中，传统设计思想主要考虑如何节省一次性投资，如

何节省时间和精力。随着科技的不断进步和环境意识的增强，人们发现这种观念

是片面的。因此国外有人提出全寿命周期成本(Life Cycle Cost 即LCC)的设计理

念。(LCC)是指设备或系统从诞生到报废的整个期间需要的成本总和，它往往数倍

于设备购置成本或系统建设成本。将设备或系统在寿命周期内的全部开支加在一

起再折现换算为等价均匀的全年均值成本。很显然设备和系统全年均值成本越小，

其系统经济效益越高[6]。

在工程项目中，专家们指出，规划设计阶段对项目全寿命周期成本的影响程

度为 85%左右；技术设计阶段对项目全寿命周期成本的影响程度为 35%～75%；

施工图设计阶段对项目全寿命周期成本的影响程度为 25%～35%。据研究分析，设

计费一般只相当于建设工程全寿命周期成本的 1%以下，但正是这少于 1%的成本

对全寿命周期成本的影响却高达 75%以上[7]。因此在空调工程的设计阶段对空调系

统的设计方案进行评价与选择将会是控制空调工程全寿命周期成本的关键。

应用 LCC 评价的方法，即以 LCC 成本为准则，对空调系统设计进行优化，包

括对方案论证、设备选型及设计参数优化。不同设计方案之间寻求 LCC 最小的方

案，不同设备中是选择能效比高而节能的产品还是能效比低购置费也低的产品，

因为能效高的设备往往购置费高而运行费低，相应的环境成本也低，而能效比低

的设备通常运行和维修成本大，所造成的环境影响大，相应的环境成本也高，这

就需要进行 LCC 权衡，选择寿命周期成本最低的产品。设计人员应不仅为投资负

责，更要为降低设备系统寿命周期内全部成本着想，具有全局观和系统观，这便

是LCC 设计的含义[8]。

LCC 分析方法在其它领域己得到广泛的应用，在暖通空调领域应用的研究还

第一章绪论

是一个新的课题。传统的设计思想在决策和设计初期往往以减小初投资为目的，

这样运行和维护成本将加大，通常系统在整个寿命周期内其运行和维护成本占到

其全寿命周期成本的 50%～60%。将 LCC 理论应用于空调系统设计中，从而以最

小的全寿命周期成本实现系统各方面的功能，使技术与经济达到最优，尤其是在

占空调系统 LCC 约80%的方案设计的初步阶段，其意义是重大的。不同的空调系

统方案在很大程度上影响系统的初投资和运行成本，从而影响系统的全寿命周期

成本。因此需要对不同的空调系统方案进行合理评价，寻求最佳的系统方案。

§1.2 LCC 概述和发展趋势

§1.2.1 LCC 的概念和特点

全寿命周期成本（life cycle cost，以下简称LCC）的概念是指系统或设备从诞

生到报废整个期间所消耗成本的总和，空调系统在开始规划阶段不仅要考虑工程

的初投资，而且还要考虑工程竣工后的运行和物业管理等成本，由LCC的概念可

知，LCC有这样的一些特点[9]:

(l) LCC的成本并不是只在投资初期发生，而是在整个寿命周期内按时间序

列发生的。

(2) 在寿命周期成本分析中必须考虑“资金的时间价值”，为便于比较，要

将各时间发生的成本统一折算成初投资时的现值(NPV)或等值年成本(EVAC)。因

此必须考虑折现率，即利率的影响。

(3) 如果对设备和系统采用节能技术措施或加强管理，可以大大降低每EVAC，

为采用这些措施所增加的投资也可很快收回。

设计人员应不只为初投资负责，更要为降低设备系统寿命周期内的全部成本

着想,为有利于物业设施管理着想，具有全局观和系统观，最终使业主得益，这便

是LCC设计的含义。

本文研究主要从空调系统的全寿命周期成本出发，在设计阶段分析阐述影响

空调系统全寿命周期成本的主要因素。

§1.2.2 LCC 的分析方法

LCC的理论来自于价值工程，是价值工程理论的重要组成部分，也是实现价

值工程的前提，只有先对方案进行了LCC的评价，才能运用价值工程对方案进行

基于 LCC 的空调系统设计方案的分析与评价

价值评价，这也是本文首先分析空调系统LCC的原因。两者是密不可分的关系。

LCC理论和评价方法已经被越来越多地应用在工程项目中，成为现代工程管

理理论和方法的重要组成部分。在实际工程中，我们运用了LCC方法分析工程各

设备成本的构成及占有的比例，有目的的改善项目自身的缺陷，追求LCC的最经

济。在大的投资项目中，通过对项目的LCC进行分析评价，选择最佳方案，使我

们获得很大的收益。

在LCC 分析与评价中，最大的问题是建立成本估计关系式，其次是对实际

问题仔细考察，获取成本估算式中的各参数，然后才是计算成本和根据计算结果

选择最优方案。对于不同的问题，依方案的细化程度，可采纳的LCC估算方法有

参数法、类比法、工程法。

无论采用哪种方法，均需大量的历史数据，以支持估算关系式中有关系数的

确定。另外，决策者必须清楚方案细节，分析人员提供决策者诸如“相对于某个

方案来讲，本方案由于某个方面的优势而更好一些”的结论，同时利用LCC原理，

根据实际情况简化，以便于灵活的运用LCC的技术方案[10]。

§1.2.3 国内外研究概况

全寿命周期成本(LCC)的思想来源于价值工程。价值工程提倡用最低的成本向

用户提供必要的功能，这里所考虑的最低成本不仅仅是指生产成本，而且包括了

用户的使用成本。但是，在相当长的时期内，价值工程的研究和应用，只侧重于

向用户提供必要的功能，未把寿命周期成本的优化放在适当的地位。60 年代初，

美国国防部的一份调查报告指出，建筑物设备维修成本在总预算中所占比重至少

在25%以上，为此，美国国防部后勤管理研究所率先开始了寿命周期成本的研究。

随着世界范围的能源价格、劳务费和材料费的迅速上涨，尤其是 70 年代中期的能

源危机，使发达国家建筑业对建筑物的寿命周期成本给予了高度的重视，英国、

日本、法国、澳大利亚、德国、新加坡等许多国家的建筑业都在积极引进和研究

寿命周期成本方法。国际建筑研究和文献委员会(CIB)建筑经济学组(W-55)在多届

年会上讨论了寿命周期成本的原理、方法和应用[7-8]。进入 80 年代初，以英国工程

造价管理界的学者与实际工作者为主的一批人，在寿命周期造价管理方面做了大

量的研究并取得了突破。英国 Orshan 等人从建筑设计方案比较的角度出发，探讨

了在建筑方案设计中应该全面考虑项目的建造成本和运营维护成本的概念和思

想，提出了工程项目成本划分方法、工程项目造价的数学方法模型和工程项目的

不确定性风险的估算方法。美国 John.W.Bull 等人分析了建设成本、运营和维护成

本与全寿命周期成本之间的关系并给出了关系图。英国 Robert.J.Brown，

RudolPh.R，

第一章绪论

Yanuck.E 等[10]给出了寿命周期成本评价的应用领域及研究方法。美国 R.C.Petts 和

JBrooks 两人不但给出了全寿命周期成本管理的一套模型，而且全面探讨了全寿命

周期成本管理的应用范围。日本设备工程协会于 1978 年成立了寿命周期成本委员

会，以研究和推动 LCC 方法的应用，该方法在许多行业的应用中取得了系列成果。

到 80 年代，LCC 方法已经在国际上取得了公认。其标志是权威的组织结构国际电

工委员会（IEC）1985 年在委托其可靠性和维修性技术委员会拟订的草案基础上，

于 1987 年 11 月颁布了《寿命周期成本评估—概念、程序及应用》标准，并获得

国际标准化组织 ISO 批准，从此 LCC 方法上升为标准，并以技术规范的形式加以

推行[11]。

我国 LCC 起步较晚，但也取得一定成效。1987 年，中国设备管理协会引进了

该项技术，成立了设备 LCC 委员会。10 多年来，委员会出版了专著，举办了多层

次、多目标的各类培训班，共 30 多班次，参加人数近 4000 人，6次组织全国性

LCC 研讨会，交流成果及经验，起了积极推动作用。军队系统及地方行业部门应

用这一方法也取得一批可喜的成果，同时在人才培养方面，LCC 技术也己进入高

等院校相应专业的课程中，并成为研究生培养方向之一[l1]。在国内的建筑领域，对

LCC 的研究也提升到了一个新的高度，尤其现在对于绿色建筑的讨论越来越多，

全生命周期成了建筑节能的热点，2005 年11 月5日，全生命周期建筑节能学术研

讨会在北京召开，

200 多名来自全国各地的与会者共同探讨了如何用全生命周期的

理念来指导绿色建筑的设计、建造及运营管理，如何实现建筑全生命周期的节能。

目前，其理论已相对成熟，LCC 技术主要包括 LCC 估算、LCC 分析、LCC 评价

和LCC 管理，它们既相互关联又各具特色和应用目的。

(1) LCC 分析

指对产品的 LCC 及各成本单元的估算值进行结构性研究，旨在确定成本主宰

项目(即高成本项目)及影响因素、成本风险项目以及成本效能的影响因素等的一种

系统分析方法。它是进行 LCC 管理的先决条件。

(2) LCC 估算

指把产品在其寿命周期内消耗的一切资源全部量化为金额累加以得出总成本

的过程。它是 LCC 技术中的基本和基础部分，估算准不准确显然对分析和评价有

本质的影响。估算一般是在成本发生之前进行，为此必须进行成本分解结构、建

立成本估算模型、选择成本估算方法、以便利用现有的信息估算未来的成本。

(3) LCC 评价

指以 LCC 为准则，对不同的待选方案进行权衡抉择的系统分析方法。它可以

为产品设计、开发、使用、维修、更新改造等活动中所作的涉及到未来成本的决

策提供有效的信息。

基于 LCC 的空调系统设计方案的分析与评价

(4) LCC 管理

指以追求 LCC 最小为目标，对产品寿命周期各阶段必须实施的 LCC 技术活动

进行计划、组织、监督、协调以及对 LCC 控制的活动。

§1.2.4 暖通空调技术中 LCC 设计概念

在现代空调技术不断向前发展的过程中，人们也在不断寻求节能的途径和降

低成本的方法，出现了许多技术先进的节能型产品。但是，中央空调作为一个系

统，不能只局限于系统成本构成的实体部分，而是要从方案设计、设备选型、工

程实施、建成投入使用后的运行及维护，以及对社会和环境的影响等全面考虑其

成本控制与管理。

1998 年，丹麦技术大学的 P.OleFanger 教授在北欧暖通空调工程师联合会杂志

上发表专文说，北欧暖通空调工程师并不认为自己的职务是仅仅选用、安装、运

行暖通空调设备的工作，在传统意义上他们负有广义的责任而对室内环境、能源

及其它一切资源的有效利用向建筑用户负责[12]。

1999 年在瑞典进行的调查中，有 66%的调查对象都不同程度的应用了 LCC 分

析方法，但对该方法的应用主要局限在暖通空调系统和机电设备的设计、选型、

采购和安装。造成这种情形的主要原因是：①在工业发达国家，暖通空调系统和

机电设备在建筑物造价中占有相当高的比重，例如，在瑞典，建筑物的运行费和

维修费要占其 40 年寿命周期总成本的 55%，因此很有必要用寿命周期成本法进行

分析；②相对于建筑物的其他组成部分而言，有关暖通空调系统和机电设备的基

础数据的搜集和处理比较方便，因此在这方面应用寿命周期成本方法具有较好的

基础和条件。

2005 年同济大学的龙惟定教授在《建筑节能与建筑能效管理》一书中将国外

提出的寿命周期成本(LCC)设计概念应用于暖通空调设计，将设备或系统在寿命周

期内的全部开支加在一起再折现换算为等价均匀的全年成本，提出设计人员应不

只为初投资负责，更要为降低设备系统寿命周期内的全部成本着想，为有利于物

业设施管理着想，具有全局观和系统观。强调了在暖通空调设计中采用 LCC 概念

的重要性，以及 LCC 带来的暖通空调设计观念的一些转变[13]。在 2008 年4月中

国上海国际制冷与空调展上，爱科空气处理技术有限公司对采用 LCC 方法在空调

领域里的应用作了专题讲座，给予我们很好的启示。重庆大学刘映等人对暖通空

调系统全寿命周期成本开展了一些研究，对暖通空调系统各阶段的成本影响因素

和控制措施做了比较细致的研究[7]。

在暖通空调设计领域应用 LCC 方法主要是通过对系统方案、具体参数设计、

第一章绪论

设备选型等进行 LCC 估算、LCC 评价和 LCC 管理来提高系统整体效益，其最大

的问题是 LCC 估算中成本估计关系式的建立，其次是获取成本估算式中的各参数，

然后才是计算成本和根据计算结果选择最优方案或参数。对于不同的问题，依方

案的细化程度，可采用的估算方法有参数法、类比法、工程法。无论采用哪种方

法，均需大量的历史数据支持估算关系式中有关系数的确定。而由于成本数据的

特殊性，往往很难收集到足够且真实的成本数据；另外，某些决策者不愿意将详

细的方案告诉分析人员，或也不清楚他们要掌握的方案细节，分析人员只能为决

策者提供诸如“相对于某个方案来讲，本方案由于某个方面的优势而更好一些”

的结论。因此，在具体操作上就需要利用 LCC 原理，根据实际情况简化，以便于

使用 LCC 技术，LCC 实际简化的原则如下[14]：

(1) 允许不考虑共同拥有的成本

尽管 LCC 是系统寿命周期成本的总和，但 LCC 技术的目标并不是全面、完整、

准确地计算成本，而是通过计算各方案间 LCC 的差别，为选择最佳方案提供决策

依据，即 LCC 技术更重要的作用是方案优选。借用 LCC 技术对“己支成本”的解

释，通过不考虑“各方案所共同拥有的成本”来简化优选的过程。

(2) 相对的成本也是决策依据

在利用 LCC 技术时，可能需要一个相对值作为决策依据，更愿意分析人员为

他提供“新的方案将比基准方案的 LCC 增加或减少某个百分比”这样的分析结果，

然后，利用自己所掌握的基准方案的 LCC，估算新方案的 LCC，从而作出决策。

(3) 分析的重点是显著影响 LCC 的因素

在应用 LCC 方法对暖通空调设计进行优化时，可以只考虑显著影响寿命周期

成本的因素，不同方案论证时也可采用相对的 LCC 成本。

§1.3 本论文的研究内容与线路

本文的主要研究内容是对空调系统的设计方案进行评价与选择，对一个暖通

空调系统方案性能的全面、公正的评价应该包括两个方面，一方面通过对该方案

运行进行全年全工况模拟分析，得到该系统方案所能提供的室内人工环境参数，

给出满足使用要求的满意率作为对该方案的功能评价；另一方面,计算该系统方案

的寿命周期成本（LCC）作为对该方案经济性的评价[15]。然后设计人员结合这两

方面的评价，权衡利弊，确定功能与成本最佳匹配的暖通空调设计方案，这也刚

好符合价值工程的原理，因此，本文运用价值工程的理论，选择价值系数最高的

基于 LCC 的空调系统设计方案的分析与评价

方案作为最优的方案；然而，LCC 理论作为价值工程理论的重要组成部分，分析

和研究 LCC 是价值工程的前提，因此，要评价系统方案，必须先对系统方案的 LCC

进行分析和估算，也只有估算出方案的 LCC 后，才能对系统方案进行评价和选择。

因次，本文的研究线路为：首先运用 LCC 方法的相关理论，在空调工程的初

始设计阶段对影响暖通空调系统 LCC 的主要因素进行了定量分析，得出对暖通空

调系统全寿命周期成本影响比较大的因素，即敏感性因素；然后，利用敏感性因

素作为输入参数，初投资和运行成本作为输出参数，分别建立了在方案设计初期

估算系统初投资与运行成本的 BP 神经网络模型；并利用调查取样所得的工程实例

参数对神经网络进行训练和检验，得到了比较理想的估算模型；另外，为了提高

神经网络的可操作性，让每个作方案评价的人都能方便的对系统 LCC 进行估算，

本文编制了一套轻松实现初投资和运行成本预测的软件；最后运用价值工程的原

理对暖通空调设计方案进行评价与选择，建立评价模型，进行了实例验证。

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摘要：

第一章绪论1第一章绪论§1.1课题的提出和应用价值§1.1.1课题的提出近几年，在国家宏观政策支持下，作为国家支柱产业的建筑业得到了突飞猛进的发展，据统计，2006年，全社会固定资产投资109870亿元，比上年增长24.0%，固定资产投资占GDP的52%；2007年全社会固定资产投资137239亿元，同比增长24.8%[1]。但是，在这个巨大投资的背后，由于工程项目决策不科学，工程设计不合理，而导致了诸多工程的投资规模失控、施工质量不稳定，造成了投资的巨大浪费。在建设项目中普遍存在着“烂尾工程”和“三超工程”(即：项目的初步设计概算超投资估算，施工图预算超初步设计概算，竣工结算超施工图预算)，...

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