机械毕业设计50管壳式汽-水换热器设计

中国矿业大学毕业设计说明书 - 1 - 1 绪论 1.1 建筑节能发展现状 我国建筑不仅耗能高， 而且能源利用效率很低 ， 单位建筑能耗比同等气候条件下国家高出 倍。仅以建筑供暖为例，北京市在执行建筑节能设计标准前，一个采暖期的平均能耗为 瓦 平方米 ， 执行节能标准后，一个采暖期的平均能耗为瓦平方米，而相同气候条件的瑞典、丹麦、芬兰等国家一个采暖期的平均能耗仅为 瓦平方米。因建筑能耗高， 仅北方采暖地区每年就多耗标准煤万吨，直接经济损失达亿元。我国现阶段大力推进建筑节能处在关键时机。年，世界银行在中国促进 建筑节能的契机的报告中提出，从 年是中国民用建筑发展鼎盛期的中后期，预测到年民用建筑保有量的一半是年以后新建的。据建设部科技司的分析，到年底，全国新增的亿平方米房屋建筑面积中，城市新增亿平方米。如果这些建筑全部在现有基础上实现的节能，则每年大约可节省亿吨标准煤。在多亿平方米的既有建筑中，城市建筑总面积约为 亿平方米左右 普遍存在着围护结构保温隔热性和气密性差供热空调系统效率低下等问题，节能潜力巨大。以占我国城市建筑总面积约的住 宅建筑为例，采暖地区城镇住宅面积约有 亿平方米 ， 年的采暖季平均能耗约为公斤标煤平方米，如果在现有基础上实现的节能，则每年大约可节省亿吨标煤。空调是住宅能耗的另一个重要方面，我国住宅空调总量年增加约万台，空调电耗在建筑能耗中所占的比例迅速上升。根据预测，今后年我国城镇建成并投入使用的民用建筑至少为每年亿平方米，如果全部安装空调或采暖设备，则年增加的用电设备负荷将超过亿千瓦，约为我国年发电能力的。如果我国大部分新建建筑按节能标准建造并对既有建筑进行节 能改造，则可使空调负荷降低 ， 有些地区甚至不装空调也可保证夏季基本处于舒适范围。公共建筑节能潜力也很大。目前全国公共建筑面积大约为亿平方米左右，其中采用中央空调的大型商厦、中国矿业大学毕业设计说明书 - 2 - 办公楼、宾馆为亿到亿平方米。如果按节能的标准进行改造，总的节能潜力约为亿吨标准煤。如果国家从现在起就下决心抓紧建筑节能工作，对新建建筑全面执行建筑节能设计标准， 并对既有建筑有步骤地推行节能改造 则到年，我国建筑能耗可减少亿吨标准煤，空调高峰负荷可减少约万千瓦（约相当于 .个三峡电站 的满负荷出力，减少电力投资亿元）。如果要求年建筑能耗达到发达国家世纪末的水平，则节能效果将更为巨大。 多年来，我国开展了相当规模的建筑节能工作，主要采取先易后难、先城市后农村、先新建后改 建、先住宅后公建 、 从北向南逐步推进的策略。但是到目前为止，建筑节能仍然停留在试点、示范的层面上，尚未扩大到整体，究其原因主要有以下几个方面： （）建筑节能开发建设成本高（按新的建筑节能设计标准测算， 大体上每平方米建筑面积成本要增加元）； （ ） 开发商追求的是以最小的投资换取最大的空间 利益； （）建筑设计从围护的结构 、 设计的角度、施工的角度、计算达到的系数等要比一般普通建筑复杂； （）政府考虑的是 在全国所占的位置 ， 对建筑节能工作的重要性和紧迫性认识不足； （）建筑节能的建筑材料、工艺技术还没有形成体系； （）国家对建筑节能的规范还没有列入强制执行的范畴； （）国家及地方缺乏对建筑节能的实质性经济鼓励政策，建筑节能缺乏必要的资金支持。 1.2 建筑节能的意义 中国矿业大学毕业设计说明书 - 3 - 房屋在约 100 年左右的使用期间内 ,需要不断消耗大量的能源 ,如果浪费能源的房屋建得越多 ,遗留下来的能源 消耗的负担就越发沉重。 据建设部科技司的分析 ,到 2020年底 ,全国新增的 300亿平方米房屋建筑面积中 ,城市新增 130 亿平方米 ,如果这些建筑全部在现有基础上实现 50%的节能 ,则每年大约可节省 1. 6 亿吨标准煤。在 400多亿平方米的既有建筑中 ,城市建筑总面积约为 138 亿平方米左右 ,普遍存在着围护结构保温隔热性和气密性差、供热空调系统效率低下等问题 ,节能潜力巨大。 与气候条件相近的发达国家相比 ,我国建筑围护结构的保温隔热性能差 ,供暖设备效率低 ,能源浪费严重。西方发达国家的建筑节能经验表明 ,必须一方面采取措施控制新 建建筑的能耗水平 ,另一方面对既有建筑进行节能改造。虽然这些国家建筑面积的总量逐年增加 ,建筑环境的热舒适程度也有所提高 ,但建筑总能耗则呈下降趋势 ,如丹麦的住宅采暖面积 1992 年比 1972 年增加 39%,但采暖总能耗却降低了 31. 1%。我国的设计标准与西方发达国家相比差距较大 ,按旧标准传热系数 K 值外墙高 2. 63. 6 倍 ,屋顶高 3. 24. 2 倍 ,外窗高 1. 42. 0 倍 ,门窗空气渗透高 36 倍 ,即使按较新的 JGJ26-95 第二阶段节能标准设计建成后的居住建筑的采暖能耗还要比发达国家高一倍。因此必须对既有 建筑进行大范围节能改造 ,从而提高我国建筑节能水平。 另外 近些年由于社会经济的发展和人民生活水平的提高 ,居住条件的改善完全依赖居民自行安装空调采暖或降温 ,1998 年上海住宅空调的安装率就已经超过了 70 %,现在已经存在一户多台空调同时运转的情况。巨大的空调能耗导致该地区缺电、缺煤 ,冬、夏用电高峰季节频繁出现拉闸限电现象 ,居民用于能源的支出也大幅度增加 ,实际上建筑室内的热环境改善却非常有限 ,能源严重浪费。因此夏热冬冷地区居住建筑节能政策的强制执行是经济和社会发展的必然选择 ,是发展节约型社会的重要途径 ,是改善人居环境质量的必由之路 。 中国矿业大学毕业设计说明书 - 4 - 1.3 我国建筑节能发展的对策 1.3.1 各级政府要提高认识，转变职能，把建筑节能列入国家决策层的重要议程 。 首先 各级政府要把建筑节能提高到实施资源战略和可持续发展战略的高度来认识；其次要把建筑节能作为实施公共服务、强化资源战略管理和加强环境建设的重要职能来对待；第三由政府实施建筑节能示范工程试点小区，通过示范工程以点带面，这是市场经济条件下政府推动建筑节能的一种有效工作方法。 1.3.2 组建建筑节能、设计研究领导机构 . 加快对建筑节能研究、设计、建设的步伐是城市决策者、规划者 、设计者与建设者的共同职责和明智选择。政府应将节能工作放在能源战略的首要地位，把推动建筑节能的运作摆上议事日程， 把建筑节能作为城市生态环保的一项措施来抓。建议各地应以建设局、房管局为主组建市建筑节能领导小组，负责当地建筑节能的研究、设计、建设、规划制订实施推广建筑节能的目标措施、组织协调和监督管理。设立当地建筑节能的办事机构 建筑节能管理办公室，具体负责当地建筑节能的研究、设计、建设的组织实施和相关的管理工作。只有组织机构落实了，才能使建筑节能逐步走上健康、有序的发展轨道。 1.3.3 编制建筑节能专项规 划和加强监督管理。 为了加快节能建设和使建筑节能有序发展，应编制建筑节能的规划和实施计划等。在新建住宅中，要 严格执行国家关于夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准 、 民用建筑节能管理实施办法 、 民 用建筑热环境与节能设计标准 ,使建筑能耗满足规定的标准要求， 通过行政立法，把推广建筑节能从一种号召性行为转变为一种强制性行为， 以全面启动全国建筑节能工作 ,并加强落实和监督管理。对老的住宅可调整、完善和改造的，也应采取相应措施逐步进行改造。只有采取强化节能的措施和提高效能的政策，走 “ 能源消耗最少，环境污染最小 ” 的发展道路，才能形中国矿业大学毕业设计说明书 - 5 - 成能源可持续发展的新机制，为今后城市建设更长远的循环发展奠定基础 。 1.3.4 注重“产学研”，加快对建筑节能的研究设计工作 要把建筑节能的新技术 、 新产品、新工艺、新建材及先进适用成套技术的研究、生产和推广应用摆上 “ 产学研 ” 单位的重要议程。加强学科和部门之间的横向联合，积极开展组织设计和攻关工作。组织科研机构、建筑设计、环境保护、新建 材开发的专家和生产厂家积极开展对建筑节能的研究、设计、攻关工作 。 （）开展标准化、多样化与工业化相结合的设计，为实现住宅建筑节能的通用化、配套化、系统化提供 技术支持； （）在建筑体系上，要加快以承重结构为主线，包括围护结构、隔断、厨卫、门窗、管线等形成标准化、系列化，符合产业现代化发展方向的完整建筑节能体系； （）使用建筑节能部品体系， 包括外围护、内围护、厨卫、设备、智能化、小区配套等六大部品体系 要形成通用部品、系列开发、规模生产，不断研究、设计、生产出新颖、环保、防污、隔音、保温、隔热的建筑节能材料； （）加速建设科技成果的转化及应用，使用智能遮阳及门窗自控系统， 门窗应向节能、高档、新型、多功能、多品种的方向发展，减少使用能源，卫生间上下水管 设计和使用型管，避免外溢返臭和冬天防寒； （）在住宅中设计储放再生水的固定容器，充分利用再生水，要使建筑成为节能建筑和绿色环保建筑。 1.3.5 制定经济扶持政策， 加大对建筑节能资金的投入 在建筑节能的研究、设计、开发和建设，对新技术、新建材的研究和推广应用中，没有资金只是纸上谈兵。要创新投融资体制，想方设法筹措开发建筑节能的资金，要制定经济扶持政策，中国矿业大学毕业设计说明书 - 6 - 建立和完善建筑节能的经济激励政策，例如可减少土地出让金收益，或减少营业税等，不断研究探索建筑节能的发展基金，采取多元化筹措建筑节能资金的办法，加 大对建筑节能资金的投入，为加快促进建筑节能提供资金保障。 1.3.6 积极推广和使用新型建筑节能材料 对气密性、水密性、保温性、抗风性、抗变形性、环保、隔音、防污、保温、隔热的特殊建筑节能材料要大力推广使用。积极推广使用低辐射镀膜玻璃。这种玻璃既可以达到在冬季有效利用太阳辐射热能加热室内物体，并阻止室内红外热辐射通过玻璃向室外泄漏的保温效果；在夏季又可以达到阻挡室外的红外热辐射影响室内温度的隔热效果，从而实现降低住宅建筑总能耗的目的。积极推广应用 “ 四新 ” 技术和产品，经常开展建筑节能材料展示推广 会。使建筑节能材料通用化、配套化、系统化。要开展建筑节能设计大赛， 重奖建筑节能设计人才。 1.3.7 大力宣传建筑节能的重要意义 要利用广播、电视、报纸、杂志、黑板报等各种宣传工具，广泛宣传建筑节能和节约能源的重要意义。国家两部两委关于夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准已发文实施，对建筑节能的外墙保温及外门窗保温等已提出要求，要广泛宣传 “ 设计标准 ” ，落实监督实施 “ 设计标准 ” ， 把建筑节能当作一项战略决策的大事来抓。 我国是能源稀缺国家，节能是我国的一项战略决策， 建筑节能是住宅建设发展的方向。只有 人口、资源和环境协调发展，才是可持续循环发展的最佳途径。 中国矿业大学毕业设计说明书 - 7 - 2 苏北建筑能耗组成分析 2.1 苏北地区气候的分析 苏北地处淮河流域，属夏热冬冷地区。因处于北方寒冷地区与南方炎热地区中间，通常又称为过渡地区。该地区气候欠佳，是世界上相同纬度下气候条件较差的地区。以徐州为例，该地区位于东经 110.22118.40，北纬 33.4334.58，为苏鲁豫皖四省接壤地区，年日平均气温低于 5 的天数可达 97 d，为建筑采暖区采暖期平均温度为 16，采暖度日数为 1 574度 /日，夏季高于日平均气温 26 的天数多达 49 d，持续时间长，冬夏相加共 146 d，占全年天数的 40% 由于气候条件较差，苏北地区建筑能耗十分严重，节能改造势在必行 2.2 对苏北民用建筑能耗组成的分析 2.2.1 门窗 由于窗墙面积比值越来越大，使得门窗更换改造受限制因素减少，可操作性强门窗的节能改造主要从减少渗透量、减少传热量和减少太阳辐射三个方面进行可采用双重玻璃门避免出入口直接对外，或采用红外线自动玻璃门等减少出入口的能量流失；采用密封材料增加窗户的气密性以减少渗透量；将既有的铝合金单玻窗和塑钢单玻窗改装成中空玻璃双玻窗 (改 装后其保温节能性即可提高一倍 )；利用热反射镀膜中空玻璃、低辐射镀膜玻璃，设置遮阳设施及采用高遮蔽系数的镶嵌材料等减少太阳辐射的影响 2.2.2外墙 建筑物外墙传热面约占整个建筑物外围护结构总面积的 66 %左右，通过外墙传热所造成的能耗损失约占建筑的外围护结构总能耗损失的 48% 通常，减少外墙传热有两种方法：一是严格控制体型系数，以减少传热面积；二是增强外墙的保温、隔热性能节中国矿业大学毕业设计说明书 - 8 - 能改造中一般采用的外墙保温技术有：硬泡聚氨酯喷涂复合胶粉聚苯颗粒、胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板、胶粉聚苯颗粒保温浆料等 如图 1： 2.2.3屋顶 屋面的节能改造技术必须同其防水修缮结合起来一般有以下几种做法： (1)平改坡利用通风散热原理提高屋顶的隔热性能，必须采取有效的通风和技术措施屋顶平改坡是一个有效的节能改造措施 (2)增设隔热层提高建筑外维护结构的热阻是建筑节能的有效途径之一对既有建筑屋顶进行 改造，即在屋面结构层上结合防水要求，增设隔热层使其达到现行节能设计标准要求 中国矿业大学毕业设计说明书 - 9 - (3)XPS5塑料夹层整体架空屋面当建筑物产生微小变形时 ,不会直接影响架空屋面；隔热与保温兼得 ,可以上人 ,也可以绿化 .经计算，架空 屋面总热阻为 1.6122 m K W ,比过渡地区 (屋面总热阻基本值 1.50)高出 0.11221TI K W,总传热系数为 0.5649 w (m K)；对比既有建筑屋面总热阻 0.5777 m K W，总传热系数 1.3592 w (m K)，节能率为 58 4%。 如图 2 (4)种植屋面在屋面种植植物，利用植物的光合作用将热能转化为生化能；利用植物叶面的蒸腾作用增加蒸发散热量，均可大大降低屋顶的室外综合温度利用植物培植基质材料的热阻与热惰性，可降低内表面温度与温度振幅 如图 3： 中国矿业大学毕业设计说明书 - 10 - (5)吸湿散热屋面 因蓄水屋面荷载太大，可以用一些盐分介质做成吸湿散热屋面，以液、气两相转换来达到散热目的 2.2.4 地面 苏北地区夏季空气潮热，冷地面上易产生水汽，需采取有针对性的防潮措施 2.2.5 阳台 阳台空间是建筑物比较特殊的部位，利用阳台来改善环境，达到节能目的，创造良好的生态效应，一直以来都是设计者和研究者关注的课题目前的阳台节能措施一般是密封阳台，也可以采取将普通金属窗改成塑钢窗，外窗单玻璃改成中空玻璃；阳台的维护结构改成双面现浇，中间加高密度聚苯板等措施另外，中国矿业大学毕业设计说明书 - 11 - 在阳台上种植花草，不仅能美化 环境，还可以净化空气，增加含氧量 。 中国矿业大学毕业设计说明书 - 12 - 3 建筑节能分析与 热力 计算 我们取苏北地区徐州一个常见居民住宅楼的一个客厅，对它做节能设计，以便对建筑节能进行分析。 这个客厅的长、宽、高为 600CM、 500CM、 300CM，房间开有一个窗，一个门，开门的屋面靠走廊，两面外墙，一个内墙挨着卧室，房间示意图见下： 北外窗北外墙西屋面东外墙门南屋面图中所有数据单位为 cm 中国矿业大学毕业设计说明书 - 13 - 3.1分析建筑（房屋）的各种能耗组成 要分析节能材料的使用对建筑耗能的影响，首先我们要计算出建筑耗热量。 一个房间的耗热量主要由下列原因造成： .围护结构传热耗热量； .加热由门，窗缝渗入室内的冷空气的耗热量； .加热由门，孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量； .水分蒸发的耗热量； .加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量； .通风耗热量。 供热工程对房间耗热量计算规定，耗热量只考虑前三项，具体到我们的实例由于是否使用保温建筑材料跟 2， 3 项关 系不大，所以也不予考虑。所以对建筑节能分析来说，房间耗热量的计算只需对房间围护结构传热耗热量进行计算。 3.2 对保温方法的介绍 3.2.1 外墙内保温 外墙内保温就是外墙的内侧使用苯板、保温砂浆等保温材料 ,从而使建筑达到保温节能作用的施工方法。该施工方法具有施工方便 ,对建筑外墙垂直度要求不高 ,施工进度快等优点。外墙内保温的有一个明显的缺陷就是 :结构冷 (热 )桥的存在使局部温差过大导致产生结露现象。由于内保温保护的位置仅仅在建筑的内墙及梁内侧 ,内墙及板对应的外墙部分得不到保温材料的保护 ,因此 ,在此部分形成冷 (热 )桥 ,冬天室内的墙体温度与室内墙角 (保温墙体与不保温板交角处 )温度差约在 10左右 ,与室内的温度差可达到15以上 ,一旦室内的湿度条件适合 ,在此处即可形成结露现象。而结露水的浸渍或冻融及易造成保温隔热墙面发霉、开裂。 中国矿业大学毕业设计说明书 - 14 - 另外 ,在冬季采暖、夏季制冷的建筑中 ,室内温度随昼夜和季节的变化幅度通常不大 (约 10左右 ),这种温度变化引起建筑物内墙和楼板的线性变形和体积变化也不大。但是 ,外墙和屋面受室外温度和太阳辐射热的作用而引起的温度变化幅度较大。当室外温度低于室内温度时 ,外墙收缩的幅度比内保温隔热体系的速度快 ,当室 外温度高于室内气温时 ,外墙膨胀的速度高于内保温隔热体系 ,这种反复形变使内保温隔热体系始终处于一种不稳定的墙体基础上 ,在这种形变应力反复作用下不仅是外墙易遭受温差应力的破坏也易造成内保温隔热体系的空鼓开裂。 3.2.2 内外混合保温 内外混合保温 ,是在施工中 ,外保温施工操作方便的部位采用外保温 ,外保温施工操作不方便的部位作内保温。混合保温虽然可以提高施工速度 ,但混合保温对建筑结构却存在着严重的损害。外保温做法部位使建筑物的结构墙体主要受室内温度的影响 ,温度变化相对较小 ,因而墙体处于相对稳定的温度场内 ,产生的温 差变形应力也相对较小 ;内保温做法部位使建筑物的结构墙体主要受室外环境温度的影响 ,室外温度波动较大 ,因而墙体处于相对不稳定的温度场内 ,产生的温差变形应力相对较大。局部外保温、局部内保温混合使用的保温方式 ,使整个建筑物外墙主体的不同部位产生不同的形变速度和形变尺寸 ,建筑结构处于更加不稳定的环境中 ,经年温差结构形变产生裂缝 ,缩短了建筑物的使用寿命。 3.2.3 外墙外保温 外墙外保温 ,是将保温隔热体系置于外墙外侧 ,使主体结构所受温差作用大幅度下降 ,温度变形减小 ,可有效阻断冷 (热 )桥 ,有利于结构寿命的延长。从有利于 结构稳定性方面来说 ,在可选择的情况下应首选外保温隔热。由于外保温隔热体系被置于外墙外侧 ,直接承受来自自然界的各种因素影响 ,因此对外墙外保温体系提出了更高的要求。 中国矿业大学毕业设计说明书 - 15 - 3.3 墙体材料的节能计算 3.3.1 非节能房间的 墙体 基本耗热量的计算 我们先对非节能房间的基本耗热量进行计算。 使用非节能普通建筑材料如下表： 墙种 材料 传热系数 造价 W/ 2m 元 / 2m 外墙 240mm 双面粉刷 砖墙 2.3 13.765 屋面 240mm 双面粉刷砖墙 3.33 12.172 表 1：非节能普通材料的传热系数、造价 围护结构耗热量 ,可按下式计算 : ()nwQ K F t t aW (1) 式中 K-围护结构的传热系数 W/ 2m F-围护结构的面积 2m nt-冬季室内计算温度 wt-供暖室外计算温度 a-围护结构的温差修正系数。 所以 普通建筑建筑材料的北外墙 耗热量 ，计算如下： ()nwQ K F t t a =2.3 15 (18+9) 1 =2.3 15 27 1 =931.5W 普通建筑建筑材料的 南屋面耗热量 ，计算如下： ()nwQ K F t t a =3.33 16.4 (18-12) 1 =3.33 16.4 27 1 =327.672W 中国矿业大学毕业设计说明书 - 16 - 普通建筑建筑材料的 东外墙耗热量 ，计算如下： ()nwQ K F t t a =2.3 15 (18+9) 1 =2.3 15 27 1 =931.5W 西屋面为内墙，忽略不计。 所以，使用普通建筑材料情况下，这个房间的总基本耗热量 Q=931.5+372.672+931.5+0=2190.672W 详细结果如下表： 表 2：非节能建筑墙体的耗热量 其中 徐州地区 室内计算温度 18，供暖室外计算温度 -9， 12是由查表所得，至于西屋面由于是内墙， 所以它造成的热损失不予考虑。温差修正系数也由查表所得。 3.3.2 对墙体保温材料的介绍 采用保温隔热、传热系数小的新型墙体材料与复合墙体围护结构 ,可以有效地节能。新型墙体材料有砖、砌块、复合墙板和墙体等。 (1)砖和砌块 目前 ,常用的新型墙体材料有灰砂砖、空心黏土砖、混凝土空心砌块、废渣砖、加气混凝土砌块、轻集料混凝土砌块和页岩砖等。与传统的实心黏土砖相比 ,新型墙体材料具有围护结构 传热系 数 室内计算 温 度 供暖室外计算温度 室内外计算温度差 温差修正系数 基本耗热 量 房间总耗热量 名称及 方 向 面积 K tn tw tn-tw a q Q m2 W/m2 W W 北外墙 15 2.3 18 -9 27 1 931.5 2190.672 南屋面 16.4 3.33 18 12 6 1 327.672 东外墙 15 2.3 18 -9 27 1 931.5 西屋面 15 3.33 18 18 0 1 0 中国矿业大学毕业设计说明书 - 17 - 良好的保温性能 ,如灰砂砖的导热系数 0). The net present value typically reflects that expenses and savings in the future are not valuated as high as present values. Differences in the lifetime of measures should be taken into consideration by introducing into the calculations the necessary reinvestments and the residual value of investments at the end of the chosen calculation period. Most energy-saving measures allow one not only to save energy, but also to improve the buildings condition and in turn to increase the value of a building. In a work carried out by Martinaitis et al. 5, a method was proposed of how the assessment of the cost effectiveness of energy-saving measures could include a two-fold benefit of buildings renovation the energy-saving and the rehabilitation of the building element.The background is of course that in practice, considering only the reduction of energy cost, the implementation of such measures is usually hard to prove. In this paper, this aspect is dealt with in a simple manner as energy-saving measures are considered implemented only to save energy or in connection with necessary renovations. In the last-mentioned situation, the cost of energy-saving measures is only the incremental cost of better measures than normal, e.g. 200 mm insulation of external walls instead of typically 100 mm. 3.1. Proposed method The method is based on principles described in Johnsenet al. 6. The economically optimal solution is the one that minimize the sum of construction and working expenses (heating expenses) in the lifetime. Normally, it can be assumed that investments in energy-saving measures in buildings result in yearly savings that are constant during the lifetime or until larger rehabilitation is necessary. All investments and savings are calculated in prices at the investment moment. The NPV of energy savings at the investment moment is determined by multiplying the yearly savings with the NPV-factor, which could be calculated according to the following formula: 中国矿业大学毕业设计说明书 - 52 - (1) Where is the real interest rate (%/year) and n is the lifetime of a measure (number of years). The real interest rate can approximately be calculated according to Eq. (2): (2) where is the nominal interest rate (%/year), ie the rate of increase in energy prices (%/year), and t is the taxation of interest. Normally, the main principle when determining the calculation interest rate is to compare with the yield from alternative investments. However, as buildings are typically fully mortgaged it is more realistic to look at taking an extra loan to cover the expenses for energy savings measures. In many cases, investment incomes are taxed, and therefore the real interest rate is corrected for the taxation. As a starting point, a real interest rate of 2.5%is used, which is based on an effective, taxation-corrected interest rate of 5%, and an inflation of 2.5%, corresponding to the average real interest rate since 1990. The low interest rate levels seen during the last couple of years could justify that a lower interest rate is used. The net present value of equally large yearly savings (s) is expressed by Eq. (3): (3) The NPV-factor is stated in Table 1 in dependence on lifetime and real interest rate. The NPV-factor is synonymous with the pay back time in years that is equal to an expenseneutral investment and a net present value of zero. Having a real interest rate of 0%/year, the pay back time is equal to the lifetime. Having an interest rate larger than 0%/year, the pay back time will be less than the lifetime, which expresses that the investment has to be earned over fewer years than the lifetime, as there is a minimum demand to the investment profit corresponding to the real interest rate. The lifetime for the building envelope structures (except from windows) is estimated at 100 year, which approximately applies to the insulation and the bearing element. As mentioned, a 30-year calculation period is considered, because this time horizon is identical to the normal loan period in connection with building investments. In addition, the calculation uncertainties are increased significantly by using a longer period of time, and heating expenses in the fare 中国矿业大学毕业设计说明书 - 53 - future only have insignificant influence on net present value (see Table 1). Since the lifetime of investments in better insulated building envelope structures are mostly larger than 30 years, a residual value is calculated at the end of the calculation period, using linear depreciation. The value of investments in energy savings varies a lot, from without significance to no depreciation and is very dependent on the market condition in a sales situation. A middle course regarding the future value seems to be the linear depreciation. Having a measure with for example a lifetime of 100 year,30% of the investment is written off during the calculation period and the residual value is 70%. The net present value, Rn,is calculated according to the following Eq. (4): (4) Taking into consideration the residual value, the total NPV calculation formula (Eq. (5) is: (5) where S0 is the total energy savings, I0 the investment amount,and R0 is the residual value. The criterion of cost effectiveness is a positive net present value (NPV 0). 3.2. Financial scenarios During a calculation period of 30 years, projections on interest rate and energy prices are connected with huge uncertainties, one of the reasons being the long time perspective, and therefore sensitivity analyses are relevant. Two main energy-saving levels are considered, corresponding to a level related to the individual person (house owner) and a sustainable level. The basis for the first mentioned level is the typical real interest rate (taxation and inflation-corrected) and the sustainable level is equivalent to a zero interest rate, which means that the NPVof energy savings during the whole lifetime of the measure is ascribed the 中国矿业大学毕业设计说明书 - 54 - same value, which is fair enough with regard to future generations, as the NPVof energy savings is about zero if the calculation interest rate is positive and the savings are obtained in the far future. For each of the two energy-saving levels, two scenarios regarding the energy price are considered. Scenario 1 corresponds to the present Danish energy prices s0.08 kWh_1 and scenario 2 corresponds to double the price. In a preliminary analysis, on the future heat supply of new building based solely on renewable energy sources in the shape of an energy efficient district heating system and solar heating, an energy price of s0.130.16 kWh_1 is stated 7. If it is considered possible to supply buildings totally with renewable energy sources at a price of s0.16 kWh_1, this corresponds to scenario 2. 4. Economic calculations typical energy-saving measures Calculations of the life cycle cost show that measures in general are cost effective (NPV 0) (see Table 2). It also shows that many of the measures give rise to large savings over 30 years. The economics are however less good for the insulation improvement of exterior wall facades if the energy savings of the measure bear the full costs of the overhead (excluding scaffolding expenses), i.e. renovation solely in order to save energy. Facade renovation with a new weather-tight covering is however often used for reasons other than saving energy. In such cases, it could be argued that the energy savings are a side benefit that is free. In cases where renovation is not immediately pressing, commencing the renovation earlier could be justified because of the favorable economics of the energy savings measures as well as the future payback of the heating expenses. The overall economics of mechanical ventilation with heat recovery, as opposed to natural ventilation and mechanical ventilation (exhaust only) makes it justifiable for multi-storey dwellings (see Table 3). The finances are particularly favorable for selecting heat recovery for larger renovations where the establishment of a ventilation system has already been planned, as is often the case. Mechanical ventilation with heat recovery,for existing single-family houses is significantly more expensive per square meter than for multi-storey dwellings,which means the overall economics are less favorable under current economic conditions. The additional cost over 30 years viewed in relation to the total investment and operating costs is however modest. All things being equal, the improved indoor climate must also be taken into consideration. 中国矿业大学毕业设计说明书 - 55 - 5. Whol