基于綠色建筑設(shè)計的節(jié)能技術(shù)集成與效果評估

【摘要】綠色建筑設(shè)計中，節(jié)能技術(shù)可以有效降低建筑能耗，提高能源利用效率。針對基于綠色建筑設(shè)計的節(jié)能技術(shù)集成方式與效果評估展開詳細分析，降低建筑能耗的同時，提高能源利用效率，實現(xiàn)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑設(shè)計； 節(jié)能技術(shù)； 集成方式； 效果評估

【中圖分類號】TU201.5【文獻標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2024-03-06

［作者簡介］潘艷茹（1991—），女，碩士，工程師，主要從事建筑設(shè)計工作。

0 引言

節(jié)能技術(shù)是指采取技術(shù)措施來提高能源利用效率，減少能源消耗的技術(shù)方法和技術(shù)手段。研究基于綠色建筑設(shè)計的節(jié)能技術(shù)集成方式與效果評估具有重要意義，有助于推動可持續(xù)發(fā)展、優(yōu)化能源消耗結(jié)構(gòu)、提升建筑性能、為政策制定提供科學(xué)依據(jù)，并促進經(jīng)濟發(fā)展和社會就業(yè)。

1 基于綠色建筑設(shè)計的節(jié)能技術(shù)集成方式

1.1 建筑設(shè)計優(yōu)化

Passive house（被動式房屋）是一種節(jié)能建筑，采用高效隔熱、優(yōu)化的窗戶設(shè)計和通風(fēng)系統(tǒng)，最大限度地減少能源消耗，通過Passive house設(shè)計原則，可以優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)、材料選擇以及空間布局，減少對能源的依賴，提高建筑的能效性能，如合理的隔熱材料和窗戶設(shè)計可以減少熱量流失，有效降低空調(diào)和供暖需求（圖1）。

充分利用自然光和自然通風(fēng)是綠色建筑設(shè)計的重要方面，通過設(shè)計優(yōu)化，如合理的窗戶布局、采用透光材料和天窗等，最大程度地利用自然光源，減少對人工照明的依賴，設(shè)計高效的通風(fēng)系統(tǒng)，結(jié)合建筑朝向、風(fēng)向等因素，能夠?qū)崿F(xiàn)空氣自然流通，降低使用機械設(shè)備的需要，通過熱負荷模擬和能源優(yōu)化分析工具，設(shè)計師可以模擬建筑在不同氣候條件下的能源使用情況，確定能源消耗高峰期、熱量流失區(qū)域等問題，進而優(yōu)化建筑設(shè)計，同時，調(diào)整材料、結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)設(shè)計，使建筑在整個生命周期中降低能源消耗并提高能源利用效率。在進行墻體保溫設(shè)計的過程中， 應(yīng)選擇具有良好保溫性能的墻體材料，如保溫磚、保溫板或巖棉等，考慮其導(dǎo)熱系數(shù)、密度和厚度等因素，合理設(shè)計墻體結(jié)構(gòu)以提高隔熱性能，在墻體結(jié)構(gòu)中設(shè)置專門的隔熱層，如使用保溫板等材料覆蓋在墻體表面，減少能量傳輸，降低冷熱橋效應(yīng)，提高保溫性能，科學(xué)設(shè)計窗戶和遮陽設(shè)施，確保夏季可以避免過多的陽光直射，冬季能夠充分利用日照進行被動式加熱，通過調(diào)整建筑的朝向、布局和形狀，最大化利用自然氣候條件，減少能耗，采用保溫型外墻，減少能量損耗。

1.2 可再生能源利用

光伏技術(shù)是利用太陽能將光能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)，在綠色建筑設(shè)計中，可以在建筑屋頂或立面安裝太陽能光伏板，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能供應(yīng)建筑內(nèi)部的照明、空調(diào)和電力設(shè)備等，與建筑智能系統(tǒng)集成，優(yōu)化能源利用效率。地源熱泵利用地下穩(wěn)定的溫度來進行空間供暖和制冷，通過埋設(shè)地下熱交換器，地源熱泵系統(tǒng)可以從地下獲取熱能或冷能，供應(yīng)建筑的熱水和空調(diào)系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)更節(jié)能環(huán)保，可有效降低建筑的能耗。風(fēng)能是另一種可再生能源，可用于發(fā)電，在適宜的場所，如高樓大廈、開闊地區(qū)或臨近海岸線的建筑中，設(shè)置風(fēng)力發(fā)電機，利用自然風(fēng)力轉(zhuǎn)換為電能，為建筑提供部分電力需求，某項目風(fēng)力發(fā)電機的利用情況如表1所示。

1.3 高效節(jié)能設(shè)備

高效節(jié)能照明系統(tǒng)利用LED等節(jié)能光源和智能控制技術(shù)，根據(jù)建筑內(nèi)外環(huán)境光線自動調(diào)節(jié)照明亮度和色溫，降低能源消耗。在綠色建筑中，采用智能感應(yīng)、光照調(diào)節(jié)等技術(shù)，

通過傳感器實時控制照明系統(tǒng)的開關(guān)和亮度，充分利用自然光，減少能源浪費。采用高效的暖通空調(diào)系統(tǒng)是節(jié)能建筑設(shè)計的重要舉措，通過安裝高效熱泵、能量回收裝置、智能溫控系統(tǒng)等，可以實現(xiàn)室內(nèi)空氣質(zhì)量的改善和節(jié)能降耗，利用太陽能等可再生能源與暖通空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合，能夠進一步提升節(jié)能效果。智能建筑控制系統(tǒng)整合了建筑內(nèi)的多種設(shè)備和系統(tǒng)，如照明、空調(diào)、通風(fēng)等，并通過先進的監(jiān)測、分析和控制技術(shù)，優(yōu)化能源利用，該系統(tǒng)可以根據(jù)不同時間段、人員活動和室內(nèi)外環(huán)境變化，自動調(diào)整設(shè)備運行模式，最大程度減少能源浪費。在選擇暖通設(shè)備的過程中，應(yīng)采用能源利用率高、效率優(yōu)越的暖通設(shè)備，如熱泵、地源熱泵、空氣源熱泵等，結(jié)合智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對暖通設(shè)備的智能化管理和控制，根據(jù)室內(nèi)外溫度、人員活動情況等實時數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)設(shè)備運行模式，提高能源利用效率，安裝熱交換器或熱能回收裝置，對廢熱進行回收利用，用于預(yù)熱或預(yù)冷進入建筑的新鮮空氣，設(shè)計合理的通風(fēng)系統(tǒng)、換氣設(shè)備以及溫控裝置，確保室內(nèi)空氣質(zhì)量良好的同時，盡量減少能源消耗（圖2）。

1.4 智能化管理系統(tǒng)

智能化的能源監(jiān)測與管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測建筑能源的使用情況，包括電力、水和氣等多種能源，通過傳感器和智能儀表，系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集和記錄能源數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析，識別出能源消耗的高峰時段和能源浪費的區(qū)域，幫助建筑管理者精準(zhǔn)地監(jiān)控能源使用情況，提供節(jié)能建議，優(yōu)化能源使用策略。這類系統(tǒng)可以監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、空氣質(zhì)量等，并根據(jù)預(yù)設(shè)的條件進行自動調(diào)節(jié)，某項目智能化室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)節(jié)能效果如表2所示，通過智能化控制系統(tǒng)，可以自動調(diào)整照明、空調(diào)、通風(fēng)等設(shè)備，根據(jù)室內(nèi)外溫度、光線和人員活動情況進行智能化控制，不僅提高了室內(nèi)舒適度，也能有效降低能源消耗。

智能化管理系統(tǒng)還能通過大數(shù)據(jù)分析和預(yù)測維護技術(shù)，識別設(shè)備和設(shè)施的故障預(yù)警信號，并提供智能化的維護建議，

幫助建筑管理者進行預(yù)防性維護，減少設(shè)備停機時間，降低運營成本，提高設(shè)備使用壽命。

2 基于綠色建筑設(shè)計的節(jié)能技術(shù)集成效果評估

2.1 能源消耗降低情況

為了評估節(jié)能技術(shù)的效果，需要確定一個能源消耗的基準(zhǔn)線，這個基準(zhǔn)線可以是建筑設(shè)計前的能源消耗預(yù)測，也可以是同類型、同規(guī)模非綠色建筑的平均能源消耗數(shù)據(jù)，一旦基準(zhǔn)線確定，就可以將實施節(jié)能技術(shù)后的實際能源消耗與之進行對比，如果基準(zhǔn)線為每年1 000萬kWh，實施節(jié)能技術(shù)后，實際消耗為800萬kWh，那么可以明確地說，節(jié)能技術(shù)節(jié)省了200萬kWh的能源。為了更科學(xué)地評估節(jié)能技術(shù)的效果，可以引入能源消耗降低率這一指標(biāo)，其計算公式為式（1）。

W=［（W1-W2）/W］×100%（1）

式中：W表示能源消耗降低率；W1表示基準(zhǔn)線能源消耗；W2表示實施節(jié)能技術(shù)后的能源消耗。以上述數(shù)據(jù)為例，能源消耗降低率=（1000-800）/1000×100%=20%。除了短期的能源消耗對比，還需要對長期能源消耗進行趨勢分析，通過收集、整理建筑節(jié)能技術(shù)集成應(yīng)用后多年的能源消耗數(shù)據(jù)，可以判斷節(jié)能技術(shù)是否持續(xù)有效，并識別是否存在能源消耗的反彈效應(yīng)，這種分析方式能夠提供更全面、深入的視角，幫助相關(guān)人員理解節(jié)能技術(shù)的真實效果。

2.2 能源利用效率提升情況

通過比較節(jié)能技術(shù)實施前后的能源利用效率，評估提升情況，采用能源利用效率公式為式（2）。

W=（W1/W2）×100%（2）

式中：W表示能源利用效率；W1表示有用能源輸出；W2表示總能源輸入。對實施前后的數(shù)據(jù)進行計算，得出效率提升的具體數(shù)值，運用能源審計工具，對建筑物在節(jié)能技術(shù)實施前后的能源消耗進行全面盤點和比對，通過數(shù)據(jù)分析，精準(zhǔn)判斷能源利用效率的提升幅度。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合建筑物的功能需求和運行特點，設(shè)定能源利用效率的目標(biāo)值，對比實際達到的能源利用效率，評估節(jié)能技術(shù)實施的效果和是否達到預(yù)期目標(biāo)。

2.3 環(huán)境影響改善情況

通過收集和分析節(jié)能技術(shù)實施前后的環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，如二氧化碳排放量、氮氧化物減排量等，利用環(huán)境影響評價模型，如環(huán)境質(zhì)量指數(shù)（EQI）公式進行計算和比對見式（3）。

EQI=∑（Wi×Si）（3）

式中：EQI是環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Wi是第i個環(huán)境參數(shù)的權(quán)重，表示該參數(shù)在整體環(huán)境質(zhì)量評估中的重要性；Si是第i個環(huán)境參數(shù)的得分或標(biāo)準(zhǔn)化值，通常是通過將實際測量值與標(biāo)準(zhǔn)值或目標(biāo)值進行比較計算得出的結(jié)果，計算出環(huán)境影響改善的具體數(shù)值，運用生命周期評價方法，對節(jié)能技術(shù)的整個生命周期，包括材料生產(chǎn)、運輸、安裝、使用乃至廢棄等階段的環(huán)境影響進行全面評估，準(zhǔn)確了解節(jié)能技術(shù)對環(huán)境的長期影響。還可以通過對比同類型、同規(guī)模非綠色建筑與綠色建筑在環(huán)境影響上的差距，直觀展現(xiàn)節(jié)能技術(shù)對環(huán)境改善的貢獻。

2.4 經(jīng)濟性分析

進行投資回報率（ROI）的計算，計算公式見式（4）。

ROI=［（W-W1）/W1］×100%（4）

式中：W表示節(jié)能技術(shù)帶來的年節(jié)約額；W1表示投資額，量化節(jié)能技術(shù)的經(jīng)濟效益，確定投資回收期、利用生命周期成本分析（LCCA），全面考慮節(jié)能技術(shù)的初始投資、維護費用、能源節(jié)約等各方面的因素，通過數(shù)據(jù)對比，判斷節(jié)能技術(shù)是否具有長期經(jīng)濟效益。還需要進行敏感性分析，即分析影響經(jīng)濟效益的關(guān)鍵因素，如能源價格變動、折現(xiàn)率等，通過變動這些因素，觀察經(jīng)濟效益的變化情況，以此評估節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟性的穩(wěn)健性。

3 結(jié)束語

通過對基于綠色建筑設(shè)計的節(jié)能技術(shù)集成與效果評估的研究，展示了節(jié)能技術(shù)在綠色建筑中的廣泛應(yīng)用和巨大潛力，節(jié)能技術(shù)不僅有助于降低建筑能耗，提高能源利用效率，還能顯著提升綠色建筑的整體性能，推動建筑行業(yè)朝著更加綠色、環(huán)保、可持續(xù)的方向發(fā)展。未來，隨著科技的進步和綠色建筑理念的深入人心，相信節(jié)能技術(shù)將在綠色建筑設(shè)計中發(fā)揮更大的作用，為人類構(gòu)建美好家園作出重要貢獻。

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