基于性能化設計的房建節(jié)能分析與改進策略

金國宇

受全球氣候變化與能源危機雙重壓力，建筑行業(yè)節(jié)能減排迫在眉睫。建筑能耗占能源消費結構總量的重要部分，所以提高房建節(jié)能性能已成為能源可持續(xù)利用至關重要的手段。本文以房建節(jié)能性能分析為基礎，從設計、選材、施工工藝及運輸管理各環(huán)節(jié)探索節(jié)能潛力與實現(xiàn)策略，通過深入分析現(xiàn)狀并提出今后改進策略，為建筑業(yè)綠色轉型提供理論支撐與實踐指導。

1 基于性能化設計的房建節(jié)能現(xiàn)狀研究

在當前的建筑領域中，基于性能化設計的房建節(jié)能逐漸成為建筑設計和建設中的重要考慮因素。隨著科技的進步以及人們環(huán)保意識的增強，建筑業(yè)為了降低能源消耗以及由此帶來的環(huán)境效應，開始重視能效。現(xiàn)代建筑節(jié)能性能評價傾向于綜合與動態(tài)分析，也就是從建筑物設計、建造、使用直至養(yǎng)護等全生命周期來考慮。在設計階段，建筑師采用先進的模擬軟件來分析建筑的熱工性能、光環(huán)境以及風環(huán)境模擬等物理性能，試圖在建筑初期達到能效優(yōu)化的目的[1]。另外，建筑物的造型和布局優(yōu)化從設計開始時就充分考慮了環(huán)境因素，不僅提高了能源利用效率，還減少了建筑物給環(huán)境帶來的不利影響。從施工材料及工藝上來說，選用保溫隔熱性能好的材料已成為規(guī)范的做法，如采用節(jié)能玻璃、保溫涂料及輕質(zhì)隔熱墻體材料等已是行業(yè)內(nèi)常見的做法。與此同時，施工工藝也開始向節(jié)能、高效方向發(fā)展，如利用預制建筑組件來縮短現(xiàn)場作業(yè)時間、降低能耗等。

2 房建節(jié)能的性能分析

2.1 建筑設計性能分析

2.1.1 物理性能和光環(huán)境分析

建筑物理性能分析中著重研究了建筑熱性能、濕性能和聲性能及其對光環(huán)境的調(diào)節(jié)。這種分析的關鍵是評價與預測建筑物實際工作時的能源需求和環(huán)境適應性。設計師對建筑物熱流動及空氣流動進行仿真，預測冬季供暖及夏季制冷需求，然后對建筑物外殼熱阻設計進行指導，如墻體、屋頂、地面保溫層厚度的準確計算及選擇合適窗戶玻璃類型。濕性能的分析主要集中在建筑內(nèi)部濕度的平衡上，以避免結露和霉菌的生長，這就要考慮材料透濕性和室內(nèi)外溫差。聲性能分析的核心目標是降低外界噪聲的干擾、優(yōu)化室內(nèi)聲學環(huán)境，從而改善人們的居住和使用體驗。

科學的光環(huán)境設計，應爭取最大限度地利用自然光，降低人工照明要求，并通過建筑朝向、窗戶布置等設計加強自然光導入與分配，避免過多直射造成熱負荷。這種物理性能分析可以使建筑設計前期有針對性地制訂節(jié)能措施，為之后詳細設計與建設奠定堅實基礎。

2.1.2 建筑形態(tài)與布局優(yōu)化

優(yōu)化建筑形態(tài)和布局就是要通過考慮其方位、造型和周邊環(huán)境之間的相互作用，從而達到節(jié)能目標。建筑形態(tài)對于光照、通風以及熱量的獲取與流失都有著直接影響，所以在設計中應該充分考慮地形、氣候以及周圍建筑等因素。例如，通過建筑結構方向的合理布局，可最大限度地利用冬季的太陽輻射和避免夏季直射日照過多。另外，通過選擇更為緊湊的建筑形態(tài)，可有效地縮小其表面積，從而降低熱量損失。在布局方面，設計師優(yōu)化了空間中各功能區(qū)域的分配，如把不經(jīng)常使用的空間或者是對溫度沒有太高要求的空間放置在建筑北側或者其他一些對于日照不利的地方[2]。

通過建筑間距與高度的合理匹配，能改善建筑物之間的自然通風狀況，還能避免因過密施工而造成通風與陽光堵塞。布局優(yōu)化會充分考慮到建筑物內(nèi)空氣流動情況，并運用通風道原理，設計門窗位置，充分利用自然通風降低對機械通風的依賴性。

2.2 施工材料與工藝性能分析

2.2.1 材料選擇與節(jié)能性能

在房屋建筑中，選擇適當?shù)牟牧蠈μ岣哒w的節(jié)能性能非常重要。在選擇施工材料時，要對材料的熱傳導系數(shù)、熱容量、耐久性以及對環(huán)境的影響等多個維度進行綜合評估。例如，采用高效保溫材料可以有效減少建筑熱損失，提高能源利用率。聚苯乙烯泡沫板保溫板、擠塑聚苯板、礦物棉等，因其較低的導熱系數(shù)而被廣泛應用于外墻保溫。同時，材料的熱容也是影響建筑節(jié)能性能的關鍵因素。重量較重、熱容較高的材料能夠吸收和儲存更多的熱量，有助于減少室內(nèi)溫度波動，在夏季降低冷卻負荷，在冬季減少供暖需求。此外，選用可再生或回收利用的材料，如再生磚、竹材等，不僅減輕環(huán)境負擔，也因其良好的環(huán)境適應性和節(jié)能性能而受到推崇。

材料的生命周期也是節(jié)能分析中不可忽視的部分。耐久性強的材料雖在初期投資較高，但能夠減少更換頻率，降低能耗和維護成本。因此，在選擇材料時，需充分考慮其長期的節(jié)能效益，為實現(xiàn)低碳建筑目標奠定堅實基礎。

2.2.2 施工工藝的節(jié)能效率

節(jié)能效率高的施工工藝可以減少施工過程中的能源浪費，同時確保材料的性能得到充分發(fā)揮。例如，采用預制建筑組件等現(xiàn)代化的施工技術，可在工廠內(nèi)完成大部分生產(chǎn)工作，現(xiàn)場只進行組裝。這種方式不僅提高了施工效率，還大幅度減少了現(xiàn)場施工時的能耗和資源浪費。合理的施工順序和施工方法也至關重要，如細致的施工規(guī)劃可減少材料的浪費，確保施工質(zhì)量，避免日后因為保溫不良或者氣密性不足而導致的能源損耗。

氣密性測試可以作為施工過程的一部分，可確保建筑的密封性能滿足設計要求，減少能源消耗。此外，施工現(xiàn)場的能源管理也是節(jié)能效率的重要組成部分。合理調(diào)度施工機械及優(yōu)化能源使用計劃，可顯著降低施工階段的能耗。這包括使用高效率的施工機械、合理規(guī)劃使用時間以及采用太陽能等可再生能源供電的施工設備。

2.3 運營管理性能分析

2.3.1 節(jié)能設備的運行效率

節(jié)能設備運行效率的高低直接關系到能源消耗水平。高效的節(jié)能設備能夠顯著降低建筑能耗，降低運營成本。如有效的供熱、通風和空調(diào)系統(tǒng)可在維持室內(nèi)舒適度的前提下，盡可能減少能源的消耗。同時，該智能控制系統(tǒng)可根據(jù)室內(nèi)外溫度變化及用戶實際要求自動調(diào)整設備運行狀況，達到精細化能源管理目的。

發(fā) 光 二 極 管（Light Emitting Diode，LED）燈具等節(jié)能照明系統(tǒng)，有更長的使用壽命，而且能耗也可大大降低。通過在照明系統(tǒng)中設置光感、動感傳感器等智能化改造控制照明開關、亮度等參數(shù)，能源使用效率可得到進一步提高。

合理利用水資源以實現(xiàn)節(jié)能，在建筑過程中同樣不容忽視。比如，使用低流量潔具、雨水回收系統(tǒng)等，既能降低水資源消耗又能節(jié)省水加熱所帶來的能源開銷[3]。

綜上，在建筑過程中利用高效節(jié)能設備，并且與智能化管理相結合，能夠顯著提高建筑運營能源效率，實現(xiàn)節(jié)能降耗目標。

2.3.2 節(jié)能維護管理策略

定期對建筑設備及系統(tǒng)進行檢測與維護，是保證設備達到最佳運行狀態(tài)、避免能源浪費至關重要的一步。如對空調(diào)系統(tǒng)濾網(wǎng)及風管進行定期清洗既可保持系統(tǒng)高效工作，又可避免因污垢堵塞造成能耗升高的問題。維護管理期間，對建筑物自身保溫性能和氣密性進行經(jīng)常性檢測也非常關鍵。除了對設備和系統(tǒng)進行維護外，建筑信息模型技術的應用也為建筑節(jié)能維護管理開辟了全新的可能性。利用建筑信息模型技術可以使維保團隊得到精確的數(shù)據(jù)依據(jù)，便于其更好地確定節(jié)能改進重點區(qū)域和制訂更有效的維護策略。該技術的應用可使維保團隊能夠及時采取適當措施來保證整個體系高效運行。在對建筑物進行節(jié)能維護管理時，不斷監(jiān)測其能源消耗模式是十分關鍵的環(huán)節(jié)。通過不斷監(jiān)控能源消耗模式，維保團隊能夠及時發(fā)現(xiàn)能耗異常，然后采取相應措施確保整個系統(tǒng)高效運轉。這一實時監(jiān)測與響應機制能夠幫助建筑管理團隊更及時地處理問題，使節(jié)能效益最大化。

3 基于性能化設計的房建節(jié)能改進策略

3.1 建筑材料的選擇和應用

在節(jié)能改善策略上，認真選擇與運用建筑材料是提高能效的第一步。材料的物理屬性，如熱導性、熱容量、密度和反射率等，都會對建筑的能源消耗產(chǎn)生直接影響。采用低熱導率保溫材料能有效降低熱量在墻體、地面和屋頂上的傳導[4]。

使用混凝土或者石材等熱惰性較強的物質(zhì)，可在夏天吸收和存儲熱量并在晚上散發(fā)出去，從而降低人們對于空調(diào)的依賴，而且這些物質(zhì)在冬天能儲存房間里所產(chǎn)生的熱，并且減少熱量散失。現(xiàn)代建筑也可使用透光率高、熱導率小的節(jié)能玻璃來使自然光照達到最大化。

3.2 建筑外墻和屋頂?shù)母魺嵩O計

對建筑外墻及屋頂進行隔熱設計是建筑節(jié)能的關鍵環(huán)節(jié)。外墻與屋頂是建筑物的主要構造，隔熱性能的好壞決定著室內(nèi)與室外熱量交換效率。

為使能量損失降至最低，可采用多層隔熱結構設計并在各層之間填充高效保溫材料來屏蔽熱橋效應使熱傳導顯著下降。隔熱層外可采用反射熱量外墻涂料或面板，在減少太陽輻射的同時減輕冷卻負荷。屋頂可使用高反射性材料或者植物屋頂設計，植物屋頂既可提供附加隔熱效果又可吸收雨水，降低城市熱島效應。改造既有建筑時可增設外墻外保溫，但對于新建筑來說，要從設計之初就考慮外墻與屋頂之間的隔熱性。通過采用先進的隔熱技術與材料，有效地提高建筑節(jié)能性能并達到能源長期持續(xù)利用的目的。

3.3 采用高效的暖通空調(diào)系統(tǒng)

在房建節(jié)能中，很重要的一個環(huán)節(jié)就是要實現(xiàn)暖通空調(diào)的有效運行。對該系統(tǒng)進行優(yōu)化既涉及設備自身能效比問題，也涉及到整體設計及運行策略調(diào)整問題。

高效的熱泵技術，如地源熱泵和空氣源熱泵，由于其相對于傳統(tǒng)的加熱和冷卻系統(tǒng)具有更高的能量轉換效率，因此在現(xiàn)代建筑中的應用越來越廣泛。這類系統(tǒng)可滿足不同季節(jié)對冷暖空調(diào)的要求，同時保證較低的能耗。通過采用可變制冷量或可變空氣體積系統(tǒng)，可根據(jù)實際需求調(diào)整冷暖空氣的輸出，降低能源消耗。

熱回收通風系統(tǒng)能夠對建筑內(nèi)部進行熱回收，對進入的空氣進行預熱或者預冷，從而有效減少通風能耗。將先進絕熱材料與密封技術相結合可進一步提升系統(tǒng)整體能效，如采用高效過濾與密封技術不僅能維持室內(nèi)空氣品質(zhì)，還能降低熱量損失[5]。

暖通空調(diào)系統(tǒng)設計中也要考慮到建筑的方位角、地理位置、氣候條件及日照情況，才能使系統(tǒng)優(yōu)化配置與運行。

3.4 使用智能化的能源管理系統(tǒng)

在房屋建設的節(jié)能過程中，智能化能源管理系統(tǒng)起到了至關重要的作用。這類系統(tǒng)通過整合軟、硬件平臺實現(xiàn)了建筑能源流監(jiān)控與控制，并優(yōu)化了能源使用效率。該系統(tǒng)可實時采集能源消耗數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結果為能源使用提供優(yōu)化策略，同時對設備設置進行自動調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)節(jié)能：第1，借助物聯(lián)網(wǎng)的先進技術，能源管理系統(tǒng)能夠與多種傳感器和執(zhí)行器建立連接，進而實現(xiàn)對建筑物內(nèi)部環(huán)境的實時監(jiān)測。這些傳感器能夠探測到室內(nèi)外的溫度、濕度、光照強度和人員活動，據(jù)此調(diào)節(jié)暖通空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)的工作狀況。第2，將人工智能與機器學習算法相結合的智能化能源管理系統(tǒng)也可以對用戶行為模式進行學習、能源需求預測、節(jié)能操作計劃自動擬定等。比如，通過對入住率、使用習慣等因素進行分析，該系統(tǒng)可在非高峰時段時自動減少照明、空調(diào)運行強度或者在空置時段時關閉，以減少浪費。第3，智能化能源管理系統(tǒng)還可與可再生能源系統(tǒng)，如太陽能板、風力發(fā)電等相結合，實現(xiàn)能源的自給自足，進一步增強建筑的能效。通過對建筑內(nèi)能源分配進行精確調(diào)控與優(yōu)化，智能化能源管理系統(tǒng)已成為建筑節(jié)能與可持續(xù)性目標得以實現(xiàn)的強有力手段。

3.5 優(yōu)化建筑的采光和照明設計

通過在設計中加入巧思并運用技巧，可高效利用自然光并降低人工照明要求，既節(jié)約了能源，又營造了更舒適、更健康的生活工作環(huán)境。建筑采光設計需考慮窗戶位置、尺寸和玻璃種類，利用高透光率的窗戶玻璃可最大限度地引入自然光，利用光線散射技術則可降低直射太陽所帶來的眩光及過熱等現(xiàn)象。在建筑物結構布局中布置天窗或者采光頂，能夠為內(nèi)部空間提供一個統(tǒng)一的頂部自然光源，以減少層高較大地區(qū)對照明的要求。就人工照明而言，由于LED 照明技術具有低能耗、長壽命等優(yōu)點，是一種較為理想的照明技術。采用智能照明系統(tǒng)可實現(xiàn)照明強度隨室內(nèi)外光線的變化及人員而自動調(diào)整，進一步提升能效[6]。另外，使用室內(nèi)和室外顏色和反射率較大的材料可促進自然光反射和發(fā)散，降低對人工照明的依賴性。辦公及居住空間內(nèi)反光天花板及墻面的設計，可有效將光發(fā)散出去，使光照更均勻。將智能控制系統(tǒng)融入照明設計可根據(jù)用戶實際需要與喜好提供個性化照明解決方案。通過詳細的照明系統(tǒng)管理，能夠保證能源得到準確利用，避免過多或者無謂消耗。

4 結語

集成與優(yōu)化房建節(jié)能性能策略，對建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。通過在設計、施工和運維等各個環(huán)節(jié)進行深入的節(jié)能性能分析與完善，既能有效降低能耗又能夠提高居住舒適度與建筑物的整體價值。今后，在科技不斷進步與政策指導下，性能化設計房建節(jié)能必定將迎來更加廣闊的空間，有利于促進綠色建筑與可持續(xù)發(fā)展。