建筑工程中建筑物能源管理與節(jié)能技術研究

【摘要】為減少建筑物能源管理與節(jié)能技術不規(guī)范造成的能源消耗持續(xù)增長問題，文章對建筑工程中建筑物能源管理與節(jié)能技術進行深入系統研究。分析了建筑物能源管理與節(jié)能技術在降低建筑物能源消耗中的價值，歸納總結了建筑物產生能源消耗的成因及問題，并以某住宅工程為例，分析其在建筑物能源管理與節(jié)能技術上的措施，為減少建筑物能源消耗過大及提高建筑物節(jié)能減排提供參考幫助。

【關鍵詞】建筑物；能源管理；能源消耗分析；節(jié)能技術

【中圖分類號】TU201.5 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2025）01-0049-03

0 引言

能源是人類生存活動及社會發(fā)展所需要的物質基礎，自2012年我國成為全球最大能源消耗國家。2022年《中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告》數據披露，2000—2022年我國建筑面積快速擴張，建筑能源消耗占比全國總能源消耗23.74%，建筑能源消耗指標仍處于國家能源總消耗的高位[1]。2022年，住房和城鄉(xiāng)建設部印發(fā)《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》，要求2025年完成既有建筑節(jié)能改造面積3.5億 m2以上，建設超低能源消耗、近零能源消耗建筑0.5億 m2以上，為我國建筑工程建筑物能源管理指明了方向[2]。為減少建筑物能源消耗對社會生態(tài)造成的負面影響，文章對建筑工程中的建筑物能源管理與節(jié)能技術進行研究，旨在為其運用提供參考。

1 建筑工程中建筑物能源消耗的成因分析

可持續(xù)發(fā)展理念下，建筑工程領域能源消耗不斷加劇，與當前提倡生態(tài)環(huán)境保護理念背道而馳。如何在建筑工程施工中減少能源消耗，強化建筑物能源管理成為新時代建筑工程領域中討論的熱點話題。在建筑物能源管理中，通過合理規(guī)劃設計，選擇低能耗設備可大幅度降低建筑物造成的能耗，提高能源利用率的同時，為國民生活提供舒適環(huán)境。建筑工程中對建筑物能源進行管理并應用節(jié)能技術，對各個方面均可以起到很大的推動作用。建筑工程難免會涉及大量的能源消耗，例如電力能源消耗、空調能源消耗等。而積極將節(jié)能技術應用到建筑工程中則可以降低能源消耗，減輕傳統建筑工程對能源的依賴，對于提高建筑工程施工效益具有促進意義。建筑物能源消耗水平并非僅受單一因素影響，根據現有文獻記載，建筑物能源消耗受多元因素影響，如氣候因素、地理因素、建筑設施因素及建筑結構設計因素。本次研究通過文獻計量學的方式對目前國內外有關建筑物能源成因的研究觀點進行了總結與歸納。

1.1 外擾因素形成的建筑物能源消耗

外擾因素泛指建筑物外部因素，常見因素為環(huán)境因素、氣候因素、季節(jié)因素，如建筑物外部氣溫、空氣濕度、太陽輻射等會對建筑物能源消耗產生較大影響。根據數據統計，目前外擾因素形成的建筑物能源消耗占比中，太陽輻射占比50%，空氣滲透占比10%，屋面占比10%，外墻及窗戶占比30%。

1.2 內擾因素形成的建筑物能源消耗

內擾因素泛指建筑物室內設施使用產生的能源消耗，如照明設施、通風設施、空調設施作用下產生的熱效應。從本質角度來看，建筑各種設施熱效應形成熱對流的過程中，會隨著冷熱部門的密度不均而造成流體部位的相對位移引發(fā)的熱量傳導。根據數據統計，目前內擾因素形成的建筑物能源消耗占比中，暖通空調占比65%，照明、電梯占比14%，生活熱水、給排水占比15%，廚房占比6%。

1.3 建筑物本體形成的能源消耗

根據文獻統計，目前對建筑物本體形成的能源消耗研究主要以建筑結構如外墻、外窗、屋面、建筑體型系數及建筑朝向等結構組成[3]。具體能源消耗影響如下。

1）圍護結構。圍護結構抵御建筑外部環(huán)境氣候變化能力較差。部分外墻遮陽系數、熱傳系數、氣密性、透光率不符合標準，炎熱天氣外部熱量極易導入室內，或嚴寒天氣造成室內熱損較大[4]。

2）窗墻比。窗墻比對建筑物能源消耗產生的影響相對復雜。窗墻面積比為50%，負荷可能會增加至17%～35%。東西朝向的大面積窗戶，對于建筑能源消耗標準管理極為不利。

3）體形系數。建筑物體形系數泛指建筑物與室外大氣接觸外表面與其包圍建筑空間的體積比。根據數據統計，建筑物體形系數越大，建筑物面積熱損失越高，產生的能源消耗越大。

4）建筑物朝向。因不同地區(qū)的氣候環(huán)境存在一定差異，不同區(qū)域內的建筑物朝向對建筑物能源消耗產生的影響不盡相同，朝向應根據地理位置、太陽角度調整，以此確保建筑物能源消耗管理標準[5]。

2 建筑工程中建筑物能源管理與節(jié)能技術的實例分析

2.1 項目概述

某住宅小區(qū)建筑面積27 647 m2，由1棟3層框架商業(yè)樓、3棟5層磚混樓及4棟10層的框架小高層組成。合同中明確規(guī)定該項目工程的工作內容將包括以下幾個方面：施工現場場地的清理、工程周邊圍墻的建立、樓體結構和管樁工程以及照明設施等。樓體的初裝修包括砌筑樓板墻體、樓體的外裝修、對公共區(qū)域的初裝修，以及所有的防火門和屋面工程的建設等。

2.2 能源管理

2.2.1 圍護模擬

本工程能源管理主要采用BIM技術核心軟件Revit構建三維建筑物信息模型，通過對其中機械能的提取與分析，再對建筑物模型中的各階段能源消耗進行模擬與計算，最終確定節(jié)能技術。通過BIM技術可對工程建筑物能源消耗進行分類、分區(qū)識別，結合全年最熱日、最冷日逐時得熱失熱曲線圖繪制后，可以判斷不同區(qū)域內的能源消耗高峰。

結合案例工程判斷來看，按照既定施工方案組成的圍護結構得失熱波動較小，冬季、夏季值域偏差較低，表明熱傳性相對問題。

2.2.2 設施模擬

案例工程不同設備功率負荷方案見表1。

工程采用Oringe8.0對原始數據、研究方案的熱導率、負荷數據進行了線性模擬。按照Oringe8.0給出的模擬數據，將設備功率變化曲線與負荷水平線性進行擬合計算后，得出功率和單位面積冷負荷函數，進而確定設備功率和單位制熱負荷的函數對設備功率和單位總負荷確定。根據計算得出為有效提高建筑物設備能源消耗管理。

2.3 節(jié)能技術

2.3.1 建筑物墻體保溫

本工程墻體保溫施工主要以墻體內外側設置保溫層為主，因施工工藝難度較大，對施工材料質量要求較高。綜合上述分析可以看出，建筑物墻體內外側保溫系統節(jié)能消耗效果存在差異，并通過模擬本工程后，決定在墻體外側設置保溫系統。墻體能源管理用式（1）進行計算。

" " "Q = k .A .ΔT " " " （1）

式中：Q為墻體能源；k為墻體的傳熱系數；A為墻體的面積；ΔT為室內外溫差。

根據計算公式確定墻體保溫設計，針對性處理柱、梁以及墻等混凝土構造物，墻體外側的保溫系統還需要進行干掛處理，選擇質量達標的金屬掛件完成裝飾材料的懸掛，以此有效確保裝飾材料與結構體牢固連接，形成實用性、美觀性均達標的飾面，提高墻體保溫系數。

2.3.2 建筑物門窗安裝

門窗安裝作為建筑物能源消耗管理的重要組成部分，本工程結合建筑物門窗節(jié)能技術，從建筑物實際情況出發(fā)，著重對門窗熱傳導系數進行分析，從而提高門窗安裝細節(jié)，促進門窗在降低建筑物能源消耗上的優(yōu)勢。

1）窗墻比確定。本工程窗墻比主要根據上述提出的原則，在確定窗墻面積比β，即窗戶面積與墻體面積的比值時，按照熱傳熱增長率η計算確定最終窗墻比。

2）門窗材料。目前建筑物門窗工程材料主要以金屬材質為主，金屬材質門窗框的熱傳導系數比塑料材質門窗框、木質門窗框的熱傳導系數更高。為減少因材料造成的建筑物能源消耗較高的問題，結合工程所處區(qū)域的自然氣候條件，對門窗所處方位等因素進行確定后，部分建筑物門窗可采用木質材質進行施工。

2.3.3 建筑物屋面保溫

建筑物屋面保溫技術可有效降低建筑物能源消耗。本工程施工前選擇導熱系數、密度、吸水率均達到標準的屋面保溫材料，做好有關材料儲存與預處理工作后為后續(xù)施工打好基礎。值得注意的是，建筑物屋面保溫施工材料應根據不同施工部位進行選擇，如建筑吊頂、屋頂部位應選擇膨脹珍珠巖、玻璃棉等材料，提高保溫性能。在隔熱材料施工階段，通過整鋪法進行施工，從建筑物屋面頂部防水層逐步過渡至下部防水層，提高建筑物屋面保溫性能，降低建筑物能源消耗。

2.3.4 熱橋阻斷構造

熱橋阻斷構造可有效降低建筑物能源消耗，更在減少熱導效應上發(fā)揮著積極作用。本工程根據建筑工程設計要求及方案，對建筑物窗洞、圈梁、陽臺板、構造柱等位置設計進行處理，降低施工難度后展開熱橋阻斷構造施工。值得注意的是，熱橋作為熱量傳遞的通道，熱橋阻斷構造會引起冷熱量損失產生局部結露問題。針對這個問題，本工程施工階段著重對局部結露問題進行處理，在實現建筑能源消耗降低的同時，增加整體舒適度。在建筑施工技術綠色化、生態(tài)化及節(jié)能化的發(fā)展趨勢下，熱橋阻斷技術在建筑施工中的應用頻率顯著提高。目前我國現有熱橋阻斷技術主要借鑒其他國家發(fā)展經驗，為進一步發(fā)揮熱橋阻斷構造技術，可積極借鑒德國先進技術，如通過引進消除陽臺樓板冷橋構造技術及鋼筋或絕緣保溫材料等技術，減少建筑物能源消耗，對于提高建筑物能源管理質量具有促進意義。

2.3.5 遮陽系統

遮陽系統作為建筑物能源管理中的重要組成部分，該技術決定了建筑物能源消耗高低。本工程主要根據建筑實際情況設計外遮陽系統，該系統以保障遮陽設施質量為基礎，確保太陽輻射熱量被充分阻擋，從而降低空調負荷，實現建筑能源消耗降低的目標。值得注意的是，為達到智能化控制遮陽系統的效果，有效促進遮陽系統的運行效率提升，工程通過引入智能化控制技術，增強居住環(huán)境私密性，具有防眩光與降低空調負荷的優(yōu)勢。

2.3.6 通風系統

綠色建筑理念持續(xù)推進下，房屋通風系統對于降低建筑能源消耗具有促進作用。目前常見通風系統主要由“外墻進風設備＋衛(wèi)生間出風口＋屋頂排風扇”組成。案例工程通風系統中，新風豎井設置在起居室、臥室等區(qū)域，排風豎井則設置在浴室、衛(wèi)生間、廚房等區(qū)域。在施工階段綜合考量通風風量及通風時間，最大程度地提高房屋通風系統在降低建筑能源消耗方面的作用。

2.3.7 空調系統

建筑工程裝置中采用高效空調系統可有效降低建筑能源，對此建筑工程裝修階段應選擇變頻空調、節(jié)能型中央空調等能效比高的設備。根據計算統計，能效比越高的空調，制冷效果越強，可滿足人們舒適需求的同時，減少能源消耗。建筑工程裝修階段，該智能控制系統可根據室內溫濕度及人員活動情況進行智能化調整，確保室內溫度長期處于合適水平，從而在滿足居住舒適溫濕度需求的同時，減少能源消耗。此外，當前建筑工程能源管理中，通過依托智能控制系統實現對設備遠程監(jiān)控、遠程管理，便于使用者遠程操控。大量工程實踐數據表明，建筑工程送風管道、換熱系統設計不合理會產生大量能耗，對此建筑工程施工階段應對空調系統的送風管道和換熱系統進行優(yōu)化，在確保管道設計方案、規(guī)劃方案滿足業(yè)主需求的同時，減少因管道阻力增大而產生更大能耗的情況出現。

3 結語

綜上所述，本文通過對建筑工程中建筑物能源管理與節(jié)能技術進行分析得到了如下結論。

1）建筑工程中建筑能源消耗主要以外擾因素、內擾因素及建筑本身形成的能耗為主。外擾因素主要涵蓋環(huán)境因素、氣候因素、季節(jié)因素，內擾因素包括照明設施、通風設施、空調設施作用下產生的熱效應，建筑物本體涵蓋外墻、外窗、屋面、建筑體形系數及建筑朝向等因素。

2）通過引入BIM技術對某住宅工程建筑能源管理與節(jié)能技術進行分析，對建筑能源管理各節(jié)點進行施工模擬，運用BIM技術對建筑能源系統進行設計，最終各階段能源消耗得到大幅度降低。

參考文獻

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[5] 岳嘉和，陳果，宋濤，等.基于碳指標的建筑能源優(yōu)化配置研究[J].太陽能學報，2023，44（6）：170-177.

[作者簡介]嚴舟波（1975—），男，浙江紹興人，本科，高級工程師，研究方向：建筑工程管理。