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(jié)構(gòu)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(guān)重要的手段。本文以房建節(jié)能性能分析為基礎(chǔ)，從設(shè)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(zhuǎn)型提供理論支撐與實踐指導(dǎo)。

1 基于性能化設(shè)計的房建節(jié)能現(xiàn)狀研究

在當(dāng)前的建筑領(lǐng)域中，基于性能化設(shè)計的房建節(jié)能逐漸成為建筑設(shè)計和建設(shè)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(yīng)，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(shè)計、建造、使用直至養(yǎng)護等全生命周期來考慮。在設(shè)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(fēng)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(shè)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(yù)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(shè)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(guān)鍵是評價與預(yù)測建筑物實際工作時的能源需求和環(huán)境適應(yīng)性。設(shè)計師對建筑物熱流動及空氣流動進行仿真，預(yù)測冬季供暖及夏季制冷需求，然后對建筑物外殼熱阻設(shè)計進行指導(dǎo)，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(jié)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(xué)環(huán)境，從而改善人們的居住和使用體驗。

科學(xué)的光環(huán)境設(shè)計，應(yīng)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(shè)計加強自然光導(dǎo)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(shè)計前期有針對性地制訂節(jié)能措施，為之后詳細設(shè)計與建設(shè)奠定堅實基礎(chǔ)。

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(fēng)以及熱量的獲取與流失都有著直接影響，所以在設(shè)計中應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)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(cè)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(fēng)狀況，還能避免因過密施工而造成通風(fēng)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(fēng)道原理，設(shè)計門窗位置，充分利用自然通風(fēng)降低對機械通風(fēng)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(dāng)?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(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)而被廣泛應(yīng)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(guān)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(dān)，也因其良好的環(huán)境適應(yīng)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(chǔ)。

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(yù)制建筑組件等現(xiàn)代化的施工技術(shù)，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(guān)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(dǎo)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(shè)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(shè)備。

2.3 運營管理性能分析

2.3.1 節(jié)能設(shè)備的運行效率

節(jié)能設(shè)備運行效率的高低直接關(guān)系到能源消耗水平。高效的節(jié)能設(shè)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(fēng)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(shè)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(shè)置光感、動感傳感器等智能化改造控制照明開關(guān)、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(shè)備，并且與智能化管理相結(jié)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(shè)備及系統(tǒng)進行檢測與維護，是保證設(shè)備達到最佳運行狀態(tài)、避免能源浪費至關(guān)重要的一步。如對空調(diào)系統(tǒng)濾網(wǎng)及風(fēng)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(guān)鍵。除了對設(shè)備和系統(tǒng)進行維護外，建筑信息模型技術(shù)的應(yīng)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(shù)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(shù)的應(yīng)用可使維保團隊能夠及時采取適當(dāng)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(guān)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(yīng)措施確保整個系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)。這一實時監(jiān)測與響應(yīng)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(shè)計的房建節(jié)能改進策略

3.1 建筑材料的選擇和應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)率保溫材料能有效降低熱量在墻體、地面和屋頂上的傳導(dǎo)[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?，F(xiàn)代建筑也可使用透光率高、熱導(dǎo)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(shè)計

對建筑外墻及屋頂進行隔熱設(shè)計是建筑節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。外墻與屋頂是建筑物的主要構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計并在各層之間填充高效保溫材料來屏蔽熱橋效應(yīng)使熱傳導(dǎo)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(shè)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(yīng)。改造既有建筑時可增設(shè)外墻外保溫，但對于新建筑來說，要從設(shè)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(shù)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(shè)備自身能效比問題，也涉及到整體設(shè)計及運行策略調(diào)整問題。

高效的熱泵技術(shù)，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(zhuǎn)換效率，因此在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)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(fēng)系統(tǒng)能夠?qū)ㄖ?nèi)部進行熱回收，對進入的空氣進行預(yù)熱或者預(yù)冷，從而有效減少通風(fēng)能耗。將先進絕熱材料與密封技術(shù)相結(jié)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(shù)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(shè)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(shè)的節(jié)能過程中，智能化能源管理系統(tǒng)起到了至關(guān)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(jié)果為能源使用提供優(yōu)化策略，同時對設(shè)備設(shè)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(shù)，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(xué)習(xí)算法相結(jié)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(xué)習(xí)、能源需求預(yù)測、節(jié)能操作計劃自動擬定等。比如，通過對入住率、使用習(xí)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(guān)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(fēng)力發(fā)電等相結(jié)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(shè)計

通過在設(shè)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(shè)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(shù)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(jié)構(gòu)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(shù)具有低能耗、長壽命等優(yōu)點，是一種較為理想的照明技術(shù)。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(shè)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(shè)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(jié)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(shè)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(dǎo)下，性能化設(shè)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。