基于不同能耗計算方法的綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)

崔璐璐

摘 ?要： 基于不同能耗計算方法的綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)，將多種能耗計算方法應(yīng)用于綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)中，旨在解決以往綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)只采用單一能耗計算方法導(dǎo)致評價準(zhǔn)確率低的問題。用戶通過瀏覽器層中的系統(tǒng)登錄模塊進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行評價操作，屬性約簡模塊采用區(qū)分矩陣屬性約簡算法對優(yōu)化后的節(jié)能指標(biāo)實施泛化處理，并建立決策表發(fā)送至節(jié)能評價模塊，熱平衡法對綠色建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及室內(nèi)空氣傳熱情況進(jìn)行計算，獲取最終節(jié)能評價指標(biāo)值。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)在仿真平臺中評價10個綠色建筑節(jié)能情況準(zhǔn)確率高達(dá)95%以上，對建筑節(jié)能評價結(jié)果為3.8，與國家標(biāo)準(zhǔn)3.7相差0.1，說明該系統(tǒng)評價結(jié)果較為準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞： 節(jié)能評價; 綠色建筑; 能耗計算; 指標(biāo)管理; 仿真平臺; 結(jié)果分析

中圖分類號： TN245?34; TU24 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）20?0145?04

Green building energy?saving evaluation system based on different energy

consumption calculation methods

CUI Lulu

（School of Civil Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074， China）

Abstract： Various energy consumption calculation methods are applied to the green building energy?saving evaluation system to solve the problem of the low evaluation accuracy of green building energy?saving evaluation system caused by using single energy consumption calculation method. Users enter the system through the system login module in the browser layer to carry on the evaluation operation.The attribute reduction module is used to carry on the generalization processing for the optimized energy?saving index by means of the distinction matrix attribute reduction algorithm， and the decision table is established and sent to the energy conservation evaluation module. The heat balance method is used to calculate the enclosure structure and indoor air heat transfer of green buildings， and the final energy conservation evaluation value is obtained. The experimental results show that in the simulation platform， the system has an accuracy rate of over 95% in evaluating the energy?saving situation of ten green buildings， and the evaluation result of building energy?saving is 3.8， which is 0.1 less than the national standard 3.7， indicating that the evaluation result of the system is relatively accurate.

Keywords： energy?saving evaluation; green building; energy consumption calculation; index management; simulation platform; results analysis

0 ?引 ?言

隨著近年來環(huán)境污染情況嚴(yán)重，國家重視建筑行業(yè)的環(huán)保節(jié)能[1]，“綠色建筑”的概念應(yīng)運而生。綠色建筑是指最大程度節(jié)約資源，以節(jié)能環(huán)保為宗旨的建筑[2]。建筑中能耗主要是指圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗與建筑物使用過程中的空調(diào)、電梯等能耗。建筑能耗是我國社會能耗的主要來源，占總能耗的35%左右。因此在建筑中進(jìn)行節(jié)能環(huán)保是節(jié)約社會能源的重要途徑[3]。一種有效的綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)在建筑節(jié)能中具有重要意義[4]。以往綠色建筑節(jié)能評價方法中僅采用一種能耗計算方法導(dǎo)致評價結(jié)果不夠精準(zhǔn)[5]。針對不同建筑結(jié)構(gòu)采用相應(yīng)的能耗計算方法，全方位、多角度檢測建設(shè)能耗，提升綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)的評價精度，對綠色建筑節(jié)能發(fā)展起到一定推動作用[6]。

1 ?綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)

1.1 ?系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

基于不同能耗計算方法的綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)選取模式，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ?綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

從圖1可看出，用戶在瀏覽器層登錄綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)對所需評價的綠色建筑進(jìn)行評價操作[7?9];應(yīng)用表現(xiàn)層中包含指標(biāo)管理模塊、屬性約簡模塊與節(jié)能評價模塊三個模塊，它們可相互作用與通信，共同完成綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)運行;數(shù)據(jù)庫層用于存儲綠色建筑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與綠色建筑節(jié)能評價所需必要數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中節(jié)能評價模塊進(jìn)行評價時需要在數(shù)據(jù)庫層調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)實現(xiàn)評價操作。

綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)功能劃分如圖2所示。

圖2 ?系統(tǒng)功能模塊圖

系統(tǒng)登錄模塊主要功能為用戶注冊、登錄、修改信息，以及管理員修改用戶權(quán)限。

評價模塊主要包括綠色建筑節(jié)能基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、綠色建筑節(jié)能指標(biāo)管理、綠色建筑節(jié)能屬性約簡和綠色建筑節(jié)能評價4個功能，它們相互通信與作用，實現(xiàn)綠色建筑節(jié)能系統(tǒng)評價。

數(shù)據(jù)管理模塊應(yīng)考慮綠色建筑節(jié)能評級系統(tǒng)實際情況并與系統(tǒng)總各功能相結(jié)合[8]，數(shù)據(jù)庫中主要包含用戶信息數(shù)據(jù)、綠色建筑節(jié)能數(shù)據(jù)、評價指標(biāo)數(shù)據(jù)等，各種數(shù)據(jù)間互相關(guān)聯(lián)。

1.2 ?系統(tǒng)評價功能的實現(xiàn)

1.2.1 ?基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊主要由評價人員信息與綠色建筑節(jié)能評價信息兩個模塊組成。管理人員可在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊中對綠色建筑節(jié)能評價相關(guān)信息進(jìn)行增加、刪除或者修改綠色建筑各類信息。

1.2.2 ?屬性約簡模塊

選取區(qū)分矩陣屬性約簡算法建立屬性約簡模塊。評價人員從優(yōu)化后的指標(biāo)管理模塊中進(jìn)入屬性約簡模塊，在屬性約簡模塊中依據(jù)實際信息對各節(jié)能指標(biāo)實施泛化處理，利用處理后的信息建立決策表，通過決策表對屬性約簡后的綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，將決策表發(fā)送至節(jié)能評價模塊實現(xiàn)最終綠色建筑節(jié)能評價。

1.2.3 ?節(jié)能評價模塊

節(jié)能評價模塊中具備不同能耗計算方法，評價人員通過節(jié)能評價模塊中頁面信息及接收屬性約簡模塊中決策表對綠色建筑節(jié)能指標(biāo)進(jìn)行評分，依據(jù)不同能耗計算方法對不同建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行能耗計算，獲取最終節(jié)能評價指標(biāo)值。普通評價人員在節(jié)能評價模塊中只具備評價操作功能，專家評價人員可對節(jié)能評價模塊中各項指標(biāo)進(jìn)行增加、修改與刪除操作。

1.3 ?不同能耗計算方法

固體圍護(hù)結(jié)構(gòu)受建筑外界氣體與室內(nèi)氣體等共同影響，室內(nèi)氣體同時又受圍護(hù)結(jié)構(gòu)所影響，因此綠色建筑能耗主要由圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱計算與室內(nèi)空氣傳熱計算兩部分構(gòu)成。

1.3.1 ?圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱計算方法

通過熱阻與熱熔由節(jié)點連接成串聯(lián)或并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

設(shè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)中節(jié)點為[n]，周圍存在節(jié)點數(shù)量為[K]，則通過節(jié)點建立起的熱平衡方程如下：

1.3.2 ?室內(nèi)空氣能耗計算方法

影響室內(nèi)空氣溫度的主要原因包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面?zhèn)鳠崆闆r、室外和室內(nèi)空氣的滲入熱量及潛熱的影響[10]。綠色建筑室內(nèi)空氣節(jié)點熱平衡方程為：

式中：[Ca]與[ta]表示室內(nèi)空氣熱熔以及室內(nèi)空氣溫度;[tout]與[tj]表示室外空氣溫度及鄰室空氣溫度;[ti]與[hi]表示表面溫度及表面和空間傳熱系數(shù);[li]與[cp]表示室內(nèi)表面面積及空氣比定壓熱熔;[ρ]與[Gout]表示空氣密度及房間與室外換氣量;[Gadj]表示房間與鄰室換氣量及鄰室個數(shù);[qcov]與[qhvac]表示室內(nèi)空氣獲取內(nèi)部產(chǎn)熱對流熱及室內(nèi)空調(diào)熱量。

2 ?實驗分析

為檢測本文系統(tǒng)對綠色建筑的節(jié)能評價情況，在Matlab仿真平臺中對某地區(qū)房地產(chǎn)開發(fā)有限公司建設(shè)的某小區(qū)進(jìn)行仿真，該小區(qū)內(nèi)住宅全部為綠色建筑，小區(qū)內(nèi)含有高層住宅10棟。實驗選取該建筑項目中3號樓作為實驗對象，該建筑采用國家通過的綠色建筑節(jié)能評價標(biāo)準(zhǔn)評價結(jié)果為3.7，屬節(jié)能良好級別。

在仿真平臺中利用本文系統(tǒng)對兩棟綠色建筑進(jìn)行節(jié)能評價，并將本文系統(tǒng)、熵未知測度系統(tǒng)、可變模糊集系統(tǒng)評價結(jié)果與國家通過的綠色建筑節(jié)能評價標(biāo)準(zhǔn)評價結(jié)果進(jìn)行比較。

本文系統(tǒng)、熵未知測度系統(tǒng)和可變模糊集系統(tǒng)在仿真平臺中對3號住宅樓進(jìn)行節(jié)能評價結(jié)果分別如表1～表3所示。

從表1～表3仿真實驗結(jié)果可看出，三種系統(tǒng)均可評價綠色建筑節(jié)能情況。但從評價結(jié)果來看，熵未知測度系統(tǒng)與可變模糊集系統(tǒng)評價結(jié)果與國家通過的綠色建筑節(jié)能評價標(biāo)準(zhǔn)評價結(jié)果3.7相比相差分別為0.5與0.9，評價結(jié)果差別較大。本文系統(tǒng)對該綠色建筑節(jié)能評價結(jié)果為3.8，與國家通過的綠色建筑節(jié)能評價標(biāo)準(zhǔn)相比僅相差0.1，說明本文系統(tǒng)評價結(jié)果較為準(zhǔn)確。

三種系統(tǒng)評價10棟樓的準(zhǔn)確度見圖3。

圖3 ?三種系統(tǒng)評價準(zhǔn)確率對比

通過圖3仿真實驗結(jié)果可看出，本文系統(tǒng)對該小區(qū)10棟樓評價準(zhǔn)確率均在95%以上，而熵未知測度系統(tǒng)與可變模糊集系統(tǒng)對該小區(qū)10棟樓評價準(zhǔn)確率最高僅為90%與91%。本文系統(tǒng)評價準(zhǔn)確率明顯高于另兩種系統(tǒng)，證明該系統(tǒng)是一種有效節(jié)能評價系統(tǒng)。

3 ?結(jié) ?論

隨著國家對資源節(jié)能環(huán)保方面的重視，各種綠色行業(yè)逐漸興起，綠色建筑就是在這種環(huán)境下誕生的。為提高綠色建筑節(jié)能評價精度和全面性，研究基于不同能耗計算方法的綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)，將多種能耗計算方法應(yīng)用于綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)中。仿真實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)在仿真平臺內(nèi)可準(zhǔn)確評價綠色建筑的節(jié)能情況，與國家通過的綠色建筑節(jié)能評價標(biāo)準(zhǔn)評價結(jié)果基本一致，是一種有效的綠色建筑節(jié)能評價系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛蕓，張杰.北方寒冷地區(qū)建筑外界面結(jié)構(gòu)低能耗優(yōu)化設(shè)計[J].計算機(jī)仿真，2016，33（11）：229?232.

XUE Yun， ZHANG Jie. The northern cold region low energy consumption building outside surface structure optimization design [J]. Computer simulation， 2016， 33（11）： 229?232.

[2] 黃瑜.基于全生命周期的建筑材料環(huán)保評價體系概述[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2018，43（12）：185?190.

HUANG Yu. Energy consumption comparison of building materials based on life cycle [J]. Environmental science and management， 2018， 43（12）： 185?190.

[3] 鄭捷，陳景恒，雷震東，等.綠色建筑材料研究與應(yīng)用綜述及發(fā)展趨勢[J].地震工程學(xué)報，2016，38（6）：985?990.

ZHENG Jie， CHEN Jingheng， LEI Zhendong， et al. A review of research and application of green building materials and their developing trends [J]. Journal of earthquake engineering， 2016， 38（6）： 985?990.

[4] 賈思毅，劉明輝.中俄兩國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)中節(jié)能評價指標(biāo)的對比[J].暖通空調(diào)，2016，46（2）：8?11.

JIA Siyi， LIU Minghui. Comparison and analysis of energy saving indicators in green building evaluation standards of China and Russia [J]. Heating ventilating & air conditioning， 2016， 46（2）： 8?11.

[5] 李湘琳，尹海培.夏熱冬冷地區(qū)綠色公共建筑運行能耗分析及優(yōu)化建議[J].暖通空調(diào)，2017，47（12）：25?32.

LI Xianglin， YIN Haipei. Operation energy consumption analysis and optimization suggestions on green public buildings in hot summer and cold winter zone [J]. Heating ventilating & air conditioning， 2017， 47（12）： 25?32.

[6] 黃濤，王建廷，黃城志.“被動優(yōu)先”策略在綠色建筑節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用難點與對策研究[J].建筑科學(xué)，2016，32（6）：183?190.

HUANG Tao， WANG Jianting， HUANG Chengzhi. Research on the difficulty in the application of "passive priority" policy in green building energy saving design and the countermeasures [J]. Building science， 2016， 32（6）： 183?190.

[7] 張宇峰，劉宇，龔先政.基于生命周期評價的綠色建筑選材研究[J].中國材料進(jìn)展，2016，35（10）：769?775.

ZHANG Yufeng， LIU Yu， GONG Xianzheng. Materials selection for green building based on life cycle assessment [J]. Materials China， 2016， 35（10）： 769?775.

[8] 宋昂揚，吳劍林，高彩鳳，等.PHPP軟件在被動式超低能耗綠色建筑設(shè)計優(yōu)化中的作用：以天津中新生態(tài)城被動房項目為例[J].建筑科學(xué)，2016，32（4）：38?43.

SONG Angyang， WU Jianlin， GAO Caifeng， et al. Design optimisation of Tianjin sino?singapore eco?city passive house project using PHPP [J]. Building science， 2016， 32（4）： 38?43.

[9] 趙欽，田慶，劉云賀，等.綠色建筑評價新標(biāo)準(zhǔn)下BIM技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用研究[J].西安理工大學(xué)學(xué)報，2017，33（2）：211?219.

ZHAO Qin， TIAN Qing， LIU Yunhe， et al. BIM technology application of construction management under a new assessment standard for green building [J]. Journal of Xian University of Technology， 2017， 33（2）： 211?219.

[10] 王曉許，祝連波.基于ECOTECT軟件的綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)研究[J].施工技術(shù)，2016，45（12）：124?128.

WANG Xiaoxu， ZHU Lianbo. Study on evaluation standard of green building based on ECOTECT software [J]. Construction technology， 2016， 45（12）： 124?128.