浅析建筑节能对工程造价的影响

文｜陕西建设公司 韩 婷

浅析建筑节能对工程造价的影响

文｜陕西建设公司 韩 婷

本文讨论了灰色聚类理论（Grey cluster theory）、寿命周期成本分析（Life cycle cost analysis） 、遗忘因子模糊模型（Forgetting factor fuzzy method）、故障检测与诊断技术（Fault detection and diagnosis）、预期平均评价值计算法（Predicted mean vote）、多传感器数据融合算法（Multi sensor data fusion algorithms）、最小风险决策算法（Minimum decision algorithm）等理论模型，以及PID控制器（PID controller）、模糊控制器（Fuzzy controller）在节能建筑中的应用，并阐述了其对工程造价的影响。

建筑节能 工程造价 节能投资 造价控制 灰色聚类理论

建筑节能的目标，是提高建筑设备的能效系数，降低能量经由建筑物外围护结构的损失，同时充分利用可再生能源，以便在保证建筑功能的前提下，降低能源消耗、环境负荷。建筑节能包括两方面内容：建筑结构节能以及建筑设备节能。前者主要是从建筑设计规划、围护结构等方面考虑实现节能，属于主动式节能[2]；后者则是从减少机电设备能耗及提高机电系统运行管理效率等方面考虑实现节能，属于被动式节能。

为贯彻“全过程成本”控制的理念，要改变节能建筑工程造价的内容组成，建立适应节能建筑工程造价的经济核算、费用管理计价体系，为建筑市场提供工程造价核算的法律依据和行业标准[3]。另外，合理进行工程项目全生命周期造价成本分析，将有效地促进建筑节能新技术的推广，加速理论研究成果的转化，进一步加快我国现代化建设的步伐[4]。

1 建筑结构节能对工程造价的影响

1.1 建筑节能设计规划对工程造价的影响

从建筑节能与工程造价的关系来看，结构与节能，二者是相互影响、相互制约的。建筑节能设计对造价的影响具有灰色系统理论（指以部分信息已知、部分信息未知或不确定性的系统为研究对象，主要通过对已知“部分”信息的生成、开发提取有价值的信息，实现对系统运行行为、演化规律的正确描述和有效监控）的某些显著特征[5]。利用灰色系统中的聚类分析法，可以构建出五个评估灰类，分别表示高影响程度、较高影响程度、较低影响程度、低影响程度及无影响；依据这些影响程度进行方案优化，可以促使合理的造价成为选择建筑节能方案的关键参考因素。应该说，运用灰色聚类理论进行建筑节能设计对工程造价影响程度的分级评价具有较高的可信度和科学性[7]。

1.2 围护结构节能对工程造价的影响

建筑围护结构节能主要是在建筑设计阶段时，根据对建筑所处地区的地理特性、目前的节能技术水平以及寿命周期成本（Life Cycle Cost）等因素的分析，对建筑的平面布置、朝向、体形与建筑的窗户玻璃、墙体与屋顶等因素进行综合考虑，选取适当的建筑材料和建筑结构，以达到节能的目的。

通过建筑物围护结构的节能设计加强建筑围护结构的保温作用，将减轻采暖通风空调系统的负担，减少系统的运行和维护费用，使暖通空调系统能以较小的负荷实现更令人满意的舒适度。

相关数据表明：采用多孔粘土砖加保温砂浆的外墙构造，每年节约用能费用约为15元/平方米；若采用水泥聚苯板，年节约用能费用可提高约60元/平方米，节能投资占工程建造价的8.7%～10%，回收年限约为6～9年；若采用纤维增强聚苯板，则年节约用能费用仅提高约50元/平方米，但节能投资也仅占工程土建造价的7.4%～9.6%，回收期约为5.6～7年[10]。

2 暖通空调系统的节能对工程造价的影响

暖通空调系统在整个生命周期内的用能成本，约占整个建筑能耗的35%以上。因此，暖通空调系统的节能对降低建筑能耗、节约能源有着重要的意义。为减少暖通空调系统的节能措施对造价的影响，需要在进行暖通空调系统设计时进行多方面的考虑。

2.1 确定合理的设计参数

多数设计人员在设计暖通空调系统时，往往会在估算室内冷、热负荷时使用负荷指标，并且出于安全考虑，往往会将负荷指标取得比较大。但负荷指标取值过大会造成暖通空调系统设备的装机容量过大，不但将导致系统造价上升，而且不利于节能[10]。因此应在满足室内舒适度的前提下，运用Max-product推理的Mamdani模糊模型预测暖通空调控制策略，再基于模糊线性化模型进行模型预测控制器设计计算以降低室内冷、热负荷的设计值。对于冷热源系统，可在传统的递推最小二乘法的基础上，采用暖通空调系统的遗忘因子模糊自整定的系统辨识法。在变遗忘因子法中，为了跟踪模型的时变参数，需要为不同的设备模型确定不同的遗忘因子准则函数；而运用遗忘因子模糊自整定的系统辨识法后，可实现各设备模型通用一个遗忘因子准则函数，既减少了确定各模型遗忘因子准则函数的繁琐工作，又能保证计算精度。

2.2 合理选择设备

使用容量过大的设备在建设投资及运行能耗上都存在浪费。因此，根据设计冷、热负荷选择容量相当的设备，并确定合理的安全系数，是降低暖通空调系统能耗的有效措施之一。另外，在暖通空调系统中应用变频器控制风机和水泵也是有效的节能方法。这是因为当变频器使风机和泵的速度降下来的时候，可减少的电动机能耗是非常巨大的（可以认为节约的电能与电动机转速的三次方成正比）。

2.3 实施动态调节

室外温度的不断变化，以及用户对室内温度设定值的经常调节，使得暖通空调系统的负荷也不断变化；因此应对暖通空调系统进行相应的动态调节，例如将比例积分微分（PID）控制器的增益因子优化和调节模糊控制器的新型设计方法运用到暖通空调系统中。

2.4 引入自动运行监测系统

运用暖通空调故障检测与诊断（FDD）技术对系统的运行过程进行实时的故障检测与诊断，可实现暖通空调系统的容错控制，并对灾难性故障进行预警，针对灾难性故障的具体情况采用相应的控制措施，从而提高系统运行的可靠性和安全性。暖通空调系统在应用了故障检测和诊断调试技术后，能实现节能20%～30%的效果[12]。

针对暖通空调系统的检测和控制存在时间滞后，无法完全满足人体舒适性的要求，且会造成额外的耗能。可采用预测平均投票值（Predicted Mean Vote，PMV）计算法、多传感器数据融合算法及基于D-S证据理论的最小风险决策算法以保证暖通空调系统做出合理的决策。以决策结果为依据可实现最优的空气量调节，提高空气处理系统的响应速率。最后利用LabVIEW开发环境来实现数据融合算法，提高暖通空调系统的快速性和稳定性，从而保证人体的舒适性，并减少暖通空调系统的能耗[13]。

3 建筑节能对工程造价管理的影响

节能建筑造价控制的相关数据表明，采用节能措施必然会造成建筑建造成本的相对和绝对增加[14]。但一般来讲，采用建筑物节能措施的投资可在建筑物使用5～7年的时间里通过节能收回。节能建筑的造价控制措施主要在工程可行性研究，以及设计、施工三个阶段内实现。

3.1 工程可行性研究阶段

工程建设项目的可行性研究是根据国民经济长期发展规划、地区发展规划和行业发展规划的要求，对拟建项目及拟建方案所涉及的社会、经济、技术等各方面情况进行深入调查研究、经济分析和论证，以及对项目建成后的经济效益进行科学预测和评价的过程；其目的是为项目投资决策提供科学、准确的依据，从而有效地规避风险，提高投资的经济效果和社会效果，并为开展下一步工作打下基础。

项目前期的可行性研究乃至项目决策的正确与否，直接关系到项目建设的成败、工程造价的高低、投资效果的好坏，关系到项目的使用功能能否得到最大程度的发挥。故造价管理和控制的相关人员应当在这个阶段进行节能方案总体造价的编制和评价，并将评价的结果交给相关负责人，以便指导方案的优化和实施。

3.2 设计阶段

建筑节能初期阶段设计应结合软件BIM（建筑信息模型）建模技术与建筑能耗分析进行。运用BIM技术创建的虚拟建筑模型包含了建筑的所有信息，将这个虚拟建筑模型导入建筑能耗分析软件后，建筑能耗分析软件可以自动识别、转换并分析模型中包含的大量建筑数据信息，由此即可方便快捷地得到建筑能耗分析结果。以BIM技术为核心的多种建筑3D CAD软件正日趋完善和成熟，对于提高设计质量、缩短设计时间、节约成本很有帮助[16]。

3.3 施工阶段

在确保建筑施工整体质量的前提下，应按照节能建筑的施工指标，采用当前先进的新型建筑施工用料以及施工新科技，争取最大限度地提升建筑整体架构的保温隔热性能以及建筑用能系统的使用效率，从而使建筑供热系统的能源消耗得到大幅降低。

4 结束语

节能建筑并非必然是高成本建筑。技术及管理人员应在节能建筑项目建设的各个阶段进行技术、经济分析与比较，利用方案比选、价值工程以及灰色聚类理论等手段降低节能建筑的建造成本[19]；在工程造价的管理和研究中，树立起工程项目全生命周期造价（或费用）的概念和工程造价动态管理、目标管理等理念，跳出单纯的、静态的“确定与控制”的思路[20]；应及时采用前沿的理论模型、先进的设计手段、新型的节能材料和卓越的管理措施来降低节能建筑的造价，力争以最少投入获得最多的收益，从而在激烈的节能建筑市场竞争中掌握主动权，并推动节能建筑的长远发展。

1 李琴．房建项目能源全生命周期成本分析[D]．天津：天津理工大学，2008

2 魏东杰，胡彤．绿色建筑中暖通空调的应用[J]．河北建筑科技学院学报，2003，20（03）：20-22

3 李宁．浅析建筑节能与工程造价[J]．科技创新导报，2011（26）：33

4 程书锋．建筑节能与工程造价管理研究[J]．科技创新导报，2012（1）：44-45

5 刘思峰．灰色系统理论的产生与发展[J]．南京航空航天大学学报，2004，36（2）：267-272

6 董奋义，肖美丹，刘斌，等．灰色系统教学中白化权函数的构造方法分析[J]．华北水利水电学院学报，2010，31（3）：97-99

7 张仕廉，徐姣姣．基于灰色聚类理论的建筑节能设计对造价的影响分析[J]．西华大学学报（自然科学版），2010，29（5）：60-62，74

8 薛志峰．超低能耗建筑技术及应用[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005

9 ANDREW HORSLEY．Delivering energy efficient building: a design procedure to demonstrate environmental and economic benefits[J]．Construction Management and Economics，2003（21）：345-356

10 杨锐，王兆．民用建筑节能技术应用探讨[J]．徐州建筑职业技术学院学报，2010，10（1）：7-11

11 任国强，李琴．LCC在建筑节能中的应用[J]．天津理工大学学报，2006（11）：88-90

12 彭慧，崔宝珠，李静．建筑围护结构节能与暖通空调系统节能[J]．煤气与热力，2006，26（09）：66-67

13 吕红丽，段培永，崔玉珍，等．新型模糊PID控制及在HVAC系统的应用[J]．控制理论与应用，2009，26（11）：1277-1281

14 吕红丽，贾磊，王雷，等．基于模糊线性化预测模型的HVAC系统温度控制[J]．控制与决策，2006，21（12）：1412-1416

15 张从力，杨新丽，张珏，等．HVAC系统多传感器数据融合研究[J]．传感技术学报，2009， 22（12）：1727-1731

16 李志生，张国强，刘建龙．故障检测与诊断技术在暖通空调领域的应用和展望[J]．流体机械，2006，34（6）：74-81

17 蔡波，顾中煊，钟衍．建筑设备远程故障检测和诊断方法的研究[J]．智能建筑，2009（1）：29-31

18 李玉娟．BIM技术在住宅建筑设计中的应用研究[D]．重庆：重庆大学，2008

19 王海磊．浅析建筑节能理念下的工程造价管理[J]．管理科学，2011，40（4）：109-111

20 林廷森．浅谈建筑节能对工程造价的影响及其造价控制方法[J]．福建建筑，2012（3）：71-72

21 陈群华．基于建筑节能理念下的工程造价控制[J]．广东建材，2011（02）：108-109

22 贾长麟．基于节能视角的工程造价管理思路探讨[J]．建筑经济，2007（4）：82-84

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