淺析建筑節能對工程造價的影響

文｜陜西建設公司 韓 婷

淺析建筑節能對工程造價的影響

文｜陜西建設公司 韓 婷

本文討論了灰色聚類理論（Grey cluster theory）、壽命周期成本分析（Life cycle cost analysis） 、遺忘因子模糊模型（Forgetting factor fuzzy method）、故障檢測與診斷技術（Fault detection and diagnosis）、預期平均評價值計算法（Predicted mean vote）、多傳感器數據融合算法（Multi sensor data fusion algorithms）、最小風險決策算法（Minimum decision algorithm）等理論模型，以及PID控制器（PID controller）、模糊控制器（Fuzzy controller）在節能建筑中的應用，并闡述了其對工程造價的影響。

建筑節能 工程造價 節能投資 造價控制 灰色聚類理論

建筑節能的目標，是提高建筑設備的能效系數，降低能量經由建筑物外圍護結構的損失，同時充分利用可再生能源，以便在保證建筑功能的前提下，降低能源消耗、環境負荷。建筑節能包括兩方面內容：建筑結構節能以及建筑設備節能。前者主要是從建筑設計規劃、圍護結構等方面考慮實現節能，屬于主動式節能[2]；后者則是從減少機電設備能耗及提高機電系統運行管理效率等方面考慮實現節能，屬于被動式節能。

為貫徹“全過程成本”控制的理念，要改變節能建筑工程造價的內容組成，建立適應節能建筑工程造價的經濟核算、費用管理計價體系，為建筑市場提供工程造價核算的法律依據和行業標準[3]。另外，合理進行工程項目全生命周期造價成本分析，將有效地促進建筑節能新技術的推廣，加速理論研究成果的轉化，進一步加快我國現代化建設的步伐[4]。

1 建筑結構節能對工程造價的影響

1.1 建筑節能設計規劃對工程造價的影響

從建筑節能與工程造價的關系來看，結構與節能，二者是相互影響、相互制約的。建筑節能設計對造價的影響具有灰色系統理論（指以部分信息已知、部分信息未知或不確定性的系統為研究對象，主要通過對已知“部分”信息的生成、開發提取有價值的信息，實現對系統運行行為、演化規律的正確描述和有效監控）的某些顯著特征[5]。利用灰色系統中的聚類分析法，可以構建出五個評估灰類，分別表示高影響程度、較高影響程度、較低影響程度、低影響程度及無影響；依據這些影響程度進行方案優化，可以促使合理的造價成為選擇建筑節能方案的關鍵參考因素。應該說，運用灰色聚類理論進行建筑節能設計對工程造價影響程度的分級評價具有較高的可信度和科學性[7]。

1.2 圍護結構節能對工程造價的影響

建筑圍護結構節能主要是在建筑設計階段時，根據對建筑所處地區的地理特性、目前的節能技術水平以及壽命周期成本（Life Cycle Cost）等因素的分析，對建筑的平面布置、朝向、體形與建筑的窗戶玻璃、墻體與屋頂等因素進行綜合考慮，選取適當的建筑材料和建筑結構，以達到節能的目的。

通過建筑物圍護結構的節能設計加強建筑圍護結構的保溫作用，將減輕采暖通風空調系統的負擔，減少系統的運行和維護費用，使暖通空調系統能以較小的負荷實現更令人滿意的舒適度。

相關數據表明：采用多孔粘土磚加保溫砂漿的外墻構造，每年節約用能費用約為15元/平方米；若采用水泥聚苯板，年節約用能費用可提高約60元/平方米，節能投資占工程建造價的8.7%～10%，回收年限約為6～9年；若采用纖維增強聚苯板，則年節約用能費用僅提高約50元/平方米，但節能投資也僅占工程土建造價的7.4%～9.6%，回收期約為5.6～7年[10]。

2 暖通空調系統的節能對工程造價的影響

暖通空調系統在整個生命周期內的用能成本，約占整個建筑能耗的35%以上。因此，暖通空調系統的節能對降低建筑能耗、節約能源有著重要的意義。為減少暖通空調系統的節能措施對造價的影響，需要在進行暖通空調系統設計時進行多方面的考慮。

2.1 確定合理的設計參數

多數設計人員在設計暖通空調系統時，往往會在估算室內冷、熱負荷時使用負荷指標，并且出于安全考慮，往往會將負荷指標取得比較大。但負荷指標取值過大會造成暖通空調系統設備的裝機容量過大，不但將導致系統造價上升，而且不利于節能[10]。因此應在滿足室內舒適度的前提下，運用Max-product推理的Mamdani模糊模型預測暖通空調控制策略，再基于模糊線性化模型進行模型預測控制器設計計算以降低室內冷、熱負荷的設計值。對于冷熱源系統，可在傳統的遞推最小二乘法的基礎上，采用暖通空調系統的遺忘因子模糊自整定的系統辨識法。在變遺忘因子法中，為了跟蹤模型的時變參數，需要為不同的設備模型確定不同的遺忘因子準則函數；而運用遺忘因子模糊自整定的系統辨識法后，可實現各設備模型通用一個遺忘因子準則函數，既減少了確定各模型遺忘因子準則函數的繁瑣工作，又能保證計算精度。

2.2 合理選擇設備

使用容量過大的設備在建設投資及運行能耗上都存在浪費。因此，根據設計冷、熱負荷選擇容量相當的設備，并確定合理的安全系數，是降低暖通空調系統能耗的有效措施之一。另外，在暖通空調系統中應用變頻器控制風機和水泵也是有效的節能方法。這是因為當變頻器使風機和泵的速度降下來的時候，可減少的電動機能耗是非常巨大的（可以認為節約的電能與電動機轉速的三次方成正比）。

2.3 實施動態調節

室外溫度的不斷變化，以及用戶對室內溫度設定值的經常調節，使得暖通空調系統的負荷也不斷變化；因此應對暖通空調系統進行相應的動態調節，例如將比例積分微分（PID）控制器的增益因子優化和調節模糊控制器的新型設計方法運用到暖通空調系統中。

2.4 引入自動運行監測系統

運用暖通空調故障檢測與診斷（FDD）技術對系統的運行過程進行實時的故障檢測與診斷，可實現暖通空調系統的容錯控制，并對災難性故障進行預警，針對災難性故障的具體情況采用相應的控制措施，從而提高系統運行的可靠性和安全性。暖通空調系統在應用了故障檢測和診斷調試技術后，能實現節能20%～30%的效果[12]。

針對暖通空調系統的檢測和控制存在時間滯后，無法完全滿足人體舒適性的要求，且會造成額外的耗能。可采用預測平均投票值（Predicted Mean Vote，PMV）計算法、多傳感器數據融合算法及基于D-S證據理論的最小風險決策算法以保證暖通空調系統做出合理的決策。以決策結果為依據可實現最優的空氣量調節，提高空氣處理系統的響應速率。最后利用LabVIEW開發環境來實現數據融合算法，提高暖通空調系統的快速性和穩定性，從而保證人體的舒適性，并減少暖通空調系統的能耗[13]。

3 建筑節能對工程造價管理的影響

節能建筑造價控制的相關數據表明，采用節能措施必然會造成建筑建造成本的相對和絕對增加[14]。但一般來講，采用建筑物節能措施的投資可在建筑物使用5～7年的時間里通過節能收回。節能建筑的造價控制措施主要在工程可行性研究，以及設計、施工三個階段內實現。

3.1 工程可行性研究階段

工程建設項目的可行性研究是根據國民經濟長期發展規劃、地區發展規劃和行業發展規劃的要求，對擬建項目及擬建方案所涉及的社會、經濟、技術等各方面情況進行深入調查研究、經濟分析和論證，以及對項目建成后的經濟效益進行科學預測和評價的過程；其目的是為項目投資決策提供科學、準確的依據，從而有效地規避風險，提高投資的經濟效果和社會效果，并為開展下一步工作打下基礎。

項目前期的可行性研究乃至項目決策的正確與否，直接關系到項目建設的成敗、工程造價的高低、投資效果的好壞，關系到項目的使用功能能否得到最大程度的發揮。故造價管理和控制的相關人員應當在這個階段進行節能方案總體造價的編制和評價，并將評價的結果交給相關負責人，以便指導方案的優化和實施。

3.2 設計階段

建筑節能初期階段設計應結合軟件BIM（建筑信息模型）建模技術與建筑能耗分析進行。運用BIM技術創建的虛擬建筑模型包含了建筑的所有信息，將這個虛擬建筑模型導入建筑能耗分析軟件后，建筑能耗分析軟件可以自動識別、轉換并分析模型中包含的大量建筑數據信息，由此即可方便快捷地得到建筑能耗分析結果。以BIM技術為核心的多種建筑3D CAD軟件正日趨完善和成熟，對于提高設計質量、縮短設計時間、節約成本很有幫助[16]。

3.3 施工階段

在確保建筑施工整體質量的前提下，應按照節能建筑的施工指標，采用當前先進的新型建筑施工用料以及施工新科技，爭取最大限度地提升建筑整體架構的保溫隔熱性能以及建筑用能系統的使用效率，從而使建筑供熱系統的能源消耗得到大幅降低。

4 結束語

節能建筑并非必然是高成本建筑。技術及管理人員應在節能建筑項目建設的各個階段進行技術、經濟分析與比較，利用方案比選、價值工程以及灰色聚類理論等手段降低節能建筑的建造成本[19]；在工程造價的管理和研究中，樹立起工程項目全生命周期造價（或費用）的概念和工程造價動態管理、目標管理等理念，跳出單純的、靜態的“確定與控制”的思路[20]；應及時采用前沿的理論模型、先進的設計手段、新型的節能材料和卓越的管理措施來降低節能建筑的造價，力爭以最少投入獲得最多的收益，從而在激烈的節能建筑市場競爭中掌握主動權，并推動節能建筑的長遠發展。

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

2 魏東杰，胡彤．綠色建筑中暖通空調的應用[J]．河北建筑科技學院學報，2003，20（03）：20-22

3 李寧．淺析建筑節能與工程造價[J]．科技創新導報，2011（26）：33

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5 劉思峰．灰色系統理論的產生與發展[J]．南京航空航天大學學報，2004，36（2）：267-272

6 董奮義，肖美丹，劉斌，等．灰色系統教學中白化權函數的構造方法分析[J]．華北水利水電學院學報，2010，31（3）：97-99

7 張仕廉，徐姣姣．基于灰色聚類理論的建筑節能設計對造價的影響分析[J]．西華大學學報（自然科學版），2010，29（5）：60-62，74

8 薛志峰．超低能耗建筑技術及應用[M]．北京：中國建筑工業出版社，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 楊銳，王兆．民用建筑節能技術應用探討[J]．徐州建筑職業技術學院學報，2010，10（1）：7-11

11 任國強，李琴．LCC在建筑節能中的應用[J]．天津理工大學學報，2006（11）：88-90

12 彭慧，崔寶珠，李靜．建筑圍護結構節能與暖通空調系統節能[J]．煤氣與熱力，2006，26（09）：66-67

13 呂紅麗，段培永，崔玉珍，等．新型模糊PID控制及在HVAC系統的應用[J]．控制理論與應用，2009，26（11）：1277-1281

14 呂紅麗，賈磊，王雷，等．基于模糊線性化預測模型的HVAC系統溫度控制[J]．控制與決策，2006，21（12）：1412-1416

15 張從力，楊新麗，張玨，等．HVAC系統多傳感器數據融合研究[J]．傳感技術學報，2009， 22（12）：1727-1731

16 李志生，張國強，劉建龍．故障檢測與診斷技術在暖通空調領域的應用和展望[J]．流體機械，2006，34（6）：74-81

17 蔡波，顧中煊，鐘衍．建筑設備遠程故障檢測和診斷方法的研究[J]．智能建筑，2009（1）：29-31

18 李玉娟．BIM技術在住宅建筑設計中的應用研究[D]．重慶：重慶大學，2008

19 王海磊．淺析建筑節能理念下的工程造價管理[J]．管理科學，2011，40（4）：109-111

20 林廷森．淺談建筑節能對工程造價的影響及其造價控制方法[J]．福建建筑，2012（3）：71-72

21 陳群華．基于建筑節能理念下的工程造價控制[J]．廣東建材，2011（02）：108-109

22 賈長麟．基于節能視角的工程造價管理思路探討[J]．建筑經濟，2007（4）：82-84

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