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智慧建筑行業(yè)分析報(bào)告范文1

不久前，Redwood Systems正式推出最新的照明和建筑性能管理第三代智能平臺(tái)，它能夠通過(guò)一個(gè)高效益的照明解決方案提供實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)建筑智能管理。高密度的傳感器網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)極為流暢的單燈具調(diào)光或一鍵式日光采集，并針對(duì)用戶(hù)使用的照明測(cè)量實(shí)現(xiàn)高精確度傳感。上述場(chǎng)景正是基于這樣的技術(shù)背景而實(shí)現(xiàn)的。除此之外，這些傳感器還可自動(dòng)交付數(shù)據(jù)和警報(bào)，報(bào)告工作區(qū)域的利用情況，包括亮度級(jí)、溫度、占用數(shù)據(jù)和實(shí)際功率消耗。有了這一數(shù)據(jù)，基建管理人員以及業(yè)主就可以在充分了解相關(guān)信息的情況下在建筑照明、暖通制冷，以及戰(zhàn)略性不動(dòng)產(chǎn)建筑規(guī)劃方面做出具有成本效益的決策。

在康普看來(lái)，未來(lái)的世界是數(shù)字化的世界，所以提供傳遞這些數(shù)字化信息的物理通道，將不同的數(shù)字集中在一個(gè)平臺(tái)上已成為未來(lái)的核心。“我們要提供一個(gè)成本效益比較高的平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能建筑。”康普企業(yè)解決方案高級(jí)副總裁Kevin St. Cyr說(shuō)。

小心臟 大智慧

康普的智能化之路是“蓄謀已久”的。其核心業(yè)務(wù)是建設(shè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)構(gòu)架，然而在整個(gè)地球智能化的喧鬧下，康普也產(chǎn)生“智慧布線(xiàn)、智慧網(wǎng)絡(luò)”的思路，慢慢地衍生出智能化的基礎(chǔ)建設(shè)。今年7月，康普成功收購(gòu)了為數(shù)據(jù)中心和建筑樓宇提供LED照明解決方案和集成傳感器網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)Redwood Systems，使康普能夠提供全面且自動(dòng)化程度較高的智能建筑基礎(chǔ)設(shè)施管理平臺(tái)。

據(jù)了解，Redwood Systems所開(kāi)發(fā)的建筑平臺(tái)節(jié)能功耗比辦公樓所使用的傳統(tǒng)熒光燈照明系統(tǒng)高出75%，比數(shù)據(jù)中心的傳統(tǒng)熒光燈照明系統(tǒng)高出90%，并能分級(jí)監(jiān)控空間利用率、溫度和功耗。

“這不是一個(gè)虛假的數(shù)字，而是Redwood Systems的革命性所在。”康普大中國(guó)區(qū)技術(shù)經(jīng)理吳健介紹說(shuō)，“市場(chǎng)上大多數(shù)燈的供電線(xiàn)路和控制線(xiàn)路是分開(kāi)的，供電是高壓交流，控制變成了低壓直流。康普的照明系統(tǒng)是將供電和控制二合一，采用了專(zhuān)利網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和低壓直流電架構(gòu)，只需要一個(gè)系統(tǒng)一套線(xiàn)路和一套硬件設(shè)備為燈供電。”

原來(lái)的服務(wù)對(duì)象只是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，現(xiàn)在一箭雙雕，實(shí)現(xiàn)了燈光網(wǎng)絡(luò)二合一，這樣的做法確實(shí)很有獨(dú)特性，因?yàn)長(zhǎng)ED本身已具有節(jié)能效果，外加統(tǒng)一的控制無(wú)疑是更加節(jié)能環(huán)保和降低資源成本的好方法。與此同時(shí)，康普在每個(gè)LED燈的傳感器設(shè)計(jì)上也下了番功夫。

目前，很多廠(chǎng)商的LED燈是通過(guò)增加特定的傳感器、后臺(tái)系統(tǒng)和低壓直流系統(tǒng)才能控制，導(dǎo)致照明、溫度等都是不同的控制系統(tǒng)，線(xiàn)路有些復(fù)雜。而在康普的這一套系統(tǒng)里，每一個(gè)LED燈背后都有一個(gè)集成五種傳感器于一身的適配器，最終對(duì)傳感器的數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行了集中化的處理。這五種傳感器包含了燈光、移動(dòng)物體的感知、溫度、濕度和粉塵度。

拿一個(gè)例子來(lái)說(shuō)。在炎熱的夏天去參加某公司的大型會(huì)議，男士們都是西裝革履，而女士們一般是短裙裝，空調(diào)開(kāi)太大女士們會(huì)覺(jué)得有些冷，空調(diào)開(kāi)太小男士們會(huì)覺(jué)得熱，這種情況下這些傳感器就會(huì)根據(jù)會(huì)場(chǎng)的空間利用率、溫度、人數(shù)來(lái)智能控制空調(diào)的溫度，營(yíng)造出一個(gè)適宜的和諧環(huán)境。吳健補(bǔ)充說(shuō)：“盡管我們的集成化第一目標(biāo)是燈光，但還可以擴(kuò)大到其它智能控制領(lǐng)域，因?yàn)闊艄膺€有指標(biāo)、報(bào)警、引導(dǎo)的作用。”

不要著急，一套完整的智能建筑系統(tǒng)不是那么容易完成的。一個(gè)樓宇有四大基礎(chǔ)設(shè)施，水，電，風(fēng)和通信網(wǎng)路，這里面包含安防、銅軸電纜、無(wú)線(xiàn)基站等等的多套系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，而康普現(xiàn)在要做的將這多套系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一到一套傳輸線(xiàn)路里，這樣就會(huì)大大節(jié)省資源，而且易于管理。只有將中樞神經(jīng)修理好以后，后續(xù)的傳感功能就是錦上添花了。“我們的未來(lái)是要統(tǒng)一，這也是整個(gè)智能建筑行業(yè)發(fā)展的必要趨勢(shì)。”吳健表示，“傳感器的部署加上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集，未來(lái)我們的產(chǎn)品會(huì)向綜合統(tǒng)一的平臺(tái)去進(jìn)發(fā)，將來(lái)會(huì)管理綜合布線(xiàn)、數(shù)據(jù)中心、照明系統(tǒng)以及周?chē)沫h(huán)境，形成一套完整的智能化系統(tǒng)。”

康普現(xiàn)在是以智能照明為引導(dǎo)正在逐步向智能建筑的各個(gè)方面延伸，而一旦這個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)搭建完成以后，將會(huì)產(chǎn)生很多有價(jià)值的數(shù)據(jù)。“真正數(shù)字化以后的核心是軟件定義網(wǎng)絡(luò)，未來(lái)所有的行業(yè)都會(huì)進(jìn)入基于軟件的方式來(lái)管理所有的硬件。”吳健說(shuō)。

小市場(chǎng) 大作為

目前的情況是，很多智能化的概念始終超前于市場(chǎng)化的進(jìn)度，因此導(dǎo)致很多行業(yè)的智能化項(xiàng)目變成了一件“吃力不討好”的活。

康普Redwood Systems 不僅以智能照明為主打，還能成為智能建筑管理平臺(tái)。但從整個(gè)行業(yè)的角度來(lái)說(shuō)，家居和商業(yè)樓宇目前的照明技術(shù)趨同化嚴(yán)重。而隨著智能化概念的追捧程度不斷升溫，智能照明的企業(yè)市場(chǎng)也趨于飽和。可從表象上來(lái)看，智能照明和智能建筑的理念并未得到大范圍的使用。

因?yàn)榭灯毡旧淼男袠I(yè)特點(diǎn)，它可以從以往綜合布線(xiàn)的用戶(hù)群入手，其中包含了金融、制造業(yè)、學(xué)校、酒店和商業(yè)樓宇等。“我們更多是從智能管理的角度去進(jìn)行推廣。”吳健介紹道，“從第三方數(shù)據(jù)來(lái)看，照明的電能消耗占樓宇總電能消耗的40%左右，所以我們首先考慮從商業(yè)樓宇開(kāi)始去推廣Redwood系統(tǒng)，幫助樓宇實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)能、降低成本。相應(yīng)后臺(tái)的數(shù)據(jù)中心會(huì)通過(guò)前端多個(gè)傳感器的信息收集來(lái)對(duì)機(jī)房進(jìn)行深度的管理。”

然而從其目前Redwood系統(tǒng)的用戶(hù)來(lái)看，全是微軟、Google、Facebook、SAP這樣全球性的大企業(yè)。由于他們本身是軟件企業(yè)，所以對(duì)新技術(shù)的認(rèn)可度自然會(huì)非常高。相比之下關(guān)鍵的區(qū)別還是在于國(guó)內(nèi)外對(duì)于節(jié)能的理念有很大的不同。“國(guó)外比較流行按投資回報(bào)率計(jì)算，然后看到自己所得的利益，或者節(jié)能的效果。而國(guó)內(nèi)的用戶(hù)，基本上都著眼于初期投資，一旦初期投資提高，就會(huì)攔住一大部分用戶(hù)的熱情。”吳健說(shuō)道。

這是整個(gè)行業(yè)所面臨的一個(gè)共性問(wèn)題。據(jù)了解，智能化照明系統(tǒng)初期投資一般會(huì)比傳統(tǒng)的照明高出一倍左右，這也直接影響到用戶(hù)使用的積極性。在吳健看來(lái)，康普Redwood系統(tǒng)現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)主要有兩個(gè)，第一個(gè)是智能樓宇和數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)理念要改變。“我認(rèn)為從前期設(shè)計(jì)開(kāi)始就要給用戶(hù)一個(gè)漸進(jìn)的接受和認(rèn)知過(guò)程”；第二點(diǎn)要完成真正的節(jié)能，需要有突破性的技術(shù)和理念，因此也提高用戶(hù)對(duì)于技術(shù)節(jié)能的接納度。

智慧建筑行業(yè)分析報(bào)告范文2

收稿日期：20130520

基金項(xiàng)目：湖南省科技重大專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目（2010FJ1013）；國(guó)家國(guó)際科技合作資助項(xiàng)目（2010DFB63830）；湖南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技計(jì)劃資助項(xiàng)目（KY201111）

作者簡(jiǎn)介：龔光彩（1965-），男，湖南澧縣人，湖南大學(xué)教授，博士

通訊聯(lián)系人，E-mail:

摘 要：建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)所需的建材從生產(chǎn)制造階段、運(yùn)輸階段到現(xiàn)場(chǎng)施工建造階段都將消耗大量的能源，針對(duì)這3個(gè)階段，提出了圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程能耗及火用耗的計(jì)算方法，并提出火用能比的概念用來(lái)評(píng)價(jià)建筑能源利用的可持續(xù)性.以湖南地區(qū)某研發(fā)中心為研究對(duì)象，對(duì)其圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程能耗進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明：圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程能耗主要來(lái)自于建材生產(chǎn)階段，其中混凝土及其砌塊單位建筑面積生產(chǎn)能耗最大，約占整個(gè)生產(chǎn)階段能耗的44%，其次為鋼材，占比約41%；鋼材單位建筑面積生產(chǎn)火用耗最大，達(dá)到整個(gè)生產(chǎn)階段火用耗的48%左右，混凝土及其砌塊占比38%左右.從火用能比角度分析，鋼材最大，為0.92，水泥最小，為0.59.整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程火用能比為0.79.結(jié)果可為研究“爛尾樓”能耗現(xiàn)狀提供參考.提出的火用分析評(píng)價(jià)方法可以應(yīng)用于其他類(lèi)似建筑，并為圍護(hù)結(jié)構(gòu)可持續(xù)建造提供參考.

關(guān)鍵詞：建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)；能耗；火用；火用能比

中圖分類(lèi)號(hào)：TU111；TK123文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Exergy Assessment of the Energy Consumption

of Building Envelope Construction

GONG Guangcai1 , GONG Siyue1 , HAN Tianhe1 ,

GONG Ziche1 , LI Shuisheng2 , YANG Yong2

（College of Civil Engineering, Hunan Univ, Changsha, Hunan 410082, China;

2.China Construction Fifth Engineering Division Corp,Ltd, Changsha, Hunan 410004, China)

Abstract: The manufacturing stage, transport stage and onsite construction stage of building materials consume large amount of energy. Based on the three stages, the calculation method for energy and exergy consumption was presented, and the concept of exergyenergy ratio was proposed to evaluate the sustainability of building energy use. A case of a research and development center located in Hunan was analyzed. The results have shown that the energy consumption of building envelope construction mainly comes from the manufacturing stage of building materials. Unit building area energy consumed by concrete and steel accounted respectively for about 44% and 41% of the total energy consumption of building materials production. Unit building area exergy consumed by concrete and steel accounted respectively for about 38% and 48% of the total exergy consumption of building materials production. From the perspective of exergyenergy ratio, the maximum value is steel, 0.92; and the minimum is cement, 0.59. The exergyenergy ratio of building envelope construction is 0.79. The results can provide reference for the research of energy consumption resulting from “uncompleted building”. The exergy assessment method presentedcan be applied to other similar buildings, and can provide reference for sustainable building construction.

Key words:building envelope; energy consumption; exergy; exergyenergy ratio

目前，能源已成為制約中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素.2010年，中國(guó)建筑總能耗(不含生物質(zhì)能)為6.77 億t, 占全國(guó)總能耗的20.9% \[1\]，建筑節(jié)能的研究顯得尤為迫切.影響建筑能耗的主要因素有氣候、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑的運(yùn)行與維護(hù)，以及室內(nèi)熱源等.從圍護(hù)結(jié)構(gòu)的角度，許多學(xué)者大多致力于研究體形系數(shù)，窗墻比，保溫措施，遮陽(yáng)等對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)空調(diào)負(fù)荷的影響，沒(méi)有將圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分作為整體考慮，更沒(méi)有考慮建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程能耗.況且，在中國(guó)建筑業(yè)飛速發(fā)展的過(guò)程中，出現(xiàn)了大量的“爛尾樓”，這些建筑浪費(fèi)了大量的能源、資源，造成了非常嚴(yán)重的社會(huì)影響.研究建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程能耗水平，對(duì)從宏觀上把握這些建筑的能源浪費(fèi)情況，具有非常積極的意義.

本文提出的圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程包括3部分：圍護(hù)結(jié)構(gòu)所需建材的生產(chǎn)制造階段、建材及構(gòu)件從出廠(chǎng)到施工現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸階段以及現(xiàn)場(chǎng)施工階段.目前，中國(guó)建材生產(chǎn)過(guò)程中消耗的能源約占全社會(huì)總能耗的16.7%\[2\]，且在發(fā)展中國(guó)家，建材生產(chǎn)能耗占圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程能耗的90%以上\[3\].文獻(xiàn)\[3-7\]對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程能耗、溫室氣體排放水平都作了相關(guān)研究.然而，這些研究均采用的是能分析方法，沒(méi)有考慮能量“質(zhì)”的差別.

湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2014年

第4期龔光彩等：建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程能源消耗火用分析評(píng)價(jià)

基于熱力學(xué)第二定律的火用分析法能將各種不同“質(zhì)”和“量”的能量區(qū)別開(kāi)來(lái)，能真實(shí)地反映能量的“量”和“質(zhì)”的轉(zhuǎn)化和損失情況，有效地揭示出用能薄弱環(huán)節(jié).在優(yōu)化建筑能量系統(tǒng)方面，是一種非常科學(xué)可行的方法，并被許多研究者\(yùn)[8-11\]廣泛應(yīng)用.將火用分析法應(yīng)用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程，定量計(jì)算比較單位建筑面積能耗，火用耗，并通過(guò)火用能比來(lái)評(píng)價(jià)建筑能源利用的可持續(xù)性，建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)了解“爛尾樓”能耗現(xiàn)狀具有積極意義，也可為圍護(hù)結(jié)構(gòu)可持續(xù)建造提供參考.

1 研究方法

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建造過(guò)程會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生非常重要的影響，圍護(hù)結(jié)構(gòu)所需建材的生產(chǎn)制造，運(yùn)輸以及現(xiàn)場(chǎng)組裝或施工建造都將消耗大量的能源和排放大量的溫室氣體.在中國(guó)主要建材使用環(huán)境影響中，近70%來(lái)源于化石能源消耗，30%左右來(lái)源于化石能源消耗伴隨的污染物排放環(huán)境影響，資源消耗的環(huán)境影響相對(duì)較小\[12\].考慮到相關(guān)數(shù)據(jù)的可獲得性以及研究目的，本文主要研究建材生產(chǎn)制造、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程一次能源消耗情況，并運(yùn)用火用方法進(jìn)行分析評(píng)價(jià).

1.1 火用與燃料火用

在周?chē)h(huán)境條件下任一形式的能量中理論上能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰糠Q(chēng)為該能量的火用或有效能\[13\].火用值的計(jì)算離不開(kāi)參考環(huán)境的選取，本文選取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，25 ℃作為參考環(huán)境狀態(tài).忽略物理火用的影響，則燃料的化學(xué)火用可按下式估算\[14\]：

εf=γfHf. (1)

式中：εf為燃料的化學(xué)火用值；Hf為燃料的高位發(fā)熱量；γf為燃料的含火用系數(shù).當(dāng)環(huán)境狀態(tài)偏離標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，一般情況下，壓力變化很小，對(duì)燃料火用的影響可忽略\[13\].

從公式(1)可以看出，含火用系數(shù)可以表示為燃料所含火用值與其能量值之比，即

γf=εfHf. (2)

燃料的含火用系數(shù)說(shuō)明了燃料所含的能量中有效能所占的比例，對(duì)于固體燃料可取1，對(duì)氣體燃料取0.95，對(duì)液體燃料取0.975\[13\].

1.2 火用能比

既然燃料的含火用系數(shù)表征了燃料所含的能量中有效能(火用)所占的比例，那么是否可以用一個(gè)相似的系數(shù)來(lái)表征圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程各階段以及建材生產(chǎn)制造階段所消耗能源的能量值與其所含火用值的關(guān)系，以此來(lái)反映建筑對(duì)優(yōu)質(zhì)能源的利用程度，評(píng)價(jià)建筑能源利用是否可持續(xù).針對(duì)這一問(wèn)題，提出了火用能比的概念.所謂火用能比是指圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程各階段或者某種建材生產(chǎn)制造階段火用耗(Ex)與其能耗(Q)之比，用EQR表示，即

EQR=ExQ.(3)

火用能比越小，說(shuō)明建造過(guò)程各階段有效能(火用)的消耗越小，在建材生產(chǎn)制造所消耗能源結(jié)構(gòu)中，高品質(zhì)能源的消耗越小.

電的火用值等于其熱量值.但電力來(lái)自于不同的發(fā)電類(lèi)型，電力綜合能源火用值，應(yīng)該根據(jù)各發(fā)電能源類(lèi)型綜合考慮.中國(guó)電力主要有火電，水電，核電和風(fēng)電等.2009年，中國(guó)發(fā)電量為35 874 億kWh，其中水電4 961 億kWh，火電29 901 億kWh，其余為核電、風(fēng)電和其他發(fā)電\[15\].由此可知，2009年水電占比13.8%，火電(主要為原煤發(fā)電)占比83.4%，核電、風(fēng)電和其他發(fā)電占比2.8%.其中核電的能源火用值取電力熱量值，水電火用值取水電熱量值，其他可再生能源電力火用值取電力熱量值，中國(guó)電力發(fā)熱量為3 600 kJ/kWh，能源供應(yīng)火用效率原煤為0.321，水電、核電以及可再生能源發(fā)電為100%\[12\].則2009年火力發(fā)電，水力發(fā)電，核電、風(fēng)電等能源火用值分別為11 215，3 600，3 600 kJ/kWh.電力綜合能源火用值即為各發(fā)電能源火用值加權(quán)值9 951 kJ/kWh.

1.3 火用耗計(jì)算

1.3.1 建材生產(chǎn)階段火用耗

建材作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造的基本原料包括水泥、鋼材、玻璃、混凝土及其砌塊等.在滿(mǎn)足建筑業(yè)及人類(lèi)生產(chǎn)生活物質(zhì)保障的同時(shí)，建材及其構(gòu)件的生產(chǎn)制造都會(huì)消耗大量的能源.例如，1 kg鋼的能源消耗清單如表1所示.單位某種建材生產(chǎn)階段火用耗可用下式計(jì)算：

Exm,p=∑i(εf,i×mi).(4)

式中：Exm,p為單位某種建材生產(chǎn)火用耗；εf,i為某種建材生產(chǎn)所消耗的能源結(jié)構(gòu)中第i種燃料的燃料火用；mi為單位某種建材生產(chǎn)階段第i中燃料的消耗量.

表1 1 kg鋼的能源消耗清單\[16\]

Tab.1 Energy consumption list for producing 1 kg steel

煉焦煤

/kg

動(dòng)力煤

/kg

電

/KWh

燃料油

/kg

天然氣

/m3

0.446 4

0.312 9

0.555 1

0.000 1

0.003 2

1.3.2 運(yùn)輸過(guò)程火用耗

本文中建材運(yùn)輸火用耗僅考慮建材及構(gòu)件從出廠(chǎng)到施工現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸過(guò)程火用耗.在中國(guó)，建材主要通過(guò)公路和鐵路2種運(yùn)輸方式，鐵路一般用于長(zhǎng)距離運(yùn)送，而建筑材料的運(yùn)輸一般是就近原則，采取公路運(yùn)輸?shù)姆绞捷^多\[17\].文獻(xiàn)\[18\]表明公路貨運(yùn)車(chē)輛使用的燃料97.5%為柴油,根據(jù)田建華\[19\]對(duì)中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)單位能源消耗量的研究，道路貨物運(yùn)輸中柴油車(chē)的單位能源消耗量為6.3 L/(100 t•km).假設(shè)所有建筑材料均使用以柴油為燃料的公路運(yùn)輸，且假設(shè)相關(guān)運(yùn)輸距離為50 km，則某種建材運(yùn)輸火用耗等于燃油的用量與其燃料火用的乘積，按下式計(jì)算：

mf,j=Rρmj(1+L)×d. (5)

Exm,t=mf,jεf,f.(6)

式中：mf,j為運(yùn)輸過(guò)程燃油的用量，kg；R為運(yùn)輸能耗強(qiáng)度，L/(100 t•km)；ρ為燃油的密度，kg/L；mj為某種建材的用量，100 t；L為運(yùn)輸過(guò)程中建材j的損耗率，%；d為運(yùn)輸距離，km； Exm,t為某種建材運(yùn)輸火用耗，kJ； εf,f為燃油內(nèi)含火用值，kJ/kg.

1.3.3 施工過(guò)程火用耗

施工過(guò)程是建筑生命周期能源消耗的重要環(huán)節(jié).本文從常用施工機(jī)械設(shè)備的燃料動(dòng)力用量及燃料動(dòng)力內(nèi)含火用的角度，分析施工階段火用耗.文獻(xiàn)\[20\]給出了常用施工機(jī)械的臺(tái)班單價(jià)，人工及燃料動(dòng)力用量，其中每臺(tái)班機(jī)械的柴油、汽油、電、煤等的消耗見(jiàn)表2.本文以其中每臺(tái)班機(jī)械耗能及該能源內(nèi)含火用為依據(jù)，結(jié)合施工方提供的工程量清單計(jì)算施工火用耗.某種施工機(jī)械每臺(tái)班火用耗按下式計(jì)算：

Exm,c=mtεf,c.(7)

式中：Exm,c為某種施工機(jī)械每臺(tái)班火用耗，kJ；mt為某種施工機(jī)械每臺(tái)班的燃料動(dòng)力用量，kg或kWh；εf,c為所消耗燃料動(dòng)力的內(nèi)含火用，kJ/kg或kJ/kWh.

表2 常用施工機(jī)械每臺(tái)班能耗\[20\]

Tab.2 Energy consumption of each machineteam

for major construction machinery

機(jī)械名稱(chēng)

型號(hào)

燃料動(dòng)力用量

柴油/kg

電量/kWh

履帶式推土機(jī)

功率：75 kW

53.99

-

履帶式起重機(jī)

提升質(zhì)量：15 t

32.25

-

載貨汽車(chē)

裝載質(zhì)量：6 t

33.24

-

灰漿攪拌機(jī)

拌筒容量：200 L

-

8.61

木工圓鋸機(jī)

直徑：500 mm

-

24

混凝土震搗器

平板式

-

4

混凝土震搗器

插入式

-

4

直流電焊機(jī)

功率：14 kW

-

50.68

1.4 能耗計(jì)算

1.4.1 建材生產(chǎn)階段能耗

建筑建造過(guò)程消耗大量的建材，計(jì)算建材生產(chǎn)能耗主要是確定建材的種類(lèi)及用量，以及生產(chǎn)單位建材過(guò)程中能源的種類(lèi)和用量.單位建材的能耗可以用單位含能來(lái)表示，所謂含能 \[21\],是指生產(chǎn)建筑材料全過(guò)程中所消耗能量的總和.表3給出了主要單位建材產(chǎn)品的內(nèi)含能，某種建材生產(chǎn)階段能耗可按下式計(jì)算：

Em,p=mj(1+L)Ee,j．(8)

式中：Em,p為某種建材生產(chǎn)能耗，kJ；mj為某種建材的用量，m3或kg等；L為運(yùn)輸過(guò)程建材的損耗率，%；Ee,j為建材的單位含能，kJ/單位.

表3 主要建材生產(chǎn)階段單位能耗數(shù)據(jù)表\[22-24\]

Tab.3 The unit energy consumption data of main

building materials production

序號(hào)

主要建材

單位

單位能耗/(kJ•單位-1)

1

實(shí)心粘土磚

千塊

6 857 604

2

空心粘土磚

千塊

5 685 364

3

混凝土

m3

2 499 801.8

4

鋼材

kg

28 086

5

石灰

kg

6 212.9

6

水泥

kg

7 848.1

7

平板玻璃

kg

24 480

8

加氣混凝土砌塊

m3

2 889 571.6

1.4.2 運(yùn)輸過(guò)程能耗

建材運(yùn)輸能耗考慮建材及構(gòu)件從出廠(chǎng)到施工現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸過(guò)程消耗的能源，相關(guān)假設(shè)同建材運(yùn)輸火用耗.某種建材運(yùn)輸過(guò)程能耗可按下式計(jì)算：

Em,t=mfEe,k．(9)

式中：Em,t為某種建材運(yùn)輸過(guò)程能耗，kJ；mf為運(yùn)輸過(guò)程燃油的用量，kg；Ee,k為所消耗燃油內(nèi)含能，kJ/kg.

1.4.3 施工過(guò)程能耗

施工過(guò)程能源消耗主要來(lái)自于各種機(jī)械設(shè)備，如混凝土攪拌機(jī)、起重機(jī)等的運(yùn)行能耗.根據(jù)文獻(xiàn)\[20\]給出的常用施工機(jī)械每臺(tái)班機(jī)械的柴油、汽油、電、煤等的消耗，從燃料動(dòng)力內(nèi)含能的角度，分析施工階段能耗，施工機(jī)械臺(tái)班數(shù)從施工方提供的工程量清單獲取，施工過(guò)程能耗可按下式計(jì)算：

Em,c=∑imt,iEe,iTb． (10)

式中：Em,c為施工過(guò)程能耗，kJ；mt,i為第i種施工機(jī)械每臺(tái)班的燃料動(dòng)力量，kg或kWh；Ee,i為該施工機(jī)械所耗燃料動(dòng)力的內(nèi)含能，kJ/kg或kJ/kWh；Tb為施工工程量清單中記載的臺(tái)班數(shù).

2 案例應(yīng)用

湖南某研發(fā)中心總建筑面積5 644 m2.建筑結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，部分護(hù)結(jié)構(gòu)為玻璃幕墻，設(shè)計(jì)使用年限為50年.根據(jù)施工方提供的人工、主要材料、機(jī)械匯總表，并結(jié)合《全國(guó)統(tǒng)一建筑工程基礎(chǔ)定額》，該建筑主要建材消耗量如表4所示.

表4 主要建材消耗量

Tab.4 The main building materials consumption

list of the R&D center

建材

單位

用量

單位面積指標(biāo)

/(單位•m-2)

實(shí)心粘土磚

千塊

104.8

0.02

空心粘土磚

千塊

400.2

0.07

混凝土

m3

5174.4

0.92

鋼材

kg

449 884.1

79.71

石灰

kg

40 899.3

7.25

水泥

kg

63 876.8

11.32

平板玻璃

kg

43 455.6

7.70

加氣混凝土砌塊

m3

211.0

0.04

3 結(jié)果與討論

1)建材生產(chǎn)制造階段單位面積能耗與火用耗及所占比例如圖1所示.由圖1可知，各類(lèi)建材生產(chǎn)階段單位面積能耗均大于火用耗．混凝土及其砌塊生產(chǎn)所需單位面積能耗最大，占整個(gè)建材生產(chǎn)階段能耗的44%，鋼材生產(chǎn)單位面積能耗次之，占比為41%，第3為土石質(zhì)類(lèi)建材(包括空心粘土磚、實(shí)心粘土磚以及石灰)占比10%，平板玻璃占比3%，水泥占比2%.建材生產(chǎn)單位面積火用耗鋼材最大，占整個(gè)建材生產(chǎn)階段火用耗的48%，混凝土及其砌塊次之，占比38%，土石質(zhì)類(lèi)建材占比10%，平板玻璃占比3%，水泥占比1%.從整體來(lái)看，鋼材和混凝土及其砌塊能耗和火用耗占比都最大，這與該研發(fā)中心這兩類(lèi)建材的大量使用有關(guān).比較能耗和火用耗占比可知，鋼材火用耗占比同其能耗占比相比較有所增加，而混凝土及其砌塊火用耗占比同其能耗占比相比較有明顯下降，這與各建材生產(chǎn)所需能源結(jié)構(gòu)不同有關(guān).

相關(guān)建材生產(chǎn)制造階段所消耗能源的火用值與能值之比如表5所示.由表5可知，鋼材的火用能比最大，說(shuō)明生產(chǎn)過(guò)程消耗的能源中火用值占比很大，生產(chǎn)所需能源結(jié)構(gòu)中高品質(zhì)能(電能)用量很多，這一點(diǎn)也可以從表1中鋼材能源消耗清單得出.

2)建材運(yùn)輸階段單位面積能耗與火用耗如圖2所示.由圖2可知，混凝土及其砌塊運(yùn)輸能耗與火用耗均最大，平板玻璃運(yùn)輸能耗與火用耗次之，這與該研發(fā)中心使用框架結(jié)構(gòu)和玻璃幕墻導(dǎo)致混凝土和玻璃的大量運(yùn)輸有關(guān).土石質(zhì)類(lèi)、鋼材、平板玻璃、混凝土及其砌塊運(yùn)輸階段單位面積能耗與火用耗占比一致，分別為2%,3%,9%和86%，這與文中所假設(shè)的各類(lèi)建材運(yùn)輸距離相同，采用的運(yùn)輸方式相同有關(guān).

圖1 主要建材生產(chǎn)階段單位面積能耗與火用耗

Fig.1 Energy and exergy consumption of unit building

area in building materials production phase

表5 生產(chǎn)各類(lèi)建材的火用能比

Tab.5 Exergyenergy ratio of various kinds of building

materials in production stage

土石質(zhì)類(lèi)

水泥

混凝土及其砌塊

鋼材

平板玻璃

火用能比

0.73

0.59

0.68

0.92

0.62

3)由于該研發(fā)中心施工過(guò)程各建材使用機(jī)械臺(tái)班數(shù)是統(tǒng)計(jì)在一起的，無(wú)法分開(kāi)計(jì)算，故只能計(jì)算該研發(fā)中心施工過(guò)程單位面積能耗，火用耗的平均水平.施工過(guò)程單位面積能耗和火用耗分別為133.9 和112.1 MJ/m2.

圖2 主要建材運(yùn)輸階段單位面積能耗與火用耗

Fig.2 Energy and exergy consumption of unit building

area in building materials transportation phase

4)該研發(fā)中心圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程總能耗，火用耗如表6所示.由表6可知，該建造過(guò)程單位面積總能耗為5 943.7 MJ/m2，總火用耗為4 699.1 MJ/m2.建材生產(chǎn)階段無(wú)論是能耗，火用耗其比重均達(dá)到90%以上，可見(jiàn)建材生產(chǎn)階段節(jié)能迫在眉睫.建材運(yùn)輸與施工過(guò)程火用耗占比大于能耗占比，這兩部分的節(jié)能潛力不容忽視.整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程火用能比為0.79，運(yùn)輸過(guò)程火用能比高達(dá)0.97，節(jié)能、節(jié)火用刻不容緩.

表6 圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程單位面積總能耗，火用耗，火用能比

Tab.6 The total energy and exergy consumption and

exergyenergy ratio in building envelop construction

能耗/

(MJ•m-2)

比例/

%

火用耗/

(MJ•m-2)

比例/

%

火用能

比

建材生產(chǎn)階段

5 491.4

92.4

4 276.6

91.0

0.78

建材運(yùn)輸過(guò)程

318.4

5.4

310.4

6.6

0.97

現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程

133.9

2.2

112.1

2.4

0.84

總計(jì)

5 943.7

100

4 699.1

100

0.79

4 結(jié) 論

本文通過(guò)建立圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程能耗與火用耗的計(jì)算方法，定量計(jì)算分析了某研發(fā)中心圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程能耗與火用耗水平，以及火用能比狀況，得出如下結(jié)論：

1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程單位面積總能耗和總火用耗分別為5 943.7和4 699.1 MJ/m2，整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程火用能比為0.79.

2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程能耗主要來(lái)自于建材生產(chǎn)階段，建材生產(chǎn)制造階段火用能比為0.78，幾乎與整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程火用能比相當(dāng).其中鋼材，混凝土及其砌塊，土石質(zhì)類(lèi)建材生產(chǎn)制造火用能比較大，分別為0.92,0.68,0.73.優(yōu)化建材生產(chǎn)能源結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)過(guò)程中高品質(zhì)能源的用量，是降低建材生產(chǎn)制造能耗的關(guān)鍵.

3)混凝土及其砌塊，土石質(zhì)類(lèi)建材，鋼材以及平板玻璃的運(yùn)輸能耗是該研發(fā)中心圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造過(guò)程運(yùn)輸能耗的主要來(lái)源.運(yùn)輸過(guò)程火用能比高達(dá)0.97，節(jié)能、節(jié)火用刻不容緩.對(duì)建筑工程來(lái)說(shuō)，可以在施工現(xiàn)場(chǎng)建立混凝土攪拌站，對(duì)于離生產(chǎn)廠(chǎng)家較遠(yuǎn)的建材，應(yīng)就地就近取材，以降低運(yùn)輸能耗.

4)結(jié)果可為研究“爛尾樓”能耗現(xiàn)狀提供數(shù)據(jù)參考，同時(shí)本文提出的火用分析評(píng)價(jià)計(jì)算方法可以應(yīng)用于類(lèi)似建筑，為圍護(hù)結(jié)構(gòu)可持續(xù)建造提供參考.

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