基于ISM模型分析綠色建筑能耗的影響因素,建筑經濟論文

基于ISM模型分析綠色建筑能耗的影響因素,建筑經濟論文摘要：經濟迅猛發(fā)展和城市化進程的加快，推動了建筑業(yè)的繁榮，但同時建筑能耗問題也日益嚴重，在能源稀缺供不應求的背景下，建筑業(yè)節(jié)能降耗迫在眉睫。文章從降低綠色建筑能耗角度出發(fā)，從建筑朝向和形狀、窗戶隔熱和遮陽、墻體圍護構造、人的行為、氣候因素、建筑節(jié)能政策等6個方面對綠色建筑的能耗進行了研究，并采用ISM法〔解釋構造模型法〕分析了這6個因素對建筑能耗的影響程度。研究表示清楚，氣候因素對綠色建筑能耗影響最大，其次是建筑節(jié)能政策、人的行為。最后，根據(jù)研究結果提出了相應的節(jié)能對策。本文關鍵詞語：綠色建筑;能耗;影響因素;ISM;Abstract：Therapideconomicdevelopmentandtheaccelerationofurbanizationhavepromotedtheprosperityoftheconstructionindustry,butatthesametime,theproblemofbuildingenergyconsumptionisalsoincreasinglyserious,inthecontextofenergyshortage,energysavingandconsumptionreductionintheconstructionindustryisimminent.Sixfactorshasbeenstudiedtoreducetheenergyconsumptionofgreenbuilding:buildingtowardsandshape,insulationandshadingofwindows,wallretainingstructure,humanbehavior,climatefactors,buildingenergyconservationpolicy,ISM(InterpretiveStructuralModelMethod)hasbeenusedtoanalyzetheinfluenceofthesesixfactorsonbuildingenergyconsumption.Theresearchshowsthatclimatefactorshavethegreatestimpactonenergyconsumptionofgreenbuildings,followedbybuildingenergyconservationpoliciesandhumanbehavior.Finally,correspondingenergy-savingcountermeasuresareproposedaccordingtotheresearchresults.Keyword：GreenBuilding;EnergyConsumption;InfluencingFactor;ISM;0、引言建筑業(yè)作為社會發(fā)展的三大產業(yè)之一，對人類的生產和生活產生了宏大的影響。為應對全球能源和資源短缺問題、緩解生態(tài)環(huán)境的惡化，建筑業(yè)誕生了一種契合可持續(xù)發(fā)展理念的新型環(huán)保建筑綠色建筑。近年來，綠色建筑的節(jié)能效果一直備受爭議[1]，因而，國內外大量學者對綠色建筑的節(jié)能機理和能耗影響因素進行了深切進入研究。林波榮[2]等人對綠色建筑的圍護構造、暖通空調系統(tǒng)、生活熱水系統(tǒng)及可再生能源系統(tǒng)進行了研究，以為自然通風和采光技術的節(jié)能效果良好、人的行為形式對能耗影響較大。吳學軍[3]研究并提出新型暖通空調技術能夠對建筑物能耗和周圍環(huán)境進行有效調節(jié)，為人們提供更為舒適的生活空間。紀冉[4]等人從外墻、外窗和屋面等三個方面對建筑圍護構造的節(jié)能特性進行了研究分析，為建筑節(jié)能設計提供參考。彭渤[5]等人利用DeST軟件模擬計算了建筑運行階段的采暖能耗，通過窗戶選型和優(yōu)化窗墻比，致使運行階段采暖能耗降低了約21.4%。何玥兒[6]等人從圍護構造、能源技術兩個方面量化了綠色建筑節(jié)能效益，以為合理設置外遮陽、改變圍護構造熱工性能可產生7%的節(jié)能率，節(jié)能技術的應用可使建筑實現(xiàn)46.9%的節(jié)能率。EsinT[7]從建筑全生命周期的角度出發(fā)研究了建筑材料的能耗問題，結果表示清楚節(jié)約使用建筑材料、提高材料利用率能夠降低建筑能耗。BaniassadiA[8]等人以屋頂為研究對象計算并分析了高反照率屋頂對住宅建筑能耗的影響。本文基于國內外諸多學者的研究成果，全面、綜合地總結了綠色建筑的能耗影響因素，并選取了華而不實影響較大的幾個因素作為研究參數(shù)，采用ISM法分析了各因素對建筑能耗的影響并提出了相應的節(jié)能對策。1、綠色建筑能耗影響因素的選取本文通過查閱大量相關文獻，整理出了影響綠色建筑能耗的諸多因素，經研究分析從中挑選出了最為重要的六個因素，分別是建筑形體和朝向、窗戶遮陽和窗墻比、建筑圍護構造、人的行為、環(huán)境因素、節(jié)能方針政策。1.1、建筑圍護構造建筑的圍護構造是影響建筑能耗最重要的模塊，華而不實墻體對建筑能耗的影響最大。墻體的節(jié)能設計與建筑能耗有直接關系，墻體節(jié)能的關鍵在于保溫，建筑外墻作為室內外空氣的隔絕層，其保溫形式和效果顯得尤為重要。外墻保溫有外墻外保溫、外墻內保溫和外墻夾心保溫三種類型，華而不實外墻外保溫應用最為廣泛，對建筑能耗的影響也最大。相關機構測試表示清楚，建筑墻體假如不做保溫處理，其能耗約占整個建筑構造能耗的50%，假如進行保溫處理便下降為10%～15%。可見，建筑圍護構造的保溫隔熱性能關系到整個建筑的節(jié)能效果。1.2、建筑形體和朝向建筑物的形狀直接決定了建筑的體形系數(shù)，體形系數(shù)是指建筑物暴露在空氣中的面積與建筑體積的比值。體形系數(shù)越大，表示建筑的散熱面積越大，一樣傳熱系數(shù)的建筑物能耗就會更大。建筑朝向直接影響到建筑的自然通風和采光，同一地區(qū)太陽高度角一樣，建筑朝向不同遭到的光照強度就不同。在我們國家，南北朝向的建筑比東西朝向的建筑愈加節(jié)能。1.3、窗戶遮陽和窗墻比窗戶就建筑本身而言，因其較差的氣密性和較大的傳熱系數(shù)而成為影響建筑能耗的重要因素，是建筑保溫、隔熱、隔音的薄弱環(huán)節(jié)。夏季，太陽輻射強度大，陽光直射會造成建筑室內過熱，導致建筑能耗增高。窗戶遮陽能使大部分陽光不直接照射，一部分陽光被玻璃反射回空氣，另一部分被門窗材料所吸收，進而起到降低室溫、改善室內熱環(huán)境的作用，減少空調的使用，到達節(jié)能減排的目的。窗戶的傳熱系數(shù)大于同朝向、同面積的外墻的傳熱系數(shù)，傳熱系數(shù)越大，保溫隔熱功能越差，因而，建筑能耗也隨著窗墻比的增加而增加。1.4、人的行為建筑的功能是為人的生產生活服務，同時，人的行為也會對建筑產生作用。人的行為除了正常的行走運動外，生活方式上的偏好會對建筑能耗產生重要影響，例如室內人員的運動、開窗、開燈、空調、遮陽等幾種詳細行為直接影響到建筑的能源消耗。建筑的采暖和制冷主要遭到人的行為的控制，生活方式和作息規(guī)律會影響建筑照明的時長、空調溫度的設定、開空調的時長，這些行為偏好基本決定了建筑運營階段的用電量，進而影響建筑能耗。1.5、節(jié)能政策建筑節(jié)能政策方針會對建筑市場起到引領作用，為建筑業(yè)的發(fā)展指明道路和方向。我們國家是實行社會市場經濟體制，出臺的相關政策更能對建筑節(jié)能起到積極作用，個人行為意識和企業(yè)生產標準均遭到政策的影響。吳琦[9]等人曾使用虛擬變量和協(xié)整檢驗等測量方式方法，定性研究并客觀分析了節(jié)能政策和方針對我們國家建筑節(jié)能強度的影響，研究發(fā)現(xiàn)，建筑物的節(jié)能政策對節(jié)約資源和降低能耗有著重要影響，其影響程度僅次于節(jié)能技術。1.6、環(huán)境因素建筑所在地的局部微氣候對建筑能耗有著重要影響。夏季室外溫度較高，為知足人體的舒適度需求通常需要借助空調等降溫設備。冬季室外溫度較低時則需要借助暖氣設備提高室內溫度，氣溫越高〔低〕，制冷〔采暖〕設備消耗的電能就越多。除此之外，室外綠化率也對建筑局部微氣候產生影響，綠色植物通過光合作用吸收CO2，能夠一定程度上降低周圍的空氣溫度。改善室外微氣候降低建筑能耗和提高室內環(huán)境質量已成為城市規(guī)劃和建筑設計領域的一個重要方向。2、基于ISM模型分析綠色建筑能耗影響因素2.1、建立ISM模型ISM(InterpretiveStructureModeling〕是一種系統(tǒng)構造模型化技術，它通過將復雜的系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，利用實踐經歷體驗及計算機輔助，最終構成一個多級遞階的構造模型。它需要通過因素影響關系列出鄰接矩陣，并在已經知道鄰接矩陣的基礎上加以運算，得到可達矩陣，而后對可達矩陣進行分解得到階梯式的構造。解釋構造模型能夠直觀的找出直接、間接風險因素，可找到解決問題的關鍵點。首先，對以上選取的6個綠色建筑能耗影響因素進行編號，如表1所示。表1影響綠色建筑能耗的關鍵因素2.1.1、確定各影響因素之間的邏輯關系建立ISM討論小組，共有15名成員組成，華而不實從事建筑科研人員6名，從事建筑工作行業(yè)專家9名。他們采用頭腦風暴法進行小組討論，通過討論后，確定了6個影響因素之間的邏輯關系，如表2所示。表2綠色建筑能耗影響因素邏輯關系矩陣表在上表中，數(shù)值0和1表示Ei與Ej之間的關聯(lián)性。若Ej對Ei有影響，記為1。若Ej對Ei沒有影響，記為0。當兩個因素之間相互影響時，考慮影響較大的一方。2.1.2、建立ISM鄰接矩陣與生成ISM可達矩陣鄰接矩陣A表示的是各因素之間的直接關系。一樣因素之間不需要描繪敘述直接關系，因而其互相關聯(lián)性為1，即矩陣的對角線上都為1，再根據(jù)邏輯關系矩陣表〔表2〕，建立ISM鄰接矩陣A:可達矩陣M主要用來描繪敘述各因素之間的間接關系。根據(jù)布爾矩陣運算法則，對鄰接矩陣A和單位矩陣I求和，并對A+I做冪運算得到可達矩陣M,應知足公式：計算得到M:2.1.3、劃分影響因素層級劃分影響因素層級。首先，先選出被要素Ei影響的因素，并建立一個集合用來對這些要素進行統(tǒng)計，我們把這個集合稱為可達集S(Ei)。還需要建立一個集合統(tǒng)計影響要素Ei的要素，這個集合命名為先行集A(Ei)。然后，建立的集合都只針對要素Ei。經過對元素的統(tǒng)計只要出現(xiàn)S(Ei)A(Ei)=S(Ei)的情況，那么Ei就是該模型的第1級要素。最后，通過上述方式方法能夠求出所有的第1級要素，刪去所有上級因素可達矩陣的行和列，對剩下的要素進行迭代最后會得到系統(tǒng)所有最低級的要素。因而，最高層因素也即終止級因素為S(F)=E3。將這個因素除去，剩余的五個因素根據(jù)上述步驟建立鄰接矩陣、計算可達矩陣，求出新的可達集、先行集以及共同集。重復上述步驟，直至全部因素都被分層。總結分析可達矩陣M中各影響因素之間的邏輯關系，能夠分為可達集R(Ei)、先行集A(Ei)和共同集C(Ei),如表3所示。表3可達集、先行集和共同集2.1.4、構建IEM模型根據(jù)上述計算結果，第一層因素集合為{E3}，去除E3之后，計算得到第二層因素集合為{E1,E2}。再去除E1、E2、E3，計算得到第三層因素集合為{E4,E5},同理，第四層因素集合為{E6}。隨著層數(shù)的增加講明該因素對綠色建筑能耗的影響更大，層與層之間的因素用箭頭連接，跨層之間的因素無需建立聯(lián)絡，由此構建出ISM模型，如此圖1所示。圖1綠色建筑能耗影響因素的ISM模型2.2、結果分析該模型是一個四層的綠色建筑能耗影響因素解釋構造模型，從下往上表示的是各因素間產生影響的方向。隔層因素之間沒有箭頭不表示它們毫無關聯(lián)，可能是存在間接關系。1〕第一層影響因素是窗戶隔熱和遮陽，作為綠色建筑能耗的影響最直接、最基本的因素。2〕第二層影響因素也影響第一層影響因素，建筑朝向和形狀影響了窗戶數(shù)量和面積，建筑圍護構造的大小會影響建筑的形狀，除此之外，建筑形狀又會限制建筑圍護構造的形式，進而影響綠色建筑能耗。3〕第三層的因素是建筑節(jié)能政策和人的行為。建筑節(jié)能政策導向力度直接影響開發(fā)商〔或業(yè)主方〕采取節(jié)能技術的決策行為。人為因素也會由于節(jié)能政策倡導，可使人為因素提高節(jié)能意識采取節(jié)能措施。4〕第四層的氣候因素是引發(fā)綠色建筑能耗增加的根本原因。氣候直接影響建筑外部溫度，全球氣候變暖建筑外部溫度上升，通過熱傳導，室內溫度也隨之上升，導致空調能耗增大。氣候變暖，引起人們關注進而對人的行為產生影響，同時遭到及相關部門十分關注，進而采取相應的節(jié)能政策。3、結論與建議文章基于ISM法研究了六個影響綠色建筑能耗的因素，通過建立矩陣分析了幾個因素間的互相關系。研究結果表示清楚，環(huán)境因素對建筑能耗的影響最大，其次是節(jié)能方針政策和人的行為。根據(jù)各因素間的互相影響關系及對建筑能耗的影響程度，提出下面建議。1〕改善生態(tài)環(huán)境刻不容緩。固然生態(tài)治理和氣候改善是一個長期而緩慢的經過，但從長期角度看是緩解資源短缺和能源問題的根本方式方法。除此之外，改善局部氣候條件，如增加建筑周圍的綠化面積也是降低建筑能耗的有效方式方法。2〕加快落實有效適用的方針政策。在我們國家，對市場的引領和調控作用特別重要，節(jié)能政策的出臺為建筑業(yè)節(jié)能減排指明了方向，同時對企業(yè)和個人的節(jié)能行為能起到規(guī)范作用。3〕發(fā)揮媒體、學校的宣傳教育作用。綠色建筑運營維護階段的能耗主要來源于照明、制冷和供暖等，因而人的活動和行為偏好會對能耗起到重要作用，能源節(jié)約意識尤為重要。以下為參考文獻[1]王夢娟,林欣燕,陳健.建筑節(jié)能現(xiàn)存問題及優(yōu)化措施研究[J].建設科技,2022(24):75-77+81.[2]林波榮,肖娟.我們國家綠色建筑常用節(jié)能技術后評估比擬研究[J].暖通空調,2020,42(10):20-25.[3]吳學君.新型暖通空調技術在綠色建筑中的應用及影響探析[J].建材與裝飾,202