2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——大型建筑物節(jié)能系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述系統(tǒng)思維在大型建筑物節(jié)能系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的重要性，并列舉至少三個(gè)系統(tǒng)思維的具體體現(xiàn)。二、大型建筑物的能源消耗通常由哪幾部分構(gòu)成？簡(jiǎn)述其中主要部分（如暖通空調(diào)、照明）的能量消耗特點(diǎn)。三、被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略在大型建筑物節(jié)能中扮演著重要角色。請(qǐng)列舉至少四種常見的被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略，并簡(jiǎn)述其中一種策略的原理及其在大型建筑中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。四、選擇與替換是大型建筑節(jié)能改造中常用的技術(shù)手段。請(qǐng)比較VRF（多聯(lián)機(jī)）空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)在能效、初投資、控制靈活性及適用場(chǎng)景方面的主要差異。五、簡(jiǎn)述太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于大型建筑的主要方式，并分析其在技術(shù)選型、與建筑整合、并網(wǎng)以及經(jīng)濟(jì)性方面需要考慮的關(guān)鍵因素。六、建筑能耗模型是進(jìn)行節(jié)能分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要工具。請(qǐng)簡(jiǎn)述建立大型建筑物能耗模型的主要步驟，并說(shuō)明模型在節(jié)能系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用價(jià)值。七、在進(jìn)行大型建筑物節(jié)能系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)濟(jì)性分析是不可或缺的一環(huán)。請(qǐng)說(shuō)明全生命周期成本（LCC）分析方法的基本思想，并解釋其在不同節(jié)能方案比選中的作用。八、智能控制系統(tǒng)是提升大型建筑能源效率的重要手段。請(qǐng)描述建筑能源管理系統(tǒng)（BEMS）的基本功能，并舉例說(shuō)明BEMS如何通過(guò)智能控制策略實(shí)現(xiàn)節(jié)能。九、某超高層寫字樓項(xiàng)目，冬季采暖負(fù)荷較大。請(qǐng)從系統(tǒng)科學(xué)的角度，分析在設(shè)計(jì)其采暖系統(tǒng)時(shí)需要考慮哪些內(nèi)部和外部系統(tǒng)因素，并提出至少三種可能的節(jié)能解決方案。十、結(jié)合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展理念，論述在大型建筑物節(jié)能系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，除了追求技術(shù)上的先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)上的合理外，還應(yīng)考慮哪些非技術(shù)、非經(jīng)濟(jì)因素，并說(shuō)明其對(duì)設(shè)計(jì)的影響。試卷答案一、系統(tǒng)思維強(qiáng)調(diào)整體性、關(guān)聯(lián)性、動(dòng)態(tài)性和層次性，這對(duì)于理解大型建筑物作為一個(gè)復(fù)雜能量系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制至關(guān)重要。它有助于識(shí)別能源流動(dòng)的主要路徑、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和相互耦合關(guān)系，從而發(fā)現(xiàn)節(jié)能潛力所在，避免“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”式的局部?jī)?yōu)化導(dǎo)致整體效益不佳。系統(tǒng)思維的具體體現(xiàn)包括：1）將建筑視為與周圍環(huán)境（氣候、日照、周邊建筑）相互作用的開放系統(tǒng)；2）將節(jié)能視為涉及建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、暖通空調(diào)、照明、用能設(shè)備、控制系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)的綜合體；3）在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段考慮長(zhǎng)期運(yùn)行和維護(hù)對(duì)系統(tǒng)能效的影響；4）評(píng)估節(jié)能措施對(duì)建筑其他性能（如舒適性、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量）的潛在影響。二、大型建筑物的能源消耗通常由照明、暖通空調(diào)（HVAC）、設(shè)備運(yùn)行（電梯、辦公設(shè)備等）、特殊工藝（如有）以及其他（如照明插座）構(gòu)成。其中，暖通空調(diào)是主要的能源消耗部分，尤其在氣候寒冷或炎熱的地區(qū)。其能量消耗特點(diǎn)包括：1）負(fù)荷量大且變化顯著（受室外溫度、太陽(yáng)輻射、室內(nèi)人員活動(dòng)等因素影響）；2）運(yùn)行時(shí)間通常較長(zhǎng)；3）能耗占建筑總能耗的比例高，通常在40%-60%甚至更高；4）季節(jié)性變化明顯。三、常見的被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略包括：1）優(yōu)化建筑朝向與布局以利用自然采光和通風(fēng)；2）采用高性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)（高效保溫隔熱材料、節(jié)能門窗）；3）設(shè)置有效的建筑遮陽(yáng)措施；4）利用自然通風(fēng)技術(shù)（如熱壓通風(fēng)、風(fēng)壓通風(fēng)）。其中，優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)原理是通過(guò)減少熱量通過(guò)墻體、屋頂、地面和門窗的傳遞，降低供暖和制冷負(fù)荷。在大型建筑中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于：1）初投資相對(duì)較低；2）運(yùn)行維護(hù)成本低；3）能顯著降低建筑的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)能耗；4）對(duì)建筑內(nèi)部熱環(huán)境有積極影響，提升舒適度。四、VRF（多聯(lián)機(jī)）空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)的主要差異：1）能效：VRF系統(tǒng)通常具有更高的能效比，尤其在外部溫度較低時(shí)，部分系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)熱回收，進(jìn)一步提高效率；傳統(tǒng)中央空調(diào)（如風(fēng)管送風(fēng)）系統(tǒng)整體能效可能相對(duì)較低，且冷量輸送損失較大。2）初投資：VRF系統(tǒng)通常采用分散式安裝，初投資可能低于大型中央空調(diào)系統(tǒng)，但若需多臺(tái)室外機(jī)，總投資可能接近或超過(guò)中央系統(tǒng)；傳統(tǒng)中央空調(diào)（如變風(fēng)量VAV）系統(tǒng)若規(guī)模較大，初投資可能非常高。3）控制靈活性：VRF系統(tǒng)每個(gè)室內(nèi)機(jī)可獨(dú)立控制溫度和運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)靈活；傳統(tǒng)中央空調(diào)（如全空氣系統(tǒng)）通常區(qū)域控制或按系統(tǒng)啟停，獨(dú)立控制性較差。4）適用場(chǎng)景：VRF系統(tǒng)適用于建筑功能分區(qū)明確、各區(qū)域負(fù)荷差異大、對(duì)室內(nèi)環(huán)境要求高的建筑；傳統(tǒng)中央空調(diào)適用于建筑內(nèi)部空間聯(lián)系緊密、功能分區(qū)相對(duì)固定、追求大空間氣流組織均勻的建筑。五、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于大型建筑的主要方式包括：1）建筑一體化光伏（BIPV），將光伏組件集成于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（屋頂、墻面、幕墻等）；2）屋頂光伏陣列，在建筑屋頂設(shè)置獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)。關(guān)鍵因素：1）技術(shù)選型：考慮光伏組件效率、耐候性、與建筑整合的兼容性、逆變器效率等；2）與建筑整合：需考慮結(jié)構(gòu)荷載、防水、美觀協(xié)調(diào)、維護(hù)通道等；3）并網(wǎng)：需評(píng)估電網(wǎng)接入條件、功率因數(shù)、諧波影響，并可能需要配置儲(chǔ)能系統(tǒng)以平抑波動(dòng)；4）經(jīng)濟(jì)性：分析初始投資、運(yùn)維成本、發(fā)電量、電價(jià)政策、補(bǔ)貼、投資回收期等。六、建立大型建筑物能耗模型的主要步驟：1）收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：建筑幾何尺寸、圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料與性能、建筑功能分區(qū)、空間使用模式、室內(nèi)設(shè)備類型與功率、用電/用能習(xí)慣等；2）建立建筑幾何模型：利用CAD軟件或BIM軟件建立建筑的幾何外形和內(nèi)部空間布局；3）定義圍護(hù)結(jié)構(gòu)與設(shè)備性能：輸入墻體、屋頂、窗戶等的熱工參數(shù)以及暖通空調(diào)、照明等設(shè)備的能耗特性；4）設(shè)定負(fù)荷場(chǎng)景：模擬不同季節(jié)、不同時(shí)間段的室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)和建筑使用情況；5）運(yùn)行模型計(jì)算：利用能耗模擬軟件（如EnergyPlus,DOE-2）計(jì)算建筑在不同負(fù)荷場(chǎng)景下的能耗；6）結(jié)果分析與校核：分析計(jì)算結(jié)果（如各分區(qū)能耗、總能耗、能耗組成），與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)（若有）進(jìn)行對(duì)比校核，修正模型參數(shù)。模型在節(jié)能系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值：1）預(yù)測(cè)不同設(shè)計(jì)方案（如改變圍護(hù)結(jié)構(gòu)、采用不同HVAC系統(tǒng)）的能耗效果；2）評(píng)估可再生能源（如光伏、太陽(yáng)能熱水）系統(tǒng)的應(yīng)用潛力；3）優(yōu)化控制系統(tǒng)策略（如時(shí)間表設(shè)置、溫控范圍）；4）進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析和投資決策支持；5）輔助進(jìn)行綠色建筑評(píng)級(jí)。七、全生命周期成本（LCC）分析方法的基本思想是：將一項(xiàng)資產(chǎn)（如節(jié)能措施）在其整個(gè)使用壽命期間所發(fā)生的所有成本（包括初始投資、運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)、能源費(fèi)、維修費(fèi)、拆除處置費(fèi)等）考慮進(jìn)來(lái)，并折算到同一時(shí)間點(diǎn)（通常使用現(xiàn)值）進(jìn)行比較。其公式通常表示為：LCC=初始投資+Σ(折現(xiàn)后的年度運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi))+Σ(折現(xiàn)后的年度能源費(fèi))+Σ(折現(xiàn)后的維修費(fèi))+折現(xiàn)后的拆除處置費(fèi)。在進(jìn)行不同節(jié)能方案比選時(shí)，LCC分析的作用在于：1）克服了只關(guān)注初始投資或單一年度運(yùn)行成本的局限，提供更全面的成本比較基礎(chǔ)；2）使得不同壽命周期、不同投資規(guī)模的方案能夠進(jìn)行公平的對(duì)比；3）有助于識(shí)別雖然初始投資高但長(zhǎng)期效益好的方案；4）為基于成本的決策提供科學(xué)依據(jù)，選擇總成本最低或效益最高的方案。八、建筑能源管理系統(tǒng)（BEMS）的基本功能：1）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控：實(shí)時(shí)或定期采集來(lái)自建筑內(nèi)各種傳感器（溫度、濕度、照度、能耗計(jì)量表等）和設(shè)備控制器（HVAC、照明等）的數(shù)據(jù)，并在中央工作站進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)；2）能源管理與優(yōu)化控制：根據(jù)預(yù)設(shè)策略或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)暖通空調(diào)、照明、遮陽(yáng)等系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、保證舒適度、降低運(yùn)營(yíng)成本；3）負(fù)荷預(yù)測(cè)與調(diào)度：基于歷史數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報(bào)等信息預(yù)測(cè)建筑負(fù)荷，優(yōu)化能源調(diào)度；4）能耗分析與管理：對(duì)采集到的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、可視化展示，生成能耗報(bào)告，支持管理決策；5）設(shè)備維護(hù)管理：記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提供故障報(bào)警和維保提醒。BEMS通過(guò)智能控制策略實(shí)現(xiàn)節(jié)能的例子：1）基于時(shí)間表和內(nèi)/外溫度的自動(dòng)啟停和調(diào)節(jié)HVAC系統(tǒng)；2）根據(jù)室內(nèi)CO2濃度或人員活動(dòng)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)量；3）根據(jù)自然采光情況自動(dòng)調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)亮度；4）在夜間或無(wú)人時(shí)降低空調(diào)溫度設(shè)定點(diǎn)或關(guān)閉部分區(qū)域照明；5）聯(lián)動(dòng)遮陽(yáng)系統(tǒng)，根據(jù)太陽(yáng)位置和室內(nèi)照度自動(dòng)調(diào)節(jié)。九、從系統(tǒng)科學(xué)的角度，設(shè)計(jì)超高層寫字樓采暖系統(tǒng)時(shí)需要考慮的內(nèi)部和外部系統(tǒng)因素：內(nèi)部因素包括：1）建筑空間布局與功能分區(qū)（不同區(qū)域供暖需求差異）；2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能（外墻、窗戶、屋頂?shù)谋馗魺崴剑?）內(nèi)部得熱（如太陽(yáng)輻射、人員散熱、設(shè)備發(fā)熱）；4）建筑使用模式與人員活動(dòng)（影響負(fù)荷變化）；5）暖通空調(diào)系統(tǒng)形式與分布（如垂直/水平系統(tǒng)、集中/區(qū)域供暖）。外部系統(tǒng)因素包括：1）室外氣象條件（溫度、濕度、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射）；2）城市熱島效應(yīng)；3）區(qū)域供熱/冷網(wǎng)絡(luò)的可用性與參數(shù)（如供回水溫度）；4）相鄰建筑對(duì)日照和通風(fēng)的影響；5）能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)（電力、天然氣等）及其價(jià)格?？赡艿墓?jié)能解決方案：1）系統(tǒng)層面：采用高效、變頻的冷熱源設(shè)備（如吸收式制冷/熱泵、高效鍋爐）；實(shí)施區(qū)域供暖/制冷，提高輸送效率；2）建筑本體：加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能；采用被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略（如優(yōu)化朝向、改善通風(fēng)）；3）控制與優(yōu)化：實(shí)施智能控制策略（如根據(jù)負(fù)荷變化動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)供能）；利用建筑熱惰性，優(yōu)化運(yùn)行時(shí)間表；4）能源整合：結(jié)合可再生能源（如太陽(yáng)能集熱、地源熱泵）提供部分供暖/制冷負(fù)荷。十、在大型建筑物節(jié)能系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，除了追求技術(shù)上的先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)上的合理外，還應(yīng)考慮的非技術(shù)、非經(jīng)濟(jì)因素及其影響：1）室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量與人體健康：良好的空氣質(zhì)量、熱舒適度、采光、聲學(xué)環(huán)境直接影響使用者的健康、舒適度和工作效率。設(shè)計(jì)需平衡節(jié)能與室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，避免過(guò)度節(jié)能導(dǎo)致環(huán)境惡化。2）建筑運(yùn)行安全性：節(jié)能技術(shù)的引入（如新能源系統(tǒng)、智能控制）需確保符合安全規(guī)范，保障建筑及其使用者的安全。3）建筑文化與社會(huì)接受度：建筑應(yīng)體現(xiàn)一定的文化內(nèi)涵，節(jié)能措施的設(shè)計(jì)應(yīng)融入建筑風(fēng)貌，并易于被使用者理解和接受，促進(jìn)節(jié)能行為的形成。4）環(huán)境影響與可持