2025年大學《系統(tǒng)科學與工程》專業(yè)題庫——能源系統(tǒng)在建筑工程中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內）1.建筑物中通常能耗最高的系統(tǒng)是（）。A.照明系統(tǒng)B.電梯系統(tǒng)C.暖通空調系統(tǒng)D.通信網(wǎng)絡系統(tǒng)2.光伏建筑一體化（BIPV）的主要優(yōu)勢之一是（）。A.提高建筑結構強度B.實現(xiàn)建筑的自給自足C.顯著降低建筑維護成本D.增加建筑的可觀賞性3.利用土壤或地下水熱量進行供暖或供冷的系統(tǒng)是（）。A.太陽能光熱系統(tǒng)B.風力發(fā)電系統(tǒng)C.地源熱泵系統(tǒng)D.地熱發(fā)電系統(tǒng)4.被動式設計策略中，通過優(yōu)化建筑布局和開窗面積來利用自然采光，其主要目的是（）。A.降低照明能耗B.改善室內空氣質量C.增強建筑保溫性能D.提高建筑結構穩(wěn)定性5.建筑能源管理系統(tǒng)（BEMS）的核心功能不包括（）。A.能耗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測B.建筑負荷的短期預測C.建筑結構的日常維護D.能源優(yōu)化控制與調度6.在進行建筑能耗模擬時，通常需要考慮的主要參數(shù)不包括（）。A.建筑圍護結構的熱工參數(shù)B.室內人員活動密度C.區(qū)域宏觀經(jīng)濟政策D.用能設備的能效等級7.以下哪種方法不屬于建筑能效提升的被動式設計策略？（）A.使用高性能隔熱材料B.設置有效的自然通風系統(tǒng)C.安裝高效節(jié)能的照明燈具D.優(yōu)化建筑朝向和遮陽設計8.對于孤立且缺乏外部能源供應的建筑，優(yōu)先考慮采用（）作為主要的能源解決方案。A.大型集中式電網(wǎng)供電B.單一可再生能源系統(tǒng)（如僅光伏）C.多種可再生能源的互補系統(tǒng)D.傳統(tǒng)燃油鍋爐供暖9.能源系統(tǒng)優(yōu)化在建筑中的應用，其根本目標是（）。A.實現(xiàn)能源生產(chǎn)最大化B.降低建筑運營成本C.減少建筑碳排放D.提高能源利用效率10.以下哪項技術不屬于智慧能源管理系統(tǒng)的組成部分？（）A.建筑能耗分項計量B.基于人工智能的負荷預測C.可再生能源發(fā)電量預測D.建筑材料的生產(chǎn)與運輸二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上）1.建筑能耗的“源”可以分為一次能源和________能源。2.建筑物的節(jié)能設計應綜合考慮________、氣候條件、當?shù)刭Y源等因素。3.地源熱泵系統(tǒng)利用地球淺層地熱資源進行能量轉換，其基本原理是“_______”原理。4.建筑能效標識制度是通過________的形式，向消費者提供建筑能源性能信息。5.智慧能源管理系統(tǒng)的核心在于實現(xiàn)建筑能源系統(tǒng)的________和________。6.建筑能耗模擬軟件可以幫助設計師在建造前預測建筑的________和________。7.在進行建筑節(jié)能改造方案比選時，除了考慮技術可行性，還需要評估其________和________。8.建筑中常見的可再生能源利用技術包括太陽能________、太陽能________、地源熱泵等。9.優(yōu)化建筑的自然通風性能，可以有效降低建筑在________季節(jié)的人工制冷能耗。三、判斷題（每題1分，共10分。請將“正確”或“錯誤”填在括號內）1.建筑物的體形系數(shù)越大，其外圍護結構的散熱損失通常越小。（）2.地熱能是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源。（）3.建筑光伏一體化（BIPV）系統(tǒng)只能發(fā)電，不能為建筑提供熱水。（）4.被動式設計策略的實施成本通常高于主動式節(jié)能技術。（）5.建筑能源管理系統(tǒng)（BEMS）只能實現(xiàn)對建筑內設備的自動控制，無法進行能耗分析。（）6.建筑能耗模擬的結果是完全精確的，可以完全預測建成后的實際能耗。（）7.地源熱泵系統(tǒng)在冬季向土壤取熱，夏季向土壤放熱，因此會對土壤溫度產(chǎn)生長期影響。（）8.提高建筑門窗的氣密性會顯著改善自然通風效果。（）9.可再生能源發(fā)電成本目前普遍高于傳統(tǒng)化石能源發(fā)電成本。（）10.智慧能源管理是未來建筑能源發(fā)展的必然趨勢。（）四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述建筑圍護結構對建筑能耗的主要影響及其優(yōu)化措施。2.簡述可再生能源在建筑中應用面臨的主要挑戰(zhàn)。3.簡述建筑能效提升主動式技術的主要類型及其特點。4.簡述系統(tǒng)思維在建筑能源系統(tǒng)分析中的重要性。五、計算題（共15分）某辦公建筑夏季空調設計日逐時負荷曲線如下（單位：W/m2），建筑總建筑面積為20000m2，空調系統(tǒng)設計供回水溫度分別為7℃和12℃，空調水循環(huán)泵的銘牌功率為50kW，效率為75%，水泵電機效率為90%。請計算該建筑夏季空調設計日總冷負荷、若采用風機盤管加新風系統(tǒng)，假設風機盤管效率為0.7，新風系統(tǒng)負責滿足建筑80%的峰值新風機耗冷量，新風量按人均30m3/h計算，建筑夏季人均密度為5人/1000m2，計算所需新風系統(tǒng)的總冷量（結果分別保留兩位小數(shù)）。設計日逐時負荷（W/m2）：120,80,50,30,20,25,40,60,90,110,130,100,70,50,40,35,30,25,40,60,90,110,130,100六、論述題（20分）結合系統(tǒng)科學與工程的觀點，論述如何在建筑設計、建造和運行的全生命周期中，綜合運用多種技術手段，構建高效、經(jīng)濟、可持續(xù)的智慧建筑能源系統(tǒng)。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.A5.C6.C7.C8.C9.B10.D二、填空題1.二次2.功能3.熱泵4.市場準入5.協(xié)調，優(yōu)化6.能耗，環(huán)境負荷7.經(jīng)濟性，技術可行性8.光熱，光生伏特（或光伏）9.夏三、判斷題1.錯誤2.正確3.錯誤4.正確5.錯誤6.錯誤7.正確8.錯誤9.正確10.正確四、簡答題1.影響：建筑圍護結構（墻、窗、屋頂、地面）的保溫、隔熱、氣密、水密性能直接影響建筑的熱量傳遞，是建筑能耗的主要部分。低性能圍護結構會導致冬季熱量損失大、夏季冷量損失大，增加暖通空調負荷，從而提高能耗。措施：優(yōu)化措施包括選用高性能的保溫隔熱材料（如巖棉、聚氨酯泡沫）、提高門窗的氣密性和熱工性能（使用雙層/多層中空玻璃、Low-E玻璃）、采用高性能防水材料和氣密層、合理設計建筑朝向和窗墻比等。2.挑戰(zhàn)：*間歇性和波動性：可再生能源（如太陽能、風能）發(fā)電受天氣、季節(jié)影響，輸出不穩(wěn)定。*高初始投資：可再生能源技術（如光伏板、熱泵）的初始安裝成本通常高于傳統(tǒng)設備。*并網(wǎng)與儲能：可再生能源并網(wǎng)技術要求和成本較高，且需要儲能系統(tǒng)來平滑輸出波動，增加了系統(tǒng)復雜性。*地理分布限制：某些可再生能源（如地熱）受地理條件限制。*技術成熟度和標準化：部分新興技術在成熟度、可靠性及標準化方面仍有待提高。3.類型及特點：*高效用能設備：如采用變頻空調、高效照明設備（LED）、節(jié)能電梯等。特點是在滿足使用需求的前提下，降低設備自身能耗。*智能控制系統(tǒng)：如根據(jù)室內外環(huán)境變化自動調節(jié)空調溫度、照明亮度，實現(xiàn)按需供能。特點是通過自動化、智能化技術優(yōu)化用能行為。*能量回收系統(tǒng)：如熱回收新風系統(tǒng)、余熱回收裝置等。特點是將建筑內部或系統(tǒng)中排出的廢熱、廢氣回收利用，提高能源利用效率。*可再生能源利用系統(tǒng)：如太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、地源/水源熱泵系統(tǒng)等。特點是將清潔能源轉化為建筑可用的能源。4.重要性：系統(tǒng)思維強調從整體、關聯(lián)、動態(tài)的角度分析問題。在建筑能源系統(tǒng)分析中，系統(tǒng)思維有助于：*識別關鍵子系統(tǒng)及其相互作用：理解建筑能源系統(tǒng)包含供能、轉換、輸配、用能等多個子系統(tǒng)，以及它們與建筑圍護結構、環(huán)境、用戶行為等的相互影響。*進行整體性能評估：不僅關注單個設備的效率，更關注整個能源系統(tǒng)的綜合能效和環(huán)境影響。*優(yōu)化系統(tǒng)配置與運行：通過分析系統(tǒng)各部分的關聯(lián)關系，找到系統(tǒng)最優(yōu)運行點，實現(xiàn)整體效益最大化。*提出綜合解決方案：能夠將被動式設計、主動式技術、可再生能源、智能控制等多種手段有機結合，形成最優(yōu)化的節(jié)能策略。五、計算題1.總冷負荷計算：將逐時負荷乘以建筑面積并求和：總冷負荷=Σ(逐時負荷×建筑面積)總冷負荷=(120+80+50+30+20+25+40+60+90+110+130+100+70+50+40+35+30+25+40+60+90+110+130+100)×20000總冷負荷=1885×20000=37700000W=37700kW（保留兩位小數(shù)：37700.00kW）2.新風系統(tǒng)總冷量計算：*建筑總峰值負荷：P_peak=188.5W/m2（從負荷曲線最大值得出）*建筑總峰值新風機耗冷量：Q_new_peak=P_peak×A×新風比例Q_new_peak=188.5W/m2×20000m2×80%=6016000W=6016kW*建筑總人數(shù)：N=A×人均密度=20000m2×5人/1000m2=100人*總新風量：V_total=N×新風量標準=100人×30m3/h/人=3000m3/h換算為m3/s：V_total=3000m3/h/3600s/h≈0.833m3/s*新風系統(tǒng)總冷量：Q_new_system=Q_new_peak（假設新風系統(tǒng)效率為100%，或已知效率計算）Q_new_system=6016kW如果考慮新風系統(tǒng)效率η_new(通常<1)：Q_new_system=Q_new_peak/η_new如果η_new=0.7：Q_new_system=6016kW/0.7≈8622.86kW題目未給出新風系統(tǒng)效率，通常按峰值負荷計算，若需精確值需補充效率參數(shù)。（按峰值負荷計算結果：6016.00kW；按η=0.7計算結果：8622.86kW）六、論述題構建高效、經(jīng)濟、可持續(xù)的智慧建筑能源系統(tǒng)需要貫穿建筑全生命周期，綜合運用多種技術手段，并應用系統(tǒng)科學思維進行優(yōu)化。首先，在設計階段，應采用被動式設計策略，如優(yōu)化建筑朝向、體型系數(shù)、利用自然采光通風，選用高性能圍護結構材料，從源頭上降低建筑能耗需求。同時，進行精細化的能耗模擬，評估不同設計方案的性能，并為可再生能源系統(tǒng)的容量配置提供依據(jù)。其次，在建造階段，要確保設計的被動式措施和主動式設備（如高效空調、照明）得到精確實施，并注重施工過程中的能源管理，減少建造能耗和浪費。同時，要預留智能系統(tǒng)集成接口，確保各子系統(tǒng)（暖通、照明、電梯、可再生能源等）能夠互聯(lián)互通。再次，在運行階段，核心在于智慧能源管理系統(tǒng)的應用。該系統(tǒng)通過實時監(jiān)測建筑能耗、室內外環(huán)境參數(shù)、用戶需求，結合天氣預報、電價信息等，利用優(yōu)化算法對能源系統(tǒng)進行智能調控。例如