2025年大学《系统科学与工程》专业题库- 能源系统在建筑工程中的应用

2025年大学《系统科学与工程》专业题库——能源系统在建筑工程中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在括号内）1.建筑物中通常能耗最高的系统是（）。A.照明系统B.电梯系统C.暖通空调系统D.通信网络系统2.光伏建筑一体化（BIPV）的主要优势之一是（）。A.提高建筑结构强度B.实现建筑的自给自足C.显著降低建筑维护成本D.增加建筑的可观赏性3.利用土壤或地下水热量进行供暖或供冷的系统是（）。A.太阳能光热系统B.风力发电系统C.地源热泵系统D.地热发电系统4.被动式设计策略中，通过优化建筑布局和开窗面积来利用自然采光，其主要目的是（）。A.降低照明能耗B.改善室内空气质量C.增强建筑保温性能D.提高建筑结构稳定性5.建筑能源管理系统（BEMS）的核心功能不包括（）。A.能耗数据采集与监测B.建筑负荷的短期预测C.建筑结构的日常维护D.能源优化控制与调度6.在进行建筑能耗模拟时，通常需要考虑的主要参数不包括（）。A.建筑围护结构的热工参数B.室内人员活动密度C.区域宏观经济政策D.用能设备的能效等级7.以下哪种方法不属于建筑能效提升的被动式设计策略？（）A.使用高性能隔热材料B.设置有效的自然通风系统C.安装高效节能的照明灯具D.优化建筑朝向和遮阳设计8.对于孤立且缺乏外部能源供应的建筑，优先考虑采用（）作为主要的能源解决方案。A.大型集中式电网供电B.单一可再生能源系统（如仅光伏）C.多种可再生能源的互补系统D.传统燃油锅炉供暖9.能源系统优化在建筑中的应用，其根本目标是（）。A.实现能源生产最大化B.降低建筑运营成本C.减少建筑碳排放D.提高能源利用效率10.以下哪项技术不属于智慧能源管理系统的组成部分？（）A.建筑能耗分项计量B.基于人工智能的负荷预测C.可再生能源发电量预测D.建筑材料的生产与运输二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在横线上）1.建筑能耗的“源”可以分为一次能源和________能源。2.建筑物的节能设计应综合考虑________、气候条件、当地资源等因素。3.地源热泵系统利用地球浅层地热资源进行能量转换，其基本原理是“_______”原理。4.建筑能效标识制度是通过________的形式，向消费者提供建筑能源性能信息。5.智慧能源管理系统的核心在于实现建筑能源系统的________和________。6.建筑能耗模拟软件可以帮助设计师在建造前预测建筑的________和________。7.在进行建筑节能改造方案比选时，除了考虑技术可行性，还需要评估其________和________。8.建筑中常见的可再生能源利用技术包括太阳能________、太阳能________、地源热泵等。9.优化建筑的自然通风性能，可以有效降低建筑在________季节的人工制冷能耗。三、判断题（每题1分，共10分。请将“正确”或“错误”填在括号内）1.建筑物的体形系数越大，其外围护结构的散热损失通常越小。（）2.地热能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源。（）3.建筑光伏一体化（BIPV）系统只能发电，不能为建筑提供热水。（）4.被动式设计策略的实施成本通常高于主动式节能技术。（）5.建筑能源管理系统（BEMS）只能实现对建筑内设备的自动控制，无法进行能耗分析。（）6.建筑能耗模拟的结果是完全精确的，可以完全预测建成后的实际能耗。（）7.地源热泵系统在冬季向土壤取热，夏季向土壤放热，因此会对土壤温度产生长期影响。（）8.提高建筑门窗的气密性会显著改善自然通风效果。（）9.可再生能源发电成本目前普遍高于传统化石能源发电成本。（）10.智慧能源管理是未来建筑能源发展的必然趋势。（）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述建筑围护结构对建筑能耗的主要影响及其优化措施。2.简述可再生能源在建筑中应用面临的主要挑战。3.简述建筑能效提升主动式技术的主要类型及其特点。4.简述系统思维在建筑能源系统分析中的重要性。五、计算题（共15分）某办公建筑夏季空调设计日逐时负荷曲线如下（单位：W/m²），建筑总建筑面积为20000m²，空调系统设计供回水温度分别为7℃和12℃，空调水循环泵的铭牌功率为50kW，效率为75%，水泵电机效率为90%。请计算该建筑夏季空调设计日总冷负荷、若采用风机盘管加新风系统，假设风机盘管效率为0.7，新风系统负责满足建筑80%的峰值新风机耗冷量，新风量按人均30m³/h计算，建筑夏季人均密度为5人/1000m²，计算所需新风系统的总冷量（结果分别保留两位小数）。设计日逐时负荷（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、论述题（20分）结合系统科学与工程的观点，论述如何在建筑设计、建造和运行的全生命周期中，综合运用多种技术手段，构建高效、经济、可持续的智慧建筑能源系统。试卷答案一、选择题1.C2.B3.C4.A5.C6.C7.C8.C9.B10.D二、填空题1.二次2.功能3.热泵4.市场准入5.协调，优化6.能耗，环境负荷7.经济性，技术可行性8.光热，光生伏特（或光伏）9.夏三、判断题1.错误2.正确3.错误4.正确5.错误6.错误7.正确8.错误9.正确10.正确四、简答题1.影响：建筑围护结构（墙、窗、屋顶、地面）的保温、隔热、气密、水密性能直接影响建筑的热量传递，是建筑能耗的主要部分。低性能围护结构会导致冬季热量损失大、夏季冷量损失大，增加暖通空调负荷，从而提高能耗。措施：优化措施包括选用高性能的保温隔热材料（如岩棉、聚氨酯泡沫）、提高门窗的气密性和热工性能（使用双层/多层中空玻璃、Low-E玻璃）、采用高性能防水材料和气密层、合理设计建筑朝向和窗墙比等。2.挑战：*间歇性和波动性：可再生能源（如太阳能、风能）发电受天气、季节影响，输出不稳定。*高初始投资：可再生能源技术（如光伏板、热泵）的初始安装成本通常高于传统设备。*并网与储能：可再生能源并网技术要求和成本较高，且需要储能系统来平滑输出波动，增加了系统复杂性。*地理分布限制：某些可再生能源（如地热）受地理条件限制。*技术成熟度和标准化：部分新兴技术在成熟度、可靠性及标准化方面仍有待提高。3.类型及特点：*高效用能设备：如采用变频空调、高效照明设备（LED）、节能电梯等。特点是在满足使用需求的前提下，降低设备自身能耗。*智能控制系统：如根据室内外环境变化自动调节空调温度、照明亮度，实现按需供能。特点是通过自动化、智能化技术优化用能行为。*能量回收系统：如热回收新风系统、余热回收装置等。特点是将建筑内部或系统中排出的废热、废气回收利用，提高能源利用效率。*可再生能源利用系统：如太阳能光伏发电系统、地源/水源热泵系统等。特点是将清洁能源转化为建筑可用的能源。4.重要性：系统思维强调从整体、关联、动态的角度分析问题。在建筑能源系统分析中，系统思维有助于：*识别关键子系统及其相互作用：理解建筑能源系统包含供能、转换、输配、用能等多个子系统，以及它们与建筑围护结构、环境、用户行为等的相互影响。*进行整体性能评估：不仅关注单个设备的效率，更关注整个能源系统的综合能效和环境影响。*优化系统配置与运行：通过分析系统各部分的关联关系，找到系统最优运行点，实现整体效益最大化。*提出综合解决方案：能够将被动式设计、主动式技术、可再生能源、智能控制等多种手段有机结合，形成最优化的节能策略。五、计算题1.总冷负荷计算：将逐时负荷乘以建筑面积并求和：总冷负荷=Σ(逐时负荷×建筑面积)总冷负荷=(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总冷负荷=1885×20000=37700000W=37700kW（保留两位小数：37700.00kW）2.新风系统总冷量计算：*建筑总峰值负荷：P_peak=188.5W/m²（从负荷曲线最大值得出）*建筑总峰值新风机耗冷量：Q_new_peak=P_peak×A×新风比例Q_new_peak=188.5W/m²×20000m²×80%=6016000W=6016kW*建筑总人数：N=A×人均密度=20000m²×5人/1000m²=100人*总新风量：V_total=N×新风量标准=100人×30m³/h/人=3000m³/h换算为m³/s：V_total=3000m³/h/3600s/h≈0.833m³/s*新风系统总冷量：Q_new_system=Q_new_peak（假设新风系统效率为100%，或已知效率计算）Q_new_system=6016kW如果考虑新风系统效率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题目未给出新风系统效率，通常按峰值负荷计算，若需精确值需补充效率参数。（按峰值负荷计算结果：6016.00kW；按η=0.7计算结果：8622.86kW）六、论述题构建高效、经济、可持续的智慧建筑能源系统需要贯穿建筑全生命周期，综合运用多种技术手段，并应用系统科学思维进行优化。首先，在设计阶段，应采用被动式设计策略，如优化建筑朝向、体型系数、利用自然采光通风，选用高性能围护结构材料，从源头上降低建筑能耗需求。同时，进行精细化的能耗模拟，评估不同设计方案的性能，并为可再生能源系统的容量配置提供依据。其次，在建造阶段，要确保设计的被动式措施和主动式设备（如高效空调、照明）得到精确实施，并注重施工过程中的能源管理，减少建造能耗和浪费。同时，要预留智能系统集成接口，确保各子系统（暖通、照明、电梯、可再生能源等）能够互联互通。再次，在运行阶段，核心在于智慧能源管理系统的应用。该系统通过实时监测建筑能耗、室内外环境参数、用户需求，结合天气预报、电价信息等，利用优化算法对能源系统进行智能调控。例如