李俊梅 孫育英 簡毅文 李炎鋒

摘要：隨著建筑能耗的逐年增加，建筑節(jié)能的要求日益迫切。建筑節(jié)能的核心是暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，而暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計是其節(jié)能運行的基礎(chǔ)。作為培養(yǎng)暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)人才的建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)，應(yīng)從各教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能意識和節(jié)能觀念。本文從課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)出發(fā)，探討了在系統(tǒng)設(shè)計過程的各個階段如何培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能意識、設(shè)計節(jié)能系統(tǒng)，為其將來從事建筑節(jié)能工作奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能;建環(huán)專業(yè);課程設(shè)計;畢業(yè)設(shè)計

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）05-0069-02

一、引言

隨著城市化進(jìn)程的加快和人民生活質(zhì)量的改善，我國建筑能耗的總量逐年上升，在能源總消費量中所占的比例已從上世紀(jì)70年代末的10%，上升到27.45%，逐漸接近三成。這其中用于供暖、通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占到建筑能耗的30%～50%。隨著人們對居住環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提升，該比例還有進(jìn)一步加大的措施。如果不開始注重建筑節(jié)能設(shè)計，將直接加劇能源危機(jī)，同時也會間接帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題[1，2]。

建筑節(jié)能是指在建筑物的規(guī)劃、設(shè)計、新建（改建、擴(kuò)建）、改造和使用過程中，執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，采用節(jié)能型的技術(shù)、工藝、設(shè)備、材料和產(chǎn)品，提高保溫隔熱性能和采暖供熱、空調(diào)制冷制熱系統(tǒng)效率，加強(qiáng)建筑物用能系統(tǒng)的運行管理，利用可再生能源，在保證室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的前提下，減少供熱、空調(diào)制冷制熱、照明、熱水供應(yīng)的能耗[3]。由于暖通空調(diào)系統(tǒng)是建筑耗能的大戶，對暖通空調(diào)系統(tǒng)的進(jìn)行節(jié)能設(shè)計和節(jié)能運行就成為降低建筑能耗的關(guān)鍵，其中節(jié)能設(shè)計是系統(tǒng)能節(jié)能運行的基礎(chǔ)。

培養(yǎng)能從事建筑物采暖、空調(diào)、通風(fēng)除塵、空氣凈化和燃?xì)鈶?yīng)用等系統(tǒng)與設(shè)備以及相關(guān)的城市供熱、供燃?xì)庀到y(tǒng)與設(shè)備的設(shè)計、安裝調(diào)試與運行工作，具備建筑節(jié)能設(shè)計、建造、運行管理的基本理論與專業(yè)技能的專業(yè)技術(shù)人才是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)之一[4]。作為培養(yǎng)暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和運行專業(yè)人才的對口專業(yè)，建環(huán)專業(yè)在人才培養(yǎng)過程中應(yīng)從各教學(xué)環(huán)節(jié)有意識地培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能概念和節(jié)能意識，以便為其將來從事建筑節(jié)能工作奠定基礎(chǔ)。

培養(yǎng)學(xué)生的建筑節(jié)能觀念可以通過相關(guān)專業(yè)課理論教學(xué)與實踐教學(xué)來實現(xiàn)。但相關(guān)理論課教學(xué)可能涉及的問題都是局部的，很難從系統(tǒng)整體入手揭示建筑節(jié)能本身的規(guī)律，而實踐教學(xué)中的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)為建筑節(jié)能整體觀念的培養(yǎng)提供了良好的教學(xué)平臺。

二、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中節(jié)能概念的培養(yǎng)

我校建環(huán)專業(yè)的課程設(shè)計為綜合課程設(shè)計，非傳統(tǒng)意義上的完成單科的大作業(yè)。其目的在于培養(yǎng)學(xué)生將大學(xué)前期所學(xué)的與本學(xué)科相關(guān)的專業(yè)理論基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識、工程設(shè)計方法和原則，綜合應(yīng)用于實際工程設(shè)計的能力。其主要內(nèi)容是每個同學(xué)獨立完成針對某城市辦公樓的建筑設(shè)備（通風(fēng)、空調(diào)、供暖、鍋爐房、制冷、室內(nèi)給排水、建筑控制系統(tǒng)）的工程設(shè)計。而畢業(yè)設(shè)計是在生產(chǎn)實習(xí)與綜合課程設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過對完整的、實際的、建筑設(shè)備工程的設(shè)計和專題研究，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用及深化所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和基本技能;培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決工程實際問題的能力，并且受到工程師的基本訓(xùn)練。學(xué)生在指導(dǎo)教師和設(shè)計院工程師的指導(dǎo)下應(yīng)獨立完成供熱（含供暖）、通風(fēng)（含除塵）、空調(diào)（含凈化）、制冷（含中、小型冷庫）、中小型供熱鍋爐房（含熱力站）工藝、小區(qū)給排水（含建筑消防）等建筑設(shè)備系統(tǒng)的工程設(shè)計，畢設(shè)的題目全部來源于設(shè)計院的實際工程。相對而言，畢業(yè)設(shè)計涉及的工程類型更廣，學(xué)生受到的鍛煉更廣泛。

對某工程的暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，其設(shè)計的主要內(nèi)容涉及：冷熱負(fù)荷的計算、空調(diào)采暖方案的確定、水系統(tǒng)與風(fēng)系統(tǒng)的水力計算、房間的氣流組織計算、設(shè)備的選型、控制方案的確定等。如何將節(jié)能概念貫穿在各設(shè)計階段，是設(shè)計節(jié)能系統(tǒng)的前提。

1.確定冷熱負(fù)荷時的節(jié)能考慮。單純的冷熱負(fù)荷計算看似簡單，但學(xué)生在此階段應(yīng)該了解設(shè)計對象圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)、體型系數(shù)、窗墻比等是否符合相關(guān)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn);建筑物的朝向可能對冷熱負(fù)荷的影響;遮陽對夏季空調(diào)負(fù)荷的影響;室內(nèi)設(shè)計參數(shù)取值的高低，與能耗的多少有密切關(guān)系。加熱工況下，室內(nèi)計算溫度每降低1oC，能耗可較少5%～10%;在冷卻工況下，室內(nèi)計算溫度每升高1oC，能耗可較少8%～10%。為了節(jié)約能源，學(xué)生在此階段應(yīng)了解在保證室內(nèi)人體舒適的前提下冬季應(yīng)避免采用過高的室內(nèi)溫度，夏季采用過低的室內(nèi)溫度。負(fù)荷計算完成后，通過各負(fù)荷分項分析，提出節(jié)能的改進(jìn)建議。

2.系統(tǒng)的方案確定階段的節(jié)能考慮。應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐馁Y源、環(huán)境等因素以及建筑物的使用功能、結(jié)構(gòu)特點，并通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來選擇并確定適合所設(shè)計建筑物的空調(diào)系統(tǒng)方式、冷熱源方式、以及空調(diào)系統(tǒng)控制方式。

在冷熱源的方式選擇上，應(yīng)根據(jù)建筑的規(guī)模、使用特征、結(jié)合當(dāng)?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)及價格政策、環(huán)保規(guī)定等盡可能地利用基于太陽能、地?zé)?、廢熱等可再生能源或低品位能源驅(qū)動的冷熱源，減少電能的直接利用。

在選擇空調(diào)、采暖系統(tǒng)時，應(yīng)考慮建筑物的使用功能、建筑物本身的結(jié)構(gòu)特點、當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c、負(fù)荷的特點，選擇合理的采暖及空調(diào)方式，達(dá)到運行節(jié)能的目的。對于公共建筑的高大空間的采暖，盡可能采用輻射供暖的方式。建筑高度大于或等于10m，體積大于10000m3的高大空間建筑，應(yīng)采用分層空調(diào)系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)有集中排風(fēng)系統(tǒng)時，應(yīng)考慮設(shè)置排風(fēng)熱回收裝置。有條件時，可采用自然通風(fēng)來消除建筑物內(nèi)的余熱、余濕。

3.風(fēng)管、水管系統(tǒng)、房間氣流組織設(shè)計的節(jié)能考慮。風(fēng)管、水管系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮盡量減少阻力損失，在管路通過不需采暖或空調(diào)的房間或空間時，相應(yīng)管路需設(shè)置保溫措施以防止冷、熱量的散失。對于復(fù)雜或高大空間的氣流組織，應(yīng)盡可能借助于數(shù)值模擬來優(yōu)化空調(diào)房間的送、回風(fēng)方式，以達(dá)到優(yōu)化節(jié)能的目的。

4.設(shè)備選型的節(jié)能考慮。在空調(diào)系統(tǒng)中，冷水機(jī)組的能耗是最大的。選擇冷水機(jī)組時，機(jī)組的COP值應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。然而，實際測試表明，冷水機(jī)組的COP隨部分負(fù)荷的大小和機(jī)型的不同而變化。存在冷水機(jī)組在部分負(fù)荷下運行COP值不高這個問題的原因是多方面的。眾所周知，機(jī)組實際運行性能系數(shù)COP是由機(jī)組內(nèi)部因素和外部條件共同影響的，而通常在部分負(fù)荷下運行時，其外部條件較滿負(fù)荷時優(yōu)越，環(huán)境溫度相對較低。在不考慮傳熱性能變化影響的情況下，可充分利用環(huán)境溫度的降低來降低冷凝溫度、縮小壓縮機(jī)的高低壓力差以改善系統(tǒng)性能系數(shù)，COP最大能提高20%。

冷水機(jī)組的單臺容量及臺數(shù)的選擇應(yīng)能適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷全年變化規(guī)律，滿足季節(jié)及部分負(fù)荷的要求，當(dāng)空調(diào)負(fù)荷大于528kW時，所選擇的機(jī)組不宜少于2臺。

在供暖系統(tǒng)中，嚴(yán)寒地區(qū)的燃油、燃?xì)饣蛉济哄仩t選擇時應(yīng)保證單臺鍋爐的容量確保在最大熱負(fù)荷和低谷負(fù)荷時都能高效運行，以充分利用鍋爐產(chǎn)生的多重余熱，鍋爐臺數(shù)不宜少于2臺（除小型建筑）。鍋爐的額定熱效率燃煤、蒸汽熱水鍋爐不小于78%，燃油、燃?xì)庹羝麩崴疇t額定熱效率不小于89%。

在空調(diào)系統(tǒng)中，一般系統(tǒng)設(shè)計輸送能耗約占空調(diào)總能耗的20%，而實際運行能耗占到了空調(diào)總能耗的30%～40%。在系統(tǒng)中，經(jīng)常遇到的問題是水泵選擇揚(yáng)程過大，造成“大馬拉小車”，高揚(yáng)程的泵用于低揚(yáng)程場合，便會出現(xiàn)流量過大，導(dǎo)致電機(jī)超載。若長時間運行，電機(jī)溫度升高，繞組絕緣層便會逐漸老化，甚至燒毀電機(jī)。因此該環(huán)節(jié)中，要重視變頻系統(tǒng)的選用。但也應(yīng)注意到在冷凍水系統(tǒng)中，對于水泵選擇變頻技術(shù)固然有利于水泵運行節(jié)能，但是，過小的流量會造成制冷機(jī)效率的嚴(yán)重下降，而制冷機(jī)是系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備，因此必須從整體上考慮系統(tǒng)的用能情況。

當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)使用時間較長且運行工況（風(fēng)量、風(fēng)壓）有較大變化時，應(yīng)考慮采用雙速或變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)。

通過上述各個設(shè)計過程對節(jié)能概念的灌輸，學(xué)生可實現(xiàn)從課本上介紹的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計到節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的轉(zhuǎn)變。經(jīng)過課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計兩個設(shè)計環(huán)節(jié)的鍛煉，在綜合運用所學(xué)專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，學(xué)生對暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中各環(huán)節(jié)的節(jié)能設(shè)計有了一定程度的認(rèn)識，這將對其以后從事暖通空調(diào)實際工程的設(shè)計和運行將會有較大的幫助，對一些節(jié)能概念和理論的理解也會隨著實際工作的逐步開展進(jìn)一步加深，為設(shè)計更好、更節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

三、結(jié)論

隨著建筑耗能量的逐年提高，實施建筑節(jié)能已刻不容緩。建筑節(jié)能中的關(guān)鍵是暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，對暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計是降低其能耗的基礎(chǔ)。作為培養(yǎng)暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和運行專業(yè)技術(shù)人員的建環(huán)專業(yè)，應(yīng)從各教學(xué)環(huán)節(jié)注重培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能觀念和節(jié)能意識。本文從畢業(yè)設(shè)計和課程設(shè)計兩個環(huán)節(jié)出發(fā)，探討了在系統(tǒng)設(shè)計過程的各個階段如何培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能意識、設(shè)計節(jié)能系統(tǒng)，以便為其將來從事建筑節(jié)能工作奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]江億.中國建筑能耗現(xiàn)狀及節(jié)能途徑分析[J].新建筑，2008，（2）.

[2]余曉平.建筑節(jié)能科學(xué)觀的構(gòu)建與應(yīng)用研究[D].重慶大學(xué)博士論文，2011.

[3]付祥釗，肖益民.建筑節(jié)能原理與技術(shù)[M].重慶大學(xué)出版社，2008.

[4]百度百科.建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)介紹[EB/OL].http：//baike.baidu.com/link？url=pbXUCbUuNSyQHw7KnK87FK_bS9C4-3Atu7G8pu4rWtIgoLJ_YFw8NEL6kZk98TAsyzpjB3FQuUTYkiWhWCDSCa.