在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)培養(yǎng)建環(huán)專業(yè)學(xué)生的建筑節(jié)能意識(shí)

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(jì)是其節(jié)能運(yùn)行的基礎(chǔ)。作為培養(yǎng)暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)和節(jié)能觀念。本文從課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)出發(fā)，探討了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的各個(gè)階段如何培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能意識(shí)、設(shè)計(jì)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(jì);畢業(yè)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：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(fèi)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(duì)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(jì)，將直接加劇能源危機(jī)，同時(shí)也會(huì)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(jì)、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(yùn)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(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)和節(jié)能運(yùn)行就成為降低建筑能耗的關(guān)鍵，其中節(jié)能設(shè)計(jì)是系統(tǒng)能節(jié)能運(yùn)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(jì)、安裝調(diào)試與運(yùn)行工作，具備建筑節(jié)能設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)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(jì)和運(yùn)行專業(yè)人才的對(duì)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(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能概念和節(jié)能意識(shí)，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(shí)踐教學(xué)來實(shí)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(shí)踐教學(xué)中的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)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(tái)。

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

我校建環(huán)專業(yè)的課程設(shè)計(jì)為綜合課程設(shè)計(jì)，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(shí)和專業(yè)知識(shí)、工程設(shè)計(jì)方法和原則，綜合應(yīng)用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)的能力。其主要內(nèi)容是每個(gè)同學(xué)獨(dú)立完成針對(duì)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(jì)。而畢業(yè)設(shè)計(jì)是在生產(chǎn)實(shí)習(xí)與綜合課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)完整的、實(shí)際的、建筑設(shè)備工程的設(shè)計(jì)和專題研究，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用及深化所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能;培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決工程實(shí)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(jì)院工程師的指導(dǎo)下應(yīng)獨(dú)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(jì)，畢設(shè)的題目全部來源于設(shè)計(jì)院的實(shí)際工程。相對(duì)而言，畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及的工程類型更廣，學(xué)生受到的鍛煉更廣泛。

對(duì)某工程的暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容涉及：冷熱負(fù)荷的計(jì)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(jì)算、房間的氣流組織計(jì)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(jì)階段，是設(shè)計(jì)節(jié)能系統(tǒng)的前提。

1.確定冷熱負(fù)荷時(shí)的節(jié)能考慮。單純的冷熱負(fù)荷計(jì)算看似簡單，但學(xué)生在此階段應(yīng)該了解設(shè)計(jì)對(duì)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(duì)冷熱負(fù)荷的影響;遮陽對(duì)夏季空調(diào)負(fù)荷的影響;室內(nèi)設(shè)計(jì)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(jì)算溫度每降低1oC，能耗可較少5%～10%;在冷卻工況下，室內(nèi)計(jì)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(jì)算完成后，通過各負(fù)荷分項(xiàng)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(diǎn)，并通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來選擇并確定適合所設(shè)計(jì)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(jià)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(dòng)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(shí)，應(yīng)考慮建筑物的使用功能、建筑物本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)、負(fù)荷的特點(diǎn)，選擇合理的采暖及空調(diào)方式，達(dá)到運(yùn)行節(jié)能的目的。對(duì)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(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置排風(fēng)熱回收裝置。有條件時(shí)，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(jì)的節(jié)能考慮。風(fēng)管、水管系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)，相應(yīng)管路需設(shè)置保溫措施以防止冷、熱量的散失。對(duì)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(shí)，機(jī)組的COP值應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。然而，實(shí)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(yùn)行COP值不高這個(gè)問題的原因是多方面的。眾所周知，機(jī)組實(shí)際運(yùn)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(yùn)行時(shí)，其外部條件較滿負(fù)荷時(shí)優(yōu)越，環(huán)境溫度相對(duì)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(tái)容量及臺(tái)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(shí)，所選擇的機(jī)組不宜少于2臺(tái)。

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(shí)應(yīng)保證單臺(tái)鍋爐的容量確保在最大熱負(fù)荷和低谷負(fù)荷時(shí)都能高效運(yùn)行，以充分利用鍋爐產(chǎn)生的多重余熱，鍋爐臺(tái)數(shù)不宜少于2臺(tái)（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(jì)輸送能耗約占空調(diào)總能耗的20%，而實(shí)際運(yùn)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(huì)出現(xiàn)流量過大，導(dǎo)致電機(jī)超載。若長時(shí)間運(yùn)行，電機(jī)溫度升高，繞組絕緣層便會(huì)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(duì)于水泵選擇變頻技術(shù)固然有利于水泵運(yùn)行節(jié)能，但是，過小的流量會(huì)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(shí)間較長且運(yùn)行工況（風(fēng)量、風(fēng)壓）有較大變化時(shí)，應(yīng)考慮采用雙速或變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)。

通過上述各個(gè)設(shè)計(jì)過程對(duì)節(jié)能概念的灌輸，學(xué)生可實(shí)現(xiàn)從課本上介紹的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)到節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變。經(jīng)過課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)兩個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的鍛煉，在綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中各環(huán)節(jié)的節(jié)能設(shè)計(jì)有了一定程度的認(rèn)識(shí)，這將對(duì)其以后從事暖通空調(diào)實(shí)際工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行將會(huì)有較大的幫助，對(duì)一些節(jié)能概念和理論的理解也會(huì)隨著實(shí)際工作的逐步開展進(jìn)一步加深，為設(shè)計(jì)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(shí)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(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)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(jì)和運(yùn)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(shí)。本文從畢業(yè)設(shè)計(jì)和課程設(shè)計(jì)兩個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，探討了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的各個(gè)階段如何培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能意識(shí)、設(shè)計(jì)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)。

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