建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的控制方法

嚴(yán)生斌

摘 要：我國建筑用能已經(jīng)超過全國能源消費(fèi)總量的1/4，隨著人民生活水平的提高將逐步增加到1/3以上。建筑用能數(shù)量巨大，浪費(fèi)嚴(yán)重。針對我們國家的能源形勢，國家組織相關(guān)單位編制了節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，以法律法規(guī)的形式指導(dǎo)實(shí)際設(shè)計(jì)工作。通過改善建筑的熱工性能、提高暖通空調(diào)系統(tǒng)的能源利用效率，以期從根本上扭轉(zhuǎn)建筑用能嚴(yán)重浪費(fèi)情況。

關(guān)鍵詞：智能建筑；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；方案優(yōu)化

1 前言

建筑與設(shè)備專業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作在智能建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中扮演核心技術(shù)應(yīng)用的角色，涉及到與建筑設(shè)計(jì)相關(guān)的各個專業(yè)。要求設(shè)計(jì)人員的專業(yè)技術(shù)素質(zhì)應(yīng)同時具備優(yōu)化設(shè)計(jì)方案工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)、精準(zhǔn)設(shè)計(jì)文件編制與計(jì)算能力、工程造價文件編制經(jīng)驗(yàn)，以期將豐富的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)融會提煉，最終以綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算書及施工圖紙交付建設(shè)方做為項(xiàng)目實(shí)施依據(jù)。

2 建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)方法與控制要素

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)法律法規(guī)的推出給建筑建材生產(chǎn)制造領(lǐng)域帶來新課題，建材生產(chǎn)制造行業(yè)產(chǎn)生大量新技術(shù)、新專利。新科技的應(yīng)用將主要目標(biāo)放在生產(chǎn)熱工性能好，保溫性能好的建筑材料。

國內(nèi)有若干計(jì)算機(jī)軟件生產(chǎn)單位根據(jù)節(jié)能規(guī)范編制出輔助節(jié)能計(jì)算的軟件，進(jìn)一步協(xié)助設(shè)計(jì)者進(jìn)行精確計(jì)算并提高計(jì)算效率。對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)計(jì)算算法應(yīng)用熱工傳熱計(jì)算原理，可以對建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行能耗分析計(jì)算，并與參照建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行能耗對比，用對比結(jié)果指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)專業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。

若使圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)往往需要通過權(quán)衡計(jì)算，使其綜合能耗指標(biāo)小于參照建筑。

建筑熱工計(jì)算應(yīng)與地區(qū)氣候相對應(yīng)，國家節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)全國建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)對各地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)提出限值，并對寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)外窗及玻璃幕墻的遮陽系數(shù)提出限值，對不同地區(qū)地面和地下室外墻的熱阻提出限定值。各行政地區(qū)根據(jù)自身情況在國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定出更為嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)。我們可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求和具有相互嵌套關(guān)系的圍護(hù)結(jié)構(gòu)限值要求對建筑物進(jìn)行綜合能耗分析與權(quán)衡計(jì)算。

值得一提的是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)是節(jié)能計(jì)算的主要控制指標(biāo)，除窗以外的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)均是由多層建筑材料組成，其形成的結(jié)構(gòu)體的傳熱系數(shù)要求先根據(jù)各自材料層的導(dǎo)熱系數(shù)和設(shè)計(jì)厚度計(jì)算出其熱阻值，并繼而得出綜合結(jié)構(gòu)體的傳熱系數(shù)。因此，我們可以通過調(diào)整綜合圍護(hù)結(jié)構(gòu)中不同材料層的品種、厚度、規(guī)格等物理參數(shù)繼而對整體傳熱系數(shù)得出理想計(jì)算值，這是建筑設(shè)計(jì)者在既定經(jīng)濟(jì)指標(biāo)約束下進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)的主要指導(dǎo)方法。

經(jīng)驗(yàn)告訴我們盡可能選用導(dǎo)熱系數(shù)小的建筑材料，比如保溫材料，普通聚苯板和擠塑聚苯板是很多建筑外墻設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)首選的組成材料層，因其導(dǎo)熱系數(shù)值很低，調(diào)整其使用厚度將對綜合結(jié)構(gòu)體的傳熱系數(shù)產(chǎn)生顯著影響。也有對主要結(jié)構(gòu)層材料進(jìn)行優(yōu)選，比如選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的砌體材料，選擇適當(dāng)?shù)暮穸?，使綜合結(jié)構(gòu)體傳熱系數(shù)達(dá)標(biāo)。

3 建筑物暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)要素

暖通專業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)在建筑專業(yè)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)確定之后開始進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，要求對建筑物進(jìn)行熱負(fù)荷和逐項(xiàng)逐時的冷負(fù)荷計(jì)算。負(fù)荷計(jì)算錄入的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)應(yīng)與建筑節(jié)能設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果所確定的圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型、熱工參數(shù)完全吻合。負(fù)荷計(jì)算要求對建筑物各使用功能房間進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，負(fù)荷計(jì)算直接影響到暖通設(shè)備的選擇，直接影響建筑物初投資水平，并對建筑物投入使用后產(chǎn)生的運(yùn)行費(fèi)用形成長期影響。

負(fù)荷計(jì)算中我們值得一提的是夏季空調(diào)冷負(fù)荷的計(jì)算與建筑外窗的關(guān)系。這時我們又會提及建筑外窗的設(shè)計(jì)和選型，外窗的傳熱系數(shù)已經(jīng)經(jīng)過節(jié)能規(guī)范的限制，其傳熱形成的負(fù)荷對房間負(fù)荷計(jì)算結(jié)果的影響同墻體一樣，不會太明顯。但是窗的面積以及玻璃的物理、化學(xué)性能直接影響可見光的直射面積、照度等，將給冷負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果帶來較大的變化，是形成空調(diào)冷負(fù)荷的主要部分。設(shè)備選型和水力計(jì)算的基礎(chǔ)依據(jù)是冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果。因此，外窗的選擇以及其面積的確定是決定空調(diào)設(shè)備容量的主要因素。

我們強(qiáng)調(diào)應(yīng)該認(rèn)真進(jìn)行暖通空調(diào)專業(yè)的水力計(jì)算工作。節(jié)能規(guī)范推出后，設(shè)計(jì)圖紙審查機(jī)構(gòu)已經(jīng)要求設(shè)計(jì)單位提供準(zhǔn)確的負(fù)荷計(jì)算書與水力計(jì)算書。水力計(jì)算的基礎(chǔ)依據(jù)是現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，計(jì)算結(jié)果用于系統(tǒng)設(shè)備選型、媒介輸送管道的尺寸、規(guī)格確定。其作用力很明顯直接影響建筑初投資，但是良好的水力計(jì)算將有效的作用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的良性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算完成后，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行暖通空調(diào)方案的設(shè)計(jì)，包括冷熱源的確定、系統(tǒng)空調(diào)方式的設(shè)計(jì)等，節(jié)能規(guī)范對空調(diào)與采暖系統(tǒng)的冷熱源要求了性能系數(shù)，對設(shè)備的出力提出要求，以保證能源使用效率。

節(jié)能規(guī)范規(guī)定集中采暖系統(tǒng)應(yīng)采用熱水作為熱媒，對于集中采暖系統(tǒng)，管路宜按南北分環(huán)的原則進(jìn)行布置并分別設(shè)置室溫調(diào)控裝置：系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以較好的依規(guī)范要求實(shí)現(xiàn)，室溫調(diào)控裝置應(yīng)與建筑物供暖分戶計(jì)量設(shè)計(jì)協(xié)同完成采暖系統(tǒng)的節(jié)能，分戶計(jì)量在我國北方大部地區(qū)已經(jīng)開展多年，但實(shí)施難度大，效果不明顯。實(shí)行分戶計(jì)量后才能真正實(shí)現(xiàn)按需供熱，大幅節(jié)約能源消耗。

4 建筑物暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制設(shè)計(jì)與科學(xué)運(yùn)行管理

我們談一下暖通空調(diào)系統(tǒng)中自動化控制設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理，主要講建筑物暖通空調(diào)系統(tǒng)自動控制思想。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的自動控制是根據(jù)建筑物中各空調(diào)區(qū)域的實(shí)時負(fù)荷需求來進(jìn)行冷熱量供給的實(shí)時調(diào)節(jié)，提高能源的利用率和輸配系統(tǒng)的效率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。智能建筑的空調(diào)自動控制使整個空調(diào)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)處于動態(tài)平衡的調(diào)節(jié)下。

對水冷冷水機(jī)組：①、應(yīng)對冷水機(jī)組供水進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)，根據(jù)建筑物實(shí)時負(fù)荷需求進(jìn)行供水溫度的調(diào)節(jié)，從而減少能源消耗。②、對末端供水系統(tǒng)進(jìn)行量調(diào)節(jié)，對末端功能房間空調(diào)需求進(jìn)行流量供給調(diào)節(jié)。③、對冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行量調(diào)節(jié)，冷卻水系統(tǒng)流量大，系統(tǒng)電耗巨大，必須根據(jù)冷卻負(fù)荷調(diào)節(jié)冷卻水流量。

對風(fēng)冷冷水機(jī)組：因節(jié)省了冷卻水系統(tǒng)，所以機(jī)組節(jié)能應(yīng)在蒸發(fā)環(huán)節(jié)采取措施，比如選用模塊機(jī)組、或者機(jī)組壓縮機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)節(jié)等。末端系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)同水冷冷水機(jī)組對空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)：根據(jù)室內(nèi)CO2的監(jiān)測濃度調(diào)節(jié)新風(fēng)比，并使新風(fēng)系統(tǒng)有效利用室外空氣中的焓值；對全空氣系統(tǒng)的送排風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。

5 結(jié)束語

建筑物的運(yùn)行管理應(yīng)制定針對自身實(shí)際情況的能源使用政策，杜絕浪費(fèi)。運(yùn)行管理者首先應(yīng)有節(jié)約意識，其專業(yè)知識面應(yīng)有廣度，比如，通風(fēng)空調(diào)技術(shù)工作者應(yīng)該具備基礎(chǔ)的電氣理論知識和一定的動手能力，在對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時就可以進(jìn)行綜合全面的保養(yǎng)和維護(hù)。管理者應(yīng)根據(jù)暖通空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)制定針對性強(qiáng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測表格，監(jiān)測各空調(diào)使用地點(diǎn)的空調(diào)參數(shù)、監(jiān)測空調(diào)系統(tǒng)各類型設(shè)備運(yùn)行工況、制定能源消耗記錄表格等，從一系列運(yùn)行監(jiān)測記錄中表格中找到暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，分析能源消耗與變化的過程，以制定節(jié)能措施。