在課程設計和畢業設計環節培養建環專業學生的建筑節能意識

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，建筑節能的要求日益迫切。建筑節能的核心是暖通空調系統的節能，而暖通空調系統的節能設計是其節能運行的基礎。作為培養暖通空調系統設計專業人才的建筑環境與能源應用工程專業，應從各教學環節培養學生的節能意識和節能觀念。本文從課程設計和畢業設計環節出發，探討了在系統設計過程的各個階段如何培養學生的節能意識、設計節能系統，為其將來從事建筑節能工作奠定基礎。

關鍵詞：建筑節能;建環專業;課程設計;畢業設計

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

一、引言

隨著城市化進程的加快和人民生活質量的改善，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、空調系統的能耗約占到建筑能耗的30%～50%。隨著人們對居住環境質量要求的不斷提升，該比例還有進一步加大的措施。如果不開始注重建筑節能設計，將直接加劇能源危機，同時也會間接帶來嚴重的環境問題[1，2]。

建筑節能是指在建筑物的規劃、設計、新建（改建、擴建）、改造和使用過程中，執行節能標準，采用節能型的技術、工藝、設備、材料和產品，提高保溫隔熱性能和采暖供熱、空調制冷制熱系統效率，加強建筑物用能系統的運行管理，利用可再生能源，在保證室內熱環境質量的前提下，減少供熱、空調制冷制熱、照明、熱水供應的能耗[3]。由于暖通空調系統是建筑耗能的大戶，對暖通空調系統的進行節能設計和節能運行就成為降低建筑能耗的關鍵，其中節能設計是系統能節能運行的基礎。

培養能從事建筑物采暖、空調、通風除塵、空氣凈化和燃氣應用等系統與設備以及相關的城市供熱、供燃氣系統與設備的設計、安裝調試與運行工作，具備建筑節能設計、建造、運行管理的基本理論與專業技能的專業技術人才是建筑環境與能源應用工程專業的人才培養目標之一[4]。作為培養暖通空調系統設計和運行專業人才的對口專業，建環專業在人才培養過程中應從各教學環節有意識地培養學生的節能概念和節能意識，以便為其將來從事建筑節能工作奠定基礎。

培養學生的建筑節能觀念可以通過相關專業課理論教學與實踐教學來實現。但相關理論課教學可能涉及的問題都是局部的，很難從系統整體入手揭示建筑節能本身的規律，而實踐教學中的課程設計和畢業設計環節為建筑節能整體觀念的培養提供了良好的教學平臺。

二、課程設計和畢業設計中節能概念的培養

我校建環專業的課程設計為綜合課程設計，非傳統意義上的完成單科的大作業。其目的在于培養學生將大學前期所學的與本學科相關的專業理論基礎知識和專業知識、工程設計方法和原則，綜合應用于實際工程設計的能力。其主要內容是每個同學獨立完成針對某城市辦公樓的建筑設備（通風、空調、供暖、鍋爐房、制冷、室內給排水、建筑控制系統）的工程設計。而畢業設計是在生產實習與綜合課程設計的基礎上，通過對完整的、實際的、建筑設備工程的設計和專題研究，培養學生綜合運用及深化所學基礎理論、專業知識和基本技能;培養學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練。學生在指導教師和設計院工程師的指導下應獨立完成供熱（含供暖）、通風（含除塵）、空調（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、小區給排水（含建筑消防）等建筑設備系統的工程設計，畢設的題目全部來源于設計院的實際工程。相對而言，畢業設計涉及的工程類型更廣，學生受到的鍛煉更廣泛。

對某工程的暖通空調系統進行設計，其設計的主要內容涉及：冷熱負荷的計算、空調采暖方案的確定、水系統與風系統的水力計算、房間的氣流組織計算、設備的選型、控制方案的確定等。如何將節能概念貫穿在各設計階段，是設計節能系統的前提。

1.確定冷熱負荷時的節能考慮。單純的冷熱負荷計算看似簡單，但學生在此階段應該了解設計對象圍護結構的熱工參數、體型系數、窗墻比等是否符合相關的節能標準;建筑物的朝向可能對冷熱負荷的影響;遮陽對夏季空調負荷的影響;室內設計參數取值的高低，與能耗的多少有密切關系。加熱工況下，室內計算溫度每降低1oC，能耗可較少5%～10%;在冷卻工況下，室內計算溫度每升高1oC，能耗可較少8%～10%。為了節約能源，學生在此階段應了解在保證室內人體舒適的前提下冬季應避免采用過高的室內溫度，夏季采用過低的室內溫度。負荷計算完成后，通過各負荷分項分析，提出節能的改進建議。

2.系統的方案確定階段的節能考慮。應考慮當地的資源、環境等因素以及建筑物的使用功能、結構特點，并通過技術經濟比較來選擇并確定適合所設計建筑物的空調系統方式、冷熱源方式、以及空調系統控制方式。

在冷熱源的方式選擇上，應根據建筑的規模、使用特征、結合當地的能源結構及價格政策、環保規定等盡可能地利用基于太陽能、地熱、廢熱等可再生能源或低品位能源驅動的冷熱源，減少電能的直接利用。

在選擇空調、采暖系統時，應考慮建筑物的使用功能、建筑物本身的結構特點、當地的氣候特點、負荷的特點，選擇合理的采暖及空調方式，達到運行節能的目的。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，應采用分層空調系統。空調系統有集中排風系統時，應考慮設置排風熱回收裝置。有條件時，可采用自然通風來消除建筑物內的余熱、余濕。

3.風管、水管系統、房間氣流組織設計的節能考慮。風管、水管系統設計時應考慮盡量減少阻力損失，在管路通過不需采暖或空調的房間或空間時，相應管路需設置保溫措施以防止冷、熱量的散失。對于復雜或高大空間的氣流組織，應盡可能借助于數值模擬來優化空調房間的送、回風方式，以達到優化節能的目的。

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

冷水機組的單臺容量及臺數的選擇應能適應空調負荷全年變化規律，滿足季節及部分負荷的要求，當空調負荷大于528kW時，所選擇的機組不宜少于2臺。

在供暖系統中，嚴寒地區的燃油、燃氣或燃煤鍋爐選擇時應保證單臺鍋爐的容量確保在最大熱負荷和低谷負荷時都能高效運行，以充分利用鍋爐產生的多重余熱，鍋爐臺數不宜少于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、燃氣蒸汽熱水爐額定熱效率不小于89%。

在空調系統中，一般系統設計輸送能耗約占空調總能耗的20%，而實際運行能耗占到了空調總能耗的30%～40%。在系統中，經常遇到的問題是水泵選擇揚程過大，造成“大馬拉小車”，高揚程的泵用于低揚程場合，便會出現流量過大，導致電機超載。若長時間運行，電機溫度升高，繞組絕緣層便會逐漸老化，甚至燒毀電機。因此該環節中，要重視變頻系統的選用。但也應注意到在冷凍水系統中，對于水泵選擇變頻技術固然有利于水泵運行節能，但是，過小的流量會造成制冷機效率的嚴重下降，而制冷機是系統的主要耗能設備，因此必須從整體上考慮系統的用能情況。

當通風系統使用時間較長且運行工況（風量、風壓）有較大變化時，應考慮采用雙速或變頻調速風機。

通過上述各個設計過程對節能概念的灌輸，學生可實現從課本上介紹的常規空調系統設計到節能空調系統設計的轉變。經過課程設計和畢業設計兩個設計環節的鍛煉，在綜合運用所學專業知識的基礎上，學生對暖通空調系統設計過程中各環節的節能設計有了一定程度的認識，這將對其以后從事暖通空調實際工程的設計和運行將會有較大的幫助，對一些節能概念和理論的理解也會隨著實際工作的逐步開展進一步加深，為設計更好、更節能的空調系統奠定基礎。

三、結論

隨著建筑耗能量的逐年提高，實施建筑節能已刻不容緩。建筑節能中的關鍵是暖通空調系統的節能，對暖通空調系統的節能設計是降低其能耗的基礎。作為培養暖通空調系統設計和運行專業技術人員的建環專業，應從各教學環節注重培養學生的節能觀念和節能意識。本文從畢業設計和課程設計兩個環節出發，探討了在系統設計過程的各個階段如何培養學生的節能意識、設計節能系統，以便為其將來從事建筑節能工作奠定基礎。

參考文獻：

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

[2]余曉平.建筑節能科學觀的構建與應用研究[D].重慶大學博士論文，2011.

[3]付祥釗，肖益民.建筑節能原理與技術[M].重慶大學出版社，2008.

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