建筑環境和設備工程節能設計探討

文／王蕭博 浙江華藝建筑設計有限公司 浙江杭州 310014

應杰 浙江華藝建筑設計有限公司 浙江杭州 310014

余玲玲 浙江華藝建筑設計有限公司 浙江杭州 310014

引言：

隨著全球對可持續發展和綠色建筑的關注度不斷提高，建筑環境和設備工程節能設計已成為建筑領域重要研究方向。建筑環境和設備工程的節能設計是實現綠色建筑和可持續發展的重要手段，對于提高建筑使用效率、減少能源消耗、降低環境污染具有重要意義。建筑環境設備工程的節能設計可以通過優化空調、照明、電梯等設備的選用和運行方式來實現。本文旨在探討建筑環境和設備工程節能設計的理論和實踐，以期為推動節能技術在建筑領域的更廣泛應用和發展提供參考，共同推進建筑環境和設備工程的節能設計發展。

1.建筑環境與設備工程概述

建筑環境和設備工程是建筑領域兩個重要組成部分，建筑環境是指建筑物內部和外部環境，包括空氣、光照、聲音、色彩等，良好的建筑環境可以提供舒適的室內氣候、充足的自然光線和聲音屏障等，從而提高人們的生活品質和工作效率。建筑環境也直接影響到建筑物的能源消耗和環境影響。例如，建筑物內部的溫度和濕度需要得到適當的控制，以減少能源消耗和環境污染。設備工程是為建筑物提供必要功能的系統，如供暖、通風、空調、照明、電梯、動力系統等。設備系統的設計、選型和運行直接影響到建筑物的能源消耗和環境影響。例如，供暖系統和空調系統需要消耗大量的能源，如果設備選型不當或運行管理不善，就會導致能源浪費和環境污染。因此，設備工程的設計和運維管理需要充分考慮節能和環保問題。建筑環境和設備工程是相互聯系、相互影響的，為實現綠色建筑和可持續發展目標，需要進一步探討建筑環境和設備工程的節能問題，從而提高建筑物的高品質和低效能。

2.建筑環境設計原則

2.1 環保性

建筑環境的環保性設計是建筑領域發展的重要趨勢，在建筑設計過程中，要貫徹以節能、減排、降耗為設計目標，以提高建筑物的整體環保性能。

首先，建筑設計需遵循整體環境優化原則，將環保理念融入總體規劃中，在滿足建筑物功能的同時，注重減少對周圍環境的影響。其次，要采取有效措施減少建筑過程中的能耗。例如，優化建筑物的熱工性能，選用高效節能的建筑材料和設備，利用可再生能源等。此外，要盡量減少建筑廢棄物的產生，提高建筑材料的循環利用率，以降低對自然環境的影響。另外，還需關注室內環境的健康性，要考慮建筑材料和設備的毒性，避免使用對人體有害的化學物質。合理設計建筑通風和采光系統，提高室內空氣質量，減少因空氣污染對人體造成的影響。

2.2 經濟性

環境工程設計還需要注重工程的經濟性，只注重社會效益而忽視經濟效益只會使環境工程建筑行業陷入畸形的發展態勢。建筑環境設計過程中不僅要對工程的環境影響進行評估，還應對經濟成本進行評估，將兩種評估數據進行對比分析，進而提出相對經濟有效的解決方案，既要注重環境工程的生態價值，也要保證環境工程的經濟效益，盡量減少環境優化與工程造價的矛盾，努力實現經濟效益和社會效益的有機統一。

2.3 社會性

建筑環境設備節能設計中，除了要關注其功能、效率等基本問題外，還需要從社會層面來考慮其設計原則。社會性原則是建筑設備節能設計的基本原則之一，它強調建筑設備在使用過程中對社會的影響，設計應該考慮不同社會群體的需求和利益，以實現社會公正和公平。社會性原則要求建筑設備節能設計應該考慮到人的需求和行為習慣，建筑設備節能設計應該符合人體工學和人體健康的要求，以滿足不同使用者的需求[1]。例如，在空調系統的設計中，應該考慮到不同空間和時間的使用特點，根據使用者的行為習慣進行合理的設計和調節。社會性原則要求建筑設備節能設計應該考慮到社會文化和價值觀的影響，設計應考慮當地的社會文化傳統和價值觀念，以設計符合當地使用習慣和文化特點的建筑設備，以滿足不同社會群體的需求和期望。

2.4 因地制宜

在建筑設備節能設計過程中，要提前做好調查工作，了解當地具體天氣環境等自然條件。在對當地有正確了解基礎上，才能保證綠色建筑設計跟上時代發展趨勢，滿足當地人民對于建筑的需求，從根本上實現綠色建筑的節能環保功能。例如，在南方地區的綠色建筑設計中，會進行墻體隔熱設計、遮陽設計，北方地區的綠色建筑需要進行供暖設計，提升煤炭等能源利用率，地域不同、氣候條件不同，建筑設備節能設計也不同，設計要始終遵循因地制宜的原則。

2.5 高效節能

建筑設備高效節能是建筑設計的重要原則，設計應關注能源的利用、輸送和分配，以實現建筑設備的低能耗、高效率和可持續發展。首先，應遵循整體優化原則，設計需要從全局角度出發，綜合考慮建筑、設備、材料、工藝等多個方面，制定合理的設計方案，實現整體最優的能耗設計方案。其次，應注重能源的回收和再利用，應盡可能采用可再生能源和余熱回收技術，如太陽能、地源熱泵、水源熱泵等，以減少能源的浪費和排放，采用高效設備和系統，加強能源的再利用，如熱能回收、冷凝水回收等。再次，應考慮設備的能效比和運行成本，設計不僅要考慮設備的初始投資成本，還要考慮設備的運維成本和能效比，在選擇設備時，應選用具有高能效比、低能耗、低噪音的設備，同時應考慮設備的可維護性和可靠性，以降低運行成本。通過以上措施的實施，可以實現建筑設備的低能耗、高效率和可持續發展。

3.設備工程節能設計對建筑環境的影響

3.1 提升室內空氣質量

建筑設備和系統的節能設計對提升室內空氣質量有著重要的影響。首先，節能設備的使用可以減少能源消耗，減少對環境的影響，這些設備在生產過程中使用的材料也可以減少對自然資源的依賴，從而降低對環境的影響。其次，節能設備的使用可以減少室內空氣污染，傳統空調、供暖等設備在使用過程中會產生一定的噪音、振動和電磁輻射等污染，而現代的節能設備則可以有效地減少這些污染物質，節能設備還可以通過采用新型的空氣凈化技術進一步改善室內空氣質量。再次，節能設備的合理使用可以改善室內空氣的溫度和濕度，從而營造一個更加舒適的生活工作環境，合理的節能設備使用可以有效地抑制室內細菌、病毒等的滋生，從而進一步提高室內空氣質量。建筑設備工程節能設計通過減少能源消耗、降低室內空氣污染、改善室內環境等方式，營造一個更加健康、舒適的生活環境。

3.2 減少對環境的破壞

設備工程節能設計是減少對環境影響的的重要途徑之一，隨著全球能源的逐漸短缺和環境問題的日益嚴重，節能減排已經成為社會各界的共識。設備工程作為能源消耗和環境污染的主要領域之一，其節能設計的重要性不言而喻。

設備工程節能設計的影響因素非常復雜，包括設備自身的性能、設計參數、維護情況等。其中，設備的性能是節能設計的基礎，包括設備的能源利用效率、耗能情況等；設計參數則是節能設計的關鍵，包括設備的功率、電流、電壓等；維護情況則是節能設計的保障，包括設備的保養、維修、更新等。設備工程節能設計需要遵循一定的原則，包括合理選型、優化設計、先進技術、可持續發展等。合理選型是指根據實際需要選擇合適的設備型號和規格，避免浪費和過度消耗；優化設計是指對設備進行優化改進，提高設備的能源利用效率和性能；先進技術是指積極引進和采用先進的節能技術和設備，提高設備的節能水平。

設備工程節能設計非常廣泛，包括空調系統、照明系統、動力系統等多個方面。例如，在空調系統中，采用智能控制系統和變頻技術可以提高設備的能源利用效率和舒適度；在照明系統中，采用高效照明器具和自動控制系統可以減少能源消耗和光污染；在動力系統中，采用永磁同步電機、液壓節能器等先進技術和設備可以提高設備的運行效率和穩定性。設備工程節能設計減少對環境的影響具有重要意義。通過采取合理的節能措施和技術手段，可以降低設備的能源消耗和環境污染，同時提高設備的性能和穩定性。

4.建筑環境與設備工程節能設計優化建議

4.1 使用綠色環保原材料和設施

在工程建設過程中，原材料和設備的使用直接影響工程質量，也影響建筑物的節能環保水平。傳統建筑設備使用的許多原材料可能會造成嚴重的環境污染。例如，聚氨酯泡沫是一些地區供暖管道保溫加固工程施工中使用的隔熱材料。這種物質可能在空氣中揮發，造成環境污染，且難以降解，對節能減排的整體工作產生負面影響。目前，一些建筑公司已經開始使用植物纖維或紙纖維絕緣材料進行工程施工。這些材料可以有效提高施工過程中的環境效率，避免化學原料的揮發，保證人體健康，并在使用壽命結束后實現有效降解，減少環境污染和破壞，有效提高施工設備工程施工的節能水平。

此外，出于節約設備投資成本的愿望，經常選用排水量大、能耗嚴重的設備和設施，造成高能耗損失。運維階段管理人員應詳細研究設備能耗趨勢，及時保養維護和更新，有效減少設備對環境的破壞。

4.2 空調系統節能設計要點

空調系統應在熱回收設計方面給予足夠重視，蒸發器、冷凝器和壓縮機是空調系統的重要組成部分，其基本功能及作用就是制冷和制熱，對建筑室內溫度進行優化，提高室內溫度的適宜性。在空調系統運行期間會產生一定量的熱水，這些熱水會通過水孔流出。若未及時進行該部分熱量的回收，便很容易會導致一些資源被浪費[2]。通常來說，建筑內部空調系統的能量回收利用具有可行性和便捷性，主要是因為中央空調系統在建筑內部擁有比較完善的回路，能夠對含熱量廢水進行有效利用。現階段所開展的建筑工程建設中通常會加強熱交換器及熱泵等設備的使用，這樣便能夠更為高效地開展余熱回收工作。或者是使用低能耗變頻空調設備，實現建筑能耗的節約。針對空調變頻技術而言，其屬于當前時代背景下一種比較先進的節能技術。現階段的電氣設備節能，其還擁有比較清晰的等級劃分，也就是一級能效到五級能效。各能效等級的空調設備的價格之間也存在相應差異。在當前的建筑空調系統設計工作中，還應優先使用一級能效等級空調設備。該能效等級設備有著良好的節能效果，雖然價格相對較高，但伴隨著建筑空調系統的長期運行，其所節約的成本要更為可觀。

4.3 加強建筑物熱環境優化

建筑環境、建筑設備節能效果與熱環境之間存在著密不可分的聯系，在開展設計工作前，需要對建筑物的用途、建筑室內結構及熱環境情況有一個充分的了解與把握。基于建筑外部環境角度而言，如果建筑所處地區的天氣條件溫度過高或過低，都會給室內的溫度調控帶來較大影響，進而決定了建筑節能設計效果。基于建筑內部環境角度來說，建筑類型的不同，其應用功能之間也存在相應差異，常規的居民住宅在使用期間僅需做好空氣溫度、濕度及潔凈度的調節即可，但如果是生產車間，其對室內環境狀況的要求比較嚴格，通常會依據具體的生產特點及需求落實針對性措施，從而對室內狀況進行有效調節和控制，例如冷藏室、實驗室等。所以，實際所開展的建筑環境及工程設備的節能設計工作，設計人員應預先做好建筑內部和外部熱環境的研究，了解此方面信息，能夠為之后相關工作的高效開展奠定堅實基礎。

4.4 照明和配電系統節能設計優化

設計人應綜合性考慮建筑功能定位和品質定位，圍繞照明系統和照明設備展開針對性優化，在確保照明系統功能正常發揮的前提下，最大程度提高其節能效果。例如，針對常規民用建筑所開展的照明與配電系統設計，僅需滿足照明系統基礎的實用性需求即可，在沒有專門要求的情況下，無需對照明系統的裝飾性進行過多考慮。而對于商業化娛樂場所或游樂場所的設計，其不僅需要滿足最具基礎性的照明需求，還應注重對裝飾效果的提高，這些為現代化建筑照明系統設計的原則和要求。其次，設計人員還應做好變配電系統的設計，通過采用針對性設計手段，提高變配電系統設計的合理性[3]。對于建筑物的內部和外部電力供應來說，其實現主要是依靠變配電設備的支持。設計人員對于變配電設備開展的設計工作，還應對供電區域平面布置狀況進行專門考慮，對變配電設備節能性和輸配電線路合理性有一個相應的了解，應優先使用能耗相對較低的設備，并且有目的性地降低輸配電線路長度，提高此方面的節能設計效果。另外，設計人員還應加強具備節能特征照明設備的使用，現階段LED 燈具作為典型的節能型照明設備，對其應用較為廣泛，基于同等功率條件，LED 燈具的照明效果更為良好。

4.5 節能建筑設計

要實現設備工程的節能，首先要做好建筑的被動節能，在建筑設計時，合理設計設計建筑朝向、門窗、戶型、圍護、光伏一體化等方面，在通風、采光、取暖等方面較大程度地使用自然資源，降低這些活動對電氣的需求。而后再做好電氣工程的節能設計，在進行設計時要遵循以下原則：實際需求性原則，建筑電氣是為了滿足人們日常工作生活，能達到需求即可，無需過度浪費；經濟環保原則，市場上節能電氣設備很多，價格也不一而足，在根據業主方的具體要求，合理地選擇和應用節能技術或設備，避免資金浪費，同時還要考慮施工的難易程度，在此基礎上較大程度地選擇低能耗的電氣設備；便捷、高效的設備系統運行維護原則，自動化和智能化技術在電氣工程中廣泛應用，但也有一些因設計或技術問題，運行維護非常繁瑣，設計時也要注意。科學選擇節能玻璃將綠色節能技術應用于門窗幕墻的整體設計中，能夠使得門窗幕墻在導熱性能方面進一步降低，降低其導熱性能通常是在中空玻璃中借助密封技術將惰性氣體加入其中。最常見的兩種玻璃處理技術分別是中空玻璃和低輻射鍍膜玻璃，這種節能玻璃在具體應用中主要有隔熱和保溫的效果，一般情況下，節能玻璃的熱傳和遮陽系數并不會產生巨大的變化，因此，在對門窗幕墻設計或者施工的過程中要想滿足溫度和采光等需求，就需要科學選取節能玻璃[4]。

4.6 建筑溫度濕度控制

建筑環境的舒適性由局部溫度、相對濕度、風速和周圍輻射溫度決定，其中最重要的因素就是溫度，因此提高人體舒適度，需根據舒適區現有范圍對這些被動設計策略進行調整，同時使用主動設計策略改善熱舒適性。考慮到我國幅員遼闊，經緯度跨度大，各地氣候條件差異很大，被動策略在這些地區具有不同的適用性。對于馬鞍山，地處蘇皖交界，屬于典型的亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明，氣候溫暖濕潤，一般情況下室外溫度就可以滿足居住需要。因此，這類地區可以通過增加通風窗口、設計開間和落地窗等方式，使室內溫度盡可能的與外界保持一致，同時又規避掉梅雨、臺風等可能帶來的氣候災害。保障在改善熱舒適性和降低能耗的過程中，提高熱質量效應和夜間凈化通風，以達到整體節能概念。由于能源種類非常豐富，而煤炭資源是日常生活中非常重要的生活燃料之一，在我國整個能源結構中占據關鍵地位，而燃燒煤炭期間產生的有害物質不僅會增加煤氣中毒幾率，還會導致許多有害物質漂浮在空氣中。就算目前我國的能源構造大致已經成型，也不會在短時間內出現實質性變化，而要想從根本上解決大氣污染問題，還需要強化能源結構，用綠色環保能源替代不可再生能源。并且優化能源結構也成為了解決大氣污染問題的關鍵方式，對太陽能、風能等清潔能源進行開發利用，減少煤炭使用量，進一步發展綠色能源。

結語：

節能設計是當前能源和環境問題日益嚴重的背景下非常重要的領域，建筑環境與設備工程節能設計是建筑設計的重要組成部分。設備工程中需要使用大量的能源和資源，設備節能設計需要從設備的選擇、設計、運行、維護等方面入手，通過采用先進的節能技術和設備，優化設備運行和維護管理，提高設備的能源利用效率，減少能源消耗和環境污染，提高人們的生活質量和建筑的使用性能。未來需要進一步推廣和應用節能設計理念和技術手段，促進可持續發展的實現。