2021-4-9 | 建筑节能论文
作者：李炎锋 王慧琛 边江 徐聪聪 尹晨晨 单位：北京工业大学建筑工程学院
一、建筑环境与设备工程专业知识体系
按照住建部建筑环境与设备工程专业教学指导委员会的要求，该专业主干课程包括：工程热力学、传热学、流体力学、机械设计基础、建筑环境学、流体输配管网、热质交换原理与设备、供热工程、空气调节、通风与空气洁净技术、建筑给排水等。培养内容包括建筑热舒适环境技术、建筑自动化集成技术、建筑给排水技术、建筑节能设计理论的综合知识，要求学生具有进行工程设计、运行、施工、经营管理以及应用研究的能力。可以看出暖通专业的课程涵盖了空调系统的能源、输配环节、末段运行等各个环节。如果在专业教学中系统渗透国家的节能政策、标准和规范将是降低建筑能耗和保护环境非常重要的手段。在暖通专业的主干课程教学中以节能为导向，将不仅宣传了国家的相关政策、规范和标准，提高了建筑从业人员的业务能力和节能意识，而且他们走上工作岗位时也能学以致用，造福社会。
二、培养学生建筑节能观念的相关教学环节
建筑节能涉及很多专业领域，而暖通空调系统的节能也是一个系统工程，只有在建筑能源利用的各个环节，包括能源利用、能源输配、终端用能以及系统从设计到运行的全过程中贯彻节能的理念，才可能达到整体节能的效果。单纯追求局部环节的节能反而容易造成整个系统能耗加大。因此要加强学生在系统设计、设备选型、系统运行等阶段的建筑节能观念。
1.暖通空调系统设计环节（1）注重建筑维护结构的节能。暖通空调系统进行设计首要的环节是计算建筑物的负荷。建筑负荷中，通过围护结构传热产生的冷热负荷在空调负荷中占有很大的比重。建筑围护结构保温性能在建筑的节能中起着很重要的作用。采取遮阳、外保温、节能窗等措施提高围护结构的隔热性能，可以减小由室内外温差而引起的热量交换，从而有效减小空调冷热负荷，达到节能的目的。在该环节强调维护结构选择节能，要求学生严格按照国家和地区的节能标准进行维护结构设计。（2）注重室内环境参数的优化。室内环境设计在调室外计算参数为定值时，夏季空调室内空气计算温度和湿度越低，房间的计算冷负荷就越大，系统耗能也越大。通过研究证明，在不降低室内舒适度标准的前提下，合理组合室内空气设计参数可以收到明显的节能效果。有数据表明室内设计温度每提高1℃，空调系统将减少能耗约6%。此外，对于大型建筑采用分区设计技术，即分别计算不同区域的峰值负荷来进行各自区域的设备选型。另外，引入动态负荷分析的方法，利用Dest、DOE-2、EnergyPlus等进行建筑的能耗分析。该环节一定要求学生注意合理确定室内温、湿度，在保证舒适前提下尽量减少用能，另外，可以采用CFD技术进行建筑室内环境的气流组织分析，计算室内环境的PPD和PMV对室内环境设计进行指导。（3）注重合理利用可再生能源和自然通风。随着我国能源战略实施，我国加大了对太阳能利用的研究，因此，建筑设计中要采用太阳能与建筑一体化技术，建筑利用自然采光、自然通风、水源热泵、地源热泵技术减少对石化能源的使用，利用建筑蓄能实现建筑用电负荷的削峰填谷。
2.注重输配环节的系统能耗目前，建筑环境与设备工程专业比较重视维护结构、负荷和设备，而对介质输运环节的能耗问题没有引起足够的重视。空调系统中，空气与水通常是冷量载体。输送过程能耗包括：通过传热的冷量损失和输送过程的流动阻力损失。对于输送冷量的水系统或空气的管路系统，克服流动阻力的能量又转变为热量，导致冷量损失。一般系统设计输送能耗约占空调总能耗的20%，而实际运行能耗占到了空调总能耗的30%～40%。在系统中，经常遇到的问题是水泵选择扬程过大，造成“大马拉小车”，高扬程的泵用于低扬程场合，便会出现流量过大，导致电机超载。若长时间运行，电机温度升高，绕组绝缘层便会逐渐老化，甚至烧毁电机。因此该环节中，要重视变频系统的选用。风系统可以选用变风量空调系统，变风量系统在一般情况下，节能可达到50%；水系统采用变水量系统，从而避免冷、热抵消的能量损失，减少水路输送的能耗。
3.注重建筑设备系统选型的整体运行性能优化空调系统的能耗是由风系统和水系统的能耗组成的。在风系统中，风机的能耗占相当大的比例；而水系统中，节约水泵与冷水机组的能耗才是节能中最关键的措施。通常空调设备只能按照设计的额定工况运行，当系统的负荷降低时设备仍然按照额定功率全负荷输出运行，这就必然造成能量的浪费。如果使用变频技术使空调设备的输出功率随负荷的变化而变化，那么能起到良好的节能效果。例如采用变风量系统和变水量系统。在设备选型中，注意系统整体性节能考虑。在空调系统中，冷水机组的能耗是最大的。实际测试表明，冷水机组的COP随部分负荷的大小和机型的不同而变化。存在冷水机组在部分负荷下运行COP值不高这个问题的原因是多方面的。众所周知，机组实际运行性能系数COP是由机组内部因素和外部条件共同影响的，而通常在部分负荷下运行时，其外部条件较满负荷时优越，环境温度相对较低。在不考虑传热性能变化影响的情况下，可充分利用环境温度的降低来降低冷凝温度、缩小压缩机的高低压力差以改善系统性能系数，COP最大能提高20%。在冷冻水系统中，对于水泵选择变频技术固然有利于水泵运行节能，但是，过小的流量会造成制冷机效率的严重下降，而制冷机是系统的主要耗能设备，因此必须从整体上考虑系统的用能情况。在供暖系统中，严寒地区的燃油、燃气或燃煤锅炉选择时应保证单台锅炉的容量确保在最大热负荷和低谷负荷时都能高效运行，以充分利用锅炉产生的多重余热，锅炉台数不宜少于2台（除小型建筑）。锅炉的额定热效率燃煤、蒸汽热水锅炉不小于78%，燃油、燃气蒸汽热水炉额定热效率不小于89%。
三、在学生工程素质培养中注意贯彻建筑节能意识
工程素质是解决工程实际问题的意识，是工程人才知识储备和能力结构的综合表现，不仅要有比较扎实的工程基础理论和实践知识，而且需要见多识广，思维开阔，善于不同学科之间的渗透，从而具有创新思想，并且能付诸实施。高校工程素质的培养贯穿于整个学习过程。在工程素质培养中，主要从以下方面进行节能意识的培养：
1.要培养学生的独立的判断能力不能受某些生产厂家片面宣传的影响，也不能过分受业主的干扰，更不能以业主的某些不合理要求为借口来达到某些个人的目的，要具备起码的职业道德。例如对于严寒地区的公共建筑，不宜采用空气调节系统进行冬季采暖，而应设热水集中采暖系统，也不可以采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源。