在课程设计和毕业设计环节培养建环专业学生的建筑节能意识

李俊梅 孙育英 简毅文 李炎锋

摘要：随着建筑能耗的逐年增加，建筑节能的要求日益迫切。建筑节能的核心是暖通空调系统的节能，而暖通空调系统的节能设计是其节能运行的基础。作为培养暖通空调系统设计专业人才的建筑环境与能源应用工程专业，应从各教学环节培养学生的节能意识和节能观念。本文从课程设计和毕业设计环节出发，探讨了在系统设计过程的各个阶段如何培养学生的节能意识、设计节能系统，为其将来从事建筑节能工作奠定基础。

关键词：建筑节能;建环专业;课程设计;毕业设计

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）05-0069-02

一、引言

随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从上世纪70年代末的10%，上升到27.45%，逐渐接近三成。这其中用于供暖、通风、空调系统的能耗约占到建筑能耗的30%～50%。随着人们对居住环境质量要求的不断提升，该比例还有进一步加大的措施。如果不开始注重建筑节能设计，将直接加剧能源危机，同时也会间接带来严重的环境问题[1，2]。

建筑节能是指在建筑物的规划、设计、新建（改建、扩建）、改造和使用过程中，执行节能标准，采用节能型的技术、工艺、设备、材料和产品，提高保温隔热性能和采暖供热、空调制冷制热系统效率，加强建筑物用能系统的运行管理，利用可再生能源，在保证室内热环境质量的前提下，减少供热、空调制冷制热、照明、热水供应的能耗[3]。由于暖通空调系统是建筑耗能的大户，对暖通空调系统的进行节能设计和节能运行就成为降低建筑能耗的关键，其中节能设计是系统能节能运行的基础。

培养能从事建筑物采暖、空调、通风除尘、空气净化和燃气应用等系统与设备以及相关的城市供热、供燃气系统与设备的设计、安装调试与运行工作，具备建筑节能设计、建造、运行管理的基本理论与专业技能的专业技术人才是建筑环境与能源应用工程专业的人才培养目标之一[4]。作为培养暖通空调系统设计和运行专业人才的对口专业，建环专业在人才培养过程中应从各教学环节有意识地培养学生的节能概念和节能意识，以便为其将来从事建筑节能工作奠定基础。

培养学生的建筑节能观念可以通过相关专业课理论教学与实践教学来实现。但相关理论课教学可能涉及的问题都是局部的，很难从系统整体入手揭示建筑节能本身的规律，而实践教学中的课程设计和毕业设计环节为建筑节能整体观念的培养提供了良好的教学平台。

二、課程设计和毕业设计中节能概念的培养

我校建环专业的课程设计为综合课程设计，非传统意义上的完成单科的大作业。其目的在于培养学生将大学前期所学的与本学科相关的专业理论基础知识和专业知识、工程设计方法和原则，综合应用于实际工程设计的能力。其主要内容是每个同学独立完成针对某城市办公楼的建筑设备（通风、空调、供暖、锅炉房、制冷、室内给排水、建筑控制系统）的工程设计。而毕业设计是在生产实习与综合课程设计的基础上，通过对完整的、实际的、建筑设备工程的设计和专题研究，培养学生综合运用及深化所学基础理论、专业知识和基本技能;培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力，并且受到工程师的基本训练。学生在指导教师和设计院工程师的指导下应独立完成供热（含供暖）、通风（含除尘）、空调（含净化）、制冷（含中、小型冷库）、中小型供热锅炉房（含热力站）工艺、小区给排水（含建筑消防）等建筑设备系统的工程设计，毕设的题目全部来源于设计院的实际工程。相对而言，毕业设计涉及的工程类型更广，学生受到的锻炼更广泛。

对某工程的暖通空调系统进行设计，其设计的主要内容涉及：冷热负荷的计算、空调采暖方案的确定、水系统与风系统的水力计算、房间的气流组织计算、设备的选型、控制方案的确定等。如何将节能概念贯穿在各设计阶段，是设计节能系统的前提。

1.确定冷热负荷时的节能考虑。单纯的冷热负荷计算看似简单，但学生在此阶段应该了解设计对象围护结构的热工参数、体型系数、窗墙比等是否符合相关的节能标准;建筑物的朝向可能对冷热负荷的影响;遮阳对夏季空调负荷的影响;室内设计参数取值的高低，与能耗的多少有密切关系。加热工况下，室内计算温度每降低1oC，能耗可较少5%～10%;在冷却工况下，室内计算温度每升高1oC，能耗可较少8%～10%。为了节约能源，学生在此阶段应了解在保证室内人体舒适的前提下冬季应避免采用过高的室内温度，夏季采用过低的室内温度。负荷计算完成后，通过各负荷分项分析，提出节能的改进建议。

2.系统的方案确定阶段的节能考虑。应考虑当地的资源、环境等因素以及建筑物的使用功能、结构特点，并通过技术经济比较来选择并确定适合所设计建筑物的空调系统方式、冷热源方式、以及空调系统控制方式。

在冷热源的方式选择上，应根据建筑的规模、使用特征、结合当地的能源结构及价格政策、环保规定等尽可能地利用基于太阳能、地热、废热等可再生能源或低品位能源驱动的冷热源，减少电能的直接利用。

在选择空调、采暖系统时，应考虑建筑物的使用功能、建筑物本身的结构特点、当地的气候特点、负荷的特点，选择合理的采暖及空调方式，达到运行节能的目的。对于公共建筑的高大空间的采暖，尽可能采用辐射供暖的方式。建筑高度大于或等于10m，体积大于10000m3的高大空间建筑，应采用分层空调系统。空调系统有集中排风系统时，应考虑设置排风热回收装置。有条件时，可采用自然通风来消除建筑物内的余热、余湿。

3.风管、水管系统、房间气流组织设计的节能考虑。风管、水管系统设计时应考虑尽量减少阻力损失，在管路通过不需采暖或空调的房间或空间时，相应管路需设置保温措施以防止冷、热量的散失。对于复杂或高大空间的气流组织，应尽可能借助于数值模拟来优化空调房间的送、回风方式，以达到优化节能的目的。

4.设备选型的节能考虑。在空调系统中，冷水机组的能耗是最大的。选择冷水机组时，机组的COP值应满足标准的要求。然而，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%。

冷水机组的单台容量及台数的选择应能适应空调负荷全年变化规律，满足季节及部分负荷的要求，当空调负荷大于528kW时，所选择的机组不宜少于2台。

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%。

在空调系统中，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。但也应注意到在冷冻水系统中，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。

当通风系统使用时间较长且运行工况（风量、风压）有较大变化时，应考虑采用双速或变频调速风机。

通过上述各个设计过程对节能概念的灌输，学生可实现从课本上介绍的常规空调系统设计到节能空调系统设计的转变。经过课程设计和毕业设计两个设计环节的锻炼，在综合运用所学专业知识的基础上，学生对暖通空调系统设计过程中各环节的节能设计有了一定程度的认识，这将对其以后从事暖通空调实际工程的设计和运行将会有较大的帮助，对一些节能概念和理论的理解也会随着实际工作的逐步开展进一步加深，为设计更好、更节能的空调系统奠定基础。

三、结论

随着建筑耗能量的逐年提高，实施建筑节能已刻不容缓。建筑节能中的关键是暖通空调系统的节能，对暖通空调系统的节能设计是降低其能耗的基础。作为培养暖通空調系统设计和运行专业技术人员的建环专业，应从各教学环节注重培养学生的节能观念和节能意识。本文从毕业设计和课程设计两个环节出发，探讨了在系统设计过程的各个阶段如何培养学生的节能意识、设计节能系统，以便为其将来从事建筑节能工作奠定基础。

参考文献：

[1]江亿.中国建筑能耗现状及节能途径分析[J].新建筑，2008，（2）.

[2]余晓平.建筑节能科学观的构建与应用研究[D].重庆大学博士论文，2011.

[3]付祥钊，肖益民.建筑节能原理与技术[M].重庆大学出版社，2008.

[4]百度百科.建筑环境与能源应用工程专业介绍[EB/OL].http：//baike.baidu.com/link？url=pbXUCbUuNSyQHw7KnK87FK_bS9C4-3Atu7G8pu4rWtIgoLJ_YFw8NEL6kZk98TAsyzpjB3FQuUTYkiWhWCDSCa.