張啟玉

深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司合肥分院 安徽 合肥 230000

引言

建筑物的內(nèi)外部環(huán)境與其使用的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、采暖設(shè)備、照明設(shè)備、燃?xì)夤?yīng)設(shè)備等具有非常密切的聯(lián)系，現(xiàn)階段節(jié)能環(huán)保的理念已經(jīng)成為人們的共識(shí)，在設(shè)計(jì)各種改善建筑物環(huán)境條件的設(shè)備和系統(tǒng)時(shí)，也必須重視對節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。對這一類技術(shù)加以研究，將會(huì)產(chǎn)生非常積極的節(jié)能環(huán)保效果。

1 建筑環(huán)境與設(shè)備工程綜述

現(xiàn)代化的建筑物中安裝了大量的用于改善室內(nèi)環(huán)境的設(shè)備，地暖、空調(diào)（包括中央空調(diào)）、壁掛爐等設(shè)備主要用于調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度，建筑物的新風(fēng)系統(tǒng)主要用于室內(nèi)污濁空氣和室外清潔空氣之間的循環(huán)，進(jìn)而達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目標(biāo)。建筑物的供水系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)以及污水排放和處理系統(tǒng)在運(yùn)行過程中也會(huì)消耗大量的能源，并且這種能耗在高層建筑的運(yùn)行中具有更加突出的表現(xiàn)。另一種對人非常重要的建筑室內(nèi)環(huán)境因素是其采光水平，照明電氣設(shè)備會(huì)消耗大量的電力能源，并且其占比非常高。因此，采暖系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及給排水系統(tǒng)等都會(huì)顯著影響建筑室內(nèi)外環(huán)境，并且組成這些系統(tǒng)的設(shè)備在改善建筑物內(nèi)部環(huán)境時(shí)會(huì)消耗電力能源或者天然氣。降低建筑物的運(yùn)行成本、減少能源消耗、控制碳排放和污染物的排放是當(dāng)前建筑管理的重要發(fā)展方向，因而在建筑環(huán)境和設(shè)備工程的設(shè)計(jì)中也要積極利用節(jié)能原理和方法[1]。

2 節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 掌握建筑物熱環(huán)境，合理規(guī)劃

在開展節(jié)能設(shè)計(jì)之前必須對建筑物的用途、室內(nèi)結(jié)構(gòu)、內(nèi)外部的熱環(huán)境等因素形成全面而深刻的認(rèn)知，因?yàn)榻ㄖh(huán)境與設(shè)備的節(jié)能水平始終都與其內(nèi)外部熱環(huán)境以及功能需求具有密切的聯(lián)系。從外部環(huán)境來看，某一地區(qū)高溫天氣、嚴(yán)寒天氣、降雨、降雪、季風(fēng)情況等都對建筑物的室內(nèi)溫度調(diào)控具有非常重要的影響，進(jìn)而間接的作用于建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)。從內(nèi)部環(huán)境來看，建筑物的使用功能各不相同，普通的居民住宅通常只要控制好室內(nèi)溫度、空氣濕度以及空氣的清潔程度即可，但是在某些生產(chǎn)車間內(nèi)則要根據(jù)其生產(chǎn)特點(diǎn)采取更加廣泛的室內(nèi)調(diào)節(jié)措施，例如，低溫冷藏室、實(shí)驗(yàn)室或者溫度較高的生產(chǎn)車間等都會(huì)其室內(nèi)熱環(huán)境提出了特殊的要求。因此，在開展建筑環(huán)境和設(shè)備工程的節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，必須先去研究其內(nèi)外部的熱環(huán)境，為后續(xù)工作的開展提供明確的方向[2]。

2.2 空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

提高空調(diào)系統(tǒng)的熱回收。空調(diào)的核心部件為蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流機(jī)構(gòu)等，其作用為制熱或者制冷，改善室內(nèi)溫度，并且在這一過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的熱水，從出水孔流出。如果不對這部分熱量加以回收，必然會(huì)造成能源的浪費(fèi)。通常情況下，采用中央空調(diào)設(shè)備的建筑物在能量回收利用方面具有更大的便利性，因?yàn)橹醒肟照{(diào)系統(tǒng)可在整個(gè)建筑物內(nèi)形成完善的回路，含熱量廢水的回收利用也會(huì)得以實(shí)現(xiàn)。在工程實(shí)踐中，一般是采用熱交換器和熱泵等設(shè)備來回收空調(diào)系統(tǒng)的余熱。第二，采用低能耗的變頻空調(diào)設(shè)備?？照{(diào)變頻技術(shù)是為適應(yīng)不同工況而設(shè)計(jì)的先進(jìn)節(jié)能技術(shù)，而且在電氣設(shè)備節(jié)能性方面具有明確的等級(jí)劃分，最高水準(zhǔn)的為一級(jí)能效，還有二級(jí)能效、三級(jí)能效、四級(jí)能效、五級(jí)能效。不同等級(jí)的空調(diào)設(shè)備在價(jià)格方面也具有很大的差異，能效水平越高，價(jià)格自然越貴。在設(shè)計(jì)建筑物內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該盡可能選用一級(jí)能效的產(chǎn)品，因?yàn)檫@類產(chǎn)品在長期的運(yùn)行過程中將會(huì)產(chǎn)生更加顯著的節(jié)能效果，并且其在電能上的節(jié)約也能有效彌補(bǔ)其更高的價(jià)格。

2.3 照明及配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

第一，根據(jù)建筑物的功能定位、品質(zhì)定位等對其照明系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，在保障功能和實(shí)用性的同時(shí)確保其設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到良好的節(jié)能效果。例如，在一般的民用建筑設(shè)計(jì)中主要滿足照明系統(tǒng)的實(shí)用性即可，不用過多去考慮照明設(shè)備的裝飾性，這一點(diǎn)在室外公共環(huán)境中表現(xiàn)得更加突出。而商業(yè)化的娛樂場所、游樂場所則要在保證照明需求的前提下達(dá)到良好的裝飾效果，這些都是照明設(shè)計(jì)的基本原則。第二，合理設(shè)計(jì)變配電系統(tǒng)。建筑物內(nèi)外部的電力供應(yīng)主要由設(shè)置在相關(guān)的片區(qū)的變配電設(shè)備來完成，在設(shè)計(jì)此類設(shè)備時(shí)應(yīng)該綜合考慮供電區(qū)域的平面布置情況、變配電設(shè)備的節(jié)能性以及輸配電線路的合理性，選擇低能耗的設(shè)備、減少輸配電線路的長度等是有效的節(jié)能設(shè)計(jì)路徑。第三，選用節(jié)能型照明設(shè)備?，F(xiàn)階段使用最為普遍的節(jié)能型照明設(shè)備為LED燈具，在同等功率的條件下，LED節(jié)能燈具的照明效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于其他類型的燈具，因而在建筑物室內(nèi)外照明設(shè)備的選擇上可優(yōu)先考慮這種節(jié)能燈具[3]。

2.4 室內(nèi)采暖系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

室內(nèi)采暖方式在不同的地區(qū)具有不同的特點(diǎn)，北方地區(qū)主要采用集中供暖的方式，而南方地區(qū)在冬季主要依靠空調(diào)或者電暖器等設(shè)備提高室內(nèi)溫度。此處主要分析北方地區(qū)的供暖節(jié)能設(shè)計(jì)。從供暖方式來看主要分為集中供暖、局部供暖兩種。在建筑物的供暖設(shè)計(jì)中主要做好熱負(fù)荷計(jì)算、管路系統(tǒng)敷設(shè)、管路阻力控制等工作。在計(jì)算熱負(fù)荷時(shí)要注意建筑物的空間布局、室內(nèi)面積大小以及主要供熱區(qū)域幾個(gè)因素[4]。例如，在居民住宅中主要為臥室和客廳實(shí)施供暖，其他活動(dòng)較少的區(qū)域可不做考慮。有些用戶可能長時(shí)間不使用建筑物，因而現(xiàn)階段的室內(nèi)采暖都應(yīng)該形成分戶控制的機(jī)制，在不使用建筑物的情況下可直接關(guān)閉單戶的供暖設(shè)備，節(jié)省能源和用戶的使用成本。供暖設(shè)備中使用的熱源主要為可循環(huán)的熱水，在采用集中供暖的設(shè)計(jì)時(shí)要從宏觀結(jié)構(gòu)上提升整個(gè)系統(tǒng)的熱水循環(huán)利用效率。居民住宅中當(dāng)前已經(jīng)廣泛使用地暖的方式來為居民供暖，在節(jié)能設(shè)計(jì)中必須控制好地暖管路的間距，在確保供暖效果的前提下盡可能減少管材的使用量，進(jìn)而降低后續(xù)供暖過程的熱量消耗。

2.5 門窗及外墻的處理

建筑物的門窗和外墻原本不屬于設(shè)備工程的范疇，但是其對控制建筑物的內(nèi)部環(huán)境具有非常突出的作用，室內(nèi)加熱、防暑以及建筑的能源利用率等都會(huì)受到墻體和門窗的影響。例如，門窗的邊沿部位常常成為熱量散失的主要區(qū)域，因?yàn)檫@些部位的密封性一般比封閉的墻體要差很多。而建筑物的外圍墻體也是一種熱傳導(dǎo)介質(zhì)，建筑物的墻體在夏季高溫的暴曬之下會(huì)快速地向室內(nèi)傳遞熱量，而冬季寒冷的天氣條件下也容易造成室內(nèi)的熱量向室外流失[5]。因此，在建筑室內(nèi)環(huán)境和設(shè)備工程的節(jié)能設(shè)計(jì)中還要重視對門窗和墻體這些輔助結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，現(xiàn)階段主要是在墻體外側(cè)敷設(shè)專門的保溫層，其主要作用是冬季保溫，防止熱量從墻體媒介散失到外界空氣中，同時(shí)在夏季高溫環(huán)境下防止外界的輻射熱量借助墻體傳導(dǎo)至室內(nèi)環(huán)境中。在建筑物門窗的處理中，主要是利用密封條等增加邊緣部位的密封效果，進(jìn)一步減少熱量的散失。

2.6 新風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

在人員密集的室內(nèi)公共場所以及人員長期活動(dòng)的居住環(huán)境下，室內(nèi)的空氣中會(huì)包含大量的細(xì)菌微生物、粉塵顆粒物以及其他類型的空氣污染物，進(jìn)而造成空氣污濁，產(chǎn)生異味。新風(fēng)系統(tǒng)可全天24小時(shí)不間斷地將室內(nèi)的污濁空氣排放到室外，并將外部的新鮮空氣經(jīng)過濾等操作后引入到室內(nèi)，進(jìn)而形成一種室內(nèi)外空氣循環(huán)流動(dòng)的工作模式，不斷完成室內(nèi)空氣的更新。新風(fēng)系統(tǒng)在一定程度上也會(huì)造成能源浪費(fèi)，尤其在冬季低溫條件下和夏季高溫條件下，因?yàn)槎救藗優(yōu)榱巳∨?，?huì)使用空調(diào)或者暖氣等設(shè)備加熱室內(nèi)環(huán)境，室內(nèi)空氣也會(huì)因此而升溫。相反地，在炎熱的夏季會(huì)使用空調(diào)降低室內(nèi)空氣的溫度。而新風(fēng)系統(tǒng)的循環(huán)作用難免會(huì)將加熱或者降溫后的空氣排放到室外，同時(shí)將室外的低溫或者高溫空氣引入室內(nèi)，這樣就會(huì)增加室內(nèi)取暖或者降溫所消耗的能源和成本。在工程實(shí)踐中，主要采用回風(fēng)和熱回收的技術(shù)來減少新風(fēng)系統(tǒng)的能源浪費(fèi)以及提高設(shè)備節(jié)能水平?；旌鲜较到y(tǒng)利用一部分回風(fēng)與室外的新風(fēng)混合后經(jīng)過一定的處理，再送入室內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)稱為一次回風(fēng)系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于凈化室內(nèi)環(huán)境的同時(shí)還能有效地降低運(yùn)營成本，減少能源消耗。不過這種節(jié)能是一種相對的結(jié)果，主要是比全新風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能。理論上來講，采用二次回風(fēng)設(shè)計(jì)的新風(fēng)系統(tǒng)比采用一次回風(fēng)設(shè)計(jì)的新風(fēng)系統(tǒng)更加節(jié)能，但是在實(shí)際運(yùn)用中，二次回風(fēng)的控制難度較大，主要難點(diǎn)在于對濕度的控制[6]。

3 建筑環(huán)境與設(shè)備工程節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 地?zé)崮茉诮ㄖ┡椭评渲械膽?yīng)用前景分析

北方地區(qū)的建筑物采暖一直都是建筑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，其消耗的能源、產(chǎn)生的污染也都非常突出，過去嚴(yán)重的霧霾天氣與北方地區(qū)的集中供暖具有非常直接的關(guān)聯(lián)，因而在未來的建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)該積極推廣清潔能源，減少化石燃料的利用。其中，地?zé)崮芫褪且环N非常值得推廣的能源類型，并且供暖設(shè)計(jì)也是建筑環(huán)境與設(shè)備工程節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。國家能源局在2021年4月發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)地?zé)崮荛_發(fā)利用的若干意見》，由此可見，我國也非常重視對這種清潔能源的利用。

3.2 地?zé)崮軕?yīng)用實(shí)例

2019年，國內(nèi)西部某高等院校的科技創(chuàng)新港中投入了國內(nèi)最大規(guī)模的無干擾地?zé)峁嵯到y(tǒng)。該創(chuàng)新港內(nèi)159萬㎡的建筑物都在利用這一系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)熱水供應(yīng)、冬季取暖以及夏季的制冷。該地?zé)峁┡到y(tǒng)的整體覆蓋面積達(dá)到了2000萬㎡，熱源為地下中深層的地?zé)崮?，在這一深度下，地?zé)釡囟冗_(dá)到了70～120℃，系統(tǒng)利用地下熱能將冷水加熱，然后將其循環(huán)至地面，其在西北地區(qū)的冬季可將室內(nèi)溫度提升至20℃左右，并且溫度非常穩(wěn)定。高校的學(xué)生宿舍、教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)室、圖書館等各種公共場所都可利用這套地?zé)峁嵯到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)制冷或者制熱。這套系統(tǒng)的優(yōu)勢在于分布式、碳排放為零、能效突出、節(jié)能顯著，與傳統(tǒng)的供熱方式相比較，這種地?zé)峁嵯到y(tǒng)每年可減少超過86萬噸O2排放，每年節(jié)約的標(biāo)準(zhǔn)煤達(dá)到了32萬噸之多。顯然，這套系統(tǒng)完全符合建筑環(huán)境與設(shè)備工程的節(jié)能設(shè)計(jì)要求，在實(shí)現(xiàn)室內(nèi)熱水供應(yīng)、制暖、制冷的同時(shí)還創(chuàng)造了良好的節(jié)能和環(huán)保效應(yīng)，為建筑環(huán)境和設(shè)備工程節(jié)能設(shè)計(jì)做出了典范。

4 結(jié)束語

建筑環(huán)境與設(shè)備工程的節(jié)能設(shè)計(jì)涵蓋了建筑物的采暖系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)以及門窗和墻壁的處理技術(shù)等。在設(shè)計(jì)過程中一定要加強(qiáng)宏觀層面的布局，采用節(jié)能環(huán)保型的硬件設(shè)備，并且積極推廣利用地?zé)崮艿瓤稍偕鍧嵞茉醋鳛榻ㄖ锏墓┡茉?，提升煤炭、天然氣等傳統(tǒng)能源的利用效率。