圖書館建筑用電節能的多角度思考

●莊 青（寧夏大學 圖書館，銀川 750021）

社會的不斷進步推動了建筑向可持續方向發展，而建筑的可持續發展也體現在了建筑的節能上。大型公共建筑由于單位建筑面積能耗指標高，所以總能耗在民用建筑中占較大比重。現場測試和節能改造的經驗表明，這類建筑的節能潛力超過50%。嚴格設計方案審查，減少和避免由于設計不當導致高能耗建筑是大型公共建筑節能的首要環節。

1 通過減少空調能耗和合理選擇系統冷熱源、生活熱水系統熱源等技術措施，達到建筑節能

圖書館空調能耗是建筑能耗的重要組成部分，空調能耗包括三部分，一是制冷設備的能耗，它取決于制冷量與設備的能效比。二是水系統的能耗，主要是空調水泵與冷卻塔的能耗。三是風系統的能耗，主要是風機盤管、空調設備末端的能耗。充分利用各種條件，可以減少空調冷負荷。制冷設備、水泵、空調末端設備的能耗均直接與空調制冷負荷有關，減少空調冷負荷對降低設備能耗最顯著。

1.1 通過以下技術手段減少冷負荷

（1）改善圍護結構的特性。要求建筑設計盡量選用保溫性能良好的墻體與屋面材料，以提高玻璃隔熱性能，減少太陽輻射透過率，增加窗戶的遮陽可以用內外百頁窗簾。（2）合理確定室內的設計參數。在滿足人體舒適條件下，盡量提高夏季的室內設計溫度和相對濕度，如果夏季室內設計溫度取值太低，會增加空調的冷負荷。（3）室內局部熱源就地排除。由于使用功能的需要，有些建筑的室內空間比較高，上部匯集污蝕高溫熱氣，如圖書館天井。應考慮在熱源附近設置局部排風機，將熱量及時直接排至室外，減少空調負荷。（4）減少新風負荷控制和正確使用新風量是空調系統有效的節能措施。在滿足衛生、補償排風、稀釋有害氣體濃度、保持正壓等要求前提下，不要盲目增大新風量。（5）充分利用自然條件。應盡量利用自然采光和自然通風，以節約能源。［1］

1.2 合理選擇空調系統冷熱源、生活熱水系統熱源和加強空調系統運行管理以及應用節能技術來完成空調節能

（1）合理選擇空調系統冷熱源。冷熱源裝置提供空調系統需要的冷熱量，設計方案應選用合理的冷熱源形式，采用天然氣及電冷水機組，按照“高質高用”的原則完成能源轉換。在消耗同樣品質和數量的能源條件下盡可能多輸出熱量和能量，同時應采用高效制冷機及鍋爐或其他冷熱源設備。實際工程中，圖書館建筑冷熱源選擇普遍存在制冷機容量過大的現象，因此在負荷計算時應采用動態負荷計算的方法，對冷熱負荷逐項逐時進行計算。根據實際負荷及特點選擇合適的冷熱源。設備選型時不應考慮設計工況，應注意系統運行工況和部分負荷下的系統性能。（2）合理選擇生活熱水系統熱源。生活熱水加熱應避免直接電熱或天然氣熱水鍋爐等“高質低用”的熱源方式，同時鼓勵高效回收排水中的熱量以及利用余熱廢熱作為預熱，選用高效熱源設備，降低熱源能耗。此外，對于電鍋爐的選用，《公共建筑節能設計標準》中已作了明確的規定，并作為強制性條文提出，只有該地區電力確實充足且電價優惠或者利用如太陽能、風能等裝置發電的建筑，才可以使用電鍋爐。［2］（3）加強空調系統運行管理。空調調試過程必須由專業人員嚴格按照規范標準執行。系統運行過程中必須根據實際負荷對冷量、水量、風量進行必要的調整，在空調風系統的控制上，采用合理劃分系統，VAV系統配合自動變頻裝置調解空調風量，并采用大溫差等輸送技術；在空調水系統的控制上采用分區四管制系統，分別設置冷熱水泵，采用二次變流量系統，大溫差輸送等技術；在空調系統的自控上，VAV系統采用風量控制法，并對周邊控制器連鎖控制，對冷熱源系統、熱交換設備、VAV系統進行統一的管理和控制。（4）應用節能技術。有關資料表明，如果采用節能技術，現有空調系統節能20%—50%完全可能。

2 通過計量供熱的技術與手段來實現圖書館建筑用電節能

計量供熱是我國供熱體制改革的重要組成部分。它的主要目的在于節約能源，且是在提高采暖用戶熱舒適度，提高熱網供熱水平基礎上的節能。計量供熱的節能是通過各種調節和控制方式，使供熱量盡量接近用戶需熱量來實現的。

（1）室內溫控的節能潛力。由于通常采暖設備的選型是按照冬季采暖室外計算溫度（較低值） 確定的，在不同日、不同時刻室外溫度不斷波動時采暖設備的出力在絕大部分時刻是大于實際采暖負荷的。在設有散熱器溫控閥的系統中，通過室內恒溫控制，可以及時減少采暖設備出力，消除水平和垂直熱力失調，使各環路達到流量和溫度的要求，從而在提高供熱環境熱舒適度的同時節約大量的能源。室溫控制的另一個節能潛力在于可以充分利用日照得熱、人體活動散熱等自由熱，而不再僅僅是將它們當作采暖的安全裕量。國內示范工程的節能率約為20%—25%。（2）氣候補償器的節能作用。氣候補償器的工作原理是當室外氣候發生變化時，室外溫度傳感器將信息傳至氣候補償器，據其內部設定的調節曲線，確定恰當的供水溫度，在與實際供水溫度對比后，輸出動作信號至執行器——電動調節閥，調節流量使供水溫度符合設定的調節曲線。在實際運行中，由于受管理水平及管網條件的限制，供熱量通常是需熱量的150%—170%，有時甚至達到200%。在供熱端采用氣候補償器，避免了因憑經驗和感覺進行系統運行操作而造成的大量能源浪費，同時供水溫度的降低，也使管路沿程的熱力損失降低，（通常熱水管網熱損失占總輸熱量5%—8%，供回水平均溫度tp每降低1℃，熱損失較設計工況tp=82.5℃減少1.2%）減少了無效能耗，節能比率約在15%—30%。設置氣候補償器是供熱系統節能的必要措施。（3）變流量系統的節能分析與調節。計量供熱系統中，變流量即量調節一般分為用戶自主調節和熱源集中調節兩種情況。用戶的自主調節為用戶根據自身需要改變室內溫度設定從而使系統流量改變。熱源集中調節是供熱方根據室外氣溫變化調節供水流量，如有恒定供水溫度的量調節、分階段改變流量的質調節、分階段改變供水溫度的量調節、變頻泵量的質調節等。在實際應用中分階段改變流量的質調節方式最為普遍，廣泛應用于還未推廣變速水泵的中小型供熱系統，常由多臺水泵的并聯組合來實現。［3］

3 通過提高照明系統的設置和相關設備的效率來實現圖書館照明用電節能

3.1 確定科學合理的照度標準，選用高效、綠色光源、節能型燈具

（1）確定合理的照度標準。圖書館照明按使用功能劃分為：閱覽室照明、書庫照明、辦公室照明、走道照明、公共部分照明，裝飾部分照明、室外建筑物景觀照明等。（2）采用高效節能的光源。在圖書館中最好采用緊湊型熒光燈或鹵鎢燈取代普通白熾燈。在閱覽室、開放型書庫、辦公室等可以用細管的36WT直管熒光燈，細管熒光燈與原40W熒光燈相比，在耗電相同的情況下，光輸出可以提高10%，壽命可以提高到24000小時。（3）采用高品質的照明燈具。在圖書館用電時間較長的閱覽室和電子閱覽室，最好選用經過中國電氣產品認證委員會檢測認證的具有綠色環保標志的照明器具，以創造出舒適的閱讀效果。同時要經常保持照明設備的清潔。（4）用電子型鎮流器替代電感型鎮流器。

3.2 按照度等級分組、分相、間隔的設計原則，合理設計照明回路

照明設計主要是照明回路的設計，它是以光線的照度為基礎，同時考慮照度的均勻度、眩光度、顯色性、立體感等物理量為指標，來進行照明環境的設計。設計者在進行照明環境設計時，必須綜合考慮人眼的視覺特性、人體的舒適感，以及建筑和照明藝術，在滿足照度、照度均勻性、眩光度、色溫色差、冷/熱光源等技術指標和特性的基礎上，結合建筑物本身的結構、景深、高度、裝飾、人文環境等來進行綜合設計。

3.3 利用先進的控制技術對圖書館照明回路進行有效控制

（1）實現照明控制智能化，可以使人工照明系統工作在全自動狀態，按預先設定的若干基本狀態進行工作；這些狀態會按預先設定的時間相互自動地切換，并將照度自動調整到工作最合適的水平。如，在靠近窗戶等自然采光較好的場所，系統會很好地利用自然光照明調節到最合適的水平；當天氣發生變化時，系統仍能夠自動將照度調節到最合適的水平。（2）采用智能照明控制系統可預先設置不同的場景于模塊中，在需要時只要對相應的控制面板進行操作即可調入相應的場景。用戶還可以通過可編程控制面板對場景進行適時調節以適應不同的場景要求。另外，用戶還可以通過可編程接口，用便攜式編程器進行不同場景的變換設置。圖書館智能照明控制還可以采用區域場景控制的方法。區域場景控制就是將每層走廊、首層大廳、開架書庫、閱覽室等設為不同的控制區域，每個控制區域的照明環境分為4個不同的照度等級，即緊急照明、33%照度、66%照度和100%照度。緊急照明應納入到消防控制電源或UPS電源供電中，不受照明控制系統控制，其余的3個不同的照度等級設計為3個不同的照明供電回路，每一路照明回路通過BA系統現場DDC控制，實現3個不同照度等級的控制。圖書館照明電源供電由單相電源改為三相電源供電的好處是：一是有利于三相負載的平衡；二是有利于減弱光源閃爍現象，改善光使用環境。［4］三是解決了燈具不能控制、不能調節的問題，為圖書館燈具間隔開啟創造了條件。［4］

技術的進步與社會的發展，以及人們對建筑舒適度的要求越來越高，促使公共建筑用電系統向高效、節能、環保與靈活、舒適、人性化方向不斷進步，作為一個具有民族或文化象征意義的文化建筑——圖書館，在建筑設計中不但要符合時代精神，在形式上推陳出新，圖書館建筑更要體現時代的建筑理念和特征，更應該體現節能的主題。圖書館建筑設計中用電節能就是對現代公共建筑節能的最好詮釋。

［1］程瑞瑞，等．城市空調系統現狀及其節能措施［J］．廣東省暖通空調制冷學術年會專刊，2005：72－78.

［2］張愛萍．淺談公共建筑節能設計的必要性［J］．科技情報開發與經濟，2006，16（13）：229－230.

［3］高翔，等．計量供熱系統的節能性與經濟性分析［J］．重慶建筑大學學報，2006，28（6）：91－93.

［4］楊國棟．公共建筑照明系統的控制與節能［J］．樓宇自動化，2005（11）：78－81．