建筑環境與暖通設備工程節能設計

黃胡舟 李常興 李卓學

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隨著全球社會對可持續性和環保問題的關注不斷增加，建筑行業作為能源消耗的主要領域之一，正逐漸引領著節能革命的浪潮。建筑環境與暖通設備工程作為建筑領域的核心組成部分，在實現能源效率和環境可持續性方面發揮著關鍵作用。建筑環境的節能設計不僅能夠降低運營成本，還有助于減少對有限能源資源的依賴，降低溫室氣體排放，從而為全球能源和環境挑戰提供了解決方案[1]。在當前的背景下，能源供應的不穩定性和能源價格的上漲已經使節能設計成為建筑領域的重要議題。此外，氣候變化、環境污染和自然資源枯竭等問題也迫使我們必須尋求更可持續的建筑環境解決方案。因此，建筑環境與暖通設備工程的節能設計在提高建筑能源效率、減少對傳統能源的依賴、降低環境影響方面具有巨大的潛力和重要性。

1 設備工程節能對建筑環境的影響

1.1 影響室內空氣質量

設備工程的節能措施可能對室內空氣質量產生重要影響。一些常見的節能做法，例如密封性更好的建筑外殼、減少新鮮空氣流入以減小供暖或冷卻負荷等，可能導致室內空氣流通不足。這可能會引發空氣中濕度過高、二氧化碳濃度升高等問題，進而影響居住者的舒適度和健康。特別是在密封性較高的建筑中，如果不進行有效的通風處理，可能導致甲醛、揮發性有機化合物等有害物質的積聚，對居住者的室內環境產生負面影響。

1.2 對室內的環境造成影響

設備工程的節能措施還可能對室內環境產生其他不利影響。例如，一些節能照明系統可能使用冷色光源，這可能會影響居住者的視覺舒適度。此外，過度依賴節能玻璃或窗簾等隔熱設備，有時會降低室內光照水平，需要更多的人工照明，從而增加了電力消耗。這種情況下，節能措施可能在某些方面取得了節能效果，但在其他方面可能引發了新的問題[2]。

2 建筑環境與設備工程節能設計中存在的問題

2.1 沒有遵循以人為本的基本原則

在建筑環境與設備工程的節能設計中，一個顯著的問題是缺乏足夠的關注和重視以人為本的原則。過于注重技術和能源效率，卻忽略了人們在建筑中的舒適性和健康。建筑應該是為人們而建，但在一些設計中，人們的需求和體驗似乎被忽略了。這一問題的表現在于建筑中存在一些不適宜的環境條件，如通風不良、光線不足、噪音過大等，這些因素會直接影響到居住者和工作人員的生活質量。在過度追求節能的情況下，有些建筑可能會犧牲人們的舒適性，造成不必要的不適和健康問題。另外，一些建筑可能忽略了不同人群的需求，例如老年人、兒童、殘疾人等。這導致了建筑的不包容性，使得一些人在使用建筑時面臨更多的障礙和困難。

2.2 建筑功能設計不夠嚴格

在建筑環境與設備工程的節能設計中，功能設計的不足也是一個突出的問題。功能設計包括了建筑的各種用途和需求，如供暖、通風、照明、水源等。如果這些功能設計不夠嚴格和細致，就容易導致能源浪費和資源浪費。在一些情況下，建筑可能會過度設計，安裝了過多的設備和系統，但實際上并不需要這么多。這導致了不必要的能源和資源消耗。另一方面，一些建筑可能會在功能設計上疏忽，導致供暖和通風系統不足，或者照明不足，從而影響到建筑的使用體驗。功能設計不足還可能導致建筑在不同季節或使用情境下的性能不穩定。例如，在寒冷的冬季，供暖系統可能無法提供足夠的溫暖，而在炎熱的夏季，冷卻系統可能無法保持舒適的室內溫度[3]。

2.3 圖紙的審查缺乏嚴謹性

圖紙是建筑環境與設備工程設計的重要文檔，但在一些情況下，圖紙的審查缺乏嚴謹性，容易導致問題的發生。這些問題可能包括設計錯誤、施工問題和設備選擇不當等。審查不嚴謹的圖紙可能會導致施工中的額外成本和延遲。例如，如果圖紙中的尺寸和規格不清晰或不準確，施工隊可能需要進行額外的調整和修改，從而增加了工程的時間和成本。此外，圖紙中的錯誤和不一致性也可能導致建筑設備的選擇不當。如果不正確的設備被安裝，將會影響建筑的性能和能源效率。

3 建筑環境與暖通設備工程節能設計

3.1 暖通空調系統設計

暖通空調系統在建筑節能設計中扮演著至關重要的角色。這些系統包括供暖、通風和空調，通常占據了建筑總能耗的相當大的部分。合理的系統設計可以顯著降低能源浪費。在系統設計階段，需要考慮建筑的需求和特點，以選擇最適合的供暖和冷卻方式。采用高效的設備，如熱泵系統，可以顯著提高能源效率。此外，智能控制系統的應用可以根據實際需求自動調整溫度和濕度，以避免不必要的能源消耗（如圖1所示）。綜合考慮這些因素，設計出高效的暖通空調系統是實現節能目標的關鍵一步。

圖1 智能調節溫度、濕度系統

3.2 空調系統熱回收

空調系統熱回收是一種有效的節能技術，它有助于利用廢熱來提供額外的供暖或冷卻。這項技術可以在多種環境中應用，包括商業建筑、工業設施和住宅。在傳統的暖通空調系統中，大量的熱能被廢棄，例如從冷卻設備中產生的廢熱。熱回收系統通過捕捉這些廢熱，將其用于加熱水或供暖，從而降低了對其他能源的依賴。這不僅減少了能源成本，還有助于減少溫室氣體排放。

3.3 合理降低室內溫濕度的標準

合理降低室內溫濕度標準是一項有助于節能的措施。在某些情況下，室內溫濕度標準可能被設置得過高，導致供暖和制冷系統需要額外的能源來維持這些條件。通過重新審視和調整室內溫濕度標準，可以降低能源消耗。然而，降低室內溫濕度標準必須謹慎進行，以確保不影響室內環境的舒適性和健康。適度的濕度控制對于預防霉菌和維護良好的室內空氣質量至關重要。

3.4 協調建筑環境與暖通空調的關系

建筑環境與暖通空調的協調關系對于實現節能設計目標至關重要。建筑的設計和布局應考慮氣候條件和采光需求，以最大程度地減少對人工采光和供暖/制冷的需求。例如，通過優化建筑的朝向和窗戶布局，可以最大程度地利用自然光線，并減少人工照明的使用。此外，建筑的隔熱性能和絕緣材料的選擇也可以減少冷卻和供暖系統的負荷。

3.5 采用太陽能供暖系統

太陽能供暖系統是一種可再生能源的應用，已經在建筑領域廣泛采用。這種系統利用太陽能來加熱水或空氣，從而提供供暖（如圖2所示）。它可以通過太陽能集熱器和熱儲存系統來實現。太陽能供暖系統的優勢之一是其環保性，因為它不會產生溫室氣體排放，同時可以降低能源成本。然而，系統的性能仍受到天氣條件和地理位置的影響。

圖2 太陽能供暖系統

3.6 自然資源和新能源的應用

建筑環境與暖通設備工程的節能設計還可以通過利用自然資源和新能源來實現。這包括風能、地熱能、生物質能等。風能可以用于發電和供暖，特別是在風能資源充足的地區。地熱能可以通過地源熱泵系統來利用，為建筑提供穩定的供暖和冷卻。生物質能源可以用于取暖和熱水供應，尤其在農村地區具有巨大潛力。這些自然資源和新能源的應用有助于減少對傳統能源的依賴，降低能源成本，減少溫室氣體排放。

4 建筑環境和設備工程節能設計的要點分析

4.1 建筑環境的可操作性

建筑環境的可操作性對于節能設計至關重要。這意味著建筑應該能夠適應不同的需求和使用情境，以最大程度地減少能源浪費。在四季變化明顯的地區，建筑需要具備適應夏季和冬季的能力。例如，在炎熱的夏季，可操作性建筑可以通過智能控制系統自動降低室內溫度，減少冷卻系統的負荷，降低能源消耗。而在寒冷的冬季，同樣的建筑可以通過調整供暖系統提供額外的溫暖，確保居住者的舒適度。此外，多功能性設計也是可操作性的一部分。一個靈活的空間布局可以適應不同的用途，避免了需要多個建筑的情況，從而減少了資源和能源的浪費。例如，一個辦公樓的會議室可以在非工作時間變成培訓室或社交空間，最大程度地提高了建筑的利用率，減少了閑置空間的能源浪費。

4.2 建筑環境技術性

建筑環境的技術性是現代節能設計的關鍵要素，它涉及到采用最新的技術和工程方法來提高建筑的能源效率和環境可持續性。在當今世界，我們正面臨著嚴峻的能源短缺和環境問題，因此技術性在建筑設計中的應用變得尤為重要。高效的絕緣材料是技術性的一個重要方面。它們可以有效地減少熱量和冷氣的傳導，降低了建筑的能源消耗。例如，優質的絕緣材料可以阻止冷空氣在冬季逸出，也可以阻擋炎熱的夏季熱氣進入建筑。這有助于維持室內溫度的穩定性，減少了供暖和冷卻系統的負荷。另一個關鍵技術性因素是可再生能源的應用，如太陽能光伏板。這些系統可以將太陽能轉化為電能，減少了對傳統電力的依賴，并減少了溫室氣體排放。熱泵系統是另一種技術性的創新，可以有效地利用地熱能源或空氣中的熱能來供暖或冷卻建筑，從而降低了能源消耗。智能建筑管理系統是技術性建筑環境設計的亮點之一。這些系統可以監測建筑內部的各種參數，如溫度、濕度、光照等，并根據需求自動調整建筑系統的運行，最大程度地提高能源效率。例如，在沒有人員的區域降低照明和空調的運行，可以顯著減少能源浪費。

4.3 建筑環境的節能目標

建筑環境的節能目標不僅是節能設計的核心，也是確保建筑在其整個生命周期內對能源和環境的影響最小化的基礎。這些目標的明確定義和貫徹對于確保設計和施工過程的一致性至關重要，以及為建筑的未來運營提供了清晰的方向。節能目標的具體內容需要根據建筑的性質和環境來定制。在炎熱的氣候中，降低冷卻能源的使用可能是首要任務，因此目標可能包括優化冷卻系統、增加遮陽措施、提高建筑絕緣性能等。而在寒冷的氣候中，提高供暖系統的效率可能更為重要，目標可能包括采用高效供暖技術、減少冷橋效應、優化窗戶選擇等。此外，降低溫室氣體排放也是節能目標的重要組成部分，與應對氣候變化和減少環境影響密切相關。建筑設計可以通過使用可再生能源、減少能源消耗、改善材料選擇等方式來減少碳排放。

4.4 設備工程的節能設計必須考慮到行業的規范要求

在設備工程的節能設計中，遵守行業規范和標準是絕對不可或缺的。這些規范和標準是制定的行業準則，旨在確保設備的性能、安全性和可靠性，同時也考慮到了能源效率和環境可持續性的因素。規范和標準確保設備在設計和制造過程中符合國際認可的最佳實踐。這包括了材料的選擇、組件的制造、安全性和可靠性測試等方面。遵守這些標準可以確保設備的性能達到預期水平，從而減少了不必要的故障和維修，降低了運營成本。規范和標準還關注能源效率和節能方面的要求。這對于設備工程的節能設計至關重要，因為它確保了設備在實際運行中能夠最大程度地減少能源浪費。

4.5 設備工程的節能設計過程中維護結構的冷熱負荷狀態

維護結構的冷熱負荷狀態在設備工程節能設計中的重要性無法被忽視。這個概念關乎建筑內部環境的舒適性和能源效率，特別是在不同季節和氣候條件下。在冷季，確保供暖系統能夠提供足夠的熱量至關重要。這意味著需要根據室外溫度和室內需求來精確控制供暖系統的運行。如果供暖系統過度運行或不足運行，都會導致能源浪費。通過實時監測溫度和使用情況，并采用智能控制系統，可以調整供暖系統，以滿足精確的熱負荷需求，同時確保室內的溫度和舒適性。相反，在炎熱的夏季，維護結構的冷負荷狀態同樣至關重要。冷卻系統需要保持室內溫度在舒適范圍內，但也要避免過度制冷，從而浪費能源。

5 結束語

建筑環境與暖通設備工程的節能設計在當今社會中已經變得至關重要。隨著能源資源的稀缺和氣候變化的不斷加劇，我們迫切需要采取行動，改善建筑領域的能源效率和環境可持續性。本論文深入研究了這一領域的關鍵問題和挑戰，并提出了一系列觀點和見解，以推動建筑行業朝著更可持續、更節能的方向發展。建筑環境與暖通設備工程的節能設計不僅是一個迫切需要的解決方案，也是一個全球性的責任。通過采取合適的措施，我們可以為能源效率和環境保護做出貢獻，同時創造更健康、更舒適的建筑環境。希望本論文的研究和見解能夠為建筑行業的專業人士和決策者提供有益的參考，推動建筑領域朝著更加可持續的未來邁進。