建筑环境和设备工程节能设计探讨

文／王萧博 浙江华艺建筑设计有限公司 浙江杭州 310014

应杰 浙江华艺建筑设计有限公司 浙江杭州 310014

余玲玲 浙江华艺建筑设计有限公司 浙江杭州 310014

引言：

随着全球对可持续发展和绿色建筑的关注度不断提高，建筑环境和设备工程节能设计已成为建筑领域重要研究方向。建筑环境和设备工程的节能设计是实现绿色建筑和可持续发展的重要手段，对于提高建筑使用效率、减少能源消耗、降低环境污染具有重要意义。建筑环境设备工程的节能设计可以通过优化空调、照明、电梯等设备的选用和运行方式来实现。本文旨在探讨建筑环境和设备工程节能设计的理论和实践，以期为推动节能技术在建筑领域的更广泛应用和发展提供参考，共同推进建筑环境和设备工程的节能设计发展。

1.建筑环境与设备工程概述

建筑环境和设备工程是建筑领域两个重要组成部分，建筑环境是指建筑物内部和外部环境，包括空气、光照、声音、色彩等，良好的建筑环境可以提供舒适的室内气候、充足的自然光线和声音屏障等，从而提高人们的生活品质和工作效率。建筑环境也直接影响到建筑物的能源消耗和环境影响。例如，建筑物内部的温度和湿度需要得到适当的控制，以减少能源消耗和环境污染。设备工程是为建筑物提供必要功能的系统，如供暖、通风、空调、照明、电梯、动力系统等。设备系统的设计、选型和运行直接影响到建筑物的能源消耗和环境影响。例如，供暖系统和空调系统需要消耗大量的能源，如果设备选型不当或运行管理不善，就会导致能源浪费和环境污染。因此，设备工程的设计和运维管理需要充分考虑节能和环保问题。建筑环境和设备工程是相互联系、相互影响的，为实现绿色建筑和可持续发展目标，需要进一步探讨建筑环境和设备工程的节能问题，从而提高建筑物的高品质和低效能。

2.建筑环境设计原则

2.1 环保性

建筑环境的环保性设计是建筑领域发展的重要趋势，在建筑设计过程中，要贯彻以节能、减排、降耗为设计目标，以提高建筑物的整体环保性能。

首先，建筑设计需遵循整体环境优化原则，将环保理念融入总体规划中，在满足建筑物功能的同时，注重减少对周围环境的影响。其次，要采取有效措施减少建筑过程中的能耗。例如，优化建筑物的热工性能，选用高效节能的建筑材料和设备，利用可再生能源等。此外，要尽量减少建筑废弃物的产生，提高建筑材料的循环利用率，以降低对自然环境的影响。另外，还需关注室内环境的健康性，要考虑建筑材料和设备的毒性，避免使用对人体有害的化学物质。合理设计建筑通风和采光系统，提高室内空气质量，减少因空气污染对人体造成的影响。

2.2 经济性

环境工程设计还需要注重工程的经济性，只注重社会效益而忽视经济效益只会使环境工程建筑行业陷入畸形的发展态势。建筑环境设计过程中不仅要对工程的环境影响进行评估，还应对经济成本进行评估，将两种评估数据进行对比分析，进而提出相对经济有效的解决方案，既要注重环境工程的生态价值，也要保证环境工程的经济效益，尽量减少环境优化与工程造价的矛盾，努力实现经济效益和社会效益的有机统一。

2.3 社会性

建筑环境设备节能设计中，除了要关注其功能、效率等基本问题外，还需要从社会层面来考虑其设计原则。社会性原则是建筑设备节能设计的基本原则之一，它强调建筑设备在使用过程中对社会的影响，设计应该考虑不同社会群体的需求和利益，以实现社会公正和公平。社会性原则要求建筑设备节能设计应该考虑到人的需求和行为习惯，建筑设备节能设计应该符合人体工学和人体健康的要求，以满足不同使用者的需求[1]。例如，在空调系统的设计中，应该考虑到不同空间和时间的使用特点，根据使用者的行为习惯进行合理的设计和调节。社会性原则要求建筑设备节能设计应该考虑到社会文化和价值观的影响，设计应考虑当地的社会文化传统和价值观念，以设计符合当地使用习惯和文化特点的建筑设备，以满足不同社会群体的需求和期望。

2.4 因地制宜

在建筑设备节能设计过程中，要提前做好调查工作，了解当地具体天气环境等自然条件。在对当地有正确了解基础上，才能保证绿色建筑设计跟上时代发展趋势，满足当地人民对于建筑的需求，从根本上实现绿色建筑的节能环保功能。例如，在南方地区的绿色建筑设计中，会进行墙体隔热设计、遮阳设计，北方地区的绿色建筑需要进行供暖设计，提升煤炭等能源利用率，地域不同、气候条件不同，建筑设备节能设计也不同，设计要始终遵循因地制宜的原则。

2.5 高效节能

建筑设备高效节能是建筑设计的重要原则，设计应关注能源的利用、输送和分配，以实现建筑设备的低能耗、高效率和可持续发展。首先，应遵循整体优化原则，设计需要从全局角度出发，综合考虑建筑、设备、材料、工艺等多个方面，制定合理的设计方案，实现整体最优的能耗设计方案。其次，应注重能源的回收和再利用，应尽可能采用可再生能源和余热回收技术，如太阳能、地源热泵、水源热泵等，以减少能源的浪费和排放，采用高效设备和系统，加强能源的再利用，如热能回收、冷凝水回收等。再次，应考虑设备的能效比和运行成本，设计不仅要考虑设备的初始投资成本，还要考虑设备的运维成本和能效比，在选择设备时，应选用具有高能效比、低能耗、低噪音的设备，同时应考虑设备的可维护性和可靠性，以降低运行成本。通过以上措施的实施，可以实现建筑设备的低能耗、高效率和可持续发展。

3.设备工程节能设计对建筑环境的影响

3.1 提升室内空气质量

建筑设备和系统的节能设计对提升室内空气质量有着重要的影响。首先，节能设备的使用可以减少能源消耗，减少对环境的影响，这些设备在生产过程中使用的材料也可以减少对自然资源的依赖，从而降低对环境的影响。其次，节能设备的使用可以减少室内空气污染，传统空调、供暖等设备在使用过程中会产生一定的噪音、振动和电磁辐射等污染，而现代的节能设备则可以有效地减少这些污染物质，节能设备还可以通过采用新型的空气净化技术进一步改善室内空气质量。再次，节能设备的合理使用可以改善室内空气的温度和湿度，从而营造一个更加舒适的生活工作环境，合理的节能设备使用可以有效地抑制室内细菌、病毒等的滋生，从而进一步提高室内空气质量。建筑设备工程节能设计通过减少能源消耗、降低室内空气污染、改善室内环境等方式，营造一个更加健康、舒适的生活环境。

3.2 减少对环境的破坏

设备工程节能设计是减少对环境影响的的重要途径之一，随着全球能源的逐渐短缺和环境问题的日益严重，节能减排已经成为社会各界的共识。设备工程作为能源消耗和环境污染的主要领域之一，其节能设计的重要性不言而喻。

设备工程节能设计的影响因素非常复杂，包括设备自身的性能、设计参数、维护情况等。其中，设备的性能是节能设计的基础，包括设备的能源利用效率、耗能情况等；设计参数则是节能设计的关键，包括设备的功率、电流、电压等；维护情况则是节能设计的保障，包括设备的保养、维修、更新等。设备工程节能设计需要遵循一定的原则，包括合理选型、优化设计、先进技术、可持续发展等。合理选型是指根据实际需要选择合适的设备型号和规格，避免浪费和过度消耗；优化设计是指对设备进行优化改进，提高设备的能源利用效率和性能；先进技术是指积极引进和采用先进的节能技术和设备，提高设备的节能水平。

设备工程节能设计非常广泛，包括空调系统、照明系统、动力系统等多个方面。例如，在空调系统中，采用智能控制系统和变频技术可以提高设备的能源利用效率和舒适度；在照明系统中，采用高效照明器具和自动控制系统可以减少能源消耗和光污染；在动力系统中，采用永磁同步电机、液压节能器等先进技术和设备可以提高设备的运行效率和稳定性。设备工程节能设计减少对环境的影响具有重要意义。通过采取合理的节能措施和技术手段，可以降低设备的能源消耗和环境污染，同时提高设备的性能和稳定性。

4.建筑环境与设备工程节能设计优化建议

4.1 使用绿色环保原材料和设施

在工程建设过程中，原材料和设备的使用直接影响工程质量，也影响建筑物的节能环保水平。传统建筑设备使用的许多原材料可能会造成严重的环境污染。例如，聚氨酯泡沫是一些地区供暖管道保温加固工程施工中使用的隔热材料。这种物质可能在空气中挥发，造成环境污染，且难以降解，对节能减排的整体工作产生负面影响。目前，一些建筑公司已经开始使用植物纤维或纸纤维绝缘材料进行工程施工。这些材料可以有效提高施工过程中的环境效率，避免化学原料的挥发，保证人体健康，并在使用寿命结束后实现有效降解，减少环境污染和破坏，有效提高施工设备工程施工的节能水平。

此外，出于节约设备投资成本的愿望，经常选用排水量大、能耗严重的设备和设施，造成高能耗损失。运维阶段管理人员应详细研究设备能耗趋势，及时保养维护和更新，有效减少设备对环境的破坏。

4.2 空调系统节能设计要点

空调系统应在热回收设计方面给予足够重视，蒸发器、冷凝器和压缩机是空调系统的重要组成部分，其基本功能及作用就是制冷和制热，对建筑室内温度进行优化，提高室内温度的适宜性。在空调系统运行期间会产生一定量的热水，这些热水会通过水孔流出。若未及时进行该部分热量的回收，便很容易会导致一些资源被浪费[2]。通常来说，建筑内部空调系统的能量回收利用具有可行性和便捷性，主要是因为中央空调系统在建筑内部拥有比较完善的回路，能够对含热量废水进行有效利用。现阶段所开展的建筑工程建设中通常会加强热交换器及热泵等设备的使用，这样便能够更为高效地开展余热回收工作。或者是使用低能耗变频空调设备，实现建筑能耗的节约。针对空调变频技术而言，其属于当前时代背景下一种比较先进的节能技术。现阶段的电气设备节能，其还拥有比较清晰的等级划分，也就是一级能效到五级能效。各能效等级的空调设备的价格之间也存在相应差异。在当前的建筑空调系统设计工作中，还应优先使用一级能效等级空调设备。该能效等级设备有着良好的节能效果，虽然价格相对较高，但伴随着建筑空调系统的长期运行，其所节约的成本要更为可观。

4.3 加强建筑物热环境优化

建筑环境、建筑设备节能效果与热环境之间存在着密不可分的联系，在开展设计工作前，需要对建筑物的用途、建筑室内结构及热环境情况有一个充分的了解与把握。基于建筑外部环境角度而言，如果建筑所处地区的天气条件温度过高或过低，都会给室内的温度调控带来较大影响，进而决定了建筑节能设计效果。基于建筑内部环境角度来说，建筑类型的不同，其应用功能之间也存在相应差异，常规的居民住宅在使用期间仅需做好空气温度、湿度及洁净度的调节即可，但如果是生产车间，其对室内环境状况的要求比较严格，通常会依据具体的生产特点及需求落实针对性措施，从而对室内状况进行有效调节和控制，例如冷藏室、实验室等。所以，实际所开展的建筑环境及工程设备的节能设计工作，设计人员应预先做好建筑内部和外部热环境的研究，了解此方面信息，能够为之后相关工作的高效开展奠定坚实基础。

4.4 照明和配电系统节能设计优化

设计人应综合性考虑建筑功能定位和品质定位，围绕照明系统和照明设备展开针对性优化，在确保照明系统功能正常发挥的前提下，最大程度提高其节能效果。例如，针对常规民用建筑所开展的照明与配电系统设计，仅需满足照明系统基础的实用性需求即可，在没有专门要求的情况下，无需对照明系统的装饰性进行过多考虑。而对于商业化娱乐场所或游乐场所的设计，其不仅需要满足最具基础性的照明需求，还应注重对装饰效果的提高，这些为现代化建筑照明系统设计的原则和要求。其次，设计人员还应做好变配电系统的设计，通过采用针对性设计手段，提高变配电系统设计的合理性[3]。对于建筑物的内部和外部电力供应来说，其实现主要是依靠变配电设备的支持。设计人员对于变配电设备开展的设计工作，还应对供电区域平面布置状况进行专门考虑，对变配电设备节能性和输配电线路合理性有一个相应的了解，应优先使用能耗相对较低的设备，并且有目的性地降低输配电线路长度，提高此方面的节能设计效果。另外，设计人员还应加强具备节能特征照明设备的使用，现阶段LED 灯具作为典型的节能型照明设备，对其应用较为广泛，基于同等功率条件，LED 灯具的照明效果更为良好。

4.5 节能建筑设计

要实现设备工程的节能，首先要做好建筑的被动节能，在建筑设计时，合理设计设计建筑朝向、门窗、户型、围护、光伏一体化等方面，在通风、采光、取暖等方面较大程度地使用自然资源，降低这些活动对电气的需求。而后再做好电气工程的节能设计，在进行设计时要遵循以下原则：实际需求性原则，建筑电气是为了满足人们日常工作生活，能达到需求即可，无需过度浪费；经济环保原则，市场上节能电气设备很多，价格也不一而足，在根据业主方的具体要求，合理地选择和应用节能技术或设备，避免资金浪费，同时还要考虑施工的难易程度，在此基础上较大程度地选择低能耗的电气设备；便捷、高效的设备系统运行维护原则，自动化和智能化技术在电气工程中广泛应用，但也有一些因设计或技术问题，运行维护非常繁琐，设计时也要注意。科学选择节能玻璃将绿色节能技术应用于门窗幕墙的整体设计中，能够使得门窗幕墙在导热性能方面进一步降低，降低其导热性能通常是在中空玻璃中借助密封技术将惰性气体加入其中。最常见的两种玻璃处理技术分别是中空玻璃和低辐射镀膜玻璃，这种节能玻璃在具体应用中主要有隔热和保温的效果，一般情况下，节能玻璃的热传和遮阳系数并不会产生巨大的变化，因此，在对门窗幕墙设计或者施工的过程中要想满足温度和采光等需求，就需要科学选取节能玻璃[4]。

4.6 建筑温度湿度控制

建筑环境的舒适性由局部温度、相对湿度、风速和周围辐射温度决定，其中最重要的因素就是温度，因此提高人体舒适度，需根据舒适区现有范围对这些被动设计策略进行调整，同时使用主动设计策略改善热舒适性。考虑到我国幅员辽阔，经纬度跨度大，各地气候条件差异很大，被动策略在这些地区具有不同的适用性。对于马鞍山，地处苏皖交界，属于典型的亚热带湿润季风气候，四季分明，气候温暖湿润，一般情况下室外温度就可以满足居住需要。因此，这类地区可以通过增加通风窗口、设计开间和落地窗等方式，使室内温度尽可能的与外界保持一致，同时又规避掉梅雨、台风等可能带来的气候灾害。保障在改善热舒适性和降低能耗的过程中，提高热质量效应和夜间净化通风，以达到整体节能概念。由于能源种类非常丰富，而煤炭资源是日常生活中非常重要的生活燃料之一，在我国整个能源结构中占据关键地位，而燃烧煤炭期间产生的有害物质不仅会增加煤气中毒几率，还会导致许多有害物质漂浮在空气中。就算目前我国的能源构造大致已经成型，也不会在短时间内出现实质性变化，而要想从根本上解决大气污染问题，还需要强化能源结构，用绿色环保能源替代不可再生能源。并且优化能源结构也成为了解决大气污染问题的关键方式，对太阳能、风能等清洁能源进行开发利用，减少煤炭使用量，进一步发展绿色能源。

结语：

节能设计是当前能源和环境问题日益严重的背景下非常重要的领域，建筑环境与设备工程节能设计是建筑设计的重要组成部分。设备工程中需要使用大量的能源和资源，设备节能设计需要从设备的选择、设计、运行、维护等方面入手，通过采用先进的节能技术和设备，优化设备运行和维护管理，提高设备的能源利用效率，减少能源消耗和环境污染，提高人们的生活质量和建筑的使用性能。未来需要进一步推广和应用节能设计理念和技术手段，促进可持续发展的实现。