摘要：建筑耗能的主要组成部分是暖通空调系统用能。在分析了我国目前的能源形势和建筑节能要求的基础上探讨了建筑环境与设备工程专业在教学过程中培养学生建筑节能观念的重要性，提出了不同教学环节培养学生建筑节能观念的具体方案并进行了相关实践。
关键词：建筑节能；观念；建筑环境与设备工程专业；暖通空调
作者简介：李炎锋（1971-），男，河南新密人，北京工业大学建筑工程学院副院长，教授；王慧琛（1989-），男，河南濮阳人，北京工业大学建筑工程学院硕士研究生。（北京 100124）
基金项目：本文系北京工业大学2011年教育教学改革重点项目（ER2011-A05）资助的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）29-0021-02
随着社会的发展，建筑能耗在社会总能耗中所占的比例越来越大，在发达国家已达到30%。在大型城市中建筑能耗比例远高于这个比例。而在建筑用能种类中，用于供暖、通风、空调系统（简称暖通空调）的能耗占到建筑能耗的30%～50%。[1]随着人均建筑面积的不断增大以及暖通空调系统的广泛应用，用于暖通空调系统的能耗将进一步增大，势必会使能源供求矛盾进一步激化。另一方面，现有的暖通空调系统所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源，其中电能占了绝对比例。对这些能源的大量使用造成地球资源日益匮乏，同时也带来严重的环境问题，对生态环境和可持续发展带来了很大影响。
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。[2]建造过程中的能耗包括：建筑材料、建筑构配件、建筑设备的生产和运输以及建筑施工和安装中的能耗；使用过程中的能耗，包括房屋建筑和构筑物使用期内采暖、通风、空调、照明、家用电器、电梯和冷热水供应等的能耗。
建筑环境与设备工程专业（原暖通空调专业）是培养具有室内环境系统与设备及建筑公共设施系统的设计、安装调试、运行管理以及能在建筑环境与设备的设计研究、制造安装、物业管理等部门及相关的科研、生产、教学等单位从事工作的高级工程技术人才。注重建筑、机械、电气、热工、和环保等多学科的交叉与融合。[3]通过培养，使学生掌握建筑物理环境、环境空调系统的基础理论和基本知识，接受建筑设备系统的设计、调试和运行管理等方面的基本训练，具有进行建筑供暖、通风和空调系统及设备的设计、运行、实验研究的基本能力。建筑环境与设备工程专业在专业体系中与我国实施建筑节能策略有着密切的联系，因此在学生培养中贯彻建筑节能观念有助于学生走向工作后在设计、管理、安装、运行等环节重视建筑节能。
一、建筑环境与设备工程专业知识体系
按照住建部建筑环境与设备工程专业教学指导委员会的要求，该专业主干课程包括：工程热力学、传热学、流体力学、机械设计基础、建筑环境学、流体输配管网、热质交换原理与设备、供热工程、空气调节、通风与空气洁净技术、建筑给排水等。培养内容包括建筑热舒适环境技术、建筑自动化集成技术、建筑给排水技术、建筑节能设计理论的综合知识，要求学生具有进行工程设计、运行、施工、经营管理以及应用研究的能力。
可以看出暖通专业的课程涵盖了空调系统的能源、输配环节、末段运行等各个环节。如果在专业教学中系统渗透国家的节能政策、标准和规范将是降低建筑能耗和保护环境非常重要的手段。在暖通专业的主干课程教学中以节能为导向，将不仅宣传了国家的相关政策、规范和标准，提高了建筑从业人员的业务能力和节能意识，而且他们走上工作岗位时也能学以致用，造福社会。
二、培养学生建筑节能观念的相关教学环节
建筑节能涉及很多专业领域，而暖通空调系统的节能也是一个系统工程，只有在建筑能源利用的各个环节，包括能源利用、能源输配、终端用能以及系统从设计到运行的全过程中贯彻节能的理念，才可能达到整体节能的效果。单纯追求局部环节的节能反而容易造成整个系统能耗加大。因此要加强学生在系统设计、设备选型、系统运行等阶段的建筑节能观念。
1.暖通空调系统设计环节
（1）注重建筑维护结构的节能。暖通空调系统进行设计首要的环节是计算建筑物的负荷。建筑负荷中，通过围护结构传热产生的冷热负荷在空调负荷中占有很大的比重。建筑围护结构保温性能在建筑的节能中起着很重要的作用。采取遮阳、外保温、节能窗等措施提高围护结构的隔热性能，可以减小由室内外温差而引起的热量交换，从而有效减小空调冷热负荷，达到节能的目的。在该环节强调维护结构选择节能，要求学生严格按照国家和地区的节能标准进行维护结构设计。
（2）注重室内环境参数的优化。室内环境设计在调室外计算参数为定值时，夏季空调室内空气计算温度和湿度越低，房间的计算冷负荷就越大，系统耗能也越大。通过研究证明，在不降低室内舒适度标准的前提下，合理组合室内空气设计参数可以收到明显的节能效果。有数据表明室内设计温度每提高1℃，空调系统将减少能耗约6%。此外，对于大型建筑采用分区设计技术，即分别计算不同区域的峰值负荷来进行各自区域的设备选型。另外，引入动态负荷分析的方法，利用Dest、DOE-2、EnergyPlus等进行建筑的能耗分析。该环节一定要求学生注意合理确定室内温、湿度，在保证舒适前提下尽量减少用能，另外，可以采用CFD技术进行建筑室内环境的气流组织分析，计算室内环境的PPD和PMV对室内环境设计进行指导。
（3）注重合理利用可再生能源和自然通风。随着我国能源战略实施，我国加大了对太阳能利用的研究，因此，建筑设计中要采用太阳能与建筑一体化技术，建筑利用自然采光、自然通风、水源热泵、地源热泵技术减少对石化能源的使用，利用建筑蓄能实现建筑用电负荷的削峰填谷。
2.注重输配环节的系统能耗
目前，建筑环境与设备工程专业比较重视维护结构、负荷和设备，而对介质输运环节的能耗问题没有引起足够的重视。空调系统中，空气与水通常是冷量载体。输送过程能耗包括：通过传热的冷量损失和输送过程的流动阻力损失。对于输送冷量的水系统或空气的管路系统，克服流动阻力的能量又转变为热量，导致冷量损失。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。风系统可以选用变风量空调系统，变风量系统在一般情况下，节能可达到50%；水系统采用变水量系统，从而避免冷、热抵消的能量损失，减少水路输送的能耗。
3.注重建筑设备系统选型的整体运行性能优化
空调系统的能耗是由风系统和水系统的能耗组成的。在风系统中，风机的能耗占相当大的比例；而水系统中，节约水泵与冷水机组的能耗才是节能中最关键的措施。通常空调设备只能按照设计的额定工况运行，当系统的负荷降低时设备仍然按照额定功率全负荷输出运行，这就必然造成能量的浪费。如果使用变频技术使空调设备的输出功率随负荷的变化而变化，那么能起到良好的节能效果。例如采用变风量系统和变水量系统。
在设备选型中，注意系统整体性节能考虑。在空调系统中，冷水机组的能耗是最大的。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%。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。
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%。
三、在学生工程素质培养中注意贯彻建筑节能意识
工程素质是解决工程实际问题的意识，是工程人才知识储备和能力结构的综合表现，不仅要有比较扎实的工程基础理论和实践知识，而且需要见多识广，思维开阔，善于不同学科之间的渗透，从而具有创新思想，并且能付诸实施。高校工程素质的培养贯穿于整个学习过程。在工程素质培养中，主要从以下方面进行节能意识的培养：
1.要培养学生的独立的判断能力
不能受某些生产厂家片面宣传的影响，也不能过分受业主的干扰，更不能以业主的某些不合理要求为借口来达到某些个人的目的，要具备起码的职业道德。例如对于严寒地区的公共建筑，不宜采用空气调节系统进行冬季采暖，而应设热水集中采暖系统，也不可以采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源。
2.要有不断的自我学习能力，注意专业新技术的发展及应用
暖通空调行业技术发展得非常快，重点都是围绕着如何提高各种能源的利用效率，提高产品的性能系数以及平衡地使用各种能源。比如说，在天然气供应充足地区的一些特大型、大型项目上，提倡推广应用分布式或热电冷联供（燃气型溴化锂直燃机供冷、降低排烟温度）的技术，实现电力和天然气的削峰填谷，提高能源的综合利用率，这些知识、这些技术都要让同学提前学习，提前了解和储备，这样才能使同学更好地进行研究和设计，
3.通过参与能源审计培养学生的节能意识
能源审计工作是针对能源问题的诊断，诊断出能耗高的问题在哪儿，为建筑工程的施工和节能工作的开展提供参考及建议。组织学生参与能源审计工作，使同学了解企业的能源消费状况、管理水平、利用效率、消耗指标、财务过程、综合利用并对环境效果进行检查、测试、诊断、咨询和评价，排查节能障碍和浪费原因，查找节能潜力，提出整改措施，制订节能目标和规划，最终提出促进企业节能降耗、降低生产成本、提高经济效益的有效措施。在整个能源审计过程中提高同学的节能意识。
四、组织学生积极学习国家的节能政策、标准和规范
国家历来对节约能源高度重视。近年来，按照党中央、国务院的部署，国家和地方正在出台和修订节能减排的政策、法规、文件。与此同时，国家和地方相关部门正在进行节能法规、政策等调研工作。高校应该抓住这次机会，联系相关部门和单位让同学参与到这项工作中。在调研中让同学深入了解节能方面的法律、法规文件等，通过体会国家对建筑节能的重视，增强学生的建筑节能意识。
五、结束语
高校是培养高素质人才的摇篮，大学阶段的专业教育对学生综合素质的培养具有不可替代的作用。对建筑环境与设备工程专业而言，在深化教育改革的过程中，根据暖通空调行业专业的特点紧跟国家的形势与政策对学生进行培养，对学生具有深远的意义。结合建筑环境与设备工程专业课程安排的特点，在相关课程教学环节中培养学生建筑节能的观念并有针对性地讲授哪些地方可以实现节能，组织同学参与国家实施的能源审计以及相关法规、标准修改的相关调研对于强化学生的建筑节能观念具有重要意义。
参考文献：
[1]李德英.建筑节能技术[M].北京:机械工业出版社,2006.
[2]付祥钊,肖益民.建筑节能原理与技术[M].重庆:重庆大学出版社,
2008.
[3]朱彩霞,杨磊.建筑节能新技术课程教学改革探讨[J].河南教育,
2009,(4):24-25.
（责任编辑：王祝萍）