时间：2023-05-23 11:31:53
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【关键词】钢铁企业制氧站节能
中图分类号：C29 文献标识码：A 文章编号：
钢铁企业作为国民经济中最大的用氧部门，其在生产过程中需要使用大量的氧气、氮气和氩气，如氧气炼钢、高炉富氧、转炉溅渣护炉用氮、钢包底吹用氩等。因此，大中型钢铁企业一般都配备有一定规模的制氧站，制氧站在制取氧气的同时可以生产氮气和氩气等工业气体。在制氧生产中主要消耗的是电能，约占总能耗的80%；从总厂范围来说，制氧分厂是钢铁企业用电大户，约占20%以上。制氧站从选址、规模的确定到设备和管道的配置都需要进行优化设计，才能使工艺更先进，安全可靠性更高，能耗更低。
一、制氧站的规模确定
制氧站的规模需要根据炼钢、炼铁等用户的使用量及使用制度，绘制出用气平衡表，根据平均用气量来确定制氧站的规模。以下是某工程的氧氮氩平衡表。
氧、氮、氩的用量平衡表
通过上表可知，2×100万吨转炉冶炼、2×1280m3高炉富氧以及其它用户等共需氧气41000m3/h，纯度为99.6%；氮气40400m3/h，纯度为99.999%；氩气385m3/h，纯度为99.999%，为满足供应要求，需要建立二套20000m3/h空分装置。
2、制氧分离工艺的选择
目前，空气分离制取氧、氮等产品的方式有三种：变压吸附、膜分离和深冷法。前两种是常温下空气分离，第三种是低温下空气分离。
变压吸附与深冷法比较各有特点：首先，变压吸附流程简单，设备数量少，主要设备仅为鼓风机、吸附塔、贮气罐、真空泵和一些阀门；深冷空分装置流程较为复杂，主要设备包括空压机、预冷器、纯化器、换热器、膨胀机、空分塔、氧压机、氮压机等诸多设备。其次，变压吸附基建费用少，对厂房要求不高；深冷空分装置设备复杂，安装周期长，基建投资高。第三，变压吸附启动时间短，维修费用低；深冷空分装置操作较为复杂，启动时间长，维修费用多。第四，变压吸附产品单一，氧气纯度低（93%），产量少（一般在5000m3/h以下），不能生产氩；深冷法可以同时生产出高纯度的氧（99.6%）、氮（99.999%）、氩（99.999%），产量较高，而其液体产品的体积仅约为气体的八百分之一，所以产品非常便于经济的储存和运输。
膜分离技术与深冷法、变压吸附相比较，具有设备简单，启动时间短，投资少，由于不需要加压设备，故其简易程度超过了变压吸附；但也同样存在产量低，产品纯度低，氮气纯度仅为95%。
钢铁企业一般选用的是深冷法。
二、制氧站设计分析
1、制氧原理及改进措施
深冷分离工艺的基本原理是:空气经压缩、冷却和液化后，利用空气中氧、氮、氩沸点不同，采用多次蒸发、多次冷凝的方法进行精馏分离得到产品氧、氮、氩。再按不同用途将产品加压、贮存和输送供给用户。钢铁企业制氧站主体设备如图1所示。
图1 钢铁企业制氧站主体设备示意图
制氧站制取工业气体的能耗一般通过氧气的单位电耗来衡量。氧气单位电耗计算公式:
式中:N—吨氧耗电量，kWh/m3；
R—气体常数；
T—环境温度，K；
r—空气标准状态下重度，取1.293kg/m3；
P—加工空气压力(绝压)；
V空—加工空气流量，m3/h；
V氧—产品氧气流量，m3/h；
ΔV—设备切换损失，m3/h；
η等—空压机等温效率；
η机—空压机机械效率。
制氧站的单位产品电耗，与工作压力的自然对数成正比，工作压力越低，单位电耗越小，因此尽可能地降低制氧设备的工作压力从而降低电耗。目前全低压流程的制氧装置已经被普遍应用。
此外，提高氧提取率，也即降低V空/V氧，单位电耗N也随之减少。当采用规整填料、全精馏无氢制氩技术，氧提取率可提高到99.8%，氩提取率可达80.7%，且制氩过程完全通过低温精馏来实现，使装置更安全可靠。当上塔采用填料塔后，能降低上塔阻力约0.02MPa，空压机轴功率可降低5%～7%。当采用带氧气增压器的空分流程，充分利用冷凝器的位能(即液柱高度)，使出冷箱的氧气压力达到0.17～0.28MPa，从而使压氧电耗可降低0.03kW/m3左右。
我公司设计的某工程一期2万制氧、二期2万制氧均采用液氧自增压的方式，获得5000~7000Nm3/h，压力为55kPa的低压氧气，直接输送至炼铁区域进行机前富氧，这样即可选用1.5万Nm3/h的氧压机，大量减少了压氧能耗，每套2万机组年节约电量约8.0x106kWh。
我公司设计的某工程1.6万Nm3/h制氧采用了污氮气与增压空气进行换热的设计，节约了能耗。
2、减少氧气放散率
1)合理配置液体储槽和气体球罐。
液化装置的配置与使用是减少放散率、保证供气稳定性、安全性和增加制氧设备投资效益的一个重要手段。液化装置包括液氧、液氮和液氩储存及汽化系统。液化装置较空分设备容易开停，负荷可以增减，生产的液体产品可以进入后备汽化系统以保障气体供应，也可以进入市场销售，为企业带来可观的效益。液化装置的能力大小一般取决于氧气放散量的大小、氮气的富裕状况及对液体的需求量，一般以氧气总产量的5%～10%为宜，氧、氮、氩液化同时考虑。
氧气球罐的有效储量，需满足正常生产时的不均衡用量，包括转炉按一定规律用氧时的周期性高峰低谷的波动量和由于换出钢口、生产调度等原因造成不均衡用氧的富裕储量，同时还应考虑空分设备突然故障停止供氧时保证转炉仍能吹完一炉铁水所需的安全储量。转炉溅渣护炉是氮气用量波动较大的用户，每个冶炼周期吹氮时间为2～4min，因此氮气球罐的最小储量应能够满足其周期性波动的要求。
2)变负荷功能。
为了降低制氧单耗而增加氧气产量，但由于氧气需求的不连续性，氧气在部分时间会因用不了而放散掉。空分设备在选型时应该考虑变负荷功能。
装置自动调节负荷操作可以通过调节冷箱进口空气的流量，即靠增大或减少空气透平压缩机的排气量来实现。而空气透平压缩机通过控制其进口导叶，使轴功率随着排气量的变化而变化，可以实现变负荷操作平稳运行的同时达到降低能耗的目的。
三、制氧系统的优化节能
1、选择节电的设备及技术
从制氧装置规划起，就把节能作为工艺规划、设备选型的一个重要原则，把设备的价格、能耗、性能等放在一个系统中进行综合考虑。
空压机是空分装置中最大的耗能设备，也是制氧主厂房内最大件设备，在选择空压机时不仅要考虑设备投资，还应考虑电耗，业主使用习惯，最大件重量，气体进出口方式以及设备基础、对主厂房的要求等因素。例如，某工程一期2万制氧选用的是沈鼓设备，需设置8m高二层平台；二期2万制氧选用的是交大赛尔设备，需设置6.5m高二层平台；另某工程1#、2#2万制氧均选用的是陕鼓设备，设置在厂房地坪基础上；而某工程1.6万制氧Atlas的设备，设置在室外地坪基础上。
许多设备可利用变频技术节电，如循环水泵、循环氩泵等具备采用变频技术条件的设备，都采用变频技术。在循环水系统采用节电装置有效地控制了水泵的功耗。
我公司设计的某工程2x2.2万制氧分子筛系统加热器采用蒸汽加热器和电加热器配合，在蒸汽能满足供应的情况下，单独使用蒸汽加热器；蒸汽供应不足时，蒸汽加热器和电加热器配合使用，相比于单独使用电加热器，节能效果明显，每套2.2万机组年节约电量约3.74x106kWh。
2、提高设备作业率
任何原因造成制氧设备停机，启动后至少要空耗3 h以上的能耗才能进行产品生产。因此，制氧节能降耗一个最重要的方面就是稳定生产，那么零工况波动为运行的最高目标。与此同时，探索最佳的压缩机压力，加温活化的时间，上、下塔的压力，机组膨胀量，氧氮的纯度等因素对耗能的影响，找到最佳的工艺点。平时根据用户的使用情况及时地调整工况和开停压缩机，力争在满足生产使用的前提下，电耗最少。由于钢铁企业氧气、氮气用户的压力等级为两个，一是0.8 MPa以下的氧气、低压氮气，二是0.8～3.0 MPa的中压氧气、氮气。以前中压采用压缩的方法供应、低压采用中压节流的方法供应，势必造成能量损失，可采用中压和低压分开供应的方法，增设了低压氧气、氮气管网，有效地减少了氧气、氮气压缩的电耗，粗略估算每套2万机组年节约电量约16.6 x 106kWh。
一般制氧启动时间需48小时，如果能缩短启动时间，提前出氧，就可减少设备作为无用功时间，节约电耗。我公司设计的某工程1#、2#2万制氧在制氧启动积液过程中，当主冷凝蒸发器见液并排放干净后，将储槽或槽车中的液氧返供主冷，比正常开车缩短20小时，每套2万机组每次开车节电量约3.06 x 105kWh。
四、结束语
制氧机组单体设备的改进可以降低制氧机组本身电耗，而确定合理的制氧规模以及采取变负荷等相关措施可以最大限度地减少氧气的放散率，避免不必要的浪费。液体储槽、气体球罐以及管网的优化布置可以节约投资成本，并满足氧、氮、氩气体用量的不稳定性。
参考文献
1保温隔热
1.1现状分析建筑墙体主要为240黏土砖砌筑墙体，外墙面层为水泥砂浆抹面涂料。墙体较薄且无任何保温层,在夏季白天难以阻挡该地区强烈的太阳光，导致大量热量透射而入;到夜间获取的热量难以消散，形成对室内的二次辐射，使得室内温度持高不下。冬季轻薄的墙体又成为热传递的最佳通道，将热量由室内传递到室外，导致室内热量的严重损失。屋顶为普通水泥板架空隔热屋面,此种做法相对老套,保温、隔热效果无法满足现在住宅建筑的使用要求。调查建筑中的门窗及阳台窗基本上都为低档铝合金作为骨架材料的单玻窗,所用玻璃为蓝色透明玻璃，开启方式为推拉,此种方式增加了该建筑的能源消耗。
1.2相关案例西安首创国际城北区采用的保温隔热技术:1）选用AJ聚苯颗粒保温砂浆和聚苯保温板,墙体穿上“衣服”。2）采用塑钢中空双层玻璃窗，达到隔热、隔音和保温效果。3）选用名牌厂家生产的保温隔音防盗门。4）在屋顶和阳台使用聚苯颗粒保温砂浆。由此，节能效果达到节能50％的国家标准。
2改造优化设计
针对调查建筑当前存在的问题，结合对国内外相关案例的分析，运用生态住宅的设计方法，提出相应的改造设计措施，达到节能的目的。
2.1通风改造优化设计自然通风是住宅建筑的重要影响因素之一，在住宅设计领域中结合环境，达到自然通风节能的效果尤为重要。结合建筑单体设计，巧妙设置门窗，门窗对开，形成穿堂风，有效地调节了室内通风效果。丰富窗户形式，设置多向调节窗户加大其通风能力，自然通风量则通过竖向空间的窗户面积大小来控制。屋顶安装利用风力的简单机械装置，抽低楼层的凉风至高楼层降低室内温度,加强竖向空间的拔风作用，提高室内60％的通风能力。加强各楼层之间风的流动,在竖向空间顶端设置蓄热墙吸收房间热能，排除室内浊气。
2.2遮阳改造优化设计窗的遮阳是必不可少的，在闭窗情况下有无遮阳，室温最大差值达2℃，平均差值达1～4℃。理论上讲，室外遮阳效果比单层玻璃窗的透过能量下降88％。但针对该地区来讲，如果用遮阳板固然可抵挡一部分夏季强烈的日光，但进入漫长的低日照时期时，室外的遮阳设置使室内不得不只采用灯光照明，特别是在阴雨天或冬季这种需要大量阳光进入的季节，遮阳反而变成了一种障碍。在建筑中设置百叶遮阳构件,并将百叶遮阳构件一分为二，利用上部的百叶作为反射构件，通过室内顶棚进行漫反射增加室内照度；下部挡掉过量的太阳光。这种方式作为朝南建筑的遮阳方式，朝西建筑由于太阳高度角较低，可采用垂直遮阳来解决此问题。
2.3隔热改造优化设计
2.3.1墙体与屋顶围护结构传热的热损失占整个建筑物热损失的70％～80％,外墙是建筑物围护结构的重要组成部分。加强调查建筑的薄弱围护结构（外墙)的保温隔热能力尤为重要。在改造中，建筑物的主要围护结构、屋顶的保温节能材料采用AJ建筑保温隔热聚合物砂浆。隔热效果好、导热系数低的AJ建筑保温隔热聚合物砂浆含有陶瓷空心微粒，从而有效地阻止了能量的传递，起到节能的作用。在外墙外保温时该材料还设置防裂防漏层，既防裂纹又防漏水。屋顶的保温设计可选用AJD—Ⅱ型聚苯颗粒保温材料为保温隔热材料，同时可种植绿化来改善保温隔热的效果。
2.3.2门、窗由于空气渗透和门窗的使用带来了门窗的热损耗，为减少能耗，则需:1）合理窗墙比:以建筑规范为准则，以该地区的实际条件为依据，合理地调整窗户和墙体的比例。2）强化密封性:合理选择门窗的类型和其他相关配套材料。3）提高保温性:门窗框料可采用PVC型材与钢衬料制成,玻璃采用中空双层玻璃，门芯填充复合保温材料，既防盗又保温隔热。
2．4有效利用太阳能生态住宅设计方法在遵循高效率、低造价、易控制、好维修原则的前提条件下，合理地利用太阳能，降低住宅建筑的人工能耗。结合该地区的气候条件，选取适合调查建筑的改造方式，最大程度地利用自然能源，降低住宅建筑能耗，太阳能的利用方式见图1。
3结语
关键词：建筑节能；优化设计；设计方法
在我国经济社会发展过程中，有三个”耗能大户”，也就是工业耗能、交通耗能和建筑耗能。在这三个“耗能大户”中，建筑这个“耗能大户”在全社会总耗能中的比重越来越大，与我国建立资源节约型和环境友好型的社会发展目标相背离。所以，必须高度重视建筑节能优化设计，切实降低建筑能耗，缓解我国能源资源紧张的局面。
1 建筑技能及其优化设计
1.1 建筑节能的内涵
建筑节能的内涵主要包括两个方面，第一个方面指的是建筑在正常发挥其功能条件下的能耗问题；简单来说，在满足人们日常生活所需中建筑所需要耗费的能量；第二个方面是建筑结构的隔热和保温问题。如果隔热和保温材料的质量不高，则会增加建筑耗能总量。
这两个方面的问题好比一枚硬币的两面，如果把两个方面的问题同时解决，或者是在设计过程中叫好解决这两个方面的问题，则可一石二鸟，不仅实现建筑物的节能，而且可以节省工程造价。
建筑节能问题关系着国家能源资源战略、可持续发展和环境保护等等，对于扩大内需、提高国民经济发展的质量和效益有着重要的作用和意义。
1.2 建筑节能设计优化
建筑节能设计的优化问题，指的是在建筑节能设计中，通过节能方案的对比等，找到节能的最优办法，从而实现建筑节能的目标。而其中最难的便是“最优”两个字，笔者把这来给个字理解成一定的范围，也就是根据建筑的具体能耗情况，设计多种节能方案，通过对比研分析和研究，确定采用哪个建筑节能优化方案。
而建筑节能方案的制定，需要综合考虑建筑群的朝向、间距和道路的布局情况等，以及绿地分布范围。
2 建筑节能技术和内容
2.1 建筑节能技术
现阶段，建筑节能技术主要包括维护结构的节能技术、采暖节能技术和太阳能技术等。
2.1.1 维护结构的节能技术
建筑物的维护结构，也就是通常所说的墙体、屋面及门窗工程。围护结构的节能技术是指通过采用墙体保温（外保温、内保温、自保温、夹芯保温等技术）、门窗及屋面节能等措施，减少建筑的使用能耗。其节能技术的应用，直接影响着建筑物的整体耗能情况。如住宅节能就是通过围护结构节能设计，达到比传统住宅节约能耗25%的目标。
2.1.2 太阳能节能技术
太阳能取之不尽，用之不竭，太阳能技术当前在现阶段的建筑节能设计中得到了广泛的应用，实现了建筑散热、遮阳效果和能量收集三者的有机结合；其中混合型节能技术的应用，为建筑物提供了光照和热能，并在一定程度上降低建筑物整体耗能。
2.1.3 采暖节能技术
当前，水源热泵系统是应用最广的是采暖节能技术。水源热泵系统把地表水源吸收太阳能，把地下水源吸收的地热能收集起来，形成比较丰富低温低热的能量，大幅降低了高位电能输入，实现建筑物热能的转移。由于前期投入成本较高南方地区应用较少。
2.2 建筑节能的内容
建筑的内容主要包括三个方面的内容：
2.2.1 建筑主体节能
建筑主体节能的优化设计，需要根据不同气度的气候和建筑能耗特点来进行，需要遵循兼顾冬夏、整体优化的原则，通过模拟建筑能耗，优化建筑能耗设计，主要是选择体型系数、合理布置空间格局、控制不同朝向的窗墙比例等等，从整体上降低建筑物的能耗。
2.2.2 常规能源的优化利用
常规能源的优化利用可以从四个方面入手：①因地制宜选择冷热源优化设计，提高采暖、空调等能源的转换效率；②采用合理的调控方式，节省输配系统的能耗；③优化照明的控制系统，降低照明能耗；④选用合适的能源制备生活用水。
2.2.3 可再生能源的综合利用
根据建筑物的类比、建筑物所在地的气候特点，以及可再生能源的综合利用情况，选择上文中所提到的各种建筑节能技术，也就是采暖节能技术、太阳能技术和地热能技术等。
3 建筑节能的优化设计方法
建筑节能，从设计角度来讲，指的是在住宅、公共建筑等规划和设计中，执行国家现行的建筑节能标准，通过采用先进的节能技术和施工工艺流程，利用可再生能源系统等，降低建筑的能耗。
3.1 屋顶节能优化方法
实际上，屋顶属于建筑的围护结构，其可以让室内和室外产生温差，如果室内外的温差过大，则会增加建筑能耗。屋面节能一般通过材料和构造来实现，如选用传热系数小、蓄热性大的材料，同时注意材料层的排列。现代建筑中平屋面相对较多，倒置型保温屋面被广泛使用，此种屋面保温层在防水层之上，使保温层还起到了防水层作用，这些材料必须防水和耐气温性能好，不易老化。（如矿（岩）棉或玻璃棉板具有良好的憎水性，税率低，热阻大，10m厚相当于50m厚混凝土板隔热效果），在建筑设计中被广泛应用。提高建筑屋顶的保温隔热性能，在冬季可以有效抵挡寒气进入到室内，夏季可以吸收太阳的辐射，减少热能，从而减低空调的能耗。
而屋顶节能优化的方法另一个是依靠太阳能技术。相关的数据显示，地球所拦截的太阳辐射能量相当于当前全球电力消费的1500倍，而在当前的技术水平条件下，太阳能技术仅仅有一小部分被开发利用。因此，太阳能开发有着非常巨大的潜力。
此外，太阳能作为一种可再生能源，代替常规能源的可能性非常大，同时其也是一种清洁能源，不会对环境造成任何的污染和破坏。现阶段，太阳能应用在建筑节能上的方式包括：被动式太阳能采暖、主动式太阳能采暖、太阳能发电和太阳能供热水等。而过把太阳能技术应用到建筑屋顶节能中，无疑是建筑屋顶节能的最好设计方法。
3.2 围护结构节能优化方法
建筑围护结构节能优化方法主要包括三种：
（1）外墙内保温技术。该技术主要是指在建筑的外墙结构内部增设保温层，内保温层的施工进度比较快，施工方式也比较灵活，同时还可以对施工质量进行有效的控制。内保温技术已经成熟，国内这方面的施工经验也比较多，因此可大范围推广；
（2）外墙夹芯保温技术。该技术主要在我国东北等冬季较为寒冷地区有着广泛的应用，其主要是在是把保温层夹在内外墙的中间，而建筑主体需要时混凝土结构或者砖墙结构。这种技术的主要优点是：防水性能良好、耐候性能良好等。
（3）外墙外保温技术。该技术是现阶段正在大力推广的一种节能保温技术，就是在垂直外墙的表面建设保温层，所以，建筑主体结构需要是混凝土结构或者砖墙结构。这种技术的技术含量比较高，适用范围也比较广，不仅可以用于新建楼房的节能保温，而且可以用于危旧楼房的改造。
（4）外墙自保温技术。该技术是指通过对墙体自身采取一系列新型技术，使其导热系数极低，甚至达到了绝热的程度。一般采用保温砌块为主要护材料，在造价上较为经济，且施工周期较短，可大大加快施工进度，绝热材料设置在外墙中间，有利于较好的发挥墙体本身对外界的防护作用。作者在建筑设计过程中，特别是公建设计中用外墙自保温较多。
3.3 门窗节能优化方法
对于建筑门窗的节能优化，主要是减少门窗的渗透量、传热量和太阳辐射能量三个方面。具体的优化方法是：尽可能缩小门窗的面积；选择最适合建筑物的窗型；在门窗上增设保温隔热层；合理确定门窗的材料；增加遮阳设施等。其中玻璃及型材的选择在节能优化起着相当重要的作用，一块12mm厚的透明玻璃的传热系数为5.5，而6mm透明玻璃+12mm空气层+6mm透明的中空玻璃的传热系数能达到了2.8，因此中空玻璃在门窗节能设计中被广泛应用。
通过以上分析，我们可以指导，建筑节能的一个重点便是建筑主体维护结构的节能措施。所以，在建筑节能优化设计中，应在这方面多设计几套节能方法，通过对比分析，选择最优的设计方案。
4 结 语
作为我国三大“耗能大户”之一的建筑耗能，在我国社会总耗能中的比重有逐年上升的趋势。而随着我国新型城镇化进行的不断加快，建筑节能设计成为当务之急。在本文中，笔者介绍了建筑节能及其优化设计的内涵，并介绍了当前集中借助节能技术，最后指出了建筑节能的优化方法，主要是建筑屋顶节能优化、内外墙保温节能优化和门窗节能优化这三个方面。
参考文献
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[关键词]己二酸 节能环保 优化 装置
[中图分类号]TE08 [文献码]B [文章编号]1000-405X（2013）-6-171-1
伴随当今化工工业的迅猛发展，己二酸作为工业生产中重要的组成部分，其产量也在日益增加。己二酸是一种有机二元羧酸，又名肥酸，在常态下表现为一种白色晶体，能溶于水、醇、醚、环己烷、苯和丙酮，对人体的皮肤、粘膜、眼睛等具有刺激作用，并且能产生酸雨，污染空气和水，因而对环境的影响也很大。故而，在生产己二酸时，为了环境安全，有必要对其生产装置进行节能环保的系统优化设计。
1 己二酸给环境造成的危害
在生产己二酸的过程中，会产生对环境有极大危害的废气、废水和废油等大量的工业生产废物。
（1）己二酸在生产过程中，会产生大量的工业废水。己二酸在生产过程中，由于本身含有酸性，因此，其产生的蒸气中便会裹含数量极大的酸，这些酸性蒸气与工业使用水接触之后，就使得工业废水具有酸性。含酸的工业废水排出之后，便会给地下水或者河流湖泊等水源造成严重的污染，从而影响到周围动植物的生活健康。
（2）己二酸在生产过程中，会产生大量的工业废气。己二酸在生产过程中，会产生大量的氮气、氧气、二氧化氮、一氧化碳及二氧化碳等气体。其中二氧化氮和二氧化碳是产生温室效应的主要气体成分，而一氧化碳则会直接危害人体的血液和神经系统。
此外，在生产己二酸时，还会产生大量难以消除的工业废油，同样会给周围的土壤水源造成污染。
2 对己二酸装置节能环保系统的优化设计
通过对己二酸生产过程中产生的废水、废气及废油加以分解、回收和循环利用，从而达到节能环保的作用。
（1）使用合理的装置或材料净化排放的废气。由于在一定条件下，二氧化氮可以通过化学反应而成生氧气和氮气，这两种气体对空气均无害。因此，可以在己二酸生过程中，利用技改优化，将二氧化氮的分解装置与废气排放口相连，以便将二氧化氮首先转化为无污染的气体再进行排放，从而起着保护空气的作用。同时，还可以用铁锈等金属氧化物来除去己二酸生产过程中产生的一氧化碳毒气。来净化排放的废气。
（2）用废水代替回流水，实现系统水平衡。尽管己二酸在生产过程中产生的废水含酸浓度远远高于国家二级排放的标准，但是其排放的工业废水中所含的己二酸及硝酸，成分基本与己二酸生产装置系统中的内硝酸浓缩塔回流水相同。所以。可以将回流水用己二酸生产排出废水加以替代，从而有效地达到系统水平衡的效果。而通过循环利用排出废水，一方面能够避免废水给环境造成污染，另一方面还能节约大量的水资源，从而使节能环保的目标得以实现。
（3）利用废油回收装置，实现己二酸生产废油的回收再利用。在己二酸的生产过程中，将一套废油回收装置加入到起生产装置中，利用己二酸产生的废油混合物与其他有机物的化学作用，将废油中的二元酸分离出来，并让其冷却后得到二元酸结晶，从而实现己二酸回收再利用的效果，不仅节省了资源，还保护了周围的环境。
3 对己二酸装置节能环保系统的优化设计效果
对己二酸装置节能环保系统的优化设计前后比较，其节能环保效果特别明显。例如，某化工公司统计数据表明：利用己二酸装置节能环保系统的优化设计之前，其废水排放量为19t/h；每小时排放的1100m3废气中二氧化氮含量高达38%；费油排放量为1.3t/h，焚烧之后又给空气造成二次污染。由此产生的大量废水、废气、废油给周围的空气、水资源等环境造成了严重的污染。然而在对己二酸装置节能环保系统的优化设计后，通过循环利用工业废水，实现废水的零排放；且1300m3废气中二氧化氮含量仅仅为0.1%；而每小时排放的1.3t废油也被制成二元酸结晶而全部回收，从而有效地避免了产生二次污染。
由在对己二酸装置节能环保系统的优化设计前后的对比数据中可以看出，采用节能环保优化设计，能够明显降低周围空气、水资源等环境的污染，并能有效地节省能源，实现资源的回收再利用，从而为化工企业带来一定的经济效益。
4 结束语
己二酸作为工业中应用十分广泛的有机二元酸，除却能够制作尼龙树脂和尼龙纤维之外，还能作为有机合成的己二胺及已二腈的基础原料，并且它还可以当做生产的增塑剂及剂。甚至在医药方面也得到广泛的应用。然而，其生产过程中产生的大量废水、废气及废油给空气、水资源环境带来极其严重的污染。因此。作为化工企业，我们要加强做好对己二酸装置节能环保系统的优化设计。以便我们在达到经济效益目标的同时，还能有效地保护生态环境，实现人与自然的和谐发展。
参考文献
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【关键词】建筑；电气；节能；设计
随着建筑业的不断发展，当中的电气节能设计工作也越来越重要。因为在实际的电气设计当中，受到很多因素的限制，建筑电气节能设计存在诸多不足。很多建筑的电气能耗还是相当高，导致了大量的资源和资金浪费，还在很大程度上增加了经济负担。所以，必须结合建筑物的实际情况，进行适当的电气节能设计，以便有效降低电气能耗，争取资源的节约。
1.建筑电气现状
某三甲医院共有内科大楼、门诊楼、急诊楼、医技综合楼等建筑单体5个，因为医院建筑中，医疗电气设备多，每一天都需要耗费很多电量，而且因为原先的电气设计不够合理，造成了很大的电力浪费。所以，特此按国家对医疗建筑的改扩建要求，接业主方委托，逐步对其建筑进行改扩建设计，其中具有代表性的新建医技综合楼（地下3层，地上15层，总建筑面积2.1万），
主要功能为医技设备、门诊、住院部）在2009年设计完成，2011年投入使用。
2.电气节能的优化设计
2.1变配电房设置情况
在地下二层设置了10/0.4kV变配电房，靠近电气竖井，这样可以减少配电半径，既减少电力电缆的一次投资，又降低线路损耗。两路10kV高压进线由市政电网引入（10kV系统南供电局进行设计），设置了3台干式变压器，其中，1变压器：500kVA，专供一层医技设备用电（含l6排CT机50kW、肠胃机50kW、大型C臂X线机50kW等），均采用放射式供电；2、3变压器：630kVA，供其他动力、消防设备、照明用电，且互为联络。该大楼采暖、制冷采用屋面风冷热泵机组形式。
2.2具体节能优化设计
（1）供配电系统节能设计
供配电系统节能设计作为整个建筑电气节能的关键步骤，设计人员必须结合用电设备特点、负荷等级、用电负荷容量及分布等内容，来开展供配电系统的设计：首先，要保证系统简单可靠。供配电系统应该简单可靠，配电级数不能过多，同一用户内高压配电级数不能多于两级，低压配电级数不能多于三级，以降低电能损耗。如果是两路进线供电系统，最好采用两路电源同时运行的方式，从而降低线路损耗。其次，合理选择供电电压。通常情况下，电压越高，损耗越小。如果用电设备总容量超过250kW或变压器容量超过160kVA最好用10kV供电。通过合理选择电压等级，从而实现节能的目的。再次，减少线路损耗。变电所应该尽量接近负荷中心，缩短低压供电半径，降低线路损耗，提高供电质量。一般应该将低压供电半径控制在150m以内。最后，应该选择合适的电缆。在选择电缆时，应考虑准确的载流量、电压损失、短路电流热稳定等指标，根据电流密度和供电需求，选择合理的导线截面，以便降低电能损耗。
（2）变压器节能设计
要想变压器做到真正的节能，设计时要采取相应的措施，提高变压器运行效率，降低损耗。具体而言，就是要从变压器自身结构、材质等方面采取相应的措施。第一，合理选择变压器数量与容量，合理调配电压负荷，使变压器在能耗较低的状态下运行。第二，选择节能型变压器。这是实现变压器节能的重要措施，其运行效率高，损耗低，能够起到明显的节能效果。所以设计时，应该选用10型及其以上，非晶台金变压器。
（3）照明电路节能设计
首先，要充分利用自然光。其次，应选用高效节能光源及低能耗、性能优的附件。按国家节能设计及审查要求，除特殊场所外，均不得采用白炽灯：应根据建筑使用场所，合理选用T8、T5、LED灯具；灯具附件的节能也相当重要，公共建筑的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具，紧凑型荧光灯具应选用电子镇流器。气体放电灯宜采用电子触发器。
公共场所、公共走道等采用照明分组集中控制方式。如对医院住院部楼层的公共走道，可在护士站集中分组设置开关，这样既便于管理，也节约运行费用；对门诊、急诊楼等的公共区域，可采用i―bus及类似系统进行分时、分组调节及程序控制。室外照明可采用程序控制或光电、声控开关；办公楼、住宅楼的走道、楼梯等人员短暂停留的公共场所可采用节能自熄开关；对医疗建筑的楼梯间及走道，由于使用人员较多，不建议采用声控节能自熄开关。
（4）空调系统节能设计
本工程中一共使用三台水泵，春秋季节只用一台，备用两台，夏季高峰时常用两台，备用一台；一台变频器只拖动一台水泵运行，且可以以人工方式切换，其他可通过人工方式启动到工频运行。设计使用3台水泵电机选配l台变频器。工作时可选择任意一台水泵做主泵、由变频器直接拖动变频运行；其余两台水泵做辅泵、由人工依据制冷特点相应进行启停控制，使电机工频运行。
在中央空调系统设计时，冷冻水泵、冷却水泵的电机容量是根据建筑物的最大设计热负荷选定的，都留有一定的设计余量。
图1空调机组冷却水泵和冷冻水泵改造结构
在中央空调系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变水泵转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节及回流方式，一般节电率都在30%以上。
2.3设计数据与实测数据比较
该工程为综合楼，近3年的使用（每天工作时间为8：00～12：00，13：30～l7：30）情况为：门诊病人多且住院病房（共8层住院部）基本均满员，部分时候还有在走道上加床的情况，满负荷运行时间较长。笔者对夏季、冬季用电高峰期、低谷期配电房各变压器后进线柜工作电流数据进行采集，再对应设计时参照相关设计手册中的同期系数计算出的计算电流。发现存在较大差异。
设计时。变压器容量选取与电力负荷相适应，使其工作在高效低耗区内。综合初装费，变压器、高低压柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的裕量，变压器最经济节能运行的负荷率一般在75%左右比较合理。而设计负荷率往往是设计师按设计容量、设计手册中的相关系数计算而得的，与实际的负荷率相差较远，具体见下表1。
表1变电所1#、2#、3#变压器工作电流和负荷率
变压器 计算容量 计算电流 夏天上午九点高峰期电流 夏天晚上九点低谷电流 冬天早上九点高峰期电流 冬天晚上低谷电流
1# 360 585A/72% 463A/57.1% 122A/15% 478A/59% 102A/12.5%
2# 467.8 711A/74.3% 547A/57.2% 392.2A/41% 621.8A/43.3% 414.2A/43.3%
3# 473.2 720A/75.1% 536.9A/56% 348.9A/36.4% 651.6A/67.9% 373.9A/39%
从这些实测数据可以看出.随着时代变迁，建筑物内的各种电器产品运用广泛，设备容量大幅上升，设计人员必须充分了解现代化建筑内设备的同期使用情况，再结合现有设计手册的相关数据进行计算，才能确保建筑的真正节能优化设计。
参考文献：
心的位置,以缩短供电半径,降低线路损耗,减少电压损失,满足供电质量的要求。供电干线半径应控制在200m
,当供电容量超过500kW(计算容量),供电距离超过250m时,宜考虑增设变电所。
2.供配电系统应尽量简单可靠,同一用户,高压配电级数不宜多于两级,变压器二次侧至用电设备见得低压配电级数不宜超过三级,尽量减少变电级数过多产生的电能损耗?由两路电源进线供电的系统,宜采用两路电源同时运行的方式,以减少正常运行时的线路损耗?
3.合理选择供电电压?同等情况下,电压越高,损耗越小。城镇的高压配电电压优先采用10kV,特殊情况下,可采用6kV,低压配电电压应采用220V/380V。当用电设备功率在250kW及以上或需用变压器在160kVA及以上者,宜采用10kV供电。对于大型公用建筑的冷水机组,条件许可时,应尽量采用10kV(或6kV)冷水机组,以利节能?
4.减少线路能量损耗,合理选择电缆?导线截面?在满足允许载流量?运行电压损失等各种技术指标前提下,应按经济电流密度合理选择导线截面,并应从降低电能损耗.减少投资和节约有色金属等方面综合考虑?
5.合理选择变压器?电力变压器应选用S11型及以上非晶合金等节能环保.低损耗和低噪声的变压器?注重提高设备运行的负荷率,尽可能使变压器处在经济运行状态?部分对供电质量要求高的工程项目采用有载调压变压器?在选择变压器容量和台数时,应根据负荷变化情况,综合考虑投资和年运行费用,选取容量与电力负荷相匹配的变压器?
6.降低电动机电能损耗,提高电动机效率。根据负荷特性选择合理高效的电动机,提高电动机工作效率和功率因数。功率较大的电动机壳采用变频调速器(消防设备除外),减少电机轻载和空载运行。采用软起动器,使电机启动平稳,减少对电网电压的冲击。
7.合理提高供配电系统中的功率因数。正确合理的选择电动机.变压器的容量及照明灯具的镇流器,降低线路感抗,采用正确的电线?电缆敷设方式,提高用电单位的自然功率因数?若自然功率因数达不到接入电网要求时,应进行无功功率补偿,提高功率因数,减少能耗?
8.谐波治理?配电系统的合理设计.用电设备的正确选型对于提高电能使用效率至关重要?选用Dyn11变压器,设置滤波或隔离滤波装置?合理选择中性线截面等措施抑制谐波,提高电能质量?
二、动力系统的节能措施
在建筑中,家电和电力设备的使用都离不开电动机,它的能耗相当大,提高它的工作效率可以有效地减少电动机的能耗。具体可以采用以下几种方法:
1.根据电动机的负荷大小合理地选择电动机的型号,这就要求对电动机的负荷需求事先进行评估。
2.尽可能地使用高效率的电动机,以减少电动机的空载消耗和负载消耗,提高电动机的工作效率。
3.对电动机的控制方式加以改进,提高其运行效率。另外,还要注意发动机的质量,保证电能消耗的计算的准确性。
三、照明系统的节能措施
照明系统节能的关键就是在不降低照明质量的情况下,力求减小照明系统中损耗的光能。可以考虑使用以下几种方法:
1.充分利用自然光。自然光是绿色环保的清洁能源,在设计中要充分加以利用,比如增加靠近室外部分的门窗尺寸等,保证建筑物在白天利用自然光可获得稳定的照明条件。这样一来,可以很大程度的节约照明能耗,也利于提高室内的温度,进一步降低建筑的能耗。
2.根据建筑的各个部分照明的需求,合理选用照明灯具,采用各种节能开关。
3.尝试性地使用太阳能技术及相关产品。太阳能技术的开发利用,可节约资源.保护生态环境,在节能减耗方面具有重大的意义。
四、暖通空调控制系统的优化设计
公共建筑暖通空调系统的能耗至少占建筑总能耗的 50%以上,系统节能潜力巨大。目前,暖通空调系统的自动控制基本上采用建筑设备自动化系统。BA 系统是智能建筑的特征之一,也是建筑节能的有效途径之一。
1.BA系统 简介。BA系统是通过中央计算机系统的网络,将分布在各监控现场的区域智能分站连接起来,集中完成分散的操作和综合监控。系统中各子系统或设备应采用相同的通信接口,使用公开的通信协议,使系统具备集成和互操作能力。 2.节能控制优化设计。BA系统控制方案的优化应将节约能耗和提高控制水平放在首位,对系统的结构
和参数进行最佳匹配,使整体效能最佳。从整体上讲,暖通空调系统的自动控制应考虑下列策略:(1)机电设备启停优化控制;(2)变风量.变流量系统最优控制;(3)冬夏季部分负荷时水泵分设控制;(4)与冰蓄冷相结合的低温送风系统控制;(5)参数设定节能控制,包括温度标准设定.焓值控制.利用室内CO2浓度控制新风量等。
3.用户管理系统。用户管理系统主要用于以下几个方面:(1)高压监测功能。监视10kV 高压配电柜进线.出线和母联断路器的开关状态及故障报警;(2)低压监测功能。实时检测回路的电流.电压.有功功率.无功功率.功率因数.频率.有功电能.无功电能等电参数;(3)设备维修功能。根据历史记录.实际运行状况和检修条件,为设备检修提供建议;(4)预警记录功能。设定各电量参数的上下限值,在事故发生前提前报警,并根据不同类型的报警信号发出不同声音;(5)节能增效功能。通过调整尖峰谷平用电时间,优化电费成本;均衡负载,优化能耗分配。
五、建筑设备自动化管理控制系统的应用
随着计算机网络.信息通信.自动化控制.显示及计算机软件等技术的发展,建筑设备的自动化管理控制系统的性能日趋优异,逐渐成为建筑控制能源损耗的有效手段。通过建筑设备自动化管理控制系统的应用,可以对建筑物内部的采暖通风.给排水和热水供应等系统的运行进行能效管理,确保各个设备系统安全稳定的运行,在正常发挥建筑物功能的情况下最大限度地降低能源消耗。我国智能建筑设计时经常将整个项目交由集成商负责,而他们并不了解智能建筑设计程序和全过程,没有太多的经验和专业知识,设计的东西经常不符合建筑要求,有些甚至有很大危险。这样的运行环境下,电气自动化这一安全性要求极高的项目在智能建筑中的应用定会受到严重阻碍。
六.结论
对于电气设计人员而言,在工程设计中要不断总结经验,深入调查研究,把握成熟的新技术.新设备信息,逐步加以推广应用。既要采用高科技的.联动控制的节能技术,也应重视行之有效的传统的.分立的节能方案;既重视大范围.大容量的节能大户,也不应忽视局部.点滴的节能功效。将电气节能技术充分运用到建筑电气设计中,真正达到提高效率,节约能源的目的。
参考文献:
关键词：住宅建筑；优化；节能设计
引言：随着经济的快速发展，住宅建筑的数量和规模都得到了跨越式的提升。然而，建筑能源的消耗量随之增加，能源紧缺的现状不但没有得到缓解，反而还有加剧的趋势，在这种环境下，国家对住宅建筑节能提出了更高的要求。如何提升和优化住宅建筑节能设计水平，成为当代建筑设计人员的重要研究课题。
一、建筑平面设计
住宅建筑平面设计中，主要考虑建筑平面形状、热环境分区以及温度阻力区的设置等方面因素。
住宅建筑平面形状应规整，尽量减少护结构面积，增加冬季直射室内的阳光，夏季减少太阳辐射。比如把房屋外墙面积大、开窗多的一面正对太阳辐射强度大的南向，使建筑在冬季可以有效地收集太阳能，北侧外墙尽量减少开窗面积，主要满足通风的需要，而东、西方位不开窗或开小窗。热环境分区中把要求较低的厨房、卫生间、过厅等布置在北向，而尽量争取将主要起居空间和居住空间布置在南向，充分利用太阳能，保持冬季室内有适宜的温度。住宅建筑中设置一定的温度阻力区可有效地减少传热损失。例如住宅楼梯间多采用封闭式，楼梯间设窗；对于北方住宅建筑，北向单元入口均设门斗，避免冬季西北风灌入；对上屋面人孔密封处理，使整个楼梯间形成一个温度阻力区。
二、建筑规划节能设计
1、建筑选址
建筑选址的节能问题要符合自然规律，尽量利用自然环境来创造适合人类生存的条件。总体来说，建筑选址需争取日照，可参考各地风玫瑰图，避风建宅。争取日照包括争取日照时数、日照量和日照质量三个方面。建筑基地宜选在向阳的地段上，为争取日照创造先决条件；依据各地最佳建筑朝向范围合理选择建筑朝向，以争取更多日照；选择满足要求的日照间距。另外，避风建宅是减少冷风渗透和风压均对建筑物的保温造成不利影响，建筑应该尽量选择避风基址建造，采用错列式布局避免“风影效应”。
2、建筑朝向
建筑朝向对其能耗具有显著影响。朝向范围是日照和通风两个主要因素共同作用的结果，应综合考虑上述两种因素确定建筑物个体以及建筑群的朝向。朝向选择需满足以下要求：夏季尽量减少太阳直射室内及居室外墙面；冬季具有适量和一定质量的日光照入室内；夏季通风良好，冬季避免冷风吹袭，以使建筑获得冬暖夏凉的宜人室内环境。
三、屋顶保温节能设计
屋顶是建筑护结构的主体部分之一，是建筑节能的又一组成部分，目前常用的屋顶保温节能设计包含以下几方面：
1、屋顶从结构上和形式上尽量设计成坡屋面，并加设通风层，可以提高建筑内热工效率，增加保温性能。
2、采用屋面种植设计，通过覆盖在屋顶表面的植物降低太阳辐射，达到调节降温的效果。另外还有设计通风屋面、蓄水屋面等节能措施。
3、对于夏季日照辐射强的地区，通过改变屋面颜色或者对普通屋顶涂上高反射率的涂料，提高屋顶的日射反射率，减少太阳热量的吸收，从而达到减少空调冷负荷和空调节能的目的。研究表明：采用“冷屋顶”节能可使空调负荷减少10%～30%。
4、加设太阳能装置。在屋顶上架装太阳能吸收热量，产生热水热气，满足建筑空气环境，太阳能利用模式为：集热气DD补热系统DD输配系统DD末端。通过吸收太阳光能转化为加热水温，降低建筑内部的功能损耗并提供新的加热源。
四、建筑外墙的节能设计
墙体的耗热量要占建筑采暖热耗的30%以上。因此，改善墙体的传热耗热量将明显提高建筑的节能效果。其措施有：
1、改善砌体的保温隔热性能
在材料选择时，采用新型节能砖，如多孔黏土空心砖、加气混凝土砌块、混凝土空心砌块等类型的材料，使其集承重和保温隔热于一体；也可利用当地出产的浮石、火山渣及其他轻骨料或工业废料生产多排孔轻质砌块，用保温砂浆砌筑，有节能、节地效果。
2、对墙体采取保温隔热措施
即采用外墙外保温技术和外墙内保温技术，构成复合墙体。目前，外墙外保温技术应用比较广，它不但解决了外墙热桥的问题，而且具有增加室内使用面积，方便室内二次装修等优点，目前使用较成熟的几种外墙外保温方案有：外贴聚苯板保温、外贴硬质聚氨酯泡沫保温、胶粉聚苯颗粒保温浆料、夹心聚苯板外墙保温、钢丝网架岩棉夹心板外复合保温等。外墙内保温有饰面聚苯板内保温复合外墙和纸面石膏板内保温复合外墙。
五、建筑门窗的节能设计
外门窗是耗热的重要渠道，它既是太阳辐射的得热部件，又是主要的失热部件，传热系数约为墙体的3～4倍，是节能的重点部位，所以合理确定窗墙面积比是节能的重要措施之一。对于住宅设计应少做落地窗、飘窗，但在实际工程中飘窗运用的非常普遍。外墙门窗设计除满足自然通风外，设计中应该强调东西南北开窗有别，不同功能房间开窗有别。面对冬季主导风向的立面，应尽量减少开窗面积。设置外窗部位，应提高外窗的密封性能（如选用胶条密封而不是毛条），选用好的窗型（如平开窗气密性相对较好），门窗配件，提高窗框的隔热性能（如采用塑料型材、铝合金断热型材、玻璃钢型材、铝木复合材料等），减少窗框的外露面积，采用保温隔热性能好的玻璃（如中空玻璃、镀膜玻璃等）。根据国内外大量应用经验证实，采用双层玻璃塑料钢窗是较好的选择。外门窗除了采光，通常也是建筑自然通风的渠道。所以，外门窗的开启也是夏季通风节能的必要条件。夏季迎风面可作为主要的开窗部位，引进自然风，增加夏季的渗透通风。但同时，外门窗的设计应减少冬季寒风的渗透，有利于室内保温，改善生活环境的舒适度。对于向阳的地方，可采用凹式开窗设计，外加遮阳板及镀有特种金属的热反射窗帘，这种设计既美观又兼有较好的遮阳效果。
六、节能材料的使用
建筑外维护结构的保温隔热性能对降低建筑能耗起着至关重要的作用，并直接关系到室内环境的热稳定性和舒适性。在外维护结构完成后再在上面附加保温层，以改善热工性能是国内目前通行的做法。这种方法虽然可以达到一定的效果，但各种高效保温材料在生产加工过程中会大量消耗各种能源，且价格很高。建筑节能不应只注重建筑建成后在使用过程中的能耗，还应从整体系统的全局出发，建筑全寿命周期的能源消耗应受到同样的关注。因此，建筑材料除应具有出色的保温隔热性能外，它的加工生产过程也应当简单易行并应节省能源。实际建设过程中，可以因地制宜，创造性地采用新型建材，这样可以减少污染和能源浪费，并且变废为宝，取得一举多得的效果。新型建材可以是科学上的合成，也可以是废物的升级利用，但如果加工处理过程中工艺过于复杂，能源消耗过大，那也没有开发的必要，应当注意去进行综合衡量。
七、结束语
作为建筑师，更应从自身做起，从不同角度，依据建筑规范对建筑进行优化节能设计，在改善人们居住环境的同时，充分挖掘节能潜力，综合利用各种节能技术措施，趋利避害，选择经济合理的节能方案，从而实现节约能源，减少能源消耗，为实现我国可持续发展战略，建设节约型社会作出应有的贡献。
参考文献
[1]陈荣深，陆海锋.浅议节能设计中存在的问题及解决办法[J].科技创新导报，2009（11）.
摘要 ： 运用建筑节能设计分析软件PBECA2012设计了上海地区某单体住宅楼建筑节能设计方案，并计算模拟分析其规定性指标和全面动态建筑能耗，从中分析如何高效的设计最优建筑节能方案。
关键词 ： 建筑节能设计软件最优节能方案
Case Study - Optimized energy-saving design of residential building
ZHANG Yongwei
（China Academy of Building Research Shanghai Branch，shanghai，200023）
Abstract: Designed a construction energy-saving plan for a single residential building in Shanghai by using the building energy calculation analysis software - PBECA2012, while calculating simulation analysis its compulsory Index and overall dynamic building energy consumption to reach the optimized building energy-saving plan.
Keywords:Building energy-saving design, Software, Optimized energy-saving plan
0 引言
建筑节能设计对广大设计人员来说已不陌生，但是仍然有许多问题缠绕着设计师：建筑节能设计建模花费时间消耗精力，节能方案确立不够合理等。 如何简便设计既适合各地实际情况而又符合节能规范的节能方案进行节能计算分析，PBECA2012这款高效智能的建筑节能设计分析软件来为我们提供了一条便捷的通道。
1 建筑设计说明资料
结合设计单位所提供的建筑设计施工说明，可获悉以下建筑节能计算所需资料：
该建筑单体坐北朝南，建筑层数为14层，建筑结构类型为剪力墙结构，墙体采用200mm厚的钢筋混凝土，在单体的南向设计有凸窗。
以上资料也是在进行建筑节能计算前必须要了解的信息，以此为下一步的设计提供参考。此项目的节能设计目标为计算分析确定最适宜的节能设计方案，确保满足现行的建筑节能相关设计规范要求。
图1建筑平面图
2 计算模型和最优节能方案
2.1计算模型智能化建立
初步分析了现有的节能资料后，笔者着手对建筑单体进行生成模型、编辑和节能方案的选择。
建筑节能计算模型的准确性是非常重要的，计算模型涵盖了建筑体形的细节、开窗大小和位置、房间功能区的划分等。建筑节能设计分析软件PBECA2012是基于AutoCAD平台上开发的，在模型转换和编辑功能上有了很大提高，并能处理多种复杂建筑体形情况和多种构件设计情况，更加贴近建筑设计师的使用习惯，也更能体现建筑物的原有形态。智能化设计是PBECA2012软件应用的显著特点，软件注重计算模型准确性诊断功能，在建模过程中智能化交互提示使用者完成计算模型准确地建立和编辑。即使刚接触软件的人员也能够完成建筑的节能设计。
图2 智能触发机制提示
图3智能墙线修正
图5 模型三维图
计算模型建立之后，需要标注房间功能类型和分户墙，对于居住建筑来说，在计算分析之前需标注卧室和起居室以及每个户型之间和户型与公共部位之间的隔墙。
2.2最优节能方案专家型选择
该住宅单于上海，因此需满足《上海市工程建设规范-居住建筑节能设计标准》（DGJ08-205-2011）的要求。PBECA2012软件具有节能方案的专家型选择模式，可以帮助建筑师快速智能地确定最适宜的节能方案。其确定方法为由工程设计人员输入一些附加条件，然后由软件根据模型信息和附加条件的判断，推选出围护结构推荐系统，再通过自动选择和手动选择的方式，确定最终的适宜性方案。
图6 方案确定流程
笔者完成了计算模型之后，输入了建筑设计计算资料中相关的建筑结构类型、外墙饰面类型以及根据施工周期和预期的造价条件，软件根据附加条件结合模型所具有的建筑层数、窗墙面积比、体形系数等信息，获得推荐的围护结构体系。
图7 方案选择
选择方案或进行必要的编辑后，可进行方案分析计算，并直接查阅报告。软件也提供与方案构造相关的造价优化，并对方案进行缺陷分析，详细显示计算工程各功能房间的空调负荷、采暖负荷和总负荷，并显示彩色分布图。通过数值分析，平面分析及三维分析对设计建筑的总体能耗和各个普通层乃至任意一个房间进行能耗分析，通过对不同朝向或不同房间的分析，得到各围护构件所占耗能比，从而可以让用户对设计建筑的能耗和某个构件的能耗一目了然，方便找到保温性能最差的围护结构，有针对性地进行优化设计，更快捷的进行调整节能设计方案。
图8 方案分析
图9 缺陷分析
软件中收集了建筑节能节点图集及《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇》（2007年）中的全国建筑节能构造和常用材料，并收录了各种高中低档体系价格，适用范围和施工周期等关键参数构成数据库，以此结合计算模型所选城市相应的节能规范条文和模型的数据信息，最终筛选出适宜的节能方案。
围护结构体系可采用自动选择和手动相结合的方式，自动选择一般是以造价作为唯一的判断标准，手动选择可帮助实现特殊修改，有针对性地实施节能方案，笔者根据上海地区的实际情况，结合自动选择和手动选择最终确定了节能设计方案：
屋面类型1：细石混凝土(内配筋)（40.0mm）+泡沫玻璃（100.0mm）+水泥砂浆（20.0mm）+1：8水泥加气混凝土碎料实铺(屋面找坡)（40.0mm）+钢筋混凝土（120.0mm）+石灰石膏砂浆（20.0mm）
屋面类型2：细石混凝土(内配筋)（40.0mm）+泡沫玻璃（100.0mm）+水泥砂浆（20.0mm）+钢筋混凝土（120.0mm）+石灰石膏砂浆（20.0mm）
外墙类型：无机保温砂浆（40.0mm）+钢筋混凝土（200.0mm）+无机保温砂浆（20.0mm）
底面接触室外空气的架空或外挑楼板：石灰石膏砂浆（20.0mm）+钢筋混凝土（110.0mm）+无机保温砂浆（40.0mm）
分户墙：石灰石膏砂浆（20.0mm）+钢筋混凝土（200.0mm）+石灰石膏砂浆（20.0mm）
分户楼板：水泥砂浆（20.0mm）+钢筋混凝土（110.0mm）+水泥砂浆（20.0mm）
外窗(含阳台门透明部分)：隔热金属型材多腔密封窗框K≤5.0[W/(m2K)]，框面积≤20%，(6mm透明+12空气+6mm透明)，传热系数3.20W/m2.K，玻璃遮阳系数0.86，气密性为6级，可见光透射比0.71
凸窗：隔热金属型材多腔密封窗框K≤5.0[W/(m2K)]，框面积≤20%，(6mm中透光Low-E+12空气+6mm透明)，传热系数2.40W/m2.K，玻璃遮阳系数0.50，气密性为6级，可见光透射比0.62
天窗：隔热金属型材多腔密封窗框K≤5.0[W/(m2K)]，框面积≤20%，(6mm中透光Low-E+12空气+6mm透明)，传热系数2.40W/m2.K，玻璃遮阳系数0.50，气密性为6级，可见光透射比0.62
户门：木或塑料夹层门(空气间层厚度不小于40mm内衬钢板)，传热系数2.47W/m2.K
3 节能计算模拟分析
计算模型基础计算数据结果
采用最终确定的节能设计方案进行建筑节能计算分析，软件以《上海市工程建设规范-居住建筑节能设计标准》（DGJ08-205-2011）为判定依据。
对于该建筑单体，软件确定的节能方案很好地满足了规范要求，避免了在设计时反复设计复算、查阅规范图集，同时也为更好地完成同类设计积累了经验。对于围护结构有未满足节能设计标准的，可采用“对比评定法”进行建筑节能设计综合评价。
根据《上海市工程建设规范-居住建筑节能设计标准》（DGJ08-205-2011）的规定，居住建筑动态计算的判断依据要根据不同的建筑类型采用不同的判断方法。软件可根据建筑层数自动识别多层建筑、低层建筑、高层建筑；根据用户选择的建筑类型，自动按照下列要求进行动态计算和判断：
进行围护结构节能动态计算时的假想建筑称为参照建筑，建筑进行围护结构节能动态计算时，应当与参照建筑的采暖和空调年耗电量之和进行比较，其计算所得设计建筑的采暖和空调年耗电量之和应当小于参照建筑的采暖和空调年耗电量之和，即采用权衡计算对比法。
PBECA2012软件延续了强大的DOE-2计算内核的计算分析功能，最终能耗模拟分析结果显示，该居住建筑达到了节能设计要求。
冬季结果
设计建筑全年耗电量=28.69 (kWh/m2)
参照建筑全年耗电量=29.35 (kWh/m2)
4 结论
关键词：住宅建筑；节能设计；技术措施
中图分类号：TM08 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
在当今世界，能源问题已成为全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。能源短缺成为制约经济发展的重要因素。住宅建筑作为人类生活中的重要场所，在其建设与使用过程中，不可避免地需要消耗大量的能源和资源。随着我国经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，住宅能耗占我国能源消费总量的比例逐年增加。尤其是建设节能型建筑已成为今后城市建设的重点发展方向,随着相关的法律、法规和标准的相继出台,建筑节能设计也已成为房屋建筑设计的重要组成部分。本文从建筑规划设计、空间布局、结构围护、环境设计四个方面论述了对建筑节能的影响。
2.住宅建筑节能设计的依据
据统计：城市建成区用地的30％用于住宅建设；住宅能耗占全国总能耗的20％左右；城市水资源的32％在住宅中消耗；住宅建设耗用的钢材占全国用钢的20％：水泥用量占全国总用量的17.6％。因此，在我国建设节能住宅，推广节能技术已经是迫在眉睫，势在必行了，也已经引起各级政府部门的重视，并把建筑节能要求体现在建筑规范和标准中，先后制定了一批技术法规和标准规范，如：《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-95）、《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）、《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2001）以及《夏热冬暖居住建筑节能设计标准》JGJ75-2003等等。执行以上相关节能标准后，我国建筑能耗有了显著降低，但与发达国家相比仍有相当差距，为进一步降低居住建筑的能源消耗，针对西北、华北等地区，住房和城乡建设部与2010年3月了节能率约为65%左右的国家行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010。夏热冬冷地区执行50%的强制性节能标准。我国政府把建筑节能列入“十一五”规划，提出建设“节能省地型住宅”和“2020年建筑节能远景规划目标”。以上标准、规范的颁布实施及国家相关政策的提出对保护环境，节约能源起到了重要作用，也为建筑节能设计提供了设计依据。
3.住宅建筑的节能优化设计的具体措施
3.1合理确定建筑朝向和平面形状
综合分析各方面,影响居住环境的最主要的两个因素是太阳辐射和空气流通。因此,规划节能的主要方向是一方面降低太阳辐射,另一方面增强房屋建筑的自然通风效果。在规划设计中,房子朝向、间距以及房屋之间的相互组合关系是规划节能设计的重点。为满足要求,首先要考虑的是建筑的朝向,建筑的朝向主要应与当地夏季的主导风向一致,建筑群的入风口和出风口应结合主导风合理设置,利于自然通风,提高居住的舒适度。在建筑物的排列中应遵循南小北大、南低北高的原则。
一般来说,我国住宅最适宜的建筑朝向为南北向或接近南北向。对于气候炎热的南方地区,应考虑住宅建筑的长轴方向垂直夏季主导风向,而北方冬季寒冷,住宅建筑的长轴方向应平行冬季主导风向,以防止冷空气渗透量的增大。住宅建筑的平面形状,应在体积一定的情况下,采用护结构表面积小的建筑。因为外表面积越小,冷负荷越小,能耗越小。
在建筑设计中，考虑到建筑节能的需要，应尽量减少建筑形体的凹凸，在采暖居住建筑中体型系数宜控制在0.3以内，住宅进深应适当扩大，以10～14m为宜，住宅长度以55m左右较为适宜。
住宅建筑平面形状应规整，尽量减少护结构面积，增加冬季直射室内的阳光，减少夏季太阳辐射。比如把房屋外墙面积大、开窗多的一面正对太阳辐射强度大的南向，使建筑在冬季可以有效地收集太阳能，北侧外墙只开设小窗，主要满足通风的需要，而东西方位不开窗或开小窗。热环境分区中把要求较低的厨房、厕所、过厅布置在北向。而尽量争取将居室布置在南向，充分利用太阳能，保持冬季室内有较高的温度。住宅建筑中设置一定的温度阻尼区可有效地减少传热损失。例如，夏热冬冷地区楼梯间由过去的开敞式改为封闭式，楼梯间设窗；北向单元入口均设门斗，避免冬季西北风灌入：对屋面上入孔密封处理，使整个楼梯间形成一个温度阻尼区。在夏热冬暖地区合理控制户内空气流速和空气龄，创造良好的室内环境。
3.2合理规划平面布局及控制体形系数
居住区住宅的平面布局有周边式、自由式和行列式3种。周边式太封闭,不利于风的导入;自由式多在受地形限制时采用;行列式是最常见的形式,有并列式和错列式布局的变化,在某些地形中,还会出现斜列式布局。为了促进通风,居住区布局应尽量采取行列式和自由式,从建筑防热的角度来看,行列式和自由式都能争取较好的朝向,使大多数房间能够获得良好的自然通风和日照,其中又以错列式和斜列式的布局较为好。
体形系数是建筑物围护结构的外表面积与其所包围的建筑体积之比。比值越大，能耗就越多。研究资料表明：体形系数每增加0.01,耗热量指标增加2.5%。因此,正确处理建筑形式多样化与节能的关系,是建筑设计中应当引起重视的问题。一般讲,6层左右的建筑物对建筑节能较为有利。另外，建筑物的外形越简单,其外表面积越小,热交换量亦越少。因此,建筑物的造型宜简洁、完整,尽量避免复杂的轮廓线。
3.3住宅周边的绿化设计
良好的居住区绿化,不仅能美化环境,而且能起到调节居住区小气候、改善建筑室内环境、节约建筑能耗的作用。居住区绿化应注意几点：一是要以地面绿化并以种植灌木为主,有条件的地方可引入水景;二是要在临近住宅的东、西、南面的适当位置种植一些高大的落叶乔木,这样夏季遮阳,冬季不遮挡阳光,有利于朝阳居室的节能;三是要根据实际情况对墙面、阳台进行垂直绿化。这样，一方面能丰富居住区的景观环境;另一方面能减少建筑与空气直接接触的外表面积,形成一种冬季保温、夏季隔热,又可增加绿化面积的复合型围护结构,从而有效地改善住宅室内热环境的条件。
4.建筑的外墙及材料的合理选择
无论是冬季保温还是夏季隔热,都主要是通过墙、屋顶、门和窗等围护结构的传热及空气渗透。在建筑围护结构设计中主要要注意以下几点。
4.1 外墙节能:墙体是建筑护结构的主体,其所用材料的保温性能直接影响建筑的耗热量。现阶段山东地区多层建筑砌体结构的承重外墙以240厚烧结砖为墙体主要材料，非承重建筑外墙一般使用加气混凝土砌块，这种材料导热系数较低，约0.2，可很大程度上降低墙体传热系数。
4.2 屋面节能:现在,许多高效保温材料已经开始应用于屋面,如山东地区最常用的挤塑聚苯板，此种材料具有传热系数低、憎水性好、抗压强度较高等诸多有利于节能方面的优点 。总而言之,屋面节能措施的要点是:①屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果,如果选用吸水率较高的保温材料,屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排出的水分;②屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料,以免屋面重量、厚度过大。另一方面，屋面隔热层设计应根据地域、气候、屋面形式、建筑环境、使用功能等条件，采取种植、架空和蓄水等隔热措施。
4.3 合理选择门窗材料
外门窗是住宅能耗散失的最薄弱部位,其能耗占住宅总能耗的40%。因此,我们在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下,尽量减小住宅外门窗洞口的面积,提高外门窗的气密性,减少冷风渗透,提高外门窗本身的保温性能,减少外门窗本身的传热量。根据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010的规定，窗墙比是指住宅窗户洞口面积与房间立面单元面积（即建筑层高与开间定位线围城的面积）的比值,规范对严寒和寒冷地区不同朝向的房屋窗墙比做了严格的规定,如山东地区处于寒冷地区，按照规定北向的窗墙比不应超过0.30、东向和西向的窗墙比不应超过0.35、南向的窗墙比不应超过0.50。
5.结语
综上所述,住宅建筑节能是一项系统工程,它不但与建筑的规划与设计密不可分,而且还涉及其他许多方面,如新材料、新技术、新工艺的应用,再生能源的开发和利用,设备设计、管理等,只有对它们进行综合考虑,才能做到节约能耗,提高热效率,达到节能的目的。
参考文献：
[1]付祥钊.建筑节能技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.
