時間：2023-05-23 11:31:53
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【關鍵詞】鋼鐵企業制氧站節能
中圖分類號：C29 文獻標識碼：A 文章編號：
鋼鐵企業作為國民經濟中最大的用氧部門，其在生產過程中需要使用大量的氧氣、氮氣和氬氣，如氧氣煉鋼、高爐富氧、轉爐濺渣護爐用氮、鋼包底吹用氬等。因此，大中型鋼鐵企業一般都配備有一定規模的制氧站，制氧站在制取氧氣的同時可以生產氮氣和氬氣等工業氣體。在制氧生產中主要消耗的是電能，約占總能耗的80%；從總廠范圍來說，制氧分廠是鋼鐵企業用電大戶，約占20%以上。制氧站從選址、規模的確定到設備和管道的配置都需要進行優化設計，才能使工藝更先進，安全可靠性更高，能耗更低。
一、制氧站的規模確定
制氧站的規模需要根據煉鋼、煉鐵等用戶的使用量及使用制度，繪制出用氣平衡表，根據平均用氣量來確定制氧站的規模。以下是某工程的氧氮氬平衡表。
氧、氮、氬的用量平衡表
通過上表可知，2×100萬噸轉爐冶煉、2×1280m3高爐富氧以及其它用戶等共需氧氣41000m3/h，純度為99.6%；氮氣40400m3/h，純度為99.999%；氬氣385m3/h，純度為99.999%，為滿足供應要求，需要建立二套20000m3/h空分裝置。
2、制氧分離工藝的選擇
目前，空氣分離制取氧、氮等產品的方式有三種：變壓吸附、膜分離和深冷法。前兩種是常溫下空氣分離，第三種是低溫下空氣分離。
變壓吸附與深冷法比較各有特點：首先，變壓吸附流程簡單，設備數量少，主要設備僅為鼓風機、吸附塔、貯氣罐、真空泵和一些閥門；深冷空分裝置流程較為復雜，主要設備包括空壓機、預冷器、純化器、換熱器、膨脹機、空分塔、氧壓機、氮壓機等諸多設備。其次，變壓吸附基建費用少，對廠房要求不高；深冷空分裝置設備復雜，安裝周期長，基建投資高。第三，變壓吸附啟動時間短，維修費用低；深冷空分裝置操作較為復雜，啟動時間長，維修費用多。第四，變壓吸附產品單一，氧氣純度低（93%），產量少（一般在5000m3/h以下），不能生產氬；深冷法可以同時生產出高純度的氧（99.6%）、氮（99.999%）、氬（99.999%），產量較高，而其液體產品的體積僅約為氣體的八百分之一，所以產品非常便于經濟的儲存和運輸。
膜分離技術與深冷法、變壓吸附相比較，具有設備簡單，啟動時間短，投資少，由于不需要加壓設備，故其簡易程度超過了變壓吸附；但也同樣存在產量低，產品純度低，氮氣純度僅為95%。
鋼鐵企業一般選用的是深冷法。
二、制氧站設計分析
1、制氧原理及改進措施
深冷分離工藝的基本原理是:空氣經壓縮、冷卻和液化后，利用空氣中氧、氮、氬沸點不同，采用多次蒸發、多次冷凝的方法進行精餾分離得到產品氧、氮、氬。再按不同用途將產品加壓、貯存和輸送供給用戶。鋼鐵企業制氧站主體設備如圖1所示。
圖1 鋼鐵企業制氧站主體設備示意圖
制氧站制取工業氣體的能耗一般通過氧氣的單位電耗來衡量。氧氣單位電耗計算公式:
式中:N—噸氧耗電量，kWh/m3；
R—氣體常數；
T—環境溫度，K；
r—空氣標準狀態下重度，取1.293kg/m3；
P—加工空氣壓力(絕壓)；
V空—加工空氣流量，m3/h；
V氧—產品氧氣流量，m3/h；
ΔV—設備切換損失，m3/h；
η等—空壓機等溫效率；
η機—空壓機機械效率。
制氧站的單位產品電耗，與工作壓力的自然對數成正比，工作壓力越低，單位電耗越小，因此盡可能地降低制氧設備的工作壓力從而降低電耗。目前全低壓流程的制氧裝置已經被普遍應用。
此外，提高氧提取率，也即降低V空/V氧，單位電耗N也隨之減少。當采用規整填料、全精餾無氫制氬技術，氧提取率可提高到99.8%，氬提取率可達80.7%，且制氬過程完全通過低溫精餾來實現，使裝置更安全可靠。當上塔采用填料塔后，能降低上塔阻力約0.02MPa，空壓機軸功率可降低5%～7%。當采用帶氧氣增壓器的空分流程，充分利用冷凝器的位能(即液柱高度)，使出冷箱的氧氣壓力達到0.17～0.28MPa，從而使壓氧電耗可降低0.03kW/m3左右。
我公司設計的某工程一期2萬制氧、二期2萬制氧均采用液氧自增壓的方式，獲得5000~7000Nm3/h，壓力為55kPa的低壓氧氣，直接輸送至煉鐵區域進行機前富氧，這樣即可選用1.5萬Nm3/h的氧壓機，大量減少了壓氧能耗，每套2萬機組年節約電量約8.0x106kWh。
我公司設計的某工程1.6萬Nm3/h制氧采用了污氮氣與增壓空氣進行換熱的設計，節約了能耗。
2、減少氧氣放散率
1)合理配置液體儲槽和氣體球罐。
液化裝置的配置與使用是減少放散率、保證供氣穩定性、安全性和增加制氧設備投資效益的一個重要手段。液化裝置包括液氧、液氮和液氬儲存及汽化系統。液化裝置較空分設備容易開停，負荷可以增減，生產的液體產品可以進入后備汽化系統以保障氣體供應，也可以進入市場銷售，為企業帶來可觀的效益。液化裝置的能力大小一般取決于氧氣放散量的大小、氮氣的富裕狀況及對液體的需求量，一般以氧氣總產量的5%～10%為宜，氧、氮、氬液化同時考慮。
氧氣球罐的有效儲量，需滿足正常生產時的不均衡用量，包括轉爐按一定規律用氧時的周期性高峰低谷的波動量和由于換出鋼口、生產調度等原因造成不均衡用氧的富裕儲量，同時還應考慮空分設備突然故障停止供氧時保證轉爐仍能吹完一爐鐵水所需的安全儲量。轉爐濺渣護爐是氮氣用量波動較大的用戶，每個冶煉周期吹氮時間為2～4min，因此氮氣球罐的最小儲量應能夠滿足其周期性波動的要求。
2)變負荷功能。
為了降低制氧單耗而增加氧氣產量，但由于氧氣需求的不連續性，氧氣在部分時間會因用不了而放散掉。空分設備在選型時應該考慮變負荷功能。
裝置自動調節負荷操作可以通過調節冷箱進口空氣的流量，即靠增大或減少空氣透平壓縮機的排氣量來實現。而空氣透平壓縮機通過控制其進口導葉，使軸功率隨著排氣量的變化而變化，可以實現變負荷操作平穩運行的同時達到降低能耗的目的。
三、制氧系統的優化節能
1、選擇節電的設備及技術
從制氧裝置規劃起，就把節能作為工藝規劃、設備選型的一個重要原則，把設備的價格、能耗、性能等放在一個系統中進行綜合考慮。
空壓機是空分裝置中最大的耗能設備，也是制氧主廠房內最大件設備，在選擇空壓機時不僅要考慮設備投資，還應考慮電耗，業主使用習慣，最大件重量，氣體進出口方式以及設備基礎、對主廠房的要求等因素。例如，某工程一期2萬制氧選用的是沈鼓設備，需設置8m高二層平臺；二期2萬制氧選用的是交大賽爾設備，需設置6.5m高二層平臺；另某工程1#、2#2萬制氧均選用的是陜鼓設備，設置在廠房地坪基礎上；而某工程1.6萬制氧Atlas的設備，設置在室外地坪基礎上。
許多設備可利用變頻技術節電，如循環水泵、循環氬泵等具備采用變頻技術條件的設備，都采用變頻技術。在循環水系統采用節電裝置有效地控制了水泵的功耗。
我公司設計的某工程2x2.2萬制氧分子篩系統加熱器采用蒸汽加熱器和電加熱器配合，在蒸汽能滿足供應的情況下，單獨使用蒸汽加熱器；蒸汽供應不足時，蒸汽加熱器和電加熱器配合使用，相比于單獨使用電加熱器，節能效果明顯，每套2.2萬機組年節約電量約3.74x106kWh。
2、提高設備作業率
任何原因造成制氧設備停機，啟動后至少要空耗3 h以上的能耗才能進行產品生產。因此，制氧節能降耗一個最重要的方面就是穩定生產，那么零工況波動為運行的最高目標。與此同時，探索最佳的壓縮機壓力，加溫活化的時間，上、下塔的壓力，機組膨脹量，氧氮的純度等因素對耗能的影響，找到最佳的工藝點。平時根據用戶的使用情況及時地調整工況和開停壓縮機，力爭在滿足生產使用的前提下，電耗最少。由于鋼鐵企業氧氣、氮氣用戶的壓力等級為兩個，一是0.8 MPa以下的氧氣、低壓氮氣，二是0.8～3.0 MPa的中壓氧氣、氮氣。以前中壓采用壓縮的方法供應、低壓采用中壓節流的方法供應，勢必造成能量損失，可采用中壓和低壓分開供應的方法，增設了低壓氧氣、氮氣管網，有效地減少了氧氣、氮氣壓縮的電耗，粗略估算每套2萬機組年節約電量約16.6 x 106kWh。
一般制氧啟動時間需48小時，如果能縮短啟動時間，提前出氧，就可減少設備作為無用功時間，節約電耗。我公司設計的某工程1#、2#2萬制氧在制氧啟動積液過程中，當主冷凝蒸發器見液并排放干凈后，將儲槽或槽車中的液氧返供主冷，比正常開車縮短20小時，每套2萬機組每次開車節電量約3.06 x 105kWh。
四、結束語
制氧機組單體設備的改進可以降低制氧機組本身電耗，而確定合理的制氧規模以及采取變負荷等相關措施可以最大限度地減少氧氣的放散率，避免不必要的浪費。液體儲槽、氣體球罐以及管網的優化布置可以節約投資成本，并滿足氧、氮、氬氣體用量的不穩定性。
參考文獻
1保溫隔熱
1.1現狀分析建筑墻體主要為240黏土磚砌筑墻體，外墻面層為水泥砂漿抹面涂料。墻體較薄且無任何保溫層,在夏季白天難以阻擋該地區強烈的太陽光，導致大量熱量透射而入;到夜間獲取的熱量難以消散，形成對室內的二次輻射，使得室內溫度持高不下。冬季輕薄的墻體又成為熱傳遞的最佳通道，將熱量由室內傳遞到室外，導致室內熱量的嚴重損失。屋頂為普通水泥板架空隔熱屋面,此種做法相對老套,保溫、隔熱效果無法滿足現在住宅建筑的使用要求。調查建筑中的門窗及陽臺窗基本上都為低檔鋁合金作為骨架材料的單玻窗,所用玻璃為藍色透明玻璃，開啟方式為推拉,此種方式增加了該建筑的能源消耗。
1.2相關案例西安首創國際城北區采用的保溫隔熱技術:1）選用AJ聚苯顆粒保溫砂漿和聚苯保溫板,墻體穿上“衣服”。2）采用塑鋼中空雙層玻璃窗，達到隔熱、隔音和保溫效果。3）選用名牌廠家生產的保溫隔音防盜門。4）在屋頂和陽臺使用聚苯顆粒保溫砂漿。由此，節能效果達到節能50％的國家標準。
2改造優化設計
針對調查建筑當前存在的問題，結合對國內外相關案例的分析，運用生態住宅的設計方法，提出相應的改造設計措施，達到節能的目的。
2.1通風改造優化設計自然通風是住宅建筑的重要影響因素之一，在住宅設計領域中結合環境，達到自然通風節能的效果尤為重要。結合建筑單體設計，巧妙設置門窗，門窗對開，形成穿堂風，有效地調節了室內通風效果。豐富窗戶形式，設置多向調節窗戶加大其通風能力，自然通風量則通過豎向空間的窗戶面積大小來控制。屋頂安裝利用風力的簡單機械裝置，抽低樓層的涼風至高樓層降低室內溫度,加強豎向空間的拔風作用，提高室內60％的通風能力。加強各樓層之間風的流動,在豎向空間頂端設置蓄熱墻吸收房間熱能，排除室內濁氣。
2.2遮陽改造優化設計窗的遮陽是必不可少的，在閉窗情況下有無遮陽，室溫最大差值達2℃，平均差值達1～4℃。理論上講，室外遮陽效果比單層玻璃窗的透過能量下降88％。但針對該地區來講，如果用遮陽板固然可抵擋一部分夏季強烈的日光，但進入漫長的低日照時期時，室外的遮陽設置使室內不得不只采用燈光照明，特別是在陰雨天或冬季這種需要大量陽光進入的季節，遮陽反而變成了一種障礙。在建筑中設置百葉遮陽構件,并將百葉遮陽構件一分為二，利用上部的百葉作為反射構件，通過室內頂棚進行漫反射增加室內照度；下部擋掉過量的太陽光。這種方式作為朝南建筑的遮陽方式，朝西建筑由于太陽高度角較低，可采用垂直遮陽來解決此問題。
2.3隔熱改造優化設計
2.3.1墻體與屋頂圍護結構傳熱的熱損失占整個建筑物熱損失的70％～80％,外墻是建筑物圍護結構的重要組成部分。加強調查建筑的薄弱圍護結構（外墻)的保溫隔熱能力尤為重要。在改造中，建筑物的主要圍護結構、屋頂的保溫節能材料采用AJ建筑保溫隔熱聚合物砂漿。隔熱效果好、導熱系數低的AJ建筑保溫隔熱聚合物砂漿含有陶瓷空心微粒，從而有效地阻止了能量的傳遞，起到節能的作用。在外墻外保溫時該材料還設置防裂防漏層，既防裂紋又防漏水。屋頂的保溫設計可選用AJD—Ⅱ型聚苯顆粒保溫材料為保溫隔熱材料，同時可種植綠化來改善保溫隔熱的效果。
2.3.2門、窗由于空氣滲透和門窗的使用帶來了門窗的熱損耗，為減少能耗，則需:1）合理窗墻比:以建筑規范為準則，以該地區的實際條件為依據，合理地調整窗戶和墻體的比例。2）強化密封性:合理選擇門窗的類型和其他相關配套材料。3）提高保溫性:門窗框料可采用PVC型材與鋼襯料制成,玻璃采用中空雙層玻璃，門芯填充復合保溫材料，既防盜又保溫隔熱。
2．4有效利用太陽能生態住宅設計方法在遵循高效率、低造價、易控制、好維修原則的前提條件下，合理地利用太陽能，降低住宅建筑的人工能耗。結合該地區的氣候條件，選取適合調查建筑的改造方式，最大程度地利用自然能源，降低住宅建筑能耗，太陽能的利用方式見圖1。
3結語
關鍵詞：建筑節能；優化設計；設計方法
在我國經濟社會發展過程中，有三個”耗能大戶”，也就是工業耗能、交通耗能和建筑耗能。在這三個“耗能大戶”中，建筑這個“耗能大戶”在全社會總耗能中的比重越來越大，與我國建立資源節約型和環境友好型的社會發展目標相背離。所以，必須高度重視建筑節能優化設計，切實降低建筑能耗，緩解我國能源資源緊張的局面。
1 建筑技能及其優化設計
1.1 建筑節能的內涵
建筑節能的內涵主要包括兩個方面，第一個方面指的是建筑在正常發揮其功能條件下的能耗問題；簡單來說，在滿足人們日常生活所需中建筑所需要耗費的能量；第二個方面是建筑結構的隔熱和保溫問題。如果隔熱和保溫材料的質量不高，則會增加建筑耗能總量。
這兩個方面的問題好比一枚硬幣的兩面，如果把兩個方面的問題同時解決，或者是在設計過程中叫好解決這兩個方面的問題，則可一石二鳥，不僅實現建筑物的節能，而且可以節省工程造價。
建筑節能問題關系著國家能源資源戰略、可持續發展和環境保護等等，對于擴大內需、提高國民經濟發展的質量和效益有著重要的作用和意義。
1.2 建筑節能設計優化
建筑節能設計的優化問題，指的是在建筑節能設計中，通過節能方案的對比等，找到節能的最優辦法，從而實現建筑節能的目標。而其中最難的便是“最優”兩個字，筆者把這來給個字理解成一定的范圍，也就是根據建筑的具體能耗情況，設計多種節能方案，通過對比研分析和研究，確定采用哪個建筑節能優化方案。
而建筑節能方案的制定，需要綜合考慮建筑群的朝向、間距和道路的布局情況等，以及綠地分布范圍。
2 建筑節能技術和內容
2.1 建筑節能技術
現階段，建筑節能技術主要包括維護結構的節能技術、采暖節能技術和太陽能技術等。
2.1.1 維護結構的節能技術
建筑物的維護結構，也就是通常所說的墻體、屋面及門窗工程。圍護結構的節能技術是指通過采用墻體保溫（外保溫、內保溫、自保溫、夾芯保溫等技術）、門窗及屋面節能等措施，減少建筑的使用能耗。其節能技術的應用，直接影響著建筑物的整體耗能情況。如住宅節能就是通過圍護結構節能設計，達到比傳統住宅節約能耗25%的目標。
2.1.2 太陽能節能技術
太陽能取之不盡，用之不竭，太陽能技術當前在現階段的建筑節能設計中得到了廣泛的應用，實現了建筑散熱、遮陽效果和能量收集三者的有機結合；其中混合型節能技術的應用，為建筑物提供了光照和熱能，并在一定程度上降低建筑物整體耗能。
2.1.3 采暖節能技術
當前，水源熱泵系統是應用最廣的是采暖節能技術。水源熱泵系統把地表水源吸收太陽能，把地下水源吸收的地熱能收集起來，形成比較豐富低溫低熱的能量，大幅降低了高位電能輸入，實現建筑物熱能的轉移。由于前期投入成本較高南方地區應用較少。
2.2 建筑節能的內容
建筑的內容主要包括三個方面的內容：
2.2.1 建筑主體節能
建筑主體節能的優化設計，需要根據不同氣度的氣候和建筑能耗特點來進行，需要遵循兼顧冬夏、整體優化的原則，通過模擬建筑能耗，優化建筑能耗設計，主要是選擇體型系數、合理布置空間格局、控制不同朝向的窗墻比例等等，從整體上降低建筑物的能耗。
2.2.2 常規能源的優化利用
常規能源的優化利用可以從四個方面入手：①因地制宜選擇冷熱源優化設計，提高采暖、空調等能源的轉換效率；②采用合理的調控方式，節省輸配系統的能耗；③優化照明的控制系統，降低照明能耗；④選用合適的能源制備生活用水。
2.2.3 可再生能源的綜合利用
根據建筑物的類比、建筑物所在地的氣候特點，以及可再生能源的綜合利用情況，選擇上文中所提到的各種建筑節能技術，也就是采暖節能技術、太陽能技術和地熱能技術等。
3 建筑節能的優化設計方法
建筑節能，從設計角度來講，指的是在住宅、公共建筑等規劃和設計中，執行國家現行的建筑節能標準，通過采用先進的節能技術和施工工藝流程，利用可再生能源系統等，降低建筑的能耗。
3.1 屋頂節能優化方法
實際上，屋頂屬于建筑的圍護結構，其可以讓室內和室外產生溫差，如果室內外的溫差過大，則會增加建筑能耗。屋面節能一般通過材料和構造來實現，如選用傳熱系數小、蓄熱性大的材料，同時注意材料層的排列。現代建筑中平屋面相對較多，倒置型保溫屋面被廣泛使用，此種屋面保溫層在防水層之上，使保溫層還起到了防水層作用，這些材料必須防水和耐氣溫性能好，不易老化。（如礦（巖）棉或玻璃棉板具有良好的憎水性，稅率低，熱阻大，10m厚相當于50m厚混凝土板隔熱效果），在建筑設計中被廣泛應用。提高建筑屋頂的保溫隔熱性能，在冬季可以有效抵擋寒氣進入到室內，夏季可以吸收太陽的輻射，減少熱能，從而減低空調的能耗。
而屋頂節能優化的方法另一個是依靠太陽能技術。相關的數據顯示，地球所攔截的太陽輻射能量相當于當前全球電力消費的1500倍，而在當前的技術水平條件下，太陽能技術僅僅有一小部分被開發利用。因此，太陽能開發有著非常巨大的潛力。
此外，太陽能作為一種可再生能源，代替常規能源的可能性非常大，同時其也是一種清潔能源，不會對環境造成任何的污染和破壞。現階段，太陽能應用在建筑節能上的方式包括：被動式太陽能采暖、主動式太陽能采暖、太陽能發電和太陽能供熱水等。而過把太陽能技術應用到建筑屋頂節能中，無疑是建筑屋頂節能的最好設計方法。
3.2 圍護結構節能優化方法
建筑圍護結構節能優化方法主要包括三種：
（1）外墻內保溫技術。該技術主要是指在建筑的外墻結構內部增設保溫層，內保溫層的施工進度比較快，施工方式也比較靈活，同時還可以對施工質量進行有效的控制。內保溫技術已經成熟，國內這方面的施工經驗也比較多，因此可大范圍推廣；
（2）外墻夾芯保溫技術。該技術主要在我國東北等冬季較為寒冷地區有著廣泛的應用，其主要是在是把保溫層夾在內外墻的中間，而建筑主體需要時混凝土結構或者磚墻結構。這種技術的主要優點是：防水性能良好、耐候性能良好等。
（3）外墻外保溫技術。該技術是現階段正在大力推廣的一種節能保溫技術，就是在垂直外墻的表面建設保溫層，所以，建筑主體結構需要是混凝土結構或者磚墻結構。這種技術的技術含量比較高，適用范圍也比較廣，不僅可以用于新建樓房的節能保溫，而且可以用于危舊樓房的改造。
（4）外墻自保溫技術。該技術是指通過對墻體自身采取一系列新型技術，使其導熱系數極低，甚至達到了絕熱的程度。一般采用保溫砌塊為主要護材料，在造價上較為經濟，且施工周期較短，可大大加快施工進度，絕熱材料設置在外墻中間，有利于較好的發揮墻體本身對外界的防護作用。作者在建筑設計過程中，特別是公建設計中用外墻自保溫較多。
3.3 門窗節能優化方法
對于建筑門窗的節能優化，主要是減少門窗的滲透量、傳熱量和太陽輻射能量三個方面。具體的優化方法是：盡可能縮小門窗的面積；選擇最適合建筑物的窗型；在門窗上增設保溫隔熱層；合理確定門窗的材料；增加遮陽設施等。其中玻璃及型材的選擇在節能優化起著相當重要的作用，一塊12mm厚的透明玻璃的傳熱系數為5.5，而6mm透明玻璃+12mm空氣層+6mm透明的中空玻璃的傳熱系數能達到了2.8，因此中空玻璃在門窗節能設計中被廣泛應用。
通過以上分析，我們可以指導，建筑節能的一個重點便是建筑主體維護結構的節能措施。所以，在建筑節能優化設計中，應在這方面多設計幾套節能方法，通過對比分析，選擇最優的設計方案。
4 結 語
作為我國三大“耗能大戶”之一的建筑耗能，在我國社會總耗能中的比重有逐年上升的趨勢。而隨著我國新型城鎮化進行的不斷加快，建筑節能設計成為當務之急。在本文中，筆者介紹了建筑節能及其優化設計的內涵，并介紹了當前集中借助節能技術，最后指出了建筑節能的優化方法，主要是建筑屋頂節能優化、內外墻保溫節能優化和門窗節能優化這三個方面。
參考文獻
[1]蔡陽軍，毛建新.淺析建筑節能優化設計[J].江蘇建筑，2010（3）.
[2]高華.淺談建筑節能與優化設計[J].黑龍江科技信息，2009（31）.
[3]謝豐榮，李艷輝.，建筑節能與優化設計[J].土木建筑學術文庫，2010（11）.
[4]張雪舟，趙鳳山，聶梅生.建筑節能優化設計案例分析[J].住宅研究，2012（9）.
[關鍵詞]己二酸 節能環保 優化 裝置
[中圖分類號]TE08 [文獻碼]B [文章編號]1000-405X（2013）-6-171-1
伴隨當今化工工業的迅猛發展，己二酸作為工業生產中重要的組成部分，其產量也在日益增加。己二酸是一種有機二元羧酸，又名肥酸，在常態下表現為一種白色晶體，能溶于水、醇、醚、環己烷、苯和丙酮，對人體的皮膚、粘膜、眼睛等具有刺激作用，并且能產生酸雨，污染空氣和水，因而對環境的影響也很大。故而，在生產己二酸時，為了環境安全，有必要對其生產裝置進行節能環保的系統優化設計。
1 己二酸給環境造成的危害
在生產己二酸的過程中，會產生對環境有極大危害的廢氣、廢水和廢油等大量的工業生產廢物。
（1）己二酸在生產過程中，會產生大量的工業廢水。己二酸在生產過程中，由于本身含有酸性，因此，其產生的蒸氣中便會裹含數量極大的酸，這些酸性蒸氣與工業使用水接觸之后，就使得工業廢水具有酸性。含酸的工業廢水排出之后，便會給地下水或者河流湖泊等水源造成嚴重的污染，從而影響到周圍動植物的生活健康。
（2）己二酸在生產過程中，會產生大量的工業廢氣。己二酸在生產過程中，會產生大量的氮氣、氧氣、二氧化氮、一氧化碳及二氧化碳等氣體。其中二氧化氮和二氧化碳是產生溫室效應的主要氣體成分，而一氧化碳則會直接危害人體的血液和神經系統。
此外，在生產己二酸時，還會產生大量難以消除的工業廢油，同樣會給周圍的土壤水源造成污染。
2 對己二酸裝置節能環保系統的優化設計
通過對己二酸生產過程中產生的廢水、廢氣及廢油加以分解、回收和循環利用，從而達到節能環保的作用。
（1）使用合理的裝置或材料凈化排放的廢氣。由于在一定條件下，二氧化氮可以通過化學反應而成生氧氣和氮氣，這兩種氣體對空氣均無害。因此，可以在己二酸生過程中，利用技改優化，將二氧化氮的分解裝置與廢氣排放口相連，以便將二氧化氮首先轉化為無污染的氣體再進行排放，從而起著保護空氣的作用。同時，還可以用鐵銹等金屬氧化物來除去己二酸生產過程中產生的一氧化碳毒氣。來凈化排放的廢氣。
（2）用廢水代替回流水，實現系統水平衡。盡管己二酸在生產過程中產生的廢水含酸濃度遠遠高于國家二級排放的標準，但是其排放的工業廢水中所含的己二酸及硝酸，成分基本與己二酸生產裝置系統中的內硝酸濃縮塔回流水相同。所以。可以將回流水用己二酸生產排出廢水加以替代，從而有效地達到系統水平衡的效果。而通過循環利用排出廢水，一方面能夠避免廢水給環境造成污染，另一方面還能節約大量的水資源，從而使節能環保的目標得以實現。
（3）利用廢油回收裝置，實現己二酸生產廢油的回收再利用。在己二酸的生產過程中，將一套廢油回收裝置加入到起生產裝置中，利用己二酸產生的廢油混合物與其他有機物的化學作用，將廢油中的二元酸分離出來，并讓其冷卻后得到二元酸結晶，從而實現己二酸回收再利用的效果，不僅節省了資源，還保護了周圍的環境。
3 對己二酸裝置節能環保系統的優化設計效果
對己二酸裝置節能環保系統的優化設計前后比較，其節能環保效果特別明顯。例如，某化工公司統計數據表明：利用己二酸裝置節能環保系統的優化設計之前，其廢水排放量為19t/h；每小時排放的1100m3廢氣中二氧化氮含量高達38%；費油排放量為1.3t/h，焚燒之后又給空氣造成二次污染。由此產生的大量廢水、廢氣、廢油給周圍的空氣、水資源等環境造成了嚴重的污染。然而在對己二酸裝置節能環保系統的優化設計后，通過循環利用工業廢水，實現廢水的零排放；且1300m3廢氣中二氧化氮含量僅僅為0.1%；而每小時排放的1.3t廢油也被制成二元酸結晶而全部回收，從而有效地避免了產生二次污染。
由在對己二酸裝置節能環保系統的優化設計前后的對比數據中可以看出，采用節能環保優化設計，能夠明顯降低周圍空氣、水資源等環境的污染，并能有效地節省能源，實現資源的回收再利用，從而為化工企業帶來一定的經濟效益。
4 結束語
己二酸作為工業中應用十分廣泛的有機二元酸，除卻能夠制作尼龍樹脂和尼龍纖維之外，還能作為有機合成的己二胺及已二腈的基礎原料，并且它還可以當做生產的增塑劑及劑。甚至在醫藥方面也得到廣泛的應用。然而，其生產過程中產生的大量廢水、廢氣及廢油給空氣、水資源環境帶來極其嚴重的污染。因此。作為化工企業，我們要加強做好對己二酸裝置節能環保系統的優化設計。以便我們在達到經濟效益目標的同時，還能有效地保護生態環境，實現人與自然的和諧發展。
參考文獻
[1]朱玉華，吳曉明，高蘭英等.己二酸裝置節能環保系統的改造[J].化工自動化及儀表，2007，34（4）：183―189.
[2]吳彥慶，張華.己二酸裝置中亞硝酸氣的回收[J].化學工業與工程技術，2010，31（2）：142―143.
[3]徐天祝，張元札，閆成旺等.己二酸裝置實施CDM項目的實踐與技術分析[J].石油化工技術與經濟，2010，26（1）：115-117.
【關鍵詞】建筑；電氣；節能；設計
隨著建筑業的不斷發展，當中的電氣節能設計工作也越來越重要。因為在實際的電氣設計當中，受到很多因素的限制，建筑電氣節能設計存在諸多不足。很多建筑的電氣能耗還是相當高，導致了大量的資源和資金浪費，還在很大程度上增加了經濟負擔。所以，必須結合建筑物的實際情況，進行適當的電氣節能設計，以便有效降低電氣能耗，爭取資源的節約。
1.建筑電氣現狀
某三甲醫院共有內科大樓、門診樓、急診樓、醫技綜合樓等建筑單體5個，因為醫院建筑中，醫療電氣設備多，每一天都需要耗費很多電量，而且因為原先的電氣設計不夠合理，造成了很大的電力浪費。所以，特此按國家對醫療建筑的改擴建要求，接業主方委托，逐步對其建筑進行改擴建設計，其中具有代表性的新建醫技綜合樓（地下3層，地上15層，總建筑面積2.1萬），
主要功能為醫技設備、門診、住院部）在2009年設計完成，2011年投入使用。
2.電氣節能的優化設計
2.1變配電房設置情況
在地下二層設置了10/0.4kV變配電房，靠近電氣豎井，這樣可以減少配電半徑，既減少電力電纜的一次投資，又降低線路損耗。兩路10kV高壓進線由市政電網引入（10kV系統南供電局進行設計），設置了3臺干式變壓器，其中，1變壓器：500kVA，專供一層醫技設備用電（含l6排CT機50kW、腸胃機50kW、大型C臂X線機50kW等），均采用放射式供電；2、3變壓器：630kVA，供其他動力、消防設備、照明用電，且互為聯絡。該大樓采暖、制冷采用屋面風冷熱泵機組形式。
2.2具體節能優化設計
（1）供配電系統節能設計
供配電系統節能設計作為整個建筑電氣節能的關鍵步驟，設計人員必須結合用電設備特點、負荷等級、用電負荷容量及分布等內容，來開展供配電系統的設計：首先，要保證系統簡單可靠。供配電系統應該簡單可靠，配電級數不能過多，同一用戶內高壓配電級數不能多于兩級，低壓配電級數不能多于三級，以降低電能損耗。如果是兩路進線供電系統，最好采用兩路電源同時運行的方式，從而降低線路損耗。其次，合理選擇供電電壓。通常情況下，電壓越高，損耗越小。如果用電設備總容量超過250kW或變壓器容量超過160kVA最好用10kV供電。通過合理選擇電壓等級，從而實現節能的目的。再次，減少線路損耗。變電所應該盡量接近負荷中心，縮短低壓供電半徑，降低線路損耗，提高供電質量。一般應該將低壓供電半徑控制在150m以內。最后，應該選擇合適的電纜。在選擇電纜時，應考慮準確的載流量、電壓損失、短路電流熱穩定等指標，根據電流密度和供電需求，選擇合理的導線截面，以便降低電能損耗。
（2）變壓器節能設計
要想變壓器做到真正的節能，設計時要采取相應的措施，提高變壓器運行效率，降低損耗。具體而言，就是要從變壓器自身結構、材質等方面采取相應的措施。第一，合理選擇變壓器數量與容量，合理調配電壓負荷，使變壓器在能耗較低的狀態下運行。第二，選擇節能型變壓器。這是實現變壓器節能的重要措施，其運行效率高，損耗低，能夠起到明顯的節能效果。所以設計時，應該選用10型及其以上，非晶臺金變壓器。
（3）照明電路節能設計
首先，要充分利用自然光。其次，應選用高效節能光源及低能耗、性能優的附件。按國家節能設計及審查要求，除特殊場所外，均不得采用白熾燈：應根據建筑使用場所，合理選用T8、T5、LED燈具；燈具附件的節能也相當重要，公共建筑的熒光燈宜選用帶有無功補償的燈具，緊湊型熒光燈具應選用電子鎮流器。氣體放電燈宜采用電子觸發器。
公共場所、公共走道等采用照明分組集中控制方式。如對醫院住院部樓層的公共走道，可在護士站集中分組設置開關，這樣既便于管理，也節約運行費用；對門診、急診樓等的公共區域，可采用i―bus及類似系統進行分時、分組調節及程序控制。室外照明可采用程序控制或光電、聲控開關；辦公樓、住宅樓的走道、樓梯等人員短暫停留的公共場所可采用節能自熄開關；對醫療建筑的樓梯間及走道，由于使用人員較多，不建議采用聲控節能自熄開關。
（4）空調系統節能設計
本工程中一共使用三臺水泵，春秋季節只用一臺，備用兩臺，夏季高峰時常用兩臺，備用一臺；一臺變頻器只拖動一臺水泵運行，且可以以人工方式切換，其他可通過人工方式啟動到工頻運行。設計使用3臺水泵電機選配l臺變頻器。工作時可選擇任意一臺水泵做主泵、由變頻器直接拖動變頻運行；其余兩臺水泵做輔泵、由人工依據制冷特點相應進行啟停控制，使電機工頻運行。
在中央空調系統設計時，冷凍水泵、冷卻水泵的電機容量是根據建筑物的最大設計熱負荷選定的，都留有一定的設計余量。
圖1空調機組冷卻水泵和冷凍水泵改造結構
在中央空調系統中接入變頻節能系統，利用變頻技術改變水泵轉速來調節管道中的流量，以取代閥門調節及回流方式，一般節電率都在30%以上。
2.3設計數據與實測數據比較
該工程為綜合樓，近3年的使用（每天工作時間為8：00～12：00，13：30～l7：30）情況為：門診病人多且住院病房（共8層住院部）基本均滿員，部分時候還有在走道上加床的情況，滿負荷運行時間較長。筆者對夏季、冬季用電高峰期、低谷期配電房各變壓器后進線柜工作電流數據進行采集，再對應設計時參照相關設計手冊中的同期系數計算出的計算電流。發現存在較大差異。
設計時。變壓器容量選取與電力負荷相適應，使其工作在高效低耗區內。綜合初裝費，變壓器、高低壓柜、土建投資及運行費用，又要使變壓器在使用期內預留適當的裕量，變壓器最經濟節能運行的負荷率一般在75%左右比較合理。而設計負荷率往往是設計師按設計容量、設計手冊中的相關系數計算而得的，與實際的負荷率相差較遠，具體見下表1。
表1變電所1#、2#、3#變壓器工作電流和負荷率
變壓器 計算容量 計算電流 夏天上午九點高峰期電流 夏天晚上九點低谷電流 冬天早上九點高峰期電流 冬天晚上低谷電流
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%
從這些實測數據可以看出.隨著時代變遷，建筑物內的各種電器產品運用廣泛，設備容量大幅上升，設計人員必須充分了解現代化建筑內設備的同期使用情況，再結合現有設計手冊的相關數據進行計算，才能確保建筑的真正節能優化設計。
參考文獻：
心的位置,以縮短供電半徑,降低線路損耗,減少電壓損失,滿足供電質量的要求。供電干線半徑應控制在200m
,當供電容量超過500kW(計算容量),供電距離超過250m時,宜考慮增設變電所。
2.供配電系統應盡量簡單可靠,同一用戶,高壓配電級數不宜多于兩級,變壓器二次側至用電設備見得低壓配電級數不宜超過三級,盡量減少變電級數過多產生的電能損耗?由兩路電源進線供電的系統,宜采用兩路電源同時運行的方式,以減少正常運行時的線路損耗?
3.合理選擇供電電壓?同等情況下,電壓越高,損耗越小。城鎮的高壓配電電壓優先采用10kV,特殊情況下,可采用6kV,低壓配電電壓應采用220V/380V。當用電設備功率在250kW及以上或需用變壓器在160kVA及以上者,宜采用10kV供電。對于大型公用建筑的冷水機組,條件許可時,應盡量采用10kV(或6kV)冷水機組,以利節能?
4.減少線路能量損耗,合理選擇電纜?導線截面?在滿足允許載流量?運行電壓損失等各種技術指標前提下,應按經濟電流密度合理選擇導線截面,并應從降低電能損耗.減少投資和節約有色金屬等方面綜合考慮?
5.合理選擇變壓器?電力變壓器應選用S11型及以上非晶合金等節能環保.低損耗和低噪聲的變壓器?注重提高設備運行的負荷率,盡可能使變壓器處在經濟運行狀態?部分對供電質量要求高的工程項目采用有載調壓變壓器?在選擇變壓器容量和臺數時,應根據負荷變化情況,綜合考慮投資和年運行費用,選取容量與電力負荷相匹配的變壓器?
6.降低電動機電能損耗,提高電動機效率。根據負荷特性選擇合理高效的電動機,提高電動機工作效率和功率因數。功率較大的電動機殼采用變頻調速器(消防設備除外),減少電機輕載和空載運行。采用軟起動器,使電機啟動平穩,減少對電網電壓的沖擊。
7.合理提高供配電系統中的功率因數。正確合理的選擇電動機.變壓器的容量及照明燈具的鎮流器,降低線路感抗,采用正確的電線?電纜敷設方式,提高用電單位的自然功率因數?若自然功率因數達不到接入電網要求時,應進行無功功率補償,提高功率因數,減少能耗?
8.諧波治理?配電系統的合理設計.用電設備的正確選型對于提高電能使用效率至關重要?選用Dyn11變壓器,設置濾波或隔離濾波裝置?合理選擇中性線截面等措施抑制諧波,提高電能質量?
二、動力系統的節能措施
在建筑中,家電和電力設備的使用都離不開電動機,它的能耗相當大,提高它的工作效率可以有效地減少電動機的能耗。具體可以采用以下幾種方法:
1.根據電動機的負荷大小合理地選擇電動機的型號,這就要求對電動機的負荷需求事先進行評估。
2.盡可能地使用高效率的電動機,以減少電動機的空載消耗和負載消耗,提高電動機的工作效率。
3.對電動機的控制方式加以改進,提高其運行效率。另外,還要注意發動機的質量,保證電能消耗的計算的準確性。
三、照明系統的節能措施
照明系統節能的關鍵就是在不降低照明質量的情況下,力求減小照明系統中損耗的光能。可以考慮使用以下幾種方法:
1.充分利用自然光。自然光是綠色環保的清潔能源,在設計中要充分加以利用,比如增加靠近室外部分的門窗尺寸等,保證建筑物在白天利用自然光可獲得穩定的照明條件。這樣一來,可以很大程度的節約照明能耗,也利于提高室內的溫度,進一步降低建筑的能耗。
2.根據建筑的各個部分照明的需求,合理選用照明燈具,采用各種節能開關。
3.嘗試性地使用太陽能技術及相關產品。太陽能技術的開發利用,可節約資源.保護生態環境,在節能減耗方面具有重大的意義。
四、暖通空調控制系統的優化設計
公共建筑暖通空調系統的能耗至少占建筑總能耗的 50%以上,系統節能潛力巨大。目前,暖通空調系統的自動控制基本上采用建筑設備自動化系統。BA 系統是智能建筑的特征之一,也是建筑節能的有效途徑之一。
1.BA系統 簡介。BA系統是通過中央計算機系統的網絡,將分布在各監控現場的區域智能分站連接起來,集中完成分散的操作和綜合監控。系統中各子系統或設備應采用相同的通信接口,使用公開的通信協議,使系統具備集成和互操作能力。 2.節能控制優化設計。BA系統控制方案的優化應將節約能耗和提高控制水平放在首位,對系統的結構
和參數進行最佳匹配,使整體效能最佳。從整體上講,暖通空調系統的自動控制應考慮下列策略:(1)機電設備啟停優化控制;(2)變風量.變流量系統最優控制;(3)冬夏季部分負荷時水泵分設控制;(4)與冰蓄冷相結合的低溫送風系統控制;(5)參數設定節能控制,包括溫度標準設定.焓值控制.利用室內CO2濃度控制新風量等。
3.用戶管理系統。用戶管理系統主要用于以下幾個方面:(1)高壓監測功能。監視10kV 高壓配電柜進線.出線和母聯斷路器的開關狀態及故障報警;(2)低壓監測功能。實時檢測回路的電流.電壓.有功功率.無功功率.功率因數.頻率.有功電能.無功電能等電參數;(3)設備維修功能。根據歷史記錄.實際運行狀況和檢修條件,為設備檢修提供建議;(4)預警記錄功能。設定各電量參數的上下限值,在事故發生前提前報警,并根據不同類型的報警信號發出不同聲音;(5)節能增效功能。通過調整尖峰谷平用電時間,優化電費成本;均衡負載,優化能耗分配。
五、建筑設備自動化管理控制系統的應用
隨著計算機網絡.信息通信.自動化控制.顯示及計算機軟件等技術的發展,建筑設備的自動化管理控制系統的性能日趨優異,逐漸成為建筑控制能源損耗的有效手段。通過建筑設備自動化管理控制系統的應用,可以對建筑物內部的采暖通風.給排水和熱水供應等系統的運行進行能效管理,確保各個設備系統安全穩定的運行,在正常發揮建筑物功能的情況下最大限度地降低能源消耗。我國智能建筑設計時經常將整個項目交由集成商負責,而他們并不了解智能建筑設計程序和全過程,沒有太多的經驗和專業知識,設計的東西經常不符合建筑要求,有些甚至有很大危險。這樣的運行環境下,電氣自動化這一安全性要求極高的項目在智能建筑中的應用定會受到嚴重阻礙。
六.結論
對于電氣設計人員而言,在工程設計中要不斷總結經驗,深入調查研究,把握成熟的新技術.新設備信息,逐步加以推廣應用。既要采用高科技的.聯動控制的節能技術,也應重視行之有效的傳統的.分立的節能方案;既重視大范圍.大容量的節能大戶,也不應忽視局部.點滴的節能功效。將電氣節能技術充分運用到建筑電氣設計中,真正達到提高效率,節約能源的目的。
參考文獻:
關鍵詞：住宅建筑；優化；節能設計
引言：隨著經濟的快速發展，住宅建筑的數量和規模都得到了跨越式的提升。然而，建筑能源的消耗量隨之增加，能源緊缺的現狀不但沒有得到緩解，反而還有加劇的趨勢，在這種環境下，國家對住宅建筑節能提出了更高的要求。如何提升和優化住宅建筑節能設計水平，成為當代建筑設計人員的重要研究課題。
一、建筑平面設計
住宅建筑平面設計中，主要考慮建筑平面形狀、熱環境分區以及溫度阻力區的設置等方面因素。
住宅建筑平面形狀應規整，盡量減少護結構面積，增加冬季直射室內的陽光，夏季減少太陽輻射。比如把房屋外墻面積大、開窗多的一面正對太陽輻射強度大的南向，使建筑在冬季可以有效地收集太陽能，北側外墻盡量減少開窗面積，主要滿足通風的需要，而東、西方位不開窗或開小窗。熱環境分區中把要求較低的廚房、衛生間、過廳等布置在北向，而盡量爭取將主要起居空間和居住空間布置在南向，充分利用太陽能，保持冬季室內有適宜的溫度。住宅建筑中設置一定的溫度阻力區可有效地減少傳熱損失。例如住宅樓梯間多采用封閉式，樓梯間設窗；對于北方住宅建筑，北向單元入口均設門斗，避免冬季西北風灌入；對上屋面人孔密封處理，使整個樓梯間形成一個溫度阻力區。
二、建筑規劃節能設計
1、建筑選址
建筑選址的節能問題要符合自然規律，盡量利用自然環境來創造適合人類生存的條件。總體來說，建筑選址需爭取日照，可參考各地風玫瑰圖，避風建宅。爭取日照包括爭取日照時數、日照量和日照質量三個方面。建筑基地宜選在向陽的地段上，為爭取日照創造先決條件；依據各地最佳建筑朝向范圍合理選擇建筑朝向，以爭取更多日照；選擇滿足要求的日照間距。另外，避風建宅是減少冷風滲透和風壓均對建筑物的保溫造成不利影響，建筑應該盡量選擇避風基址建造，采用錯列式布局避免“風影效應”。
2、建筑朝向
建筑朝向對其能耗具有顯著影響。朝向范圍是日照和通風兩個主要因素共同作用的結果，應綜合考慮上述兩種因素確定建筑物個體以及建筑群的朝向。朝向選擇需滿足以下要求：夏季盡量減少太陽直射室內及居室外墻面；冬季具有適量和一定質量的日光照入室內；夏季通風良好，冬季避免冷風吹襲，以使建筑獲得冬暖夏涼的宜人室內環境。
三、屋頂保溫節能設計
屋頂是建筑護結構的主體部分之一，是建筑節能的又一組成部分，目前常用的屋頂保溫節能設計包含以下幾方面：
1、屋頂從結構上和形式上盡量設計成坡屋面，并加設通風層，可以提高建筑內熱工效率，增加保溫性能。
2、采用屋面種植設計，通過覆蓋在屋頂表面的植物降低太陽輻射，達到調節降溫的效果。另外還有設計通風屋面、蓄水屋面等節能措施。
3、對于夏季日照輻射強的地區，通過改變屋面顏色或者對普通屋頂涂上高反射率的涂料，提高屋頂的日射反射率，減少太陽熱量的吸收，從而達到減少空調冷負荷和空調節能的目的。研究表明：采用“冷屋頂”節能可使空調負荷減少10%～30%。
4、加設太陽能裝置。在屋頂上架裝太陽能吸收熱量，產生熱水熱氣，滿足建筑空氣環境，太陽能利用模式為：集熱氣DD補熱系統DD輸配系統DD末端。通過吸收太陽光能轉化為加熱水溫，降低建筑內部的功能損耗并提供新的加熱源。
四、建筑外墻的節能設計
墻體的耗熱量要占建筑采暖熱耗的30%以上。因此，改善墻體的傳熱耗熱量將明顯提高建筑的節能效果。其措施有：
1、改善砌體的保溫隔熱性能
在材料選擇時，采用新型節能磚，如多孔黏土空心磚、加氣混凝土砌塊、混凝土空心砌塊等類型的材料，使其集承重和保溫隔熱于一體；也可利用當地出產的浮石、火山渣及其他輕骨料或工業廢料生產多排孔輕質砌塊，用保溫砂漿砌筑，有節能、節地效果。
2、對墻體采取保溫隔熱措施
即采用外墻外保溫技術和外墻內保溫技術，構成復合墻體。目前，外墻外保溫技術應用比較廣，它不但解決了外墻熱橋的問題，而且具有增加室內使用面積，方便室內二次裝修等優點，目前使用較成熟的幾種外墻外保溫方案有：外貼聚苯板保溫、外貼硬質聚氨酯泡沫保溫、膠粉聚苯顆粒保溫漿料、夾心聚苯板外墻保溫、鋼絲網架巖棉夾心板外復合保溫等。外墻內保溫有飾面聚苯板內保溫復合外墻和紙面石膏板內保溫復合外墻。
五、建筑門窗的節能設計
外門窗是耗熱的重要渠道，它既是太陽輻射的得熱部件，又是主要的失熱部件，傳熱系數約為墻體的3～4倍，是節能的重點部位，所以合理確定窗墻面積比是節能的重要措施之一。對于住宅設計應少做落地窗、飄窗，但在實際工程中飄窗運用的非常普遍。外墻門窗設計除滿足自然通風外，設計中應該強調東西南北開窗有別，不同功能房間開窗有別。面對冬季主導風向的立面，應盡量減少開窗面積。設置外窗部位，應提高外窗的密封性能（如選用膠條密封而不是毛條），選用好的窗型（如平開窗氣密性相對較好），門窗配件，提高窗框的隔熱性能（如采用塑料型材、鋁合金斷熱型材、玻璃鋼型材、鋁木復合材料等），減少窗框的外露面積，采用保溫隔熱性能好的玻璃（如中空玻璃、鍍膜玻璃等）。根據國內外大量應用經驗證實，采用雙層玻璃塑料鋼窗是較好的選擇。外門窗除了采光，通常也是建筑自然通風的渠道。所以，外門窗的開啟也是夏季通風節能的必要條件。夏季迎風面可作為主要的開窗部位，引進自然風，增加夏季的滲透通風。但同時，外門窗的設計應減少冬季寒風的滲透，有利于室內保溫，改善生活環境的舒適度。對于向陽的地方，可采用凹式開窗設計，外加遮陽板及鍍有特種金屬的熱反射窗簾，這種設計既美觀又兼有較好的遮陽效果。
六、節能材料的使用
建筑外維護結構的保溫隔熱性能對降低建筑能耗起著至關重要的作用，并直接關系到室內環境的熱穩定性和舒適性。在外維護結構完成后再在上面附加保溫層，以改善熱工性能是國內目前通行的做法。這種方法雖然可以達到一定的效果，但各種高效保溫材料在生產加工過程中會大量消耗各種能源，且價格很高。建筑節能不應只注重建筑建成后在使用過程中的能耗，還應從整體系統的全局出發，建筑全壽命周期的能源消耗應受到同樣的關注。因此，建筑材料除應具有出色的保溫隔熱性能外，它的加工生產過程也應當簡單易行并應節省能源。實際建設過程中，可以因地制宜，創造性地采用新型建材，這樣可以減少污染和能源浪費，并且變廢為寶，取得一舉多得的效果。新型建材可以是科學上的合成，也可以是廢物的升級利用，但如果加工處理過程中工藝過于復雜，能源消耗過大，那也沒有開發的必要，應當注意去進行綜合衡量。
七、結束語
作為建筑師，更應從自身做起，從不同角度，依據建筑規范對建筑進行優化節能設計，在改善人們居住環境的同時，充分挖掘節能潛力，綜合利用各種節能技術措施，趨利避害，選擇經濟合理的節能方案，從而實現節約能源，減少能源消耗，為實現我國可持續發展戰略，建設節約型社會作出應有的貢獻。
參考文獻
[1]陳榮深，陸海鋒.淺議節能設計中存在的問題及解決辦法[J].科技創新導報，2009（11）.
摘要 ： 運用建筑節能設計分析軟件PBECA2012設計了上海地區某單體住宅樓建筑節能設計方案，并計算模擬分析其規定性指標和全面動態建筑能耗，從中分析如何高效的設計最優建筑節能方案。
關鍵詞 ： 建筑節能設計軟件最優節能方案
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
建筑節能設計對廣大設計人員來說已不陌生，但是仍然有許多問題纏繞著設計師：建筑節能設計建模花費時間消耗精力，節能方案確立不夠合理等。 如何簡便設計既適合各地實際情況而又符合節能規范的節能方案進行節能計算分析，PBECA2012這款高效智能的建筑節能設計分析軟件來為我們提供了一條便捷的通道。
1 建筑設計說明資料
結合設計單位所提供的建筑設計施工說明，可獲悉以下建筑節能計算所需資料：
該建筑單體坐北朝南，建筑層數為14層，建筑結構類型為剪力墻結構，墻體采用200mm厚的鋼筋混凝土，在單體的南向設計有凸窗。
以上資料也是在進行建筑節能計算前必須要了解的信息，以此為下一步的設計提供參考。此項目的節能設計目標為計算分析確定最適宜的節能設計方案，確保滿足現行的建筑節能相關設計規范要求。
圖1建筑平面圖
2 計算模型和最優節能方案
2.1計算模型智能化建立
初步分析了現有的節能資料后，筆者著手對建筑單體進行生成模型、編輯和節能方案的選擇。
建筑節能計算模型的準確性是非常重要的，計算模型涵蓋了建筑體形的細節、開窗大小和位置、房間功能區的劃分等。建筑節能設計分析軟件PBECA2012是基于AutoCAD平臺上開發的，在模型轉換和編輯功能上有了很大提高，并能處理多種復雜建筑體形情況和多種構件設計情況，更加貼近建筑設計師的使用習慣，也更能體現建筑物的原有形態。智能化設計是PBECA2012軟件應用的顯著特點，軟件注重計算模型準確性診斷功能，在建模過程中智能化交互提示使用者完成計算模型準確地建立和編輯。即使剛接觸軟件的人員也能夠完成建筑的節能設計。
圖2 智能觸發機制提示
圖3智能墻線修正
圖5 模型三維圖
計算模型建立之后，需要標注房間功能類型和分戶墻，對于居住建筑來說，在計算分析之前需標注臥室和起居室以及每個戶型之間和戶型與公共部位之間的隔墻。
2.2最優節能方案專家型選擇
該住宅單于上海，因此需滿足《上海市工程建設規范-居住建筑節能設計標準》（DGJ08-205-2011）的要求。PBECA2012軟件具有節能方案的專家型選擇模式，可以幫助建筑師快速智能地確定最適宜的節能方案。其確定方法為由工程設計人員輸入一些附加條件，然后由軟件根據模型信息和附加條件的判斷，推選出圍護結構推薦系統，再通過自動選擇和手動選擇的方式，確定最終的適宜性方案。
圖6 方案確定流程
筆者完成了計算模型之后，輸入了建筑設計計算資料中相關的建筑結構類型、外墻飾面類型以及根據施工周期和預期的造價條件，軟件根據附加條件結合模型所具有的建筑層數、窗墻面積比、體形系數等信息，獲得推薦的圍護結構體系。
圖7 方案選擇
選擇方案或進行必要的編輯后，可進行方案分析計算，并直接查閱報告。軟件也提供與方案構造相關的造價優化，并對方案進行缺陷分析，詳細顯示計算工程各功能房間的空調負荷、采暖負荷和總負荷，并顯示彩色分布圖。通過數值分析，平面分析及三維分析對設計建筑的總體能耗和各個普通層乃至任意一個房間進行能耗分析，通過對不同朝向或不同房間的分析，得到各圍護構件所占耗能比，從而可以讓用戶對設計建筑的能耗和某個構件的能耗一目了然，方便找到保溫性能最差的圍護結構，有針對性地進行優化設計，更快捷的進行調整節能設計方案。
圖8 方案分析
圖9 缺陷分析
軟件中收集了建筑節能節點圖集及《全國民用建筑工程設計技術措施節能專篇》（2007年）中的全國建筑節能構造和常用材料，并收錄了各種高中低檔體系價格，適用范圍和施工周期等關鍵參數構成數據庫，以此結合計算模型所選城市相應的節能規范條文和模型的數據信息，最終篩選出適宜的節能方案。
圍護結構體系可采用自動選擇和手動相結合的方式，自動選擇一般是以造價作為唯一的判斷標準，手動選擇可幫助實現特殊修改，有針對性地實施節能方案，筆者根據上海地區的實際情況，結合自動選擇和手動選擇最終確定了節能設計方案：
屋面類型1：細石混凝土(內配筋)（40.0mm）+泡沫玻璃（100.0mm）+水泥砂漿（20.0mm）+1：8水泥加氣混凝土碎料實鋪(屋面找坡)（40.0mm）+鋼筋混凝土（120.0mm）+石灰石膏砂漿（20.0mm）
屋面類型2：細石混凝土(內配筋)（40.0mm）+泡沫玻璃（100.0mm）+水泥砂漿（20.0mm）+鋼筋混凝土（120.0mm）+石灰石膏砂漿（20.0mm）
外墻類型：無機保溫砂漿（40.0mm）+鋼筋混凝土（200.0mm）+無機保溫砂漿（20.0mm）
底面接觸室外空氣的架空或外挑樓板：石灰石膏砂漿（20.0mm）+鋼筋混凝土（110.0mm）+無機保溫砂漿（40.0mm）
分戶墻：石灰石膏砂漿（20.0mm）+鋼筋混凝土（200.0mm）+石灰石膏砂漿（20.0mm）
分戶樓板：水泥砂漿（20.0mm）+鋼筋混凝土（110.0mm）+水泥砂漿（20.0mm）
外窗(含陽臺門透明部分)：隔熱金屬型材多腔密封窗框K≤5.0[W/(m2K)]，框面積≤20%，(6mm透明+12空氣+6mm透明)，傳熱系數3.20W/m2.K，玻璃遮陽系數0.86，氣密性為6級，可見光透射比0.71
凸窗：隔熱金屬型材多腔密封窗框K≤5.0[W/(m2K)]，框面積≤20%，(6mm中透光Low-E+12空氣+6mm透明)，傳熱系數2.40W/m2.K，玻璃遮陽系數0.50，氣密性為6級，可見光透射比0.62
天窗：隔熱金屬型材多腔密封窗框K≤5.0[W/(m2K)]，框面積≤20%，(6mm中透光Low-E+12空氣+6mm透明)，傳熱系數2.40W/m2.K，玻璃遮陽系數0.50，氣密性為6級，可見光透射比0.62
戶門：木或塑料夾層門(空氣間層厚度不小于40mm內襯鋼板)，傳熱系數2.47W/m2.K
3 節能計算模擬分析
計算模型基礎計算數據結果
采用最終確定的節能設計方案進行建筑節能計算分析，軟件以《上海市工程建設規范-居住建筑節能設計標準》（DGJ08-205-2011）為判定依據。
對于該建筑單體，軟件確定的節能方案很好地滿足了規范要求，避免了在設計時反復設計復算、查閱規范圖集，同時也為更好地完成同類設計積累了經驗。對于圍護結構有未滿足節能設計標準的，可采用“對比評定法”進行建筑節能設計綜合評價。
根據《上海市工程建設規范-居住建筑節能設計標準》（DGJ08-205-2011）的規定，居住建筑動態計算的判斷依據要根據不同的建筑類型采用不同的判斷方法。軟件可根據建筑層數自動識別多層建筑、低層建筑、高層建筑；根據用戶選擇的建筑類型，自動按照下列要求進行動態計算和判斷：
進行圍護結構節能動態計算時的假想建筑稱為參照建筑，建筑進行圍護結構節能動態計算時，應當與參照建筑的采暖和空調年耗電量之和進行比較，其計算所得設計建筑的采暖和空調年耗電量之和應當小于參照建筑的采暖和空調年耗電量之和，即采用權衡計算對比法。
PBECA2012軟件延續了強大的DOE-2計算內核的計算分析功能，最終能耗模擬分析結果顯示，該居住建筑達到了節能設計要求。
冬季結果
設計建筑全年耗電量=28.69 (kWh/m2)
參照建筑全年耗電量=29.35 (kWh/m2)
4 結論
關鍵詞：住宅建筑；節能設計；技術措施
中圖分類號：TM08 文獻標識碼：A 文章編號：
1.引言
在當今世界，能源問題已成為全世界、全人類共同關心的問題，也是我國社會經濟發展的重要問題。能源短缺成為制約經濟發展的重要因素。住宅建筑作為人類生活中的重要場所，在其建設與使用過程中，不可避免地需要消耗大量的能源和資源。隨著我國經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，住宅能耗占我國能源消費總量的比例逐年增加。尤其是建設節能型建筑已成為今后城市建設的重點發展方向,隨著相關的法律、法規和標準的相繼出臺,建筑節能設計也已成為房屋建筑設計的重要組成部分。本文從建筑規劃設計、空間布局、結構圍護、環境設計四個方面論述了對建筑節能的影響。
2.住宅建筑節能設計的依據
據統計：城市建成區用地的30％用于住宅建設；住宅能耗占全國總能耗的20％左右；城市水資源的32％在住宅中消耗；住宅建設耗用的鋼材占全國用鋼的20％：水泥用量占全國總用量的17.6％。因此，在我國建設節能住宅，推廣節能技術已經是迫在眉睫，勢在必行了，也已經引起各級政府部門的重視，并把建筑節能要求體現在建筑規范和標準中，先后制定了一批技術法規和標準規范，如：《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-95）、《采暖通風與空氣調節設計規范》（GB50019-2003）、《民用建筑熱工設計規范》（GB50176-93）、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ134-2001）以及《夏熱冬暖居住建筑節能設計標準》JGJ75-2003等等。執行以上相關節能標準后，我國建筑能耗有了顯著降低，但與發達國家相比仍有相當差距，為進一步降低居住建筑的能源消耗，針對西北、華北等地區，住房和城鄉建設部與2010年3月了節能率約為65%左右的國家行業標準《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ 26-2010。夏熱冬冷地區執行50%的強制性節能標準。我國政府把建筑節能列入“十一五”規劃，提出建設“節能省地型住宅”和“2020年建筑節能遠景規劃目標”。以上標準、規范的頒布實施及國家相關政策的提出對保護環境，節約能源起到了重要作用，也為建筑節能設計提供了設計依據。
3.住宅建筑的節能優化設計的具體措施
3.1合理確定建筑朝向和平面形狀
綜合分析各方面,影響居住環境的最主要的兩個因素是太陽輻射和空氣流通。因此,規劃節能的主要方向是一方面降低太陽輻射,另一方面增強房屋建筑的自然通風效果。在規劃設計中,房子朝向、間距以及房屋之間的相互組合關系是規劃節能設計的重點。為滿足要求,首先要考慮的是建筑的朝向,建筑的朝向主要應與當地夏季的主導風向一致,建筑群的入風口和出風口應結合主導風合理設置,利于自然通風,提高居住的舒適度。在建筑物的排列中應遵循南小北大、南低北高的原則。
一般來說,我國住宅最適宜的建筑朝向為南北向或接近南北向。對于氣候炎熱的南方地區,應考慮住宅建筑的長軸方向垂直夏季主導風向,而北方冬季寒冷,住宅建筑的長軸方向應平行冬季主導風向,以防止冷空氣滲透量的增大。住宅建筑的平面形狀,應在體積一定的情況下,采用護結構表面積小的建筑。因為外表面積越小,冷負荷越小,能耗越小。
在建筑設計中，考慮到建筑節能的需要，應盡量減少建筑形體的凹凸，在采暖居住建筑中體型系數宜控制在0.3以內，住宅進深應適當擴大，以10～14m為宜，住宅長度以55m左右較為適宜。
住宅建筑平面形狀應規整，盡量減少護結構面積，增加冬季直射室內的陽光，減少夏季太陽輻射。比如把房屋外墻面積大、開窗多的一面正對太陽輻射強度大的南向，使建筑在冬季可以有效地收集太陽能，北側外墻只開設小窗，主要滿足通風的需要，而東西方位不開窗或開小窗。熱環境分區中把要求較低的廚房、廁所、過廳布置在北向。而盡量爭取將居室布置在南向，充分利用太陽能，保持冬季室內有較高的溫度。住宅建筑中設置一定的溫度阻尼區可有效地減少傳熱損失。例如，夏熱冬冷地區樓梯間由過去的開敞式改為封閉式，樓梯間設窗；北向單元入口均設門斗，避免冬季西北風灌入：對屋面上入孔密封處理，使整個樓梯間形成一個溫度阻尼區。在夏熱冬暖地區合理控制戶內空氣流速和空氣齡，創造良好的室內環境。
3.2合理規劃平面布局及控制體形系數
居住區住宅的平面布局有周邊式、自由式和行列式3種。周邊式太封閉,不利于風的導入;自由式多在受地形限制時采用;行列式是最常見的形式,有并列式和錯列式布局的變化,在某些地形中,還會出現斜列式布局。為了促進通風,居住區布局應盡量采取行列式和自由式,從建筑防熱的角度來看,行列式和自由式都能爭取較好的朝向,使大多數房間能夠獲得良好的自然通風和日照,其中又以錯列式和斜列式的布局較為好。
體形系數是建筑物圍護結構的外表面積與其所包圍的建筑體積之比。比值越大，能耗就越多。研究資料表明：體形系數每增加0.01,耗熱量指標增加2.5%。因此,正確處理建筑形式多樣化與節能的關系,是建筑設計中應當引起重視的問題。一般講,6層左右的建筑物對建筑節能較為有利。另外，建筑物的外形越簡單,其外表面積越小,熱交換量亦越少。因此,建筑物的造型宜簡潔、完整,盡量避免復雜的輪廓線。
3.3住宅周邊的綠化設計
良好的居住區綠化,不僅能美化環境,而且能起到調節居住區小氣候、改善建筑室內環境、節約建筑能耗的作用。居住區綠化應注意幾點：一是要以地面綠化并以種植灌木為主,有條件的地方可引入水景;二是要在臨近住宅的東、西、南面的適當位置種植一些高大的落葉喬木,這樣夏季遮陽,冬季不遮擋陽光,有利于朝陽居室的節能;三是要根據實際情況對墻面、陽臺進行垂直綠化。這樣，一方面能豐富居住區的景觀環境;另一方面能減少建筑與空氣直接接觸的外表面積,形成一種冬季保溫、夏季隔熱,又可增加綠化面積的復合型圍護結構,從而有效地改善住宅室內熱環境的條件。
4.建筑的外墻及材料的合理選擇
無論是冬季保溫還是夏季隔熱,都主要是通過墻、屋頂、門和窗等圍護結構的傳熱及空氣滲透。在建筑圍護結構設計中主要要注意以下幾點。
4.1 外墻節能:墻體是建筑護結構的主體,其所用材料的保溫性能直接影響建筑的耗熱量。現階段山東地區多層建筑砌體結構的承重外墻以240厚燒結磚為墻體主要材料，非承重建筑外墻一般使用加氣混凝土砌塊，這種材料導熱系數較低，約0.2，可很大程度上降低墻體傳熱系數。
4.2 屋面節能:現在,許多高效保溫材料已經開始應用于屋面,如山東地區最常用的擠塑聚苯板，此種材料具有傳熱系數低、憎水性好、抗壓強度較高等諸多有利于節能方面的優點 。總而言之,屋面節能措施的要點是:①屋面保溫層不宜選用吸水率較大的保溫材料以防屋面濕作業時因保溫層大量吸水而降低保溫效果,如果選用吸水率較高的保溫材料,屋面上應設置排氣孔以排除保溫層內不易排出的水分;②屋面保溫層不宜選用密度較大、導熱系數較高的保溫材料,以免屋面重量、厚度過大。另一方面，屋面隔熱層設計應根據地域、氣候、屋面形式、建筑環境、使用功能等條件，采取種植、架空和蓄水等隔熱措施。
4.3 合理選擇門窗材料
外門窗是住宅能耗散失的最薄弱部位,其能耗占住宅總能耗的40%。因此,我們在保證日照、采光、通風、觀景要求的條件下,盡量減小住宅外門窗洞口的面積,提高外門窗的氣密性,減少冷風滲透,提高外門窗本身的保溫性能,減少外門窗本身的傳熱量。根據《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ 26-2010的規定，窗墻比是指住宅窗戶洞口面積與房間立面單元面積（即建筑層高與開間定位線圍城的面積）的比值,規范對嚴寒和寒冷地區不同朝向的房屋窗墻比做了嚴格的規定,如山東地區處于寒冷地區，按照規定北向的窗墻比不應超過0.30、東向和西向的窗墻比不應超過0.35、南向的窗墻比不應超過0.50。
5.結語
綜上所述,住宅建筑節能是一項系統工程,它不但與建筑的規劃與設計密不可分,而且還涉及其他許多方面,如新材料、新技術、新工藝的應用,再生能源的開發和利用,設備設計、管理等,只有對它們進行綜合考慮,才能做到節約能耗,提高熱效率,達到節能的目的。
參考文獻：
[1]付祥釗.建筑節能技術[M].北京:中國建筑工業出版社,2002.
