林玉聰

（中國市政工程東北設計研究總院有限公司，長春 130000）

1 工業(yè)建筑節(jié)能設計現(xiàn)狀

當前，工業(yè)建筑的節(jié)能設計并無標準和規(guī)范，大多依賴工業(yè)建筑設計師的主觀認知與項目經(jīng)驗，工業(yè)建筑節(jié)能設計存在如下問題。

1）工業(yè)建筑節(jié)能設計更側重于施工階段的節(jié)能材料與施工工藝的設計與實施，而忽視了工業(yè)建筑投產(chǎn)運營階段的長期性能耗問題。

2）以大規(guī)模工業(yè)廠房為研究對象，對其開展節(jié)能設計最早起源于西方發(fā)達國家，受到現(xiàn)代統(tǒng)計學理念的影響，西方國家對工業(yè)建筑的節(jié)能設計多建立在大量的建筑能耗實測、量化、統(tǒng)計、分析基礎上，并結合具體的節(jié)能指標對工業(yè)建筑的水、電、暖通等環(huán)節(jié)加以優(yōu)化設計。節(jié)能設計方案高度契合了工業(yè)建筑個體的建筑外環(huán)境、建筑體形、建筑空間以及生產(chǎn)工藝實施要求。而當前我國對工業(yè)建筑實施與運營階段的個性化能耗數(shù)據(jù)量化與統(tǒng)計精度不高，節(jié)能方案設計缺少翔實、精準的數(shù)據(jù)支撐。

3）近年來，綠色設計理念在建筑領域的滲透使得民用建筑的節(jié)能環(huán)保性能顯著提升。一般情況下通常利用節(jié)能環(huán)保材料對民用建筑的內(nèi)外墻進行堆砌填充，以提高民用建筑圍護結構的隔熱性能；或是采用能耗更低、性能更優(yōu)的暖通設備設施，以降低民用建筑在實際運營過程中的熱工消耗。而對于以工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)為建筑功能的廠房，在有限建設成本的約束下，節(jié)能環(huán)保材料的運用普遍較少。

2 工業(yè)建筑節(jié)能設計理念

工業(yè)建筑的節(jié)能設計旨在利用建筑空間、體形、功能布局的合理科學設計優(yōu)化工業(yè)廠房的節(jié)能環(huán)保方案，最大限度地降低工業(yè)廠房的能耗。但與結構規(guī)整、分布集中、功能單一的民用建筑不同，工業(yè)建筑結構復雜、各分區(qū)性質與功能各異，因而對建筑節(jié)能減排、降低能耗的需求也有所差異。如在工業(yè)建筑中，某些常規(guī)性生產(chǎn)車間僅需提高建筑圍護結構的隔熱性能，降低建筑的熱工消耗；而對于某些化工類生產(chǎn)作業(yè)場所則需要設計專業(yè)的污水、廢氣凈化系統(tǒng)，減少化工生產(chǎn)廢棄物排放造成的環(huán)境污染。鑒于工業(yè)建筑結構復雜、功能多樣，工業(yè)建筑的節(jié)能設計方案應充分考慮各功能分區(qū)節(jié)能降耗的個性化特質，在合理布局、科學分區(qū)的基礎上，抓好建筑供暖、排風、污染物凈化等建筑節(jié)能要點，切實滿足工業(yè)建筑的工業(yè)生產(chǎn)與節(jié)能減排要求[1]。

2.1 工業(yè)建筑選址

工業(yè)建筑的選址與建筑節(jié)能成效息息相關，例如，對于需要大量服務器集成運行的云計算部署環(huán)境或數(shù)據(jù)中心，考慮到服務器運行會產(chǎn)生過高的溫度，可將其選址在低溫、恒溫地區(qū)，以降低空調(diào)制冷與恒溫調(diào)控帶來的能耗。微軟公司就將企業(yè)數(shù)據(jù)中心的服務器云環(huán)境搭建在海底，利用海底的低溫洋流對數(shù)據(jù)中心的環(huán)境溫度進行冷卻與調(diào)控，極大地減少了數(shù)據(jù)中心運行的制冷能耗。因此，在工業(yè)建筑選址時，需要充分考慮工業(yè)生產(chǎn)工藝對場所或環(huán)境的特殊性需求，結合當?shù)氐牡匦蔚孛?、氣候水文等自然環(huán)境條件綜合選址，以更好地匹配工業(yè)建筑的環(huán)境需求、建筑技術。

2.2 整體節(jié)能布置

工業(yè)建筑的節(jié)能設計需從全局整體視角加以謀劃，在綜合考慮工業(yè)建筑不同功能分區(qū)的節(jié)能降耗需求以及工業(yè)建筑本身體形與空間結構的基礎上，對工業(yè)建筑的空間布局、空間朝向等加以設計，例如，加劇建筑內(nèi)外環(huán)境的自然氣流交互，以降低工業(yè)建筑內(nèi)的溫度；或減少工業(yè)建筑與外空氣接觸的結構體積，以減小工業(yè)建筑的體形系數(shù)，降低工業(yè)建筑夏季制冷與冬季供暖保溫的能耗[2]；或設計特殊的工業(yè)建筑空間布局，對于有恒濕生產(chǎn)作業(yè)要求的工業(yè)場所設計高層、南向空間，充分利用太陽輻射的熱量，避免前方高層建筑對日光的遮擋與阻隔，提高恒溫設備運行的效率。

2.3 節(jié)能材料與節(jié)能設備

節(jié)能材料與節(jié)能設備是工業(yè)建筑節(jié)能設計方案落地與實施的重要工具。在工業(yè)建筑節(jié)能設計中，應將適宜的節(jié)能材料和設備與科學合理的建筑技術和空間布局巧妙地組合起來，滿足工業(yè)生產(chǎn)與工業(yè)實施的節(jié)能要求。例如，可在工業(yè)建筑墻體中鋪設堆砌保溫材料，為工業(yè)建筑安裝阻熱型門窗，提高工業(yè)建筑的恒溫性能，從源頭上控制室內(nèi)恒溫恒濕的能耗。在鋪設節(jié)能材料或采購節(jié)能設備時，節(jié)能設計師需精確計算工業(yè)建筑不同分區(qū)的室內(nèi)面積，采集與測量室內(nèi)溫度濕度在不同時期的演變數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)模型模擬一定空間面積下節(jié)能材料與設備的可行性，從而科學設計和選擇適宜的節(jié)能材料與相應規(guī)格的節(jié)能設備。

3 工業(yè)建筑節(jié)能設計要點

3.1 通風節(jié)能設計

工業(yè)建筑良好的通風設計可提高工業(yè)廠房內(nèi)空氣的流通性，保障工業(yè)生產(chǎn)工藝作業(yè)時機械設施的穩(wěn)定運行，提高工作人員的作業(yè)舒適度。在對工業(yè)建筑的通風節(jié)能進行設計時，應充分利用自然通風的優(yōu)勢，在符合當?shù)刈匀伙L力與風向的標準下設計通風口的位置、朝向與大小，以良好的進氣與排氣交換達到更強通風換氣的目的。此外，建筑通風節(jié)能設計也應充分借助通風輔助設備，結合當?shù)匦夂蛱卣?、氣流走向與氣團分布，以及工業(yè)建筑周邊建筑層高與空間分布等布設通風設備，使得通風設備的風道走向與工業(yè)廠房局部區(qū)域的風向一致，減小因風向相逆給通風設備帶來的負載壓力，降低通風輔助設備的運行能耗。

3.2 采光節(jié)能設計

工業(yè)建筑通常規(guī)模較大、人員密集，高精密的生產(chǎn)作業(yè)與設備操作對室內(nèi)采光要求嚴格，因此，在對工業(yè)建筑進行采光節(jié)能設計時，應充分利用自然光輔助，與室內(nèi)照明設施相結合，減少室內(nèi)照明的電力消耗。例如，考慮到工業(yè)建筑的頂部通常較平坦且規(guī)整，可在頂部安裝反射光板，引入自然光提高室內(nèi)采光度；也可在工業(yè)建筑結構設計時引入過堂結構，從而更高效率地將自然光引入室內(nèi)，增加廠區(qū)的采光率。同時，也可在工業(yè)建筑的室內(nèi)使用節(jié)能型照明系統(tǒng)，或利用工業(yè)建筑頂部鋪設太陽能光伏板發(fā)電，為廠區(qū)室內(nèi)照明提供清潔型能源[3]。

3.3 保溫節(jié)能設計

建筑保溫節(jié)能設計是工業(yè)建筑節(jié)能設計的重要內(nèi)容，尤其是對于我國北方區(qū)域的工業(yè)建筑，在進入秋冬季節(jié)后建筑在供暖保溫方面的能耗急劇增加。當前民用類建筑多采用巖棉板、聚苯乙烯泡沫塑料等節(jié)能材料作為建筑墻體與屋頂?shù)亩哑霾牧?，利用材料的保溫性能減少建筑的熱工消耗。在工業(yè)建筑保溫節(jié)能設計時，考慮到節(jié)能材料的成本與工業(yè)建筑的施工造價，通常在工業(yè)建筑外墻采用中空型混凝土磚融合隔熱性能較好的聚苯乙烯泡沫，可以有效阻隔建筑外的冷空氣進入；在工業(yè)建筑內(nèi)墻采用燒結煤矸石多孔磚融合隔熱材料，可以有效阻隔室內(nèi)暖空氣溢出，降低工業(yè)建筑室內(nèi)供暖的能耗。屋面的保溫材料可采用常見的中空水泥板、泡沫玻璃板等，以泡沫玻璃板為例，利用其絕熱特性實現(xiàn)工業(yè)建筑的保冷、保溫，提高工業(yè)建筑整體保溫性能。當前，各類保溫材料已成為建筑節(jié)能保溫設計的首要選擇，工業(yè)建筑可利用各種保溫材料附著在建筑外墻、內(nèi)墻、屋面上，可有效阻隔室內(nèi)暖空氣流失與室外冷空氣侵襲；通過保溫層與墻體、屋面形成多層空氣層，可有效降低墻體與屋面的熱傳導效應。

3.4 其他節(jié)能設計

工業(yè)建筑的節(jié)能設計涉及建筑前期選址、整體規(guī)劃布局、功能分區(qū)設計、節(jié)能材料與節(jié)能設備的使用等。在工業(yè)建筑選址規(guī)劃時，節(jié)能設計人員通常需要反復踏勘現(xiàn)場，詳細測量現(xiàn)場的自然環(huán)境演變數(shù)據(jù)，并融合選址現(xiàn)場的自然地理特征，對工業(yè)建筑的空間布局與空間結構進行節(jié)能化設計。在對工業(yè)建筑的通風、采光、保溫等環(huán)節(jié)進行節(jié)能設計后，需通過現(xiàn)場勘察與實測分析工業(yè)建筑中的各類能量損耗情況，例如，在工業(yè)建筑設計模擬實測后，發(fā)現(xiàn)廠房的門窗是影響工業(yè)建筑保溫性能的關鍵，出于通行與室內(nèi)采光的需要，工業(yè)廠房通常會布設眾多門窗，但門窗四周部位的密封性不高會導致室內(nèi)保溫性能降低，因此，工業(yè)建筑節(jié)能設計時，應綜合考慮采光與保溫要求，盡可能減少門窗數(shù)量，或采用具有良好密封性的門窗，以減少室內(nèi)熱量外泄，降低熱工消耗。

4 工業(yè)建筑節(jié)能改造要點

4.1 建筑信息與耗能數(shù)據(jù)統(tǒng)計

建筑信息與耗能數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可為工業(yè)建筑節(jié)能設計與改造提供量化數(shù)據(jù)支撐，也可為工業(yè)建筑節(jié)能設計確定能耗較高的環(huán)節(jié)，準確定位節(jié)能優(yōu)化內(nèi)容。以工業(yè)建筑墻體保溫節(jié)能研究為例，可采用數(shù)值模擬、實驗室測試、定期采樣實測等方法研究外墻系統(tǒng)某構造層的溫度、濕度變化及影響因素。當前，國內(nèi)建筑領域對建筑材料水蒸氣滲透系數(shù)的認知和重視程度不夠，缺少對高保溫、低能耗墻體濕熱參數(shù)長期實測、跟蹤，無法確定建成的低能耗外墻是否能夠有效地實現(xiàn)室內(nèi)防水隔氣和室外防水透氣的功能。在對工業(yè)建筑墻體的保溫性能進行定量研究時，可在工業(yè)建筑墻體的東、南、西和北4個方向的外墻內(nèi)預埋溫濕度傳感器，同時在被測試墻體的室內(nèi)、外側分別安裝溫濕度傳感器，實測被測試墻體室內(nèi)外側空氣和墻體內(nèi)部空腔內(nèi)濕空氣的溫度t和相對濕度φ，長期實測外墻內(nèi)部的不同位置的溫度和濕度數(shù)據(jù)，分析墻體內(nèi)部溫度、濕度變化規(guī)律和墻體構造的合理性，為工業(yè)建筑保溫節(jié)能相關領域研究提供數(shù)據(jù)支持[4]。

4.2 節(jié)能材料的推廣應用

工業(yè)建筑的節(jié)能設計有賴于節(jié)能材料的科學合理應用。在選擇節(jié)能材料時，節(jié)能設計人員應當充分考慮工業(yè)建筑所在區(qū)域的氣候條件、地形地貌、周邊建筑等，實測出該區(qū)域的日照、溫度、濕度、風速、風向，基于以上因素選擇適宜的節(jié)能材料。此外，工業(yè)建筑節(jié)能設計也應當注重新型節(jié)能技術的引入與運用，例如，工業(yè)建筑中采用LOW-E玻璃這一節(jié)能材料替代普通玻璃；在工業(yè)建筑的通風設備中添加SCR催化劑，及時有效地處理工業(yè)廠房作業(yè)環(huán)境內(nèi)的有毒氣體，可減少有毒氣體處理流程與處理能耗，降低有毒氣體的排放量，進一步落實工業(yè)建筑的節(jié)能降耗。

5 結語

節(jié)能設計是現(xiàn)階段實現(xiàn)工業(yè)領域可持續(xù)發(fā)展的重點。隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，大量企業(yè)在逐步推進建筑節(jié)能理念的應用，同時對現(xiàn)有老舊的工業(yè)建筑進行大規(guī)模的節(jié)能改造。因此，技術人員應積極關注節(jié)能建筑的設計選址、節(jié)能技術材料的應用，最大限度地發(fā)揮節(jié)能設計方案的能耗控制效果。