簡述工業建筑綠色節能設計

張麗梅　（大慶油田天宇工程設計有限責任公司）

簡述工業建筑綠色節能設計

張麗梅（大慶油田天宇工程設計有限責任公司）

通過對實際建筑工程設計過程的分析，詳細介紹建筑過程中可以進行建筑節能（外墻、門窗、屋面等與外環境接觸部分的節能）和結構節材（高強材料和工廠化構件等）的措施，使工業建筑在油田建設項目的全壽命周期內，最大限度地節約資源（節地、節能、節材）、減少污染、保護環境。

工業建筑；綠色節能；節材和材料資源利用；實例

引言

《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》中，明確提出了“綠色發展，建設資源節約型、環境友好型社會”的方針。在建筑節能方面，公共建筑和民用建筑節能強制實行已經十幾年了，其設計和材料使用方面都相對成熟，節能審核也較工業建筑完善，而工業建筑節能的推進工作與民用建筑節能的推廣還有一定的差距。當前,在以工業生產為主體的背景下,工業建筑領域必須引入綠色節能建筑理念,從設計入手，從源頭做好工業節能工作，響應國家綠色與環保國策。

由于工業建筑節能設計標準至今尚未出臺，在工業建筑節能設計過程中，主要借鑒GB 50189—2005《公共建筑節能設計標準》中的各城市氣候分區、維護結構的導熱系數等數據[1]作為工業建筑節能設計的技術支持，同時依據《綠色工業建筑評價標準》[2]作為整體衡量工業建筑的有力保障。

1　工業建筑結構節能

1.1總圖優化布置

對于工業建筑節能設計，在滿足生產工藝要求的前提下，最大限度地節能。對建筑的總平面布置需要考慮多方面的因素，如建筑物朝向、太陽輻射、通風、建筑物結構形式等。在寒冷的冬季，建筑物朝向選擇能夠得到足夠的日光并且避開主導風向，最大程度利用自然能源來取暖；在炎熱的夏季，應該利用自然通風并且防止太陽輻射，最大限度地減少增熱并利用自然風降溫冷卻。在總圖布置過程中，盡量采用本地區建筑的最佳朝向或者適宜朝向，盡量避開東西向日曬。

1.2建筑節能

就工業建筑長遠的經濟效應來看，通過建筑初期增加一部分節能投資，在投入生產后很快就可以收回成本。建筑物與外界環境接觸面是節能設計主要考慮的方面，包括屋面、墻面、門窗、地面等；同時，還要考慮建筑的自然通風、自然采光等方面。工業建筑節能措施包括：

1.2.1建筑外圍結構

建筑物中外墻與外界環境接觸面大，對建筑的節能指標影響大，是節能要考慮的主要材料。過去外墻材料采用黏土磚，黏土磚的燒制耗用大量的耕地，根據國家節能減排的相關規定，黏土磚已經不允許使用。現在建筑多采用燒結多孔磚、混凝土多孔磚、混凝土砌塊等節能型磚。新型的墻體材料有很多優點，但在冬季嚴寒的北方，混凝土多孔磚的保溫性能與黏土磚相比差距很大，所以在工藝、防火等方面允許情況下，建筑外墻相應采用符合規范的外墻外保溫結構。

1.2.2門窗

對有溫、濕度要求的建筑外墻，其外門和外窗的氣密性和開啟方式對于圍護結構的保溫隔熱具有重要的影響。設計時采用節能門窗，通過提高門窗的材料(玻璃、窗框材料)的光學性能、熱工性能和密封性，改善門窗的構造（雙層、多層玻璃，內外遮陽系統，控制各朝向的窗墻比，加保溫窗簾）等措施，以提高門窗的保溫性能。

1.2.3屋面

屋面保溫層一般選用導熱系數較小、密度較小的保溫材料，以保證屋面質量、厚度，并且屋面保溫層要選用吸水率較小的保溫材料，以防屋面濕作業時因保溫層大量吸水而降低保溫效果。工業建筑屋面保溫層現階段一般采用板塊式保溫材料，主要有聚苯板、加氣混凝土板等。現階段嚴寒地區屋面保溫一般采用擠塑聚苯板，導熱系數為0.041W/（m·K），密度較小，質量輕，吸收性小。這種材料具有施工速度快、保溫效果好、避免了濕作業的優點，在工程中應用較廣泛。在可能的情況下最好使用2層以上的板塊疊合組成保溫層，并處理好板塊之間的接縫，避免熱橋的現象發生。

1.2.4節能途徑

對于條件許可的工業廠房，合理利用自然通風是有效的節能途徑，建議采用自然采光，可以節省照明電力。

1.3節材和材料資源利用

工業建筑中，建議使用高性能混凝土、高強度鋼材，能減少材料用量。工業建筑中建筑制品的工廠化將建筑整體按照不同功能分解為各個構建模塊，按照標準化設計在工程里進行模塊化生產，以空間換時間，提高建筑效率，以作業程序化保證構件的質量規范化。工業建筑中常采用的工廠化構件有預制排架柱、預制獨立基礎、預制屋面梁、預制屋面板等。利用這些在工程預制完成的構件，可以大大加快施工進度，保證工程質量，減少現場制作流程。

2　工程實例

根據油田建設的需要，大慶油田各單位的車輛多為特種車型，車輛長度、高度、寬度均為非標準尺寸，有的車輛長度接近12 m。大慶油田某公司固井設備修保廠潤滑油站建設工程，就是為了保養和修理特種車輛。

本建筑處于嚴寒地區A區，雖然對節能沒有強制要求，但考慮使用的適用度和長期經濟效應，建筑設計工程中進行了節能設計。

2.1總圖布置

建筑地點為大慶地區，處于松花江及嫩江沖積平原中部，地形呈北高南低的廣闊波狀平原，屬于溫帶季風性氣候，冬季主導風向為西北風，寒冷少雪，熱量嚴重匱乏；夏季主導風向為東南風，夏季前期干熱少雨，后期雨季集中；在選擇建筑物朝向時，考慮大慶地區的實際情況，建筑物南北向布置，有利于冬季避開強勁西北風，保持室內溫度；同時，建筑南北方向開啟門窗，有利于夏季東南風吹入建筑內，保持室內自然通風，降低室內溫度。總圖布置如圖1所示。

圖1　總平面

2.2采暖狀況

本建筑地處寒冷地區，冬季供暖耗熱是主要的能量消耗。在建筑物的供暖耗熱中，維護結構的傳熱耗熱需考慮的主要因素；而建筑的體形系數與外圍護結構有很大的關系，體形系數越大，向外傳熱的面積越大，本建筑體形系數在滿足工藝要求后，控制在0.25以內。

2.3建筑外圍護結構節能措施

2.3.1墻體材料

在選擇外墻材料時考慮墻體節能，墻體采用MU20混凝土多孔磚，Mb7.5砌塊混合砂漿砌筑；考慮到混凝土空心磚的導熱系數λ=0.74 W/（m·K），外墻外側增加1層有機保溫層30 mm厚的聚苯板〔導熱系數λ=0.033 W/（m·K）〕保溫，以提高墻體的整體保溫性能。

2.3.2屋面材料

借鑒《公共建筑節能設計標準》，嚴寒地區的屋面傳熱系數k應小于等于0.35 W/（m·K）；屋面結構為1.5 m×6.0 m預應力混凝土屋面板+屋面保溫層150 mm厚的擠塑聚苯板，其中擠塑板導熱系數λ=0.041 W/（m·K），且擠塑板具有強度較高、導熱系數較小、防水性好等優點，用做屋面保溫材料能夠達到節能的要求。本建筑屋面塊狀保溫層分兩層鋪設，分層鋪設時上下兩塊板縫錯開，保證屋面的保溫性能，減少了熱橋出現。

2.3.3節能門窗

北側墻體窗墻比為0.23，南側墻體窗墻比為0.4。借鑒《公共建筑節能設計標準》要求，嚴寒地區的門窗傳熱系數k應小于或等于2.5 W/（m·K），此次選用的單框雙玻塑鋼窗，塑鋼窗的傳熱系數小，空氣滲透量小，傳熱系數為2.5 W/（m·K）；外門采用保溫大門，保溫層采用保溫性能好的巖棉保溫層，節能門窗的選用提高了外圍護結構的保溫性。

2.4節材措施

2.4.1基礎

采用C30預制鋼筋混凝土杯口基礎[3]。根據上部結構計算出混凝土基礎的底面積、杯口高度、鋼筋型號、混凝土型號等，根據計算的排架柱尺寸預留杯口的尺寸，基礎所有系數確定完畢后，送預制廠進行生產預制。鋼筋混凝土杯口基礎見圖2。

圖2　杯口基礎

2.4.2排架柱

采用C30預制鋼筋柱，排架柱的確定通過荷載計算，組合出最不利荷載，通過對最不利荷載驗算，計算出排架柱尺寸、長度、各截面配筋。因為此柱要在工廠進行預制，通過吊裝預制至現場，所以設計時進行了排架柱的裂縫和運輸、吊裝階段驗算。鋼筋混凝土排架柱見圖3。

圖3　排架柱

2.4.3屋面板

屋架采用18 m標準跨鋼屋架，屋面板采用1.5 m×6.0 m預應力混凝土屋面板，通過計算屋面恒載和活荷載，選用國家標準圖集。基礎梁采用預制鋼筋混凝土材料，均根據梁上荷載選自國家標準圖集。

3　結論

本工程設計過程中考慮“綠色工廠”設計，從建筑、結構兩方面入手，介紹了工業建筑在整個建筑過程中節能和節材措施。建筑方面從總圖布置、體形系數、外圍護節能等方面，減少能源消耗；結構方面建立了預制裝配式結構體系的新型結構體系，大部分建筑構件實行工廠化作業，現場進行組合施工，減少耗材，提高建設效率。此工業建筑已建設完畢，通過生產運行實踐，節能和節材是切實可行的，達到了“綠色工業建筑”要求。

[1]郎四維，林海燕，涂逢祥，等.公共建筑節能設計標準：GB 50189—2005[S].北京：中國建筑工業出版社，2005:5-9.

[2]吳元煒，劉筑雄，張家平，等.綠色工業建筑評價標準：GB/T 50878—2013[S].北京：中國建筑工業出版社，2014:10-11.

[3]滕延京，黃熙齡，王曙光，等.建筑地基基礎設計規范：GB 50007—2011[S].北京：中國建筑工業出版社，2012:65-67.

（編輯李珊梅）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.06.019

張麗梅，工程師，2004年畢業于大慶石油學院（土木工程專業），從事建筑結構設計與應用工作，E-mail: qingkongwanli1999@163.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區方曉工業園區天宇設計院方興街1號，163161。

2016-04-28