建筑節能設計在工業建筑設計中的應用研究

明天軼

摘 要：隨著我國建筑技術與建筑市場經濟的發展，建筑節能技術已普遍應用在了公共建筑和居住建筑上，現如今我國對工業建筑節能也進行了推廣，許多省份已經執行了《工業建筑節能設計統一標準》（GB 51245-2017）。建筑節能技術的應用，減少建筑在生產使用過程中損失的能耗，能夠促進建筑工程的可持續發展，符合國家節能減排的治理方針。針對建筑節能利用率，以及節省建筑保溫材料等方面對建筑能耗進行論述，結合項目實際擬建兩個相同環境下的模型，進行建筑能耗的對比及分析，優化建筑節能利用率。

關鍵詞：工業建筑節能設計;建筑節能利用率;建筑節能模型對比;建筑節能措施

中圖分類號：TU201.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2022）09-0088-03

0 引言

隨著我國建筑節能技術的發展和綠色建筑可持續發展意識的提高，我國對建筑節能越來越重視，逐步從民用建筑節能設計的執行到工業建筑節能設計的推廣，與此同時推舉的《工業建筑節能設計統一標準》（GB 51245-2017）反映出我國對工業建筑節能設計的重視，符合綠色建筑的理念[1]。在建筑節能設計上，通過對工業建筑的兩種節能方案進行對比分析，并通過節能計算驗證，對節能優化、設計優化以及提高節能效率方面的探討[2]。針對能耗的建筑使用區域進行節能設計，總結出創新性的節能措施設計思路。通過對建筑節能技術的論證，為工業建筑的節能設計提供參考。

1 工業建筑節能的含義

工業建筑節能是指在工業建筑規劃、設計和使用過程中，在滿足規定的建筑功能要求和室內外環境質量的前提下，通過采取技術措施和管理手段，實現零能耗或降低運行能耗、提高能源利用效率的過程。

工業建筑中的能耗是工業建筑在使用過程中所消耗各類能源的總量。包括為保證工業建筑生產、人員活動所需的室內環境要求，及其為滿足向室外大氣排放標準所產生的各種能源耗量，還包括建筑供水系統及其水處理所產生的各種能源耗量等。

工業建筑節能設計具有很大的必要性，現今民用建筑節能的理念已經得到了廣泛認可和應用，政府部門也對其進行了統一規定。設計方法、節能材料、綠色建筑理念等層出不窮，而工業廠房的節能設計時至今日才有了明確的政府規定。在此之前，工業建筑設計主要原則之一就是經濟性，工業建筑節能設計一直沒有得到足夠的重視，工業建筑節能設計的缺失是導致工業建筑成為我國建筑中能耗大的原因之一[3]。因此，工業建筑的節能設計勢在必行。

2 兩種類型的工業建筑對比

工業建筑節能設計中將建筑節能分類為一類工業建筑和二類工業建筑。一類工業建筑以供暖、空調為能耗方式，通過圍護結構保溫和供暖系統節能設計，降低冬季供暖能耗;以及通過圍護結構隔熱和空調系統節能設計，降低夏季空調能耗。二類工業建筑以通風控制為能耗方式，通過自然通風設計和機械通風系統節能設計，降低通風能耗。

結合實際案例對一類工業建筑節能設計進行模擬，對比整體建筑采取節能措施與所需空調區域局部采取節能措施進行能耗模擬分析，并從節能省材上討論兩種節能計算方式的不同。一類工業建筑，在節能技術上相對二類工業建筑而言要求更高[4]。以實際案例車間進行分析，選擇一棟一類工業建筑車間進行剖析并以此車間為例設計兩種節能方案，對兩種節能方案進行對比，從能耗和材料消耗上分析，比較兩種節能設計方案的利弊。

3 工業建筑某車間案例解析

本車間設立于夏熱冬冷地區，是一棟生產車間，生產車間內部的生產對溫度無要求，不設采暖以及空調;車間局部設有生產配套的公用工程用房的配電控制室，此房間設計有溫控要求，有采暖空調設計。項目重點針對此單體做工業建筑節能設計。設置兩個方案，方案一將對此單體整體進行節能設計;方案二只針對單體有空調能耗的部分進行節能設計。將兩種方案進行設計類比，比較利弊，優選節能設計方案。

3.1 節能設計方案對比

3.1.1 節能設計方案一

根據規范常規做法對建筑物外墻屋面全部采取節能措施，考慮整個建筑物的節能設計，參與節能設計的建筑面積約3 051㎡。

屋面類型（自上而下）：碎石+卵石混凝土（細石混凝土）（40.0 mm）+水泥砂漿（20.0 mm）+泡沫玻璃板（80.0 mm）+粉煤灰陶粒混凝土1（30.0 mm）+鋼筋混凝土（120.0 mm）+石灰水泥砂漿（20.0 mm）。

外墻類型（包括非透光幕墻）：水泥砂漿（20.0 mm）+巖棉板（30.0 mm）+蒸壓砂加氣混凝土砌塊（B05）（250.0 mm）+水泥砂漿（20.0 mm）。

外窗類型（包括透光幕墻）：隔熱金屬型材Kf=5.80 W/（㎡·K），框面積20%（6透明+12空氣+6透明），傳熱系數3.40 W/（㎡·K），玻璃太陽得熱系數0.75，氣密性為6級，可見光透射比0.81。

從計算結果上看，外窗選型選用中空玻璃窗時才能通過節能計算，方案中為滿足規定性指標要求而選擇達到傳熱系數低于3.60 W/（㎡·K）的外窗。而實際工程中，對于一個無需保溫措施的廠房來說，選用中空玻璃是不經濟的，應合理選用經濟的單片反射玻璃。對整個建筑中的無空調要求的生產區部分，采取建筑節能保溫措施帶來的實際需求效果并不大。

3.1.2 節能設計方案二

以下在滿足規范要求的情況下，對此工業建筑采取第二種建筑節能方案。

由于廠房在生產區域不需要空調，且對空氣外環境沒有要求，室內室外實際上的影響是非常小的。因此，將節能措施調整為以空調區域為單元，僅對空調區域進行節能設計，參與節能計算的節能面積168 ㎡。

建筑節能方案二的屋面類型與外墻類型（包括非透光幕墻）同方案一。

從節能措施上看，僅僅對空調區域的外墻、屋面做保溫處理，在材料使用上要比方案一節省很多，且將生產區部分視作二類工業建筑。相比之下，節能方案二更經濟合理。具體詳見下面的建筑能耗分析對比。

3.2 節能權衡能耗分析對比

3.2.1 方案一權衡能耗分析

3.2.1.1 計算參數信息

熱工參數和計算結果：

①屋面，設計建筑0.67 kW/（㎡·K）。

②外墻（包括非透光幕墻），設計建筑0.66 kW/（㎡·K），為全部外墻加權平均傳熱系數。

③立面外窗（包括透光幕墻）：東立面，總窗墻面積比0.07，傳熱系數—kW/ （㎡·K），太陽得熱系數SHGC—;南立面，總窗墻面積比0.07，傳熱系數3.40 kW/（㎡·K），太陽得熱系數SHGC0.6;西立面，總窗墻面積比0.07，傳熱系數3.40 kW/（㎡·K），太陽得熱系數SHGC0.6;北立面，總窗墻面積比0.07，傳熱系數3.40 kW/（㎡·K），太陽得熱系數SHGC0.6;屋頂透光部分，沒有計算熱工參數。

④室內計算參數

主控制室：勞動強度為輕勞動，累積面積163.8 m2，室內設計溫度28℃，冬季16℃，人均使用面積10 m2/人，照明功率15 W/m2，電器設備功率15 W/m2，新風量30 m?/hp。

其他房間：勞動強度為輕勞動，累積面積2 886.74 m2。總體上，空調房間面積163.8 m2，非空調房間面積2 886.74 m2。

3.2.1.2 能耗計算結果

根據《工業建筑節能設計統一標準》（GB 51245-2017）第4.4章的要求，本建筑的建筑累計負荷計算結果：

設計建筑中，空調累計負荷QC為10 076.00 kWh，采暖累計負荷QH為7 193.00 kWh。

3.2.1.3 建筑全年空調和采暖耗電量計算

根據《工業建筑節能設計統一標準》GB 51245-2017第4.4.4條的要求，對方案一設計建筑的冷熱源系統進行計算，計算設計建筑的全年累計能耗結果如下：

①本建筑全年耗電量指標。

設計建筑全年耗電量指標：全年空調耗電量? ? ? ? ? ? ? ?4 030.40 kWh，全年采暖耗電量3 265.99 kWh，全年總耗電量7 296.39 kWh。

②本建筑全年標煤能耗結果。

設計建筑全年標煤能耗指標：全年空調標煤能耗1 450.94 kgce，全年采暖標煤能耗1 175.76 kgce，全年總標煤能耗2 626.70 kgce。注：標煤轉換系數為0.36 kgce/kWh。

根據《工業建筑節能設計統一標準》（GB 51245-2017）第4.4.4條的要求，計算設計建筑全年累計綜合標煤能耗和參照建筑全年累計綜合標煤能耗的比值E設/E參，結果如下：E設/E參=2 626.70/2 915.13=0.90，E設/E參<1，該建筑滿足節能要求。

3.2.2 方案二權衡能耗分析

3.2.2.1 室內計算參數

主控制室：勞動強度為輕勞動，累積面積163.8 m2，室內設計溫度28℃，冬季16℃，人均使用面積10 m2/人，照明功率15 W/m2，電器設備功率15 W/㎡，新風量30 m?/hp。空調房間面積163.8 m2，無非空調房間。

3.2.2.2 能耗計算結果

根據《工業建筑節能設計統一標準》（GB 51245-2017）第4.4章的要求，本建筑的建筑累計負荷計算結果：

設計建筑中，空調累計負荷QC為10 390.00 kWh，采暖累計負荷QH為4 957.00 kWh。

3.2.2.3 建筑全年空調和采暖耗電量計算

根據《工業建筑節能設計統一標準》（GB 51245-2017）第4.4.4條的要求，對方案一設計建筑的冷熱源系統進行計算，計算設計建筑的全年累計能耗結果如下：

①本建筑全年耗電量指標。

設計建筑全年耗電量指標：全年空調耗電量4 156.00 kWh，全年采暖耗電量2 250.73 kWh，全年總耗電量6 406.73 kWh。

②本建筑全年標煤能耗結果。

設計建筑全年標煤能耗指標：全年空調標煤能耗? ? ? 1 496.16 kgce，全年采暖標煤能耗810.26 kgce，全年總標煤能耗2 306.42 kgce。

注：標煤轉換系數為0.36 kgce/kWh。

根據《工業建筑節能設計統一標準》（GB 51245-2017）第4.4.4條的要求，計算設計建筑全年累計綜合標煤能耗和參照建筑全年累計綜合標煤能耗的比值E設/E參，結果如下：E設/E參=2306.42/2692.17=0.86，E設/E參<1，該建筑滿足節能要求。

3.3 建筑節能設計方案的權衡能耗對比分析

對比兩個建筑節能設計方案，方案一的設計建筑全年總標煤能耗為2 626.70 kgce，而方案二的設計建筑全年總標煤能耗為2 306.42 kgce。兩個設計方案空調區域面積相同且體積相同，建筑能耗相比接近。對比兩個方案的外表面，方案二對于建筑外墻保溫材料的用量遠比方案一要少。按照方案二的建筑節能設計思路，是把一棟建筑單體中設空調與不設空調的區域視作兩個工業生產區，將設置空調區域的部分單獨看作一類工業生產，進行建筑節能計算既有效地采取了建筑節能措施，在滿足《工業建筑節能設計統一標準》的前提下，可以合理選用保溫材料的厚度，方案二的節能措施更經濟、更實用。

4 結語

通過本工業建筑車間能耗的計算、結合全年室內能耗的具體參數分析對比，討論了兩種節能計算方案在設計上的利弊，得出此類建筑單體節能設計的優選方案。對比兩種節能方案，工業建筑節能設計時，將能耗大的區域，以及所需節能措施相近的區域，盡可能的布置在一起，做到細節上的節能減排，在減少能耗的同時，能夠降低工程成本、節約資源，將建筑的可持續發展落到實處。

建筑設計人員在做建筑設計時，要充分考慮建筑單體的不同情況，來進行節能設計，按照不同的需求，對不同的能耗方式進行計算，從而獲得更加經濟實用的節能方案。同時，在做方案設計時，可以盡量將能耗大的區域排布在一起，所需節能措施相近的區域排布在一起，做到細節上的節能減排。要將建筑節能設計理念貫徹到工業建筑設計中，全面考慮工藝布局的同時，考慮一些能耗方面的問題，做到不僅要滿足工藝要求，且盡可能做到節省材料和節約能耗。

啟發建筑設計人員在進行建筑設計時，充分考慮節能設計的經濟性，實現建筑、節能、成本的一體化優化，做出高效、綠色、低耗能的工業建筑設計。在有效地保證建筑節能率的同時，在工程建設中降低成本，節約材料、節約能源，做到綠色建筑的可持續發展。

參考文獻

[1] GB 51245-2017，工業建筑節能設計統一標準[S].

[2] 農美甜.淺談建筑設計標準與節能技術[J].低碳世界，2018 （3）：206-207.

[3] 朱燕，李軍.綠色建筑設計標準在商業建筑設計中的應用[J].中國標準化，2018（6）：63-65.

[4] 李小玲.工業建筑設計節能設計分析[J].門窗，2019（20）：16-17.