工業建筑節能設計要點分析

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 工業建筑節能設計現狀

當前，工業建筑的節能設計并無標準和規范，大多依賴工業建筑設計師的主觀認知與項目經驗，工業建筑節能設計存在如下問題。

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

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

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能環保性能顯著提升。一般情況下通常利用節能環保材料對民用建筑的內外墻進行堆砌填充，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。而對于以工業化大規模生產為建筑功能的廠房，在有限建設成本的約束下，節能環保材料的運用普遍較少。

2 工業建筑節能設計理念

工業建筑的節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化工業廠房的節能環保方案，最大限度地降低工業廠房的能耗。但與結構規整、分布集中、功能單一的民用建筑不同，工業建筑結構復雜、各分區性質與功能各異，因而對建筑節能減排、降低能耗的需求也有所差異。如在工業建筑中，某些常規性生產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作業場所則需要設計專業的污水、廢氣凈化系統，減少化工生產廢棄物排放造成的環境污染。鑒于工業建筑結構復雜、功能多樣，工業建筑的節能設計方案應充分考慮各功能分區節能降耗的個性化特質，在合理布局、科學分區的基礎上，抓好建筑供暖、排風、污染物凈化等建筑節能要點，切實滿足工業建筑的工業生產與節能減排要求[1]。

2.1 工業建筑選址

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

2.2 整體節能布置

工業建筑的節能設計需從全局整體視角加以謀劃，在綜合考慮工業建筑不同功能分區的節能降耗需求以及工業建筑本身體形與空間結構的基礎上，對工業建筑的空間布局、空間朝向等加以設計，例如，加劇建筑內外環境的自然氣流交互，以降低工業建筑內的溫度；或減少工業建筑與外空氣接觸的結構體積，以減小工業建筑的體形系數，降低工業建筑夏季制冷與冬季供暖保溫的能耗[2]；或設計特殊的工業建筑空間布局，對于有恒濕生產作業要求的工業場所設計高層、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 節能材料與節能設備

節能材料與節能設備是工業建筑節能設計方案落地與實施的重要工具。在工業建筑節能設計中，應將適宜的節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，滿足工業生產與工業實施的節能要求。例如，可在工業建筑墻體中鋪設堆砌保溫材料，為工業建筑安裝阻熱型門窗，提高工業建筑的恒溫性能，從源頭上控制室內恒溫恒濕的能耗。在鋪設節能材料或采購節能設備時，節能設計師需精確計算工業建筑不同分區的室內面積，采集與測量室內溫度濕度在不同時期的演變數據，利用數據模型模擬一定空間面積下節能材料與設備的可行性，從而科學設計和選擇適宜的節能材料與相應規格的節能設備。

3 工業建筑節能設計要點

3.1 通風節能設計

工業建筑良好的通風設計可提高工業廠房內空氣的流通性，保障工業生產工藝作業時機械設施的穩定運行，提高工作人員的作業舒適度。在對工業建筑的通風節能進行設計時，應充分利用自然通風的優勢，在符合當地自然風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，建筑通風節能設計也應充分借助通風輔助設備，結合當地小氣候特征、氣流走向與氣團分布，以及工業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廠房局部區域的風向一致，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 采光節能設計

工業建筑通常規模較大、人員密集，高精密的生產作業與設備操作對室內采光要求嚴格，因此，在對工業建筑進行采光節能設計時，應充分利用自然光輔助，與室內照明設施相結合，減少室內照明的電力消耗。例如，考慮到工業建筑的頂部通常較平坦且規整，可在頂部安裝反射光板，引入自然光提高室內采光度；也可在工業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，增加廠區的采光率。同時，也可在工業建筑的室內使用節能型照明系統，或利用工業建筑頂部鋪設太陽能光伏板發電，為廠區室內照明提供清潔型能源[3]。

3.3 保溫節能設計

建筑保溫節能設計是工業建筑節能設計的重要內容，尤其是對于我國北方區域的工業建筑，在進入秋冬季節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能材料作為建筑墻體與屋頂的堆砌材料，利用材料的保溫性能減少建筑的熱工消耗。在工業建筑保溫節能設計時，考慮到節能材料的成本與工業建筑的施工造價，通常在工業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；在工業建筑內墻采用燒結煤矸石多孔磚融合隔熱材料，可以有效阻隔室內暖空氣溢出，降低工業建筑室內供暖的能耗。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工業建筑的保冷、保溫，提高工業建筑整體保溫性能。當前，各類保溫材料已成為建筑節能保溫設計的首要選擇，工業建筑可利用各種保溫材料附著在建筑外墻、內墻、屋面上，可有效阻隔室內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 其他節能設計

工業建筑的節能設計涉及建筑前期選址、整體規劃布局、功能分區設計、節能材料與節能設備的使用等。在工業建筑選址規劃時，節能設計人員通常需要反復踏勘現場，詳細測量現場的自然環境演變數據，并融合選址現場的自然地理特征，對工業建筑的空間布局與空間結構進行節能化設計。在對工業建筑的通風、采光、保溫等環節進行節能設計后，需通過現場勘察與實測分析工業建筑中的各類能量損耗情況，例如，在工業建筑設計模擬實測后，發現廠房的門窗是影響工業建筑保溫性能的關鍵，出于通行與室內采光的需要，工業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保溫性能降低，因此，工業建筑節能設計時，應綜合考慮采光與保溫要求，盡可能減少門窗數量，或采用具有良好密封性的門窗，以減少室內熱量外泄，降低熱工消耗。

4 工業建筑節能改造要點

4.1 建筑信息與耗能數據統計

建筑信息與耗能數據統計分析可為工業建筑節能設計與改造提供量化數據支撐，也可為工業建筑節能設計確定能耗較高的環節，準確定位節能優化內容。以工業建筑墻體保溫節能研究為例，可采用數值模擬、實驗室測試、定期采樣實測等方法研究外墻系統某構造層的溫度、濕度變化及影響因素。當前，國內建筑領域對建筑材料水蒸氣滲透系數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室內防水隔氣和室外防水透氣的功能。在對工業建筑墻體的保溫性能進行定量研究時，可在工業建筑墻體的東、南、西和北4個方向的外墻內預埋溫濕度傳感器，同時在被測試墻體的室內、外側分別安裝溫濕度傳感器，實測被測試墻體室內外側空氣和墻體內部空腔內濕空氣的溫度t和相對濕度φ，長期實測外墻內部的不同位置的溫度和濕度數據，分析墻體內部溫度、濕度變化規律和墻體構造的合理性，為工業建筑保溫節能相關領域研究提供數據支持[4]。

4.2 節能材料的推廣應用

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

5 結語

節能設計是現階段實現工業領域可持續發展的重點。隨著工業產業的規模化發展，大量企業在逐步推進建筑節能理念的應用，同時對現有老舊的工業建筑進行大規模的節能改造。因此，技術人員應積極關注節能建筑的設計選址、節能技術材料的應用，最大限度地發揮節能設計方案的能耗控制效果。