建筑节能设计在工业建筑设计中的应用研究

明天轶

摘 要：随着我国建筑技术与建筑市场经济的发展，建筑节能技术已普遍应用在了公共建筑和居住建筑上，现如今我国对工业建筑节能也进行了推广，许多省份已经执行了《工业建筑节能设计统一标准》（GB 51245-2017）。建筑节能技术的应用，减少建筑在生产使用过程中损失的能耗，能够促进建筑工程的可持续发展，符合国家节能减排的治理方针。针对建筑节能利用率，以及节省建筑保温材料等方面对建筑能耗进行论述，结合项目实际拟建两个相同环境下的模型，进行建筑能耗的对比及分析，优化建筑节能利用率。

关键词：工业建筑节能设计;建筑节能利用率;建筑节能模型对比;建筑节能措施

中图分类号：TU201.5                             文献标识码：A                                      文章编号：2096-6903（2022）09-0088-03

0 引言

随着我国建筑节能技术的发展和绿色建筑可持续发展意识的提高，我国对建筑节能越来越重视，逐步从民用建筑节能设计的执行到工业建筑节能设计的推广，与此同时推举的《工业建筑节能设计统一标准》（GB 51245-2017）反映出我国对工业建筑节能设计的重视，符合绿色建筑的理念[1]。在建筑节能设计上，通过对工业建筑的两种节能方案进行对比分析，并通过节能计算验证，对节能优化、设计优化以及提高节能效率方面的探讨[2]。针对能耗的建筑使用区域进行节能设计，总结出创新性的节能措施设计思路。通过对建筑节能技术的论证，为工业建筑的节能设计提供参考。

1 工业建筑节能的含义

工业建筑节能是指在工业建筑规划、设计和使用过程中，在满足规定的建筑功能要求和室内外环境质量的前提下，通过采取技术措施和管理手段，实现零能耗或降低运行能耗、提高能源利用效率的过程。

工业建筑中的能耗是工业建筑在使用过程中所消耗各类能源的总量。包括为保证工业建筑生产、人员活动所需的室内环境要求，及其为满足向室外大气排放标准所产生的各种能源耗量，还包括建筑供水系统及其水处理所产生的各种能源耗量等。

工业建筑节能设计具有很大的必要性，现今民用建筑节能的理念已经得到了广泛认可和应用，政府部门也对其进行了统一规定。设计方法、节能材料、绿色建筑理念等层出不穷，而工业厂房的节能设计时至今日才有了明确的政府规定。在此之前，工业建筑设计主要原则之一就是经济性，工业建筑节能设计一直没有得到足够的重视，工业建筑节能设计的缺失是导致工业建筑成为我国建筑中能耗大的原因之一[3]。因此，工业建筑的节能设计势在必行。

2 两种类型的工业建筑对比

工业建筑节能设计中将建筑节能分类为一类工业建筑和二类工业建筑。一类工业建筑以供暖、空调为能耗方式，通过围护结构保温和供暖系统节能设计，降低冬季供暖能耗;以及通过围护结构隔热和空调系统节能设计，降低夏季空调能耗。二类工业建筑以通风控制为能耗方式，通过自然通风设计和机械通风系统节能设计，降低通风能耗。

结合实际案例对一类工业建筑节能设计进行模拟，对比整体建筑采取节能措施与所需空调区域局部采取节能措施进行能耗模拟分析，并从节能省材上讨论两种节能计算方式的不同。一类工业建筑，在节能技术上相对二类工业建筑而言要求更高[4]。以实际案例车间进行分析，选择一栋一类工业建筑车间进行剖析并以此车间为例设计两种节能方案，对两种节能方案进行对比，从能耗和材料消耗上分析，比较两种节能设计方案的利弊。

3 工业建筑某车间案例解析

本车间设立于夏热冬冷地区，是一栋生产车間，生产车间内部的生产对温度无要求，不设采暖以及空调;车间局部设有生产配套的公用工程用房的配电控制室，此房间设计有温控要求，有采暖空调设计。项目重点针对此单体做工业建筑节能设计。设置两个方案，方案一将对此单体整体进行节能设计;方案二只针对单体有空调能耗的部分进行节能设计。将两种方案进行设计类比，比较利弊，优选节能设计方案。

3.1 节能设计方案对比

3.1.1 节能设计方案一

根据规范常规做法对建筑物外墙屋面全部采取节能措施，考虑整个建筑物的节能设计，参与节能设计的建筑面积约3 051㎡。

屋面类型（自上而下）：碎石+卵石混凝土（细石混凝土）（40.0 mm）+水泥砂浆（20.0 mm）+泡沫玻璃板（80.0 mm）+粉煤灰陶粒混凝土1（30.0 mm）+钢筋混凝土（120.0 mm）+石灰水泥砂浆（20.0 mm）。

外墙类型（包括非透光幕墙）：水泥砂浆（20.0 mm）+岩棉板（30.0 mm）+蒸压砂加气混凝土砌块（B05）（250.0 mm）+水泥砂浆（20.0 mm）。

外窗类型（包括透光幕墙）：隔热金属型材Kf=5.80 W/（㎡·K），框面积20%（6透明+12空气+6透明），传热系数3.40 W/（㎡·K），玻璃太阳得热系数0.75，气密性为6级，可见光透射比0.81。

从计算结果上看，外窗选型选用中空玻璃窗时才能通过节能计算，方案中为满足规定性指标要求而选择达到传热系数低于3.60 W/（㎡·K）的外窗。而实际工程中，对于一个无需保温措施的厂房来说，选用中空玻璃是不经济的，应合理选用经济的单片反射玻璃。对整个建筑中的无空调要求的生产区部分，采取建筑节能保温措施带来的实际需求效果并不大。

3.1.2 节能设计方案二

以下在满足规范要求的情况下，对此工业建筑采取第二种建筑节能方案。

由于厂房在生产区域不需要空调，且对空气外环境没有要求，室内室外实际上的影响是非常小的。因此，将节能措施调整为以空调区域为单元，仅对空调区域进行节能设计，参与节能计算的节能面积168 ㎡。

建筑节能方案二的屋面类型与外墙类型（包括非透光幕墙）同方案一。

从节能措施上看，仅仅对空调区域的外墙、屋面做保温处理，在材料使用上要比方案一节省很多，且将生产区部分视作二类工业建筑。相比之下，节能方案二更经济合理。具体详见下面的建筑能耗分析对比。

3.2 节能权衡能耗分析对比

3.2.1 方案一权衡能耗分析

3.2.1.1 计算参数信息

热工参数和计算结果：

①屋面，设计建筑0.67 kW/（㎡·K）。

②外墙（包括非透光幕墙），设计建筑0.66 kW/（㎡·K），为全部外墙加权平均传热系数。

③立面外窗（包括透光幕墙）：东立面，总窗墙面积比0.07，传热系数—kW/ （㎡·K），太阳得热系数SHGC—;南立面，总窗墙面积比0.07，传热系数3.40 kW/（㎡·K），太阳得热系数SHGC0.6;西立面，总窗墙面积比0.07，传热系数3.40 kW/（㎡·K），太阳得热系数SHGC0.6;北立面，总窗墙面积比0.07，传热系数3.40 kW/（㎡·K），太阳得热系数SHGC0.6;屋顶透光部分，没有计算热工参数。

④室内计算参数

主控制室：劳动强度为轻劳动，累积面积163.8 m2，室内设计温度28℃，冬季16℃，人均使用面积10 m2/人，照明功率15 W/m2，电器设备功率15 W/m2，新风量30 m?/hp。

其他房间：劳动强度为轻劳动，累积面积2 886.74 m2。总体上，空调房间面积163.8 m2，非空调房间面积2 886.74 m2。

3.2.1.2 能耗计算结果

根据《工业建筑节能设计统一标准》（GB 51245-2017）第4.4章的要求，本建筑的建筑累计负荷计算结果：

设计建筑中，空调累计负荷QC为10 076.00 kWh，采暖累计负荷QH为7 193.00 kWh。

3.2.1.3 建筑全年空调和采暖耗电量计算

根据《工业建筑节能设计统一标准》GB 51245-2017第4.4.4条的要求，对方案一设计建筑的冷热源系统进行计算，计算设计建筑的全年累计能耗结果如下：

①本建筑全年耗电量指标。

设计建筑全年耗电量指标：全年空调耗电量               4 030.40 kWh，全年采暖耗电量3 265.99 kWh，全年总耗电量7 296.39 kWh。

②本建筑全年标煤能耗结果。

设计建筑全年标煤能耗指标：全年空调标煤能耗1 450.94 kgce，全年采暖标煤能耗1 175.76 kgce，全年总标煤能耗2 626.70 kgce。注：标煤转换系数为0.36 kgce/kWh。

根据《工业建筑节能设计统一标准》（GB 51245-2017）第4.4.4条的要求，计算设计建筑全年累计综合标煤能耗和参照建筑全年累计综合标煤能耗的比值E设/E参，结果如下：E设/E参=2 626.70/2 915.13=0.90，E设/E参<1，该建筑满足节能要求。

3.2.2 方案二权衡能耗分析

3.2.2.1 室内计算参数

主控制室：劳动强度为轻劳动，累积面积163.8 m2，室内设计温度28℃，冬季16℃，人均使用面积10 m2/人，照明功率15 W/m2，电器设备功率15 W/㎡，新风量30 m?/hp。空调房间面積163.8 m2，无非空调房间。

3.2.2.2 能耗计算结果

根据《工业建筑节能设计统一标准》（GB 51245-2017）第4.4章的要求，本建筑的建筑累计负荷计算结果：

设计建筑中，空调累计负荷QC为10 390.00 kWh，采暖累计负荷QH为4 957.00 kWh。

3.2.2.3 建筑全年空调和采暖耗电量计算

根据《工业建筑节能设计统一标准》（GB 51245-2017）第4.4.4条的要求，对方案一设计建筑的冷热源系统进行计算，计算设计建筑的全年累计能耗结果如下：

①本建筑全年耗电量指标。

设计建筑全年耗电量指标：全年空调耗电量4 156.00 kWh，全年采暖耗电量2 250.73 kWh，全年总耗电量6 406.73 kWh。

②本建筑全年标煤能耗结果。

设计建筑全年标煤能耗指标：全年空调标煤能耗      1 496.16 kgce，全年采暖标煤能耗810.26 kgce，全年总标煤能耗2 306.42 kgce。

注：标煤转换系数为0.36 kgce/kWh。

根据《工业建筑节能设计统一标准》（GB 51245-2017）第4.4.4条的要求，计算设计建筑全年累计综合标煤能耗和参照建筑全年累计综合标煤能耗的比值E设/E参，结果如下：E设/E参=2306.42/2692.17=0.86，E设/E参<1，该建筑满足节能要求。

3.3 建筑节能设计方案的权衡能耗对比分析

对比两个建筑节能设计方案，方案一的设计建筑全年总标煤能耗为2 626.70 kgce，而方案二的设计建筑全年总标煤能耗为2 306.42 kgce。两个设计方案空调区域面积相同且体积相同，建筑能耗相比接近。对比两个方案的外表面，方案二对于建筑外墙保温材料的用量远比方案一要少。按照方案二的建筑节能设计思路，是把一栋建筑单体中设空调与不设空调的区域视作两个工业生产区，将设置空调区域的部分单独看作一类工业生产，进行建筑节能计算既有效地采取了建筑节能措施，在满足《工业建筑节能设计统一标准》的前提下，可以合理选用保温材料的厚度，方案二的节能措施更经济、更实用。

4 结语

通过本工业建筑车间能耗的计算、结合全年室内能耗的具体参数分析对比，讨论了两种节能计算方案在设计上的利弊，得出此类建筑单体节能设计的优选方案。对比两种节能方案，工业建筑节能设计时，将能耗大的区域，以及所需节能措施相近的区域，尽可能的布置在一起，做到细节上的节能减排，在减少能耗的同时，能够降低工程成本、节约资源，将建筑的可持续发展落到实处。

建筑设计人员在做建筑设计时，要充分考虑建筑单体的不同情况，来进行节能设计，按照不同的需求，对不同的能耗方式进行计算，从而获得更加经济实用的节能方案。同时，在做方案设计时，可以尽量将能耗大的区域排布在一起，所需节能措施相近的区域排布在一起，做到细节上的节能减排。要将建筑节能设计理念贯彻到工业建筑设计中，全面考虑工艺布局的同时，考虑一些能耗方面的问题，做到不仅要满足工艺要求，且尽可能做到节省材料和节约能耗。

启发建筑设计人员在进行建筑设计时，充分考虑节能设计的经济性，实现建筑、节能、成本的一体化优化，做出高效、绿色、低耗能的工业建筑设计。在有效地保证建筑节能率的同时，在工程建设中降低成本，节约材料、节约能源，做到绿色建筑的可持续发展。

参考文献

[1] GB 51245-2017，工业建筑节能设计统一标准[S].

[2] 农美甜.浅谈建筑设计标准与节能技术[J].低碳世界，2018 （3）：206-207.

[3] 朱燕，李军.绿色建筑设计标准在商业建筑设计中的应用[J].中国标准化，2018（6）：63-65.

[4] 李小玲.工业建筑设计节能设计分析[J].门窗，2019（20）：16-17.