某工业建筑绿色节能减碳措施分析

董红霞，赵天，朱颖秋

（1.北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045；2.北京市建筑高能效与城市生态工程技术研究中心，北京 100045）

0 引言

GB/T 50878—2013《绿色工业建筑评价标准》已于2014年3月1日实施，适用于新建、扩建、改建、迁建、恢复的建设工业建筑和既有工业建筑的各行业工厂或工业建筑群中主要生产厂房、各类辅助生产建筑。GB/T 50878—2013分为规划设计和全面评价2个阶段，必达分为评价的基本要求，采用权重计分法进行星级评定（见表1），当某条文不适用于评价项目时，该条文可不参评[1]。

表1 GB/T 50878—2013绿色工业建筑评价等级划分

1 项目概况

本项目位于北京市昌平区未来科学城某工业园区内，占地面积20 934 m2，建筑面积28 818 m2，建设规模与性质：丁类厂房，建筑类别：多层工业建筑，用于薄膜光伏电池的研制。薄膜光伏电池年生产能力为44 MW。建筑层数为地上2层，建筑高度21.2 m，建筑耐火等级为一级。结构形式为主体采用钢框架结构体系，屋面采用钢筋桁架混凝土楼板，项目建成实景见图1。本项目于2017年9月开始方案设计，2018年6月完成施工图设计审查，设计规划阶段预评得分为63.08分，于2020年10月获得绿色工业建筑二星规划设计标识证书，同时满足北京未来科学城绿色生态规划指标体系的要求。

2 绿色节能措施

本项目在制定绿色建筑技术路线时以北京未来科学城绿色生态规划指标体系为基础，结合方案特点，从高效能源应用、水资源节约、绿色结构建造、室内环境优化等方面提出了立面光伏应用、中水利用、主体钢结构形式、海绵城市、室内外通风等多项绿色建筑关键技术。

2.1 节地与可持续发展场地

本项目场地环境较好，保留了场地中原有树木。厂房建设强度适中，但周边物流和交通运输条件较差。

2.1.1 总体规划与厂址选择

本项目用地及规划证件相关资料齐全，用地批准时已完成场地平整，不涉及农田、水源、文物、森林等各类保护区及限制和禁止建设区域。项目施工前进行了场地的地勘及土壤氡浓度检测，其中氡浓度的最小值、最大值、平均值分别为882.84、14959.50、8534.03 Bq/m3。所测建筑地基氡浓度均未超出标准GB 50325—2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》的规定。根据区域地质勘察资料，建设场地没有断层通过，勘察中未发现影响场地稳定性的地质构造，未发现岩溶、滑坡、危岩和崩塌、泥石流、采空区等不良地质情况。项目规划时保护场地及周边生态环境，保留项目场地内北侧和东侧乔木，充分保护可利用的植被。

2.1.2 节地

GB/T 50878—2013对项目用地指标、投资强度均提出了要求，本项目评估指标均符合要求。根据国土资源部《工业项目建设用地控制指标（国土资发[2008]24号）》的规定，本项目土地等级为六等。该工程的总投资为55 458万元，投资强度为2.65万元/m2，符合GB/T 50878—2013的要求。项目地块内容积率为1.37，符合工业建筑容积率≥0.7的指标要求。建筑密度为78%，符合不低于30%的建筑系数指标。场地内绿地率为10%，符合工业建筑绿地率不超过20%的要求。

2.1.3 物流与交通运输

生产原料、废料与产品物流采用社会综合运输体系。原料进入及成品出厂路线设置合理，便于外部运输、装卸及存储。项目分设多个人员出入口及货物出入口，减少污染，便于管理。

2.2 节能与能源利用

2.2.1 能耗指标

本项目能源消耗种类为：电力、热力、自来水。其中用电部位主要为生产设备、照明插座、空调通风、动力等。用热力部分为采暖热水（由园区能源中心提供）。用水部位为生产用水、办公附属设施用水、室外道路及绿化浇灌用水等。综合折算后，计算本项目的年总能耗为510.967×104kW·h，其中工艺部分能耗为274.472×104kW·h，占总能耗的53.72%，建筑总能耗为236.495×104kW·h，占总能耗的46.28%。薄膜光伏电池年生产能力为44 MW。计算单位产品工业建筑能耗为5.37×104kW·h/MW，工业综合能耗指标11.61×104kW·h/MW。参考国家发改委、环境保护部和工信部发布的《光伏电池行业清洁生产评价指标体系》中光伏电池综合能耗规定，本项目工业综合能耗指标小于12×104kW·h/MW，可满足国内行业产品基本规定要求。

2.2.2 热工设计

本项目工业厂房热工性能符合GB 51245—2017《工业建筑节能设计标准》要求，附建在厂房内的办公等非工业部分用房同时符合北京市地方标准DB 11/687—2015《公共建筑节能设计标准》的规定。建筑的体形系数为0.10，屋面传热系数为0.40 W/（m2·K），外墙传热系数为0.34 W/（m2·K），外窗的气密性达到6级、水密性达到3级，透光玻璃幕墙的气密性达到3级以上，项目热工性能设计水平良好。

为充分利用自然通风，一方面，建筑2层设置了5个室外中庭，为周边实验室、办公室和走廊、休息区提供了良好的通风条件；另一方面，每个单一立面的透光部位均设置可开启窗扇，其有效通风面积≥该立面的5%。通过自然通风模拟分析，自然通风比较合理，可有效消除室内的余热、余湿及污染物。换气次数大于2次/h的主要功能房间总面积为14 514 m2，面积比例达到85.84%。可满足大部分房间的自然通风需求。

2.2.3 设备节能

冷热源系统采用生产工艺及生活附属用房分别设置原则。办公等附属用房空调冷源采用风冷热泵机组，其冷量为580 kW，COP为3.57，符合节能评价值大于3.2的要求，热源采用园区的区域锅炉房经二级换热为本项目提供供暖热水。工艺部分采用采用1200 RT的离心式冷水机组，COP为5.90，符合节能评价值大于5.8的要求。消防控制室采用分体空调，满足节能评价值。风机、水泵设计符合节能评价值要求。

项目采用变频节能措施，空调水系统根据供回水压差循环水泵自动控制变频调节。风机根据风管压力变频控制。洁净区空调及工艺部分的空调冷冻水采用一次泵形式，选用横流式冷却塔，当室外温度低于5℃时，开启自然冷却模式，降低能耗。生活附属用房采用全热式新风热回收机组，热回收效率大于65%，总新风量为15 000 m3/h。通过计算分析，采用热回收新风机组年节约运行费为5.34万元，具有良好的节能效益。

本项目工艺区室内空调设计参数满足生产工艺需求，项目中包含有8级洁净室，室内换气次数设计为15次/h，项目未过分追求“偏安全”设计参数，避免了空调能耗的增加，综合考虑人员舒适性及工艺需求合理设计室内参数。

2.2.4 可再生能源利用

本项目充分利用可再生能源，在建筑南立面采用光伏发电幕墙（见图2），系统形式为分布式光伏发电并网系统，根据建筑布局和组件布置，共布置CIGS（铜铟镓硒）光伏组件1544块。该区域年均日照数为2684 h，年均水平面太阳总辐照量1630.19 kW·h/m2，光伏发电系统的装机容量为146.7 kWp，光伏幕墙可提供的年发电量为15.2万kW·h，占建筑总能耗的3%，北京地区电力碳排放因子取0.604 kg CO2/（kW·h），年减碳量为93.62 t CO2。

2.2.5 电气节能

本工程设置智能化照明系统，主要区域照度、统一眩光值URG、显色指数Ra、照明功率密度按GB 50034—2013《建筑照明设计标准》的规定进行设计，一般场所均采用LED灯管，筒灯光源采用金属卤化物气体放电光源或大功率LED灯，光源显色指数Ra≥80，色温控制在3300~5300 K。机电设备机房、办公室、实验室、小开间的采用就地开关控制，厂房内通过配电箱门按钮对厂房内照明进行集中控制，公共区照明采用场景控制模式的智能化照明系统，实现集中智能控制，提高对照明系统的控制管理水平。

项目配电变压器采用节能变压器，变压器的能效值符合GB 20052—2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》的节能评价值要求。

项目设置能源管理系统，分别对电、水、燃气、供热、供冷进行计量与计费。用电系统采用分项计量，分别对照明、插座用电、空调用电、动力用电、生产用电及太阳能发电进行分项计量。通过设于热力管道、水管、天然气管道处设置的流量计、压力传感器对热力、天然气、用水进行计量。此外生产工艺涉及特殊气体如CDA、PN2、GN2等气体分别进行计量，对工艺生产及生活用的冷水、热水、废水、中水等分别进行计量，并纳入能源管理系统，数据上传至北京市昌平区未来科学城智能化监测平台。

2.3 节水与水资源利用

2.3.1 用水指标

项目用水包含生活附属设施用水、工艺生产用水、道路冲洗及绿化景观用水。项目冲厕、室外道路景观浇洒用水全部采用中水，工艺及实验用水采用市政自来水。项目合理利用非传统水源，综合统筹利用各种水资源。计算分析本项目的用水指标如下：

（1）全年总用水量54 802.93 m3；

（2）生活及绿化年用水量9980.56 m3；

（3）生产年用水量44 822.4 m3；

（4）生产废水量36 456 m3；

（5）生产回用水量34 776 m3；

（6）单位产品取水量1245.52 m3/MW；

（7）单位产品废水量38.18 m3/MW；

（8）水的重复利用率63.45%；

（9）非传统水源利用利率11.3%。

根据《光伏电池行业清洁生产评价指标体系》中单位产品取水量Ⅰ级指标为≤1600 t/MW，水重复利用率的Ⅰ级指标为大于50%，判定本项目达到Ⅰ级基准值指标，判定项目达到同行业领先水平。单位产品废水量38.18 m3/MW，达到国内行业的基本水平。

2.3.2 节水措施

项目充分利用市政水压，并分区供水，首层为市政给水直供，2层至机房采用变频泵组加水箱供水给水设备，经紫外线消毒后加压供水。给水机房设置在首层机房区，给水加压设备出口压力为0.35 MPa。给水系统中配水支管处供水压力大于0.2 MPa的均设支管减压阀，控制各用水点处水压≤0.2 MPa。本项目100%采用用水效率达到2级要求的节水器具。为避免供水系统管网漏损，采取了以下措施：

（1）选用密闭性能好的阀门、设备，使用耐腐蚀、耐久性能好的管材、管件。

（2）做好管道基础处理和覆土，控制管道埋深，避免室外埋地管网漏损。

（3）水池、水箱溢流报警和进水阀门自动联动关闭。

（4）给水系统采取分级计量，每层生产用水、生活用水均设水表计量。

2.3.3 用水计量

本项目中水及给水市政引入管设一级计量水表；给水水箱及中水水箱设二级计量水表；用水点按用途设计量水表，卫生间给水、绿化用水、冷却塔用水、空调补水、换热站用水、各用水车间、实验室及生活用水点、工艺用水分别设三级计量水表。工艺用纯水系统设三级水表计量，园区入口处设总水表进行计量，工程引入管上设置水表，主要用水部位设三级水表。

2.3.4 雨水利用

根据北京市地方标准DB 11/685—2013《雨水控制与利用工程设计规范》的有关要求，对雨水利用工程进行了相应设计，场地通过设置下凹绿地及雨水调蓄池等措施，符合北京市年径流总量控制率大于85%的要求。场地内采用模块化雨水调蓄池，雨水调蓄池的总容积为221 m3，地块内设计下凹绿地的深度为150 mm，计算可存蓄水量为331 m3，可实现的控制雨量为692.18 m3，符合控制雨量（85%）大于680.355 m3的要求。

2.3.5 废水排放

工艺废水经管道收集后统一加压排放至废水处理站，处理站由专业厂家设计施工，废水处理达到工业回用水标准。主要排水为废气处理洗涤塔废水、生活污水、循环冷却水和纯水制备排水。含镉污水经含镉废水处理系统处理后，浓缩液由专业公司收集处置；废气洗涤塔产生的废水与循环冷却水、工艺冷却水及纯水制备排水经市政污水管网至未来科学城再生水厂；生活污水经化粪池处理后，经污水管道排至市政污水管网，最终排至未来科学城再生水厂。

2.4 节材与材料资源利用

项目在设计初期即确定了工艺、建筑、结构、设备一体化设计、一体化施工、土建与室内外装修一体化设计策略，大大减少了后期装修改造导致的材料浪费。此外，本项目主体采用钢框架结构体系，屋面采用钢筋桁架混凝土楼板，主体钢结构构件均采用Q345B或Q345GJB，不仅提高了高强钢材的应用比例，也提高了可再循环材料的应用比例。经计算，项目可再循环材料应用比例为13.93%。

2.5 室外环境与污染物控制

本项目规划建设初期进行了环评报告评估，并获得了相关批复，对于场地内污染源进行了合理处理，电池生产产生的污染物委托专业公司进行收集处理，并签订了危废物回收协议，污染物可得到有效控制。

依据环评报告，所在地属于声环境质量功能2类区，室外噪声级昼间限值60 dB，夜间限值50 dB。同时符合GB 3096—2008《声环境质量标准》及GB 12348—2008《工业企业厂界噪声排放标准》的2类规定。生活垃圾主要是员工日常办公、生活产生的废纸、废塑料等，生活垃圾收集后交由当地环卫部门处置；一般固废主要包括生产过程中产生的废包装材料、废导电胶等，均由生产厂家进行回收。

在实验室东侧仓库区内设置专门的危险废物贮存点，占地面积为40 m2，设有醒目的危险警告标志，并对危险废物按照要求进行分类密闭暂存，项目危险废物贮存于容器内。盛装危废的容器上要确保完好无损，并粘贴符合危废种类的标签。

危险废物主要包括处理后的含镉浓液，除尘器收集粉尘、废离子交换树脂、过滤器废滤芯、废靶材、废电池片等。危废废物均由专业公司进行统一回收处理。

2.6 室内环境与职业健康

本项目按照GBZ/T 196—2007《建设项目职业病危害预评价技术导则》的规定项目进行了职业病危害预评价，依据AQ8002—2007《安全评标价导则》进行了安全预评价，并组织专家通过了评价报告评审。

为保证室内良好的空气质量，应采取以下相关措施：在空调系统内安装空气净化杀菌装置，祛除室内空气中的PM2.5颗粒、病毒细菌、VOC（甲醛、苯）；在空气处理机组新风入口处配置电子除尘装置；在风机盘管入口及组合空调机组送风管安装光触媒净化杀菌装置；给水泵房设置独立机械送排风系统，排风量为6次/h，补风量为排风量的80%；在中水泵房设置独立机械送排风系统，排风量为12次/h，补风量为排风量的80%；在变电室设置独立的送排风系统；在卫生间设置直流式排风系统，将污浊空气排向室外；无外窗的小库房、储藏间等预留排气扇电源，供检修或通风时使用。

项目所涉及的主要职业病危害因素为噪声、高温、废气。根据职业病危害程度分析，项目采取的职业病危害防护相关措施主要如下：选用低噪声、低振动设备，对设备合理布局；采用隔声性能良好的门窗结构，对振动较大、噪声较大的设备安装减振装置。排风系统由湿排风、热排风组成，排风均不含有害物质，清洗设备的排风为湿排风，支管采用PP管，水平干管应有≥0.005的坡度坡向工艺设备。生产车间设空调系统，夏季温度设计值不超过26℃。设置辐射安全防护措施，对放射工作场所进行合理分区，配备个人防护用品，并在放射工作场所设置放射性职业病告知卡。

3 结语

本项目依照绿色理念进行设计，从场地规划到建筑单体设计，考虑建筑体型、朝向、自然通风等与当地气候相适应，并与建筑形式有机结合。合理选择绿色建筑技术，在建筑优化设计、非传统水源利用、高效能源设备、能源管理系统、可再生能源利用等多方面充分考虑到了绿色建筑、节能环保的理念，关注于工业建筑的适宜性分析，运用可行的绿色建筑技术，为绿色工业建筑的设计及节能低碳起到示范作用。