浅谈工业建筑的节能设计

2022-11-21宫春洋中国中元国际工程有限公司

门窗 2022年6期

杨坤宫春洋李放中国中元国际工程有限公司

1 前言

工业建筑在国家建设中占有很重要的地位，为提高工业建筑的社会效益和节能环保性，应根据节能环保理念来开展节能设计工作，从而解决建筑行业高污染、高能耗的问题。同时，还需要应用科学的设计方式、先进的节能环保技术，增强工业建筑节能设计效果。

2 工业建筑节能的重要性

过去，由于思想理念与技术水平等方面的影响，工业建筑节能性不被重视，工业建筑设计时不考虑任何节能措施，工程建设时应用大量的施工材料与能源设施，这对施工单位及工程自身的经济收益等有着极大的影响，还会造成自然资源枯竭、紧缺隐患出现，导致能源的严重浪费，影响社会整体的健康发展。随着GB 51245—2017《工业建筑节能设计统一标准》于2018 年1 月1 日的正式实施，工业建筑设计出现了重要转折节点，工业建筑施工图需要做节能计算书，工业建筑不再单纯追求工艺布置合理，立面造型新颖等内容，在设计过程中需考虑节能方面因素，加强节能环保理念的落实，并加强节能技术在施工过程中的应用，提高资源利用率，降低能源损耗出现的概率，合理利用能源，优化工程施工环境，以生态环保理念为基础，保障建筑行业及社会整体的健康发展。此外，在实际施工时，借助光能、风能、地热能等清洁型能源的应用，强化提高现代工业建筑工程节能水平。

3 工业建筑节能设计的原则

3.1 坚持因地制宜

在开展工业建筑节能设计过程中，要贯彻因地制宜的设计原则，依据工业建筑设计场所的实际地理条件，制定适宜的节能设计方案，最大限度地降低建筑成本。在设计工作开展前，首先认真勘查地理位置，了解当地的气候条件及地质状况，以保证节能设计能够切实开展落实，发挥最大功效。此外，也要考虑工业建筑的建设位置，尽量选择具有良好地理环境条件的区域，气候适宜的环境。

3.2 建筑造型与内部功能相结合

工业建筑不仅仅是满足工艺设备运行等要求，还要符合建筑所在地的环境条件，要结合外部环境开展工业建筑设计布局。在开展工业建筑设计时，建筑物的外立面设计也需要秉承科学合理的设计原则，工业建筑设计不仅要尽可能地节能环保，还要综合考虑整体的美感。另外，在开展工业建筑物内部设计过程中，保证建筑的合理功能分布是重中之重，不能本末倒置，各使用功能合理布局的前提下，利用清洁能源，优化节能设计。

3.3 选用合适的节能材料和设备

节能材料和设备的质量决定了工业建筑节能设计的运用效果，对整体建筑质量起着关键性作用。通常情况下，在选择节能材料和设备时，要考虑材料是否具备高效性、节能性和经济性三个因素。在确保材料和设备质量的前提下，尽可能降低成本开支，这才是符合工业建筑节能设计的本质要求。总之，在选择节能材料时，各个环节涉及的工程造价必须科学、合理，从而满足环保节能的需求。

4 工业建筑设计存在的问题

由于工业建筑节能设计规范在2018 年开始执行，与其他民用建筑设计相比，节能设计要求出现的时间较短，该方面知识不能被熟练应用。与非节能环保技术相比，使用节能环保技术的材料更加昂贵，建造过程中考虑的因素更多，对工业建筑节能设计的发展有一定阻碍。在实际开展节能设计的过程中，诸多因素制约了节能设计的运用开展，包括工作人员的专业技能、新能源的使用技术、投入成本等，这些因素在设计中都起着至关重要的作用。

工业建筑能耗高、节能方式滞后是当前节能设计运用过程中存在的两大主要问题。工业建筑能耗高问题有违节能环保的理念，在工业建筑过程中，大量的能源被耗费，给环境带来沉重负担。随着人们环保意识的日渐提升，大家对工业建筑的安全要求也逐渐提高。因为我国对节能环保理念提倡得较晚，致使工业建筑节能方式相较于其他国家存在一定差距。近年来，虽然大量的供暖能源由煤炭转换为天然气，大气污染有所缓解，但能耗依旧很高，只有真正提高能源的有效利用率，才能推动工业建筑节能设计的使用及发展。

5 提高工业建筑节能设计的措施

5.1 总平面布局

工业厂区中建筑分布对建筑节能起到很大的作用，总平面布局应坚持贯彻可持续发展理念，科学有效的布置各功能分区，局部紧凑、节约用地，力求整体结构清晰完整，通过空间组织及环境绿化，创造舒适良好的生态资源环境。综合利用现状环境条件，冬季可利用太阳辐射增加室内温度，夏季可利用自然通风降低室内温度，合理利用日照角度和当地主导风向，通过降低供暖、照明、空调等设备的使用率达到减少能源消耗的效果。

5.2 屋顶环保节能设计

屋顶既是工业建筑物的重要组成部分，也是工业建筑节能设计的重点部分。屋顶环保节能设计的要求是：保证屋顶的保温隔热性和防水性能。由于工业建筑的大跨度结构和功能使用要求，使得工业建筑占地面积较大，屋顶面积也随之较大，由于大面积的屋顶对建筑能耗有很大影响，所以屋顶的热工性能尤为至关重要。工业建筑的屋面大多采用彩钢板等轻质坡屋面，屋面应选用导热系数低且密度低的保温材料，在减少屋面本身荷载对主体建筑影响的同时，降低屋面的传热系数。

在工业建筑节能设计过程中，大面积的屋顶可以合理利用，从现状来看，绿化式屋顶和太阳能集热式屋顶均可以实现节能效果。绿化式屋顶是指通过开展屋顶绿化的方式打造节能环保型屋顶，建设绿化式屋顶，不仅可以降低屋顶的辐射热，还可以改善城市环境，提高环境保护水平。太阳能集热式屋顶是指科学合理地利用太阳能，有效收集热量，将热量转化为热能，满足人们对热能的需求；还可以将热能转化为电能，以满足人们的用电需求。由于工艺设备的大空间要求，屋面较多采用钢屋架或钢网架，其坡度刚好能够被利用，设计中可在朝南一侧的坡屋顶上面直接铺设主动式太阳能集热器，以更好地吸收热量。工业建筑屋顶的采光窗也可设置为光伏玻璃，这样既不破坏原有屋面结构设计，又能够充分利用太阳能。建筑设计过程中可以根据实际需求采用合理的屋顶环保节能设计方案，从而达到节能要求。

5.3 工业建筑材料的节能设计

5.3.1 围护材料

随着城市化进程的加快，工业建筑工程的数量不断增加。在工业建筑施工的过程中，人们会使用大量的围护材料，而围护材料需要消耗大量的能源，围护材料的性能对建筑节能起到很大作用，通过节能环保型材料的选用，在节约能源的同时，增加建筑物的保温隔热性能，减少室内外的热传递，保证室内环境良好。

5.3.2 装饰材料

在社会经济快速发展的背景下，人们对工业建筑工程提出了更高的要求。为满足人们的要求，厂家生产出了多种类型的装饰材料。不同类型的装饰材料价格不尽相同，能耗量也存在差异，为降低装饰成本，一些施工方经常选择价格低廉的装饰材料。但价格低廉的装饰材料往往环保性能低、节能性差，为减少能源消耗，应合理选用低污染、低能耗、高性价比的装饰材料，从而保证工业建筑装饰设计的环保节能性。

5.3.3 设备材料

工业建筑施工需要应用大量的施工材料，其中工艺设备使用的材料占很大比例。工艺设备材料的节能环保设计水平同样关系着工业建筑的节能环保性能，因此，设备材料的节能环保设计工作日益受到重视。例如供热项目中的锅炉设备，为了节约能源，主要采用高效节能型风机、水泵及电机，提高能源有效利用率；为便于锅炉燃烧调节，提高锅炉燃烧效率，鼓风机、循环水泵、补水泵均采用变频调速控制；为提高设备性能，选用保温效果稳定的保温材料，减少管道及设备的散热损失。

5.4 墙体的节能设计

在开展工业建筑节能设计工作时，应加强外墙节能设计，增强外墙的保温性能，满足人们对室温的要求，提高室内环境舒适度。为提高外墙环保节能设计水平，应关注先进的外墙保温技术，将先进的外墙保温技术融入设计方案中，以达到提高外墙保温设计水平的目的。例如，当建筑外墙采用砌块砌筑时，可在墙体表面覆盖导热系数小保温隔热的材料，这样不仅能够起到良好的保温效果，也可以减小外墙厚度。除了开展外墙环保节能设计工作之外，还需要开展内墙环保节能设计工作，设计时应优化内墙布局（如科学设计通风与采光位置等），以达到合理调节室内温度、湿度的效果。工业建筑设计过程中，应积极探究内外墙节能设计要点、设计方法等，科学指导建筑节能设计工作，最大化地提高设计水平。

5.5 门窗的节能设计

门窗是工业建筑节能设计的重点部分，门窗在建筑物中起到传递热能的作用。门是经常开关的部位，除在门上采用保温材料以外，严寒及寒冷地区可考虑设置门斗，以减少冷风对室内的影响。窗户是影响建筑耗能的重要因素，冬季室内温度低，窗户可以直接传递太阳的热量，提高室内温度；夏季室内温度高，打开窗户利用自然通风降低室内温度。因此，为了提高室内的舒适性，可从以下几个方面开展节能设计工作：①合理计算外窗面积，在满足通风采光的条件下，尽量减少窗墙比，并保证窗墙比满足规范要求；②从外窗的开启方式、开启角度进行分析研究，保证建筑的自然通风面积；③应用中空玻璃提高玻璃的隔热性，避免室内温度过高，选择导热系数小的断桥隔热型铝合金窗框制作窗户；④采取遮挡阳光的措施，减少太阳辐射，在窗户的内外侧均设置窗帘，比如在窗户外侧设置百叶窗帘、自动卷帘等，起到遮挡阳光的作用；⑤选择气密性能好的窗户，并在窗框与洞口之间的缝隙处采用高效保温材料填实。

5.6 合理使用水资源和冷暖资源

在人们日常生活中使用到的诸多资源里，水资源是十分关键的一项资源。因此，在进行工业建筑设计过程中，应针对水资源进行科学合理的节能设计，尽可能减少水资源的浪费。在开展节能设计时，将污水回收系统融入工业建筑设计里，将生活污水、废水统一收集起来，采取污水净化措施，实现污水废水再利用。还可以考虑增加人工湿地的设计，将生活污水排放到人工湿地，不仅解决了污水处理问题，也为城市增加了一片绿植，保护了当地的生态环境。在充分利用水资源的同时，还要综合考虑冷暖资源的科学合理使用。由于现在居民大多采取冷暖空调进行温度调节，通常是白天晚上都在使用空调，这在一定程度上造成了电能资源的耗费。所以在建筑节能设计时，可将建筑智能化使用引入到设计方案中，实现智能化控制建筑内部问题，保持室温稳定在适宜温度状态。

5.7 合理使用再生资源和新能源

节能设计的核心是科学合理地运用新能源和可再生资源，实现建筑物节能环保的效果。因此，应结合建筑物所在地的自然环境情况，将可以使用的资源充分运用到工业建筑设计中去，不仅需要将普遍使用的太阳能、风能等充分利用起来，还要考虑其他的节能资源，如潮汐能、地热等。

新能源是工业建筑节能设计中至关重要的构成内容，太阳能和风能当前普遍应用于建筑中，一些新能源也已经用于建筑节能设计中，如地源热泵、空气源热泵等。作为绿色环保的新型能源，一方面可以降低建筑内部的污染程度，有利于维护居民的身体健康；另一方面新能源的投入使用，一定程度上缓解了可再生资源的供应紧张状况，从而推动了节能设计在工业建筑设计中的使用开展，也进一步提高了人们的环保节能意识。通过在工业建筑设计过程中引入可再生资源和新能源，也为居民创造了节能环保的舒适居住环境。

5.8 减少建筑内部设备能耗

当前时期，为了加强工业建筑节能措施的应用，相关单位首先需要充分了解建筑内部设备运转过程的能耗量，并对部分能耗过大或使用时间过长的老旧设备进行更换，同时，由于设备操作不当同样会引起能源消耗过大现象。因此，当建筑施工及后期运转时，相关单位需要安排专业人员对设备操作过程实施监督管控，确保设备操作过程严格按照操作规范与标准进行，避免能源浪费等现象出现，促进建筑整体节能化水平的提高。

5.9 施工环节技术要点

工业建筑在施工过程中需要大量的能量，如果操作不当会产生额外的能源损耗，要在节能设计的过程中，能够充分考虑各种影响因素综合得出相应的结果，并且在施工过程中，对施工人员的工艺技术进行培训，以便于能够达到相应的施工标准要求。在运输原材料时，也可以优化路线，减少途中所造成的环境污染和能源损耗。工业建筑工程在施工过程中，可以在当地进行原材料的采集运输和使用，这样也能够推动当地的其他产业一起协同进步发展，工业建筑工程能够在短时间内得到相应的补给，为工程提供相应的材料支援。并且就地取材的方式也能够减少运输途中所产生的汽车尾气污染和损耗，对工程整体而言变得更为绿色环保，在一定程度上也能够扩大企业的经济效益，减少施工过程中所产生的各类成本问题。