建筑節(jié)能設(shè)計在工業(yè)建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究

明天軼

摘 要：隨著我國建筑技術(shù)與建筑市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑節(jié)能技術(shù)已普遍應(yīng)用在了公共建筑和居住建筑上，現(xiàn)如今我國對工業(yè)建筑節(jié)能也進(jìn)行了推廣，許多省份已經(jīng)執(zhí)行了《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51245-2017）。建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，減少建筑在生產(chǎn)使用過程中損失的能耗，能夠促進(jìn)建筑工程的可持續(xù)發(fā)展，符合國家節(jié)能減排的治理方針。針對建筑節(jié)能利用率，以及節(jié)省建筑保溫材料等方面對建筑能耗進(jìn)行論述，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際擬建兩個相同環(huán)境下的模型，進(jìn)行建筑能耗的對比及分析，優(yōu)化建筑節(jié)能利用率。

關(guān)鍵詞：工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計;建筑節(jié)能利用率;建筑節(jié)能模型對比;建筑節(jié)能措施

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

0 引言

隨著我國建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和綠色建筑可持續(xù)發(fā)展意識的提高，我國對建筑節(jié)能越來越重視，逐步從民用建筑節(jié)能設(shè)計的執(zhí)行到工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計的推廣，與此同時推舉的《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51245-2017）反映出我國對工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計的重視，符合綠色建筑的理念[1]。在建筑節(jié)能設(shè)計上，通過對工業(yè)建筑的兩種節(jié)能方案進(jìn)行對比分析，并通過節(jié)能計算驗(yàn)證，對節(jié)能優(yōu)化、設(shè)計優(yōu)化以及提高節(jié)能效率方面的探討[2]。針對能耗的建筑使用區(qū)域進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，總結(jié)出創(chuàng)新性的節(jié)能措施設(shè)計思路。通過對建筑節(jié)能技術(shù)的論證，為工業(yè)建筑的節(jié)能設(shè)計提供參考。

1 工業(yè)建筑節(jié)能的含義

工業(yè)建筑節(jié)能是指在工業(yè)建筑規(guī)劃、設(shè)計和使用過程中，在滿足規(guī)定的建筑功能要求和室內(nèi)外環(huán)境質(zhì)量的前提下，通過采取技術(shù)措施和管理手段，實(shí)現(xiàn)零能耗或降低運(yùn)行能耗、提高能源利用效率的過程。

工業(yè)建筑中的能耗是工業(yè)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(yè)建筑生產(chǎn)、人員活動所需的室內(nèi)環(huán)境要求，及其為滿足向室外大氣排放標(biāo)準(zhǔn)所產(chǎn)生的各種能源耗量，還包括建筑供水系統(tǒng)及其水處理所產(chǎn)生的各種能源耗量等。

工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計具有很大的必要性，現(xiàn)今民用建筑節(jié)能的理念已經(jīng)得到了廣泛認(rèn)可和應(yīng)用，政府部門也對其進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)定。設(shè)計方法、節(jié)能材料、綠色建筑理念等層出不窮，而工業(yè)廠房的節(jié)能設(shè)計時至今日才有了明確的政府規(guī)定。在此之前，工業(yè)建筑設(shè)計主要原則之一就是經(jīng)濟(jì)性，工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計一直沒有得到足夠的重視，工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計的缺失是導(dǎo)致工業(yè)建筑成為我國建筑中能耗大的原因之一[3]。因此，工業(yè)建筑的節(jié)能設(shè)計勢在必行。

2 兩種類型的工業(yè)建筑對比

工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計中將建筑節(jié)能分類為一類工業(yè)建筑和二類工業(yè)建筑。一類工業(yè)建筑以供暖、空調(diào)為能耗方式，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫和供暖系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計，降低冬季供暖能耗;以及通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱和空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計，降低夏季空調(diào)能耗。二類工業(yè)建筑以通風(fēng)控制為能耗方式，通過自然通風(fēng)設(shè)計和機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計，降低通風(fēng)能耗。

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

3 工業(yè)建筑某車間案例解析

本車間設(shè)立于夏熱冬冷地區(qū)，是一棟生產(chǎn)車間，生產(chǎn)車間內(nèi)部的生產(chǎn)對溫度無要求，不設(shè)采暖以及空調(diào);車間局部設(shè)有生產(chǎn)配套的公用工程用房的配電控制室，此房間設(shè)計有溫控要求，有采暖空調(diào)設(shè)計。項(xiàng)目重點(diǎn)針對此單體做工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計。設(shè)置兩個方案，方案一將對此單體整體進(jìn)行節(jié)能設(shè)計;方案二只針對單體有空調(diào)能耗的部分進(jìn)行節(jié)能設(shè)計。將兩種方案進(jìn)行設(shè)計類比，比較利弊，優(yōu)選節(jié)能設(shè)計方案。

3.1 節(jié)能設(shè)計方案對比

3.1.1 節(jié)能設(shè)計方案一

根據(jù)規(guī)范常規(guī)做法對建筑物外墻屋面全部采取節(jié)能措施，考慮整個建筑物的節(jié)能設(shè)計，參與節(jié)能設(shè)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(xì)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(shù)3.40 W/（㎡·K），玻璃太陽得熱系數(shù)0.75，氣密性為6級，可見光透射比0.81。

從計算結(jié)果上看，外窗選型選用中空玻璃窗時才能通過節(jié)能計算，方案中為滿足規(guī)定性指標(biāo)要求而選擇達(dá)到傳熱系數(shù)低于3.60 W/（㎡·K）的外窗。而實(shí)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(jīng)濟(jì)的，應(yīng)合理選用經(jīng)濟(jì)的單片反射玻璃。對整個建筑中的無空調(diào)要求的生產(chǎn)區(qū)部分，采取建筑節(jié)能保溫措施帶來的實(shí)際需求效果并不大。

3.1.2 節(jié)能設(shè)計方案二

以下在滿足規(guī)范要求的情況下，對此工業(yè)建筑采取第二種建筑節(jié)能方案。

由于廠房在生產(chǎn)區(qū)域不需要空調(diào)，且對空氣外環(huán)境沒有要求，室內(nèi)室外實(shí)際上的影響是非常小的。因此，將節(jié)能措施調(diào)整為以空調(diào)區(qū)域?yàn)閱卧?，僅對空調(diào)區(qū)域進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，參與節(jié)能計算的節(jié)能面積168 ㎡。

建筑節(jié)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(jié)能措施上看，僅僅對空調(diào)區(qū)域的外墻、屋面做保溫處理，在材料使用上要比方案一節(jié)省很多，且將生產(chǎn)區(qū)部分視作二類工業(yè)建筑。相比之下，節(jié)能方案二更經(jīng)濟(jì)合理。具體詳見下面的建筑能耗分析對比。

3.2 節(jié)能權(quán)衡能耗分析對比

3.2.1 方案一權(quán)衡能耗分析

3.2.1.1 計算參數(shù)信息

熱工參數(shù)和計算結(jié)果：

①屋面，設(shè)計建筑0.67 kW/（㎡·K）。

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

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

④室內(nèi)計算參數(shù)

主控制室：勞動強(qiáng)度為輕勞動，累積面積163.8 m2，室內(nèi)設(shè)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(shè)備功率15 W/m2，新風(fēng)量30 m?/hp。

其他房間：勞動強(qiáng)度為輕勞動，累積面積2 886.74 m2?？傮w上，空調(diào)房間面積163.8 m2，非空調(diào)房間面積2 886.74 m2。

3.2.1.2 能耗計算結(jié)果

根據(jù)《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51245-2017）第4.4章的要求，本建筑的建筑累計負(fù)荷計算結(jié)果：

設(shè)計建筑中，空調(diào)累計負(fù)荷QC為10 076.00 kWh，采暖累計負(fù)荷QH為7 193.00 kWh。

3.2.1.3 建筑全年空調(diào)和采暖耗電量計算

根據(jù)《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 51245-2017第4.4.4條的要求，對方案一設(shè)計建筑的冷熱源系統(tǒng)進(jìn)行計算，計算設(shè)計建筑的全年累計能耗結(jié)果如下：

①本建筑全年耗電量指標(biāo)。

設(shè)計建筑全年耗電量指標(biāo)：全年空調(diào)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(biāo)煤能耗結(jié)果。

設(shè)計建筑全年標(biāo)煤能耗指標(biāo)：全年空調(diào)標(biāo)煤能耗1 450.94 kgce，全年采暖標(biāo)煤能耗1 175.76 kgce，全年總標(biāo)煤能耗2 626.70 kgce。注：標(biāo)煤轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.36 kgce/kWh。

根據(jù)《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51245-2017）第4.4.4條的要求，計算設(shè)計建筑全年累計綜合標(biāo)煤能耗和參照建筑全年累計綜合標(biāo)煤能耗的比值E設(shè)/E參，結(jié)果如下：E設(shè)/E參=2 626.70/2 915.13=0.90，E設(shè)/E參<1，該建筑滿足節(jié)能要求。

3.2.2 方案二權(quán)衡能耗分析

3.2.2.1 室內(nèi)計算參數(shù)

主控制室：勞動強(qiáng)度為輕勞動，累積面積163.8 m2，室內(nèi)設(shè)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(shè)備功率15 W/㎡，新風(fēng)量30 m?/hp?？照{(diào)房間面積163.8 m2，無非空調(diào)房間。

3.2.2.2 能耗計算結(jié)果

根據(jù)《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51245-2017）第4.4章的要求，本建筑的建筑累計負(fù)荷計算結(jié)果：

設(shè)計建筑中，空調(diào)累計負(fù)荷QC為10 390.00 kWh，采暖累計負(fù)荷QH為4 957.00 kWh。

3.2.2.3 建筑全年空調(diào)和采暖耗電量計算

根據(jù)《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51245-2017）第4.4.4條的要求，對方案一設(shè)計建筑的冷熱源系統(tǒng)進(jìn)行計算，計算設(shè)計建筑的全年累計能耗結(jié)果如下：

①本建筑全年耗電量指標(biāo)。

設(shè)計建筑全年耗電量指標(biāo)：全年空調(diào)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(biāo)煤能耗結(jié)果。

設(shè)計建筑全年標(biāo)煤能耗指標(biāo)：全年空調(diào)標(biāo)煤能耗? ? ? 1 496.16 kgce，全年采暖標(biāo)煤能耗810.26 kgce，全年總標(biāo)煤能耗2 306.42 kgce。

注：標(biāo)煤轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.36 kgce/kWh。

根據(jù)《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51245-2017）第4.4.4條的要求，計算設(shè)計建筑全年累計綜合標(biāo)煤能耗和參照建筑全年累計綜合標(biāo)煤能耗的比值E設(shè)/E參，結(jié)果如下：E設(shè)/E參=2306.42/2692.17=0.86，E設(shè)/E參<1，該建筑滿足節(jié)能要求。

3.3 建筑節(jié)能設(shè)計方案的權(quán)衡能耗對比分析

對比兩個建筑節(jié)能設(shè)計方案，方案一的設(shè)計建筑全年總標(biāo)煤能耗為2 626.70 kgce，而方案二的設(shè)計建筑全年總標(biāo)煤能耗為2 306.42 kgce。兩個設(shè)計方案空調(diào)區(qū)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(yuǎn)比方案一要少。按照方案二的建筑節(jié)能設(shè)計思路，是把一棟建筑單體中設(shè)空調(diào)與不設(shè)空調(diào)的區(qū)域視作兩個工業(yè)生產(chǎn)區(qū)，將設(shè)置空調(diào)區(qū)域的部分單獨(dú)看作一類工業(yè)生產(chǎn)，進(jìn)行建筑節(jié)能計算既有效地采取了建筑節(jié)能措施，在滿足《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的前提下，可以合理選用保溫材料的厚度，方案二的節(jié)能措施更經(jīng)濟(jì)、更實(shí)用。

4 結(jié)語

通過本工業(yè)建筑車間能耗的計算、結(jié)合全年室內(nèi)能耗的具體參數(shù)分析對比，討論了兩種節(jié)能計算方案在設(shè)計上的利弊，得出此類建筑單體節(jié)能設(shè)計的優(yōu)選方案。對比兩種節(jié)能方案，工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計時，將能耗大的區(qū)域，以及所需節(jié)能措施相近的區(qū)域，盡可能的布置在一起，做到細(xì)節(jié)上的節(jié)能減排，在減少能耗的同時，能夠降低工程成本、節(jié)約資源，將建筑的可持續(xù)發(fā)展落到實(shí)處。

建筑設(shè)計人員在做建筑設(shè)計時，要充分考慮建筑單體的不同情況，來進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，按照不同的需求，對不同的能耗方式進(jìn)行計算，從而獲得更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用的節(jié)能方案。同時，在做方案設(shè)計時，可以盡量將能耗大的區(qū)域排布在一起，所需節(jié)能措施相近的區(qū)域排布在一起，做到細(xì)節(jié)上的節(jié)能減排。要將建筑節(jié)能設(shè)計理念貫徹到工業(yè)建筑設(shè)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(jié)省材料和節(jié)約能耗。

啟發(fā)建筑設(shè)計人員在進(jìn)行建筑設(shè)計時，充分考慮節(jié)能設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)建筑、節(jié)能、成本的一體化優(yōu)化，做出高效、綠色、低耗能的工業(yè)建筑設(shè)計。在有效地保證建筑節(jié)能率的同時，在工程建設(shè)中降低成本，節(jié)約材料、節(jié)約能源，做到綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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