某工業(yè)建筑綠色節(jié)能減碳措施分析

董紅霞，趙天，朱穎秋

（1.北京市建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100045；2.北京市建筑高能效與城市生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京 100045）

0 引言

GB/T 50878—2013《綠色工業(yè)建筑評價標準》已于2014年3月1日實施，適用于新建、擴建、改建、遷建、恢復的建設(shè)工業(yè)建筑和既有工業(yè)建筑的各行業(yè)工廠或工業(yè)建筑群中主要生產(chǎn)廠房、各類輔助生產(chǎn)建筑。GB/T 50878—2013分為規(guī)劃設(shè)計和全面評價2個階段，必達分為評價的基本要求，采用權(quán)重計分法進行星級評定（見表1），當某條文不適用于評價項目時，該條文可不參評[1]。

表1 GB/T 50878—2013綠色工業(yè)建筑評價等級劃分

1 項目概況

本項目位于北京市昌平區(qū)未來科學城某工業(yè)園區(qū)內(nèi)，占地面積20 934 m2，建筑面積28 818 m2，建設(shè)規(guī)模與性質(zhì)：丁類廠房，建筑類別：多層工業(yè)建筑，用于薄膜光伏電池的研制。薄膜光伏電池年生產(chǎn)能力為44 MW。建筑層數(shù)為地上2層，建筑高度21.2 m，建筑耐火等級為一級。結(jié)構(gòu)形式為主體采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系，屋面采用鋼筋桁架混凝土樓板，項目建成實景見圖1。本項目于2017年9月開始方案設(shè)計，2018年6月完成施工圖設(shè)計審查，設(shè)計規(guī)劃階段預評得分為63.08分，于2020年10月獲得綠色工業(yè)建筑二星規(guī)劃設(shè)計標識證書，同時滿足北京未來科學城綠色生態(tài)規(guī)劃指標體系的要求。

2 綠色節(jié)能措施

本項目在制定綠色建筑技術(shù)路線時以北京未來科學城綠色生態(tài)規(guī)劃指標體系為基礎(chǔ)，結(jié)合方案特點，從高效能源應用、水資源節(jié)約、綠色結(jié)構(gòu)建造、室內(nèi)環(huán)境優(yōu)化等方面提出了立面光伏應用、中水利用、主體鋼結(jié)構(gòu)形式、海綿城市、室內(nèi)外通風等多項綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 節(jié)地與可持續(xù)發(fā)展場地

本項目場地環(huán)境較好，保留了場地中原有樹木。廠房建設(shè)強度適中，但周邊物流和交通運輸條件較差。

2.1.1 總體規(guī)劃與廠址選擇

本項目用地及規(guī)劃證件相關(guān)資料齊全，用地批準時已完成場地平整，不涉及農(nóng)田、水源、文物、森林等各類保護區(qū)及限制和禁止建設(shè)區(qū)域。項目施工前進行了場地的地勘及土壤氡濃度檢測，其中氡濃度的最小值、最大值、平均值分別為882.84、14959.50、8534.03 Bq/m3。所測建筑地基氡濃度均未超出標準GB 50325—2010《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》的規(guī)定。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)勘察資料，建設(shè)場地沒有斷層通過，勘察中未發(fā)現(xiàn)影響場地穩(wěn)定性的地質(zhì)構(gòu)造，未發(fā)現(xiàn)巖溶、滑坡、危巖和崩塌、泥石流、采空區(qū)等不良地質(zhì)情況。項目規(guī)劃時保護場地及周邊生態(tài)環(huán)境，保留項目場地內(nèi)北側(cè)和東側(cè)喬木，充分保護可利用的植被。

2.1.2 節(jié)地

GB/T 50878—2013對項目用地指標、投資強度均提出了要求，本項目評估指標均符合要求。根據(jù)國土資源部《工業(yè)項目建設(shè)用地控制指標（國土資發(fā)[2008]24號）》的規(guī)定，本項目土地等級為六等。該工程的總投資為55 458萬元，投資強度為2.65萬元/m2，符合GB/T 50878—2013的要求。項目地塊內(nèi)容積率為1.37，符合工業(yè)建筑容積率≥0.7的指標要求。建筑密度為78%，符合不低于30%的建筑系數(shù)指標。場地內(nèi)綠地率為10%，符合工業(yè)建筑綠地率不超過20%的要求。

2.1.3 物流與交通運輸

生產(chǎn)原料、廢料與產(chǎn)品物流采用社會綜合運輸體系。原料進入及成品出廠路線設(shè)置合理，便于外部運輸、裝卸及存儲。項目分設(shè)多個人員出入口及貨物出入口，減少污染，便于管理。

2.2 節(jié)能與能源利用

2.2.1 能耗指標

本項目能源消耗種類為：電力、熱力、自來水。其中用電部位主要為生產(chǎn)設(shè)備、照明插座、空調(diào)通風、動力等。用熱力部分為采暖熱水（由園區(qū)能源中心提供）。用水部位為生產(chǎn)用水、辦公附屬設(shè)施用水、室外道路及綠化澆灌用水等。綜合折算后，計算本項目的年總能耗為510.967×104kW·h，其中工藝部分能耗為274.472×104kW·h，占總能耗的53.72%，建筑總能耗為236.495×104kW·h，占總能耗的46.28%。薄膜光伏電池年生產(chǎn)能力為44 MW。計算單位產(chǎn)品工業(yè)建筑能耗為5.37×104kW·h/MW，工業(yè)綜合能耗指標11.61×104kW·h/MW。參考國家發(fā)改委、環(huán)境保護部和工信部發(fā)布的《光伏電池行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系》中光伏電池綜合能耗規(guī)定，本項目工業(yè)綜合能耗指標小于12×104kW·h/MW，可滿足國內(nèi)行業(yè)產(chǎn)品基本規(guī)定要求。

2.2.2 熱工設(shè)計

本項目工業(yè)廠房熱工性能符合GB 51245—2017《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計標準》要求，附建在廠房內(nèi)的辦公等非工業(yè)部分用房同時符合北京市地方標準DB 11/687—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》的規(guī)定。建筑的體形系數(shù)為0.10，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.40 W/（m2·K），外墻傳熱系數(shù)為0.34 W/（m2·K），外窗的氣密性達到6級、水密性達到3級，透光玻璃幕墻的氣密性達到3級以上，項目熱工性能設(shè)計水平良好。

為充分利用自然通風，一方面，建筑2層設(shè)置了5個室外中庭，為周邊實驗室、辦公室和走廊、休息區(qū)提供了良好的通風條件；另一方面，每個單一立面的透光部位均設(shè)置可開啟窗扇，其有效通風面積≥該立面的5%。通過自然通風模擬分析，自然通風比較合理，可有效消除室內(nèi)的余熱、余濕及污染物。換氣次數(shù)大于2次/h的主要功能房間總面積為14 514 m2，面積比例達到85.84%?？蓾M足大部分房間的自然通風需求。

2.2.3 設(shè)備節(jié)能

冷熱源系統(tǒng)采用生產(chǎn)工藝及生活附屬用房分別設(shè)置原則。辦公等附屬用房空調(diào)冷源采用風冷熱泵機組，其冷量為580 kW，COP為3.57，符合節(jié)能評價值大于3.2的要求，熱源采用園區(qū)的區(qū)域鍋爐房經(jīng)二級換熱為本項目提供供暖熱水。工藝部分采用采用1200 RT的離心式冷水機組，COP為5.90，符合節(jié)能評價值大于5.8的要求。消防控制室采用分體空調(diào)，滿足節(jié)能評價值。風機、水泵設(shè)計符合節(jié)能評價值要求。

項目采用變頻節(jié)能措施，空調(diào)水系統(tǒng)根據(jù)供回水壓差循環(huán)水泵自動控制變頻調(diào)節(jié)。風機根據(jù)風管壓力變頻控制。潔凈區(qū)空調(diào)及工藝部分的空調(diào)冷凍水采用一次泵形式，選用橫流式冷卻塔，當室外溫度低于5℃時，開啟自然冷卻模式，降低能耗。生活附屬用房采用全熱式新風熱回收機組，熱回收效率大于65%，總新風量為15 000 m3/h。通過計算分析，采用熱回收新風機組年節(jié)約運行費為5.34萬元，具有良好的節(jié)能效益。

本項目工藝區(qū)室內(nèi)空調(diào)設(shè)計參數(shù)滿足生產(chǎn)工藝需求，項目中包含有8級潔凈室，室內(nèi)換氣次數(shù)設(shè)計為15次/h，項目未過分追求“偏安全”設(shè)計參數(shù)，避免了空調(diào)能耗的增加，綜合考慮人員舒適性及工藝需求合理設(shè)計室內(nèi)參數(shù)。

2.2.4 可再生能源利用

本項目充分利用可再生能源，在建筑南立面采用光伏發(fā)電幕墻（見圖2），系統(tǒng)形式為分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，根據(jù)建筑布局和組件布置，共布置CIGS（銅銦鎵硒）光伏組件1544塊。該區(qū)域年均日照數(shù)為2684 h，年均水平面太陽總輻照量1630.19 kW·h/m2，光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量為146.7 kWp，光伏幕墻可提供的年發(fā)電量為15.2萬kW·h，占建筑總能耗的3%，北京地區(qū)電力碳排放因子取0.604 kg CO2/（kW·h），年減碳量為93.62 t CO2。

2.2.5 電氣節(jié)能

本工程設(shè)置智能化照明系統(tǒng)，主要區(qū)域照度、統(tǒng)一眩光值URG、顯色指數(shù)Ra、照明功率密度按GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計標準》的規(guī)定進行設(shè)計，一般場所均采用LED燈管，筒燈光源采用金屬鹵化物氣體放電光源或大功率LED燈，光源顯色指數(shù)Ra≥80，色溫控制在3300~5300 K。機電設(shè)備機房、辦公室、實驗室、小開間的采用就地開關(guān)控制，廠房內(nèi)通過配電箱門按鈕對廠房內(nèi)照明進行集中控制，公共區(qū)照明采用場景控制模式的智能化照明系統(tǒng)，實現(xiàn)集中智能控制，提高對照明系統(tǒng)的控制管理水平。

項目配電變壓器采用節(jié)能變壓器，變壓器的能效值符合GB 20052—2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》的節(jié)能評價值要求。

項目設(shè)置能源管理系統(tǒng)，分別對電、水、燃氣、供熱、供冷進行計量與計費。用電系統(tǒng)采用分項計量，分別對照明、插座用電、空調(diào)用電、動力用電、生產(chǎn)用電及太陽能發(fā)電進行分項計量。通過設(shè)于熱力管道、水管、天然氣管道處設(shè)置的流量計、壓力傳感器對熱力、天然氣、用水進行計量。此外生產(chǎn)工藝涉及特殊氣體如CDA、PN2、GN2等氣體分別進行計量，對工藝生產(chǎn)及生活用的冷水、熱水、廢水、中水等分別進行計量，并納入能源管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)上傳至北京市昌平區(qū)未來科學城智能化監(jiān)測平臺。

2.3 節(jié)水與水資源利用

2.3.1 用水指標

項目用水包含生活附屬設(shè)施用水、工藝生產(chǎn)用水、道路沖洗及綠化景觀用水。項目沖廁、室外道路景觀澆灑用水全部采用中水，工藝及實驗用水采用市政自來水。項目合理利用非傳統(tǒng)水源，綜合統(tǒng)籌利用各種水資源。計算分析本項目的用水指標如下：

（1）全年總用水量54 802.93 m3；

（2）生活及綠化年用水量9980.56 m3；

（3）生產(chǎn)年用水量44 822.4 m3；

（4）生產(chǎn)廢水量36 456 m3；

（5）生產(chǎn)回用水量34 776 m3；

（6）單位產(chǎn)品取水量1245.52 m3/MW；

（7）單位產(chǎn)品廢水量38.18 m3/MW；

（8）水的重復利用率63.45%；

（9）非傳統(tǒng)水源利用利率11.3%。

根據(jù)《光伏電池行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系》中單位產(chǎn)品取水量Ⅰ級指標為≤1600 t/MW，水重復利用率的Ⅰ級指標為大于50%，判定本項目達到Ⅰ級基準值指標，判定項目達到同行業(yè)領(lǐng)先水平。單位產(chǎn)品廢水量38.18 m3/MW，達到國內(nèi)行業(yè)的基本水平。

2.3.2 節(jié)水措施

項目充分利用市政水壓，并分區(qū)供水，首層為市政給水直供，2層至機房采用變頻泵組加水箱供水給水設(shè)備，經(jīng)紫外線消毒后加壓供水。給水機房設(shè)置在首層機房區(qū)，給水加壓設(shè)備出口壓力為0.35 MPa。給水系統(tǒng)中配水支管處供水壓力大于0.2 MPa的均設(shè)支管減壓閥，控制各用水點處水壓≤0.2 MPa。本項目100%采用用水效率達到2級要求的節(jié)水器具。為避免供水系統(tǒng)管網(wǎng)漏損，采取了以下措施：

（1）選用密閉性能好的閥門、設(shè)備，使用耐腐蝕、耐久性能好的管材、管件。

（2）做好管道基礎(chǔ)處理和覆土，控制管道埋深，避免室外埋地管網(wǎng)漏損。

（3）水池、水箱溢流報警和進水閥門自動聯(lián)動關(guān)閉。

（4）給水系統(tǒng)采取分級計量，每層生產(chǎn)用水、生活用水均設(shè)水表計量。

2.3.3 用水計量

本項目中水及給水市政引入管設(shè)一級計量水表；給水水箱及中水水箱設(shè)二級計量水表；用水點按用途設(shè)計量水表，衛(wèi)生間給水、綠化用水、冷卻塔用水、空調(diào)補水、換熱站用水、各用水車間、實驗室及生活用水點、工藝用水分別設(shè)三級計量水表。工藝用純水系統(tǒng)設(shè)三級水表計量，園區(qū)入口處設(shè)總水表進行計量，工程引入管上設(shè)置水表，主要用水部位設(shè)三級水表。

2.3.4 雨水利用

根據(jù)北京市地方標準DB 11/685—2013《雨水控制與利用工程設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)要求，對雨水利用工程進行了相應設(shè)計，場地通過設(shè)置下凹綠地及雨水調(diào)蓄池等措施，符合北京市年徑流總量控制率大于85%的要求。場地內(nèi)采用模塊化雨水調(diào)蓄池，雨水調(diào)蓄池的總?cè)莘e為221 m3，地塊內(nèi)設(shè)計下凹綠地的深度為150 mm，計算可存蓄水量為331 m3，可實現(xiàn)的控制雨量為692.18 m3，符合控制雨量（85%）大于680.355 m3的要求。

2.3.5 廢水排放

工藝廢水經(jīng)管道收集后統(tǒng)一加壓排放至廢水處理站，處理站由專業(yè)廠家設(shè)計施工，廢水處理達到工業(yè)回用水標準。主要排水為廢氣處理洗滌塔廢水、生活污水、循環(huán)冷卻水和純水制備排水。含鎘污水經(jīng)含鎘廢水處理系統(tǒng)處理后，濃縮液由專業(yè)公司收集處置；廢氣洗滌塔產(chǎn)生的廢水與循環(huán)冷卻水、工藝冷卻水及純水制備排水經(jīng)市政污水管網(wǎng)至未來科學城再生水廠；生活污水經(jīng)化糞池處理后，經(jīng)污水管道排至市政污水管網(wǎng)，最終排至未來科學城再生水廠。

2.4 節(jié)材與材料資源利用

項目在設(shè)計初期即確定了工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備一體化設(shè)計、一體化施工、土建與室內(nèi)外裝修一體化設(shè)計策略，大大減少了后期裝修改造導致的材料浪費。此外，本項目主體采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系，屋面采用鋼筋桁架混凝土樓板，主體鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用Q345B或Q345GJB，不僅提高了高強鋼材的應用比例，也提高了可再循環(huán)材料的應用比例。經(jīng)計算，項目可再循環(huán)材料應用比例為13.93%。

2.5 室外環(huán)境與污染物控制

本項目規(guī)劃建設(shè)初期進行了環(huán)評報告評估，并獲得了相關(guān)批復，對于場地內(nèi)污染源進行了合理處理，電池生產(chǎn)產(chǎn)生的污染物委托專業(yè)公司進行收集處理，并簽訂了危廢物回收協(xié)議，污染物可得到有效控制。

依據(jù)環(huán)評報告，所在地屬于聲環(huán)境質(zhì)量功能2類區(qū)，室外噪聲級晝間限值60 dB，夜間限值50 dB。同時符合GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標準》及GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲排放標準》的2類規(guī)定。生活垃圾主要是員工日常辦公、生活產(chǎn)生的廢紙、廢塑料等，生活垃圾收集后交由當?shù)丨h(huán)衛(wèi)部門處置；一般固廢主要包括生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢包裝材料、廢導電膠等，均由生產(chǎn)廠家進行回收。

在實驗室東側(cè)倉庫區(qū)內(nèi)設(shè)置專門的危險廢物貯存點，占地面積為40 m2，設(shè)有醒目的危險警告標志，并對危險廢物按照要求進行分類密閉暫存，項目危險廢物貯存于容器內(nèi)。盛裝危廢的容器上要確保完好無損，并粘貼符合危廢種類的標簽。

危險廢物主要包括處理后的含鎘濃液，除塵器收集粉塵、廢離子交換樹脂、過濾器廢濾芯、廢靶材、廢電池片等。危廢廢物均由專業(yè)公司進行統(tǒng)一回收處理。

2.6 室內(nèi)環(huán)境與職業(yè)健康

本項目按照GBZ/T 196—2007《建設(shè)項目職業(yè)病危害預評價技術(shù)導則》的規(guī)定項目進行了職業(yè)病危害預評價，依據(jù)AQ8002—2007《安全評標價導則》進行了安全預評價，并組織專家通過了評價報告評審。

為保證室內(nèi)良好的空氣質(zhì)量，應采取以下相關(guān)措施：在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)安裝空氣凈化殺菌裝置，祛除室內(nèi)空氣中的PM2.5顆粒、病毒細菌、VOC（甲醛、苯）；在空氣處理機組新風入口處配置電子除塵裝置；在風機盤管入口及組合空調(diào)機組送風管安裝光觸媒凈化殺菌裝置；給水泵房設(shè)置獨立機械送排風系統(tǒng)，排風量為6次/h，補風量為排風量的80%；在中水泵房設(shè)置獨立機械送排風系統(tǒng)，排風量為12次/h，補風量為排風量的80%；在變電室設(shè)置獨立的送排風系統(tǒng)；在衛(wèi)生間設(shè)置直流式排風系統(tǒng)，將污濁空氣排向室外；無外窗的小庫房、儲藏間等預留排氣扇電源，供檢修或通風時使用。

項目所涉及的主要職業(yè)病危害因素為噪聲、高溫、廢氣。根據(jù)職業(yè)病危害程度分析，項目采取的職業(yè)病危害防護相關(guān)措施主要如下：選用低噪聲、低振動設(shè)備，對設(shè)備合理布局；采用隔聲性能良好的門窗結(jié)構(gòu)，對振動較大、噪聲較大的設(shè)備安裝減振裝置。排風系統(tǒng)由濕排風、熱排風組成，排風均不含有害物質(zhì)，清洗設(shè)備的排風為濕排風，支管采用PP管，水平干管應有≥0.005的坡度坡向工藝設(shè)備。生產(chǎn)車間設(shè)空調(diào)系統(tǒng)，夏季溫度設(shè)計值不超過26℃。設(shè)置輻射安全防護措施，對放射工作場所進行合理分區(qū)，配備個人防護用品，并在放射工作場所設(shè)置放射性職業(yè)病告知卡。

3 結(jié)語

本項目依照綠色理念進行設(shè)計，從場地規(guī)劃到建筑單體設(shè)計，考慮建筑體型、朝向、自然通風等與當?shù)貧夂蛳噙m應，并與建筑形式有機結(jié)合。合理選擇綠色建筑技術(shù)，在建筑優(yōu)化設(shè)計、非傳統(tǒng)水源利用、高效能源設(shè)備、能源管理系統(tǒng)、可再生能源利用等多方面充分考慮到了綠色建筑、節(jié)能環(huán)保的理念，關(guān)注于工業(yè)建筑的適宜性分析，運用可行的綠色建筑技術(shù)，為綠色工業(yè)建筑的設(shè)計及節(jié)能低碳起到示范作用。