淺談工業(yè)建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)

楊 坤 宮春洋 李 放 中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司

1 前言

工業(yè)建筑在國(guó)家建設(shè)中占有很重要的地位，為提高工業(yè)建筑的社會(huì)效益和節(jié)能環(huán)保性，應(yīng)根據(jù)節(jié)能環(huán)保理念來(lái)開展節(jié)能設(shè)計(jì)工作，從而解決建筑行業(yè)高污染、高能耗的問(wèn)題。同時(shí)，還需要應(yīng)用科學(xué)的設(shè)計(jì)方式、先進(jìn)的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，增強(qiáng)工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)效果。

2 工業(yè)建筑節(jié)能的重要性

過(guò)去，由于思想理念與技術(shù)水平等方面的影響，工業(yè)建筑節(jié)能性不被重視，工業(yè)建筑設(shè)計(jì)時(shí)不考慮任何節(jié)能措施，工程建設(shè)時(shí)應(yīng)用大量的施工材料與能源設(shè)施，這對(duì)施工單位及工程自身的經(jīng)濟(jì)收益等有著極大的影響，還會(huì)造成自然資源枯竭、緊缺隱患出現(xiàn)，導(dǎo)致能源的嚴(yán)重浪費(fèi)，影響社會(huì)整體的健康發(fā)展。隨著GB 51245—2017《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》于2018 年1 月1 日的正式實(shí)施，工業(yè)建筑設(shè)計(jì)出現(xiàn)了重要轉(zhuǎn)折節(jié)點(diǎn)，工業(yè)建筑施工圖需要做節(jié)能計(jì)算書，工業(yè)建筑不再單純追求工藝布置合理，立面造型新穎等內(nèi)容，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需考慮節(jié)能方面因素，加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保理念的落實(shí)，并加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)在施工過(guò)程中的應(yīng)用，提高資源利用率，降低能源損耗出現(xiàn)的概率，合理利用能源，優(yōu)化工程施工環(huán)境，以生態(tài)環(huán)保理念為基礎(chǔ)，保障建筑行業(yè)及社會(huì)整體的健康發(fā)展。此外，在實(shí)際施工時(shí)，借助光能、風(fēng)能、地?zé)崮艿惹鍧嵭湍茉吹膽?yīng)用，強(qiáng)化提高現(xiàn)代工業(yè)建筑工程節(jié)能水平。

3 工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的原則

3.1 堅(jiān)持因地制宜

在開展工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)過(guò)程中，要貫徹因地制宜的設(shè)計(jì)原則，依據(jù)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)場(chǎng)所的實(shí)際地理?xiàng)l件，制定適宜的節(jié)能設(shè)計(jì)方案，最大限度地降低建筑成本。在設(shè)計(jì)工作開展前，首先認(rèn)真勘查地理位置，了解當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及地質(zhì)狀況，以保證節(jié)能設(shè)計(jì)能夠切實(shí)開展落實(shí)，發(fā)揮最大功效。此外，也要考慮工業(yè)建筑的建設(shè)位置，盡量選擇具有良好地理環(huán)境條件的區(qū)域，氣候適宜的環(huán)境。

3.2 建筑造型與內(nèi)部功能相結(jié)合

工業(yè)建筑不僅僅是滿足工藝設(shè)備運(yùn)行等要求，還要符合建筑所在地的環(huán)境條件，要結(jié)合外部環(huán)境開展工業(yè)建筑設(shè)計(jì)布局。在開展工業(yè)建筑設(shè)計(jì)時(shí)，建筑物的外立面設(shè)計(jì)也需要秉承科學(xué)合理的設(shè)計(jì)原則，工業(yè)建筑設(shè)計(jì)不僅要盡可能地節(jié)能環(huán)保，還要綜合考慮整體的美感。另外，在開展工業(yè)建筑物內(nèi)部設(shè)計(jì)過(guò)程中，保證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，利用清潔能源，優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)。

3.3 選用合適的節(jié)能材料和設(shè)備

節(jié)能材料和設(shè)備的質(zhì)量決定了工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的運(yùn)用效果，對(duì)整體建筑質(zhì)量起著關(guān)鍵性作用。通常情況下，在選擇節(jié)能材料和設(shè)備時(shí)，要考慮材料是否具備高效性、節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)因素。在確保材料和設(shè)備質(zhì)量的前提下，盡可能降低成本開支，這才是符合工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的本質(zhì)要求?？傊?，在選擇節(jié)能材料時(shí)，各個(gè)環(huán)節(jié)涉及的工程造價(jià)必須科學(xué)、合理，從而滿足環(huán)保節(jié)能的需求。

4 工業(yè)建筑設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

由于工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范在2018 年開始執(zhí)行，與其他民用建筑設(shè)計(jì)相比，節(jié)能設(shè)計(jì)要求出現(xiàn)的時(shí)間較短，該方面知識(shí)不能被熟練應(yīng)用。與非節(jié)能環(huán)保技術(shù)相比，使用節(jié)能環(huán)保技術(shù)的材料更加昂貴，建造過(guò)程中考慮的因素更多，對(duì)工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的發(fā)展有一定阻礙。在實(shí)際開展節(jié)能設(shè)計(jì)的過(guò)程中，諸多因素制約了節(jié)能設(shè)計(jì)的運(yùn)用開展，包括工作人員的專業(yè)技能、新能源的使用技術(shù)、投入成本等，這些因素在設(shè)計(jì)中都起著至關(guān)重要的作用。

工業(yè)建筑能耗高、節(jié)能方式滯后是當(dāng)前節(jié)能設(shè)計(jì)運(yùn)用過(guò)程中存在的兩大主要問(wèn)題。工業(yè)建筑能耗高問(wèn)題有違節(jié)能環(huán)保的理念，在工業(yè)建筑過(guò)程中，大量的能源被耗費(fèi)，給環(huán)境帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)。隨著人們環(huán)保意識(shí)的日漸提升，大家對(duì)工業(yè)建筑的安全要求也逐漸提高。因?yàn)槲覈?guó)對(duì)節(jié)能環(huán)保理念提倡得較晚，致使工業(yè)建筑節(jié)能方式相較于其他國(guó)家存在一定差距。近年來(lái)，雖然大量的供暖能源由煤炭轉(zhuǎn)換為天然氣，大氣污染有所緩解，但能耗依舊很高，只有真正提高能源的有效利用率，才能推動(dòng)工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的使用及發(fā)展。

5 提高工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的措施

5.1 總平面布局

工業(yè)廠區(qū)中建筑分布對(duì)建筑節(jié)能起到很大的作用，總平面布局應(yīng)堅(jiān)持貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，科學(xué)有效的布置各功能分區(qū)，局部緊湊、節(jié)約用地，力求整體結(jié)構(gòu)清晰完整，通過(guò)空間組織及環(huán)境綠化，創(chuàng)造舒適良好的生態(tài)資源環(huán)境。綜合利用現(xiàn)狀環(huán)境條件，冬季可利用太陽(yáng)輻射增加室內(nèi)溫度，夏季可利用自然通風(fēng)降低室內(nèi)溫度，合理利用日照角度和當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向，通過(guò)降低供暖、照明、空調(diào)等設(shè)備的使用率達(dá)到減少能源消耗的效果。

5.2 屋頂環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)

屋頂既是工業(yè)建筑物的重要組成部分，也是工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分。屋頂環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)的要求是：保證屋頂?shù)谋馗魺嵝院头浪阅?。由于工業(yè)建筑的大跨度結(jié)構(gòu)和功能使用要求，使得工業(yè)建筑占地面積較大，屋頂面積也隨之較大，由于大面積的屋頂對(duì)建筑能耗有很大影響，所以屋頂?shù)臒峁ば阅苡葹橹陵P(guān)重要。工業(yè)建筑的屋面大多采用彩鋼板等輕質(zhì)坡屋面，屋面應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)低且密度低的保溫材料，在減少屋面本身荷載對(duì)主體建筑影響的同時(shí)，降低屋面的傳熱系數(shù)。

在工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)過(guò)程中，大面積的屋頂可以合理利用，從現(xiàn)狀來(lái)看，綠化式屋頂和太陽(yáng)能集熱式屋頂均可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。綠化式屋頂是指通過(guò)開展屋頂綠化的方式打造節(jié)能環(huán)保型屋頂，建設(shè)綠化式屋頂，不僅可以降低屋頂?shù)妮椛錈幔€可以改善城市環(huán)境，提高環(huán)境保護(hù)水平。太陽(yáng)能集熱式屋頂是指科學(xué)合理地利用太陽(yáng)能，有效收集熱量，將熱量轉(zhuǎn)化為熱能，滿足人們對(duì)熱能的需求；還可以將熱能轉(zhuǎn)化為電能，以滿足人們的用電需求。由于工藝設(shè)備的大空間要求，屋面較多采用鋼屋架或鋼網(wǎng)架，其坡度剛好能夠被利用，設(shè)計(jì)中可在朝南一側(cè)的坡屋頂上面直接鋪設(shè)主動(dòng)式太陽(yáng)能集熱器，以更好地吸收熱量。工業(yè)建筑屋頂?shù)牟晒獯耙部稍O(shè)置為光伏玻璃，這樣既不破壞原有屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，又能夠充分利用太陽(yáng)能。建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中可以根據(jù)實(shí)際需求采用合理的屋頂環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)方案，從而達(dá)到節(jié)能要求。

5.3 工業(yè)建筑材料的節(jié)能設(shè)計(jì)

5.3.1 圍護(hù)材料

隨著城市化進(jìn)程的加快，工業(yè)建筑工程的數(shù)量不斷增加。在工業(yè)建筑施工的過(guò)程中，人們會(huì)使用大量的圍護(hù)材料，而圍護(hù)材料需要消耗大量的能源，圍護(hù)材料的性能對(duì)建筑節(jié)能起到很大作用，通過(guò)節(jié)能環(huán)保型材料的選用，在節(jié)約能源的同時(shí)，增加建筑物的保溫隔熱性能，減少室內(nèi)外的熱傳遞，保證室內(nèi)環(huán)境良好。

5.3.2 裝飾材料

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，人們對(duì)工業(yè)建筑工程提出了更高的要求。為滿足人們的要求，廠家生產(chǎn)出了多種類型的裝飾材料。不同類型的裝飾材料價(jià)格不盡相同，能耗量也存在差異，為降低裝飾成本，一些施工方經(jīng)常選擇價(jià)格低廉的裝飾材料。但價(jià)格低廉的裝飾材料往往環(huán)保性能低、節(jié)能性差，為減少能源消耗，應(yīng)合理選用低污染、低能耗、高性價(jià)比的裝飾材料，從而保證工業(yè)建筑裝飾設(shè)計(jì)的環(huán)保節(jié)能性。

5.3.3 設(shè)備材料

工業(yè)建筑施工需要應(yīng)用大量的施工材料，其中工藝設(shè)備使用的材料占很大比例。工藝設(shè)備材料的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)水平同樣關(guān)系著工業(yè)建筑的節(jié)能環(huán)保性能，因此，設(shè)備材料的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)工作日益受到重視。例如供熱項(xiàng)目中的鍋爐設(shè)備，為了節(jié)約能源，主要采用高效節(jié)能型風(fēng)機(jī)、水泵及電機(jī)，提高能源有效利用率；為便于鍋爐燃燒調(diào)節(jié)，提高鍋爐燃燒效率，鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵均采用變頻調(diào)速控制；為提高設(shè)備性能，選用保溫效果穩(wěn)定的保溫材料，減少管道及設(shè)備的散熱損失。

5.4 墻體的節(jié)能設(shè)計(jì)

在開展工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)外墻節(jié)能設(shè)計(jì)，增強(qiáng)外墻的保溫性能，滿足人們對(duì)室溫的要求，提高室內(nèi)環(huán)境舒適度。為提高外墻環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)水平，應(yīng)關(guān)注先進(jìn)的外墻保溫技術(shù)，將先進(jìn)的外墻保溫技術(shù)融入設(shè)計(jì)方案中，以達(dá)到提高外墻保溫設(shè)計(jì)水平的目的。例如，當(dāng)建筑外墻采用砌塊砌筑時(shí)，可在墻體表面覆蓋導(dǎo)熱系數(shù)小保溫隔熱的材料，這樣不僅能夠起到良好的保溫效果，也可以減小外墻厚度。除了開展外墻環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)工作之外，還需要開展內(nèi)墻環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)化內(nèi)墻布局（如科學(xué)設(shè)計(jì)通風(fēng)與采光位置等），以達(dá)到合理調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、濕度的效果。工業(yè)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)積極探究?jī)?nèi)外墻節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法等，科學(xué)指導(dǎo)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作，最大化地提高設(shè)計(jì)水平。

5.5 門窗的節(jié)能設(shè)計(jì)

門窗是工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分，門窗在建筑物中起到傳遞熱能的作用。門是經(jīng)常開關(guān)的部位，除在門上采用保溫材料以外，嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)可考慮設(shè)置門斗，以減少冷風(fēng)對(duì)室內(nèi)的影響。窗戶是影響建筑耗能的重要因素，冬季室內(nèi)溫度低，窗戶可以直接傳遞太陽(yáng)的熱量，提高室內(nèi)溫度；夏季室內(nèi)溫度高，打開窗戶利用自然通風(fēng)降低室內(nèi)溫度。因此，為了提高室內(nèi)的舒適性，可從以下幾個(gè)方面開展節(jié)能設(shè)計(jì)工作：①合理計(jì)算外窗面積，在滿足通風(fēng)采光的條件下，盡量減少窗墻比，并保證窗墻比滿足規(guī)范要求；②從外窗的開啟方式、開啟角度進(jìn)行分析研究，保證建筑的自然通風(fēng)面積；③應(yīng)用中空玻璃提高玻璃的隔熱性，避免室內(nèi)溫度過(guò)高，選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的斷橋隔熱型鋁合金窗框制作窗戶；④采取遮擋陽(yáng)光的措施，減少太陽(yáng)輻射，在窗戶的內(nèi)外側(cè)均設(shè)置窗簾，比如在窗戶外側(cè)設(shè)置百葉窗簾、自動(dòng)卷簾等，起到遮擋陽(yáng)光的作用；⑤選擇氣密性能好的窗戶，并在窗框與洞口之間的縫隙處采用高效保溫材料填實(shí)。

5.6 合理使用水資源和冷暖資源

在人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫降闹T多資源里，水資源是十分關(guān)鍵的一項(xiàng)資源。因此，在進(jìn)行工業(yè)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)針對(duì)水資源進(jìn)行科學(xué)合理的節(jié)能設(shè)計(jì)，盡可能減少水資源的浪費(fèi)。在開展節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，將污水回收系統(tǒng)融入工業(yè)建筑設(shè)計(jì)里，將生活污水、廢水統(tǒng)一收集起來(lái)，采取污水凈化措施，實(shí)現(xiàn)污水廢水再利用。還可以考慮增加人工濕地的設(shè)計(jì)，將生活污水排放到人工濕地，不僅解決了污水處理問(wèn)題，也為城市增加了一片綠植，保護(hù)了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。在充分利用水資源的同時(shí)，還要綜合考慮冷暖資源的科學(xué)合理使用。由于現(xiàn)在居民大多采取冷暖空調(diào)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，通常是白天晚上都在使用空調(diào)，這在一定程度上造成了電能資源的耗費(fèi)。所以在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，可將建筑智能化使用引入到設(shè)計(jì)方案中，實(shí)現(xiàn)智能化控制建筑內(nèi)部問(wèn)題，保持室溫穩(wěn)定在適宜溫度狀態(tài)。

5.7 合理使用再生資源和新能源

節(jié)能設(shè)計(jì)的核心是科學(xué)合理地運(yùn)用新能源和可再生資源，實(shí)現(xiàn)建筑物節(jié)能環(huán)保的效果。因此，應(yīng)結(jié)合建筑物所在地的自然環(huán)境情況，將可以使用的資源充分運(yùn)用到工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中去，不僅需要將普遍使用的太陽(yáng)能、風(fēng)能等充分利用起來(lái)，還要考慮其他的節(jié)能資源，如潮汐能、地?zé)岬取?/p>

新能源是工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的構(gòu)成內(nèi)容，太陽(yáng)能和風(fēng)能當(dāng)前普遍應(yīng)用于建筑中，一些新能源也已經(jīng)用于建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，如地源熱泵、空氣源熱泵等。作為綠色環(huán)保的新型能源，一方面可以降低建筑內(nèi)部的污染程度，有利于維護(hù)居民的身體健康；另一方面新能源的投入使用，一定程度上緩解了可再生資源的供應(yīng)緊張狀況，從而推動(dòng)了節(jié)能設(shè)計(jì)在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中的使用開展，也進(jìn)一步提高了人們的環(huán)保節(jié)能意識(shí)。通過(guò)在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中引入可再生資源和新能源，也為居民創(chuàng)造了節(jié)能環(huán)保的舒適居住環(huán)境。

5.8 減少建筑內(nèi)部設(shè)備能耗

當(dāng)前時(shí)期，為了加強(qiáng)工業(yè)建筑節(jié)能措施的應(yīng)用，相關(guān)單位首先需要充分了解建筑內(nèi)部設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的能耗量，并對(duì)部分能耗過(guò)大或使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的老舊設(shè)備進(jìn)行更換，同時(shí)，由于設(shè)備操作不當(dāng)同樣會(huì)引起能源消耗過(guò)大現(xiàn)象。因此，當(dāng)建筑施工及后期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相關(guān)單位需要安排專業(yè)人員對(duì)設(shè)備操作過(guò)程實(shí)施監(jiān)督管控，確保設(shè)備操作過(guò)程嚴(yán)格按照操作規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，避免能源浪費(fèi)等現(xiàn)象出現(xiàn)，促進(jìn)建筑整體節(jié)能化水平的提高。

5.9 施工環(huán)節(jié)技術(shù)要點(diǎn)

工業(yè)建筑在施工過(guò)程中需要大量的能量，如果操作不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生額外的能源損耗，要在節(jié)能設(shè)計(jì)的過(guò)程中，能夠充分考慮各種影響因素綜合得出相應(yīng)的結(jié)果，并且在施工過(guò)程中，對(duì)施工人員的工藝技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn)，以便于能夠達(dá)到相應(yīng)的施工標(biāo)準(zhǔn)要求。在運(yùn)輸原材料時(shí)，也可以優(yōu)化路線，減少途中所造成的環(huán)境污染和能源損耗。工業(yè)建筑工程在施工過(guò)程中，可以在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行原材料的采集運(yùn)輸和使用，這樣也能夠推動(dòng)當(dāng)?shù)氐钠渌a(chǎn)業(yè)一起協(xié)同進(jìn)步發(fā)展，工業(yè)建筑工程能夠在短時(shí)間內(nèi)得到相應(yīng)的補(bǔ)給，為工程提供相應(yīng)的材料支援。并且就地取材的方式也能夠減少運(yùn)輸途中所產(chǎn)生的汽車尾氣污染和損耗，對(duì)工程整體而言變得更為綠色環(huán)保，在一定程度上也能夠擴(kuò)大企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，減少施工過(guò)程中所產(chǎn)生的各類成本問(wèn)題。

6 結(jié)束語(yǔ)

為提高工業(yè)建筑工程的社會(huì)效益和節(jié)能環(huán)保性，應(yīng)根據(jù)節(jié)能理念開展工業(yè)建筑設(shè)計(jì)工作，從而解決工業(yè)建筑行業(yè)高污染、高能耗的問(wèn)題。同時(shí)，還需要應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)能環(huán)保技術(shù)、科學(xué)的設(shè)計(jì)方式增強(qiáng)工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)效果。