简述工业建筑绿色节能设计

张丽梅　（大庆油田天宇工程设计有限责任公司）

简述工业建筑绿色节能设计

张丽梅（大庆油田天宇工程设计有限责任公司）

通过对实际建筑工程设计过程的分析，详细介绍建筑过程中可以进行建筑节能（外墙、门窗、屋面等与外环境接触部分的节能）和结构节材（高强材料和工厂化构件等）的措施，使工业建筑在油田建设项目的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节地、节能、节材）、减少污染、保护环境。

工业建筑；绿色节能；节材和材料资源利用；实例

引言

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中，明确提出了“绿色发展，建设资源节约型、环境友好型社会”的方针。在建筑节能方面，公共建筑和民用建筑节能强制实行已经十几年了，其设计和材料使用方面都相对成熟，节能审核也较工业建筑完善，而工业建筑节能的推进工作与民用建筑节能的推广还有一定的差距。当前,在以工业生产为主体的背景下,工业建筑领域必须引入绿色节能建筑理念,从设计入手，从源头做好工业节能工作，响应国家绿色与环保国策。

由于工业建筑节能设计标准至今尚未出台，在工业建筑节能设计过程中，主要借鉴GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》中的各城市气候分区、维护结构的导热系数等数据[1]作为工业建筑节能设计的技术支持，同时依据《绿色工业建筑评价标准》[2]作为整体衡量工业建筑的有力保障。

1　工业建筑结构节能

1.1总图优化布置

对于工业建筑节能设计，在满足生产工艺要求的前提下，最大限度地节能。对建筑的总平面布置需要考虑多方面的因素，如建筑物朝向、太阳辐射、通风、建筑物结构形式等。在寒冷的冬季，建筑物朝向选择能够得到足够的日光并且避开主导风向，最大程度利用自然能源来取暖；在炎热的夏季，应该利用自然通风并且防止太阳辐射，最大限度地减少增热并利用自然风降温冷却。在总图布置过程中，尽量采用本地区建筑的最佳朝向或者适宜朝向，尽量避开东西向日晒。

1.2建筑节能

就工业建筑长远的经济效应来看，通过建筑初期增加一部分节能投资，在投入生产后很快就可以收回成本。建筑物与外界环境接触面是节能设计主要考虑的方面，包括屋面、墙面、门窗、地面等；同时，还要考虑建筑的自然通风、自然采光等方面。工业建筑节能措施包括：

1.2.1建筑外围结构

建筑物中外墙与外界环境接触面大，对建筑的节能指标影响大，是节能要考虑的主要材料。过去外墙材料采用黏土砖，黏土砖的烧制耗用大量的耕地，根据国家节能减排的相关规定，黏土砖已经不允许使用。现在建筑多采用烧结多孔砖、混凝土多孔砖、混凝土砌块等节能型砖。新型的墙体材料有很多优点，但在冬季严寒的北方，混凝土多孔砖的保温性能与黏土砖相比差距很大，所以在工艺、防火等方面允许情况下，建筑外墙相应采用符合规范的外墙外保温结构。

1.2.2门窗

对有温、湿度要求的建筑外墙，其外门和外窗的气密性和开启方式对于围护结构的保温隔热具有重要的影响。设计时采用节能门窗，通过提高门窗的材料(玻璃、窗框材料)的光学性能、热工性能和密封性，改善门窗的构造（双层、多层玻璃，内外遮阳系统，控制各朝向的窗墙比，加保温窗帘）等措施，以提高门窗的保温性能。

1.2.3屋面

屋面保温层一般选用导热系数较小、密度较小的保温材料，以保证屋面质量、厚度，并且屋面保温层要选用吸水率较小的保温材料，以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果。工业建筑屋面保温层现阶段一般采用板块式保温材料，主要有聚苯板、加气混凝土板等。现阶段严寒地区屋面保温一般采用挤塑聚苯板，导热系数为0.041W/（m·K），密度较小，质量轻，吸收性小。这种材料具有施工速度快、保温效果好、避免了湿作业的优点，在工程中应用较广泛。在可能的情况下最好使用2层以上的板块叠合组成保温层，并处理好板块之间的接缝，避免热桥的现象发生。

1.2.4节能途径

对于条件许可的工业厂房，合理利用自然通风是有效的节能途径，建议采用自然采光，可以节省照明电力。

1.3节材和材料资源利用

工业建筑中，建议使用高性能混凝土、高强度钢材，能减少材料用量。工业建筑中建筑制品的工厂化将建筑整体按照不同功能分解为各个构建模块，按照标准化设计在工程里进行模块化生产，以空间换时间，提高建筑效率，以作业程序化保证构件的质量规范化。工业建筑中常采用的工厂化构件有预制排架柱、预制独立基础、预制屋面梁、预制屋面板等。利用这些在工程预制完成的构件，可以大大加快施工进度，保证工程质量，减少现场制作流程。

2　工程实例

根据油田建设的需要，大庆油田各单位的车辆多为特种车型，车辆长度、高度、宽度均为非标准尺寸，有的车辆长度接近12 m。大庆油田某公司固井设备修保厂润滑油站建设工程，就是为了保养和修理特种车辆。

本建筑处于严寒地区A区，虽然对节能没有强制要求，但考虑使用的适用度和长期经济效应，建筑设计工程中进行了节能设计。

2.1总图布置

建筑地点为大庆地区，处于松花江及嫩江冲积平原中部，地形呈北高南低的广阔波状平原，属于温带季风性气候，冬季主导风向为西北风，寒冷少雪，热量严重匮乏；夏季主导风向为东南风，夏季前期干热少雨，后期雨季集中；在选择建筑物朝向时，考虑大庆地区的实际情况，建筑物南北向布置，有利于冬季避开强劲西北风，保持室内温度；同时，建筑南北方向开启门窗，有利于夏季东南风吹入建筑内，保持室内自然通风，降低室内温度。总图布置如图1所示。

图1　总平面

2.2采暖状况

本建筑地处寒冷地区，冬季供暖耗热是主要的能量消耗。在建筑物的供暖耗热中，维护结构的传热耗热需考虑的主要因素；而建筑的体形系数与外围护结构有很大的关系，体形系数越大，向外传热的面积越大，本建筑体形系数在满足工艺要求后，控制在0.25以内。

2.3建筑外围护结构节能措施

2.3.1墙体材料

在选择外墙材料时考虑墙体节能，墙体采用MU20混凝土多孔砖，Mb7.5砌块混合砂浆砌筑；考虑到混凝土空心砖的导热系数λ=0.74 W/（m·K），外墙外侧增加1层有机保温层30 mm厚的聚苯板〔导热系数λ=0.033 W/（m·K）〕保温，以提高墙体的整体保温性能。

2.3.2屋面材料

借鉴《公共建筑节能设计标准》，严寒地区的屋面传热系数k应小于等于0.35 W/（m·K）；屋面结构为1.5 m×6.0 m预应力混凝土屋面板+屋面保温层150 mm厚的挤塑聚苯板，其中挤塑板导热系数λ=0.041 W/（m·K），且挤塑板具有强度较高、导热系数较小、防水性好等优点，用做屋面保温材料能够达到节能的要求。本建筑屋面块状保温层分两层铺设，分层铺设时上下两块板缝错开，保证屋面的保温性能，减少了热桥出现。

2.3.3节能门窗

北侧墙体窗墙比为0.23，南侧墙体窗墙比为0.4。借鉴《公共建筑节能设计标准》要求，严寒地区的门窗传热系数k应小于或等于2.5 W/（m·K），此次选用的单框双玻塑钢窗，塑钢窗的传热系数小，空气渗透量小，传热系数为2.5 W/（m·K）；外门采用保温大门，保温层采用保温性能好的岩棉保温层，节能门窗的选用提高了外围护结构的保温性。

2.4节材措施

2.4.1基础

采用C30预制钢筋混凝土杯口基础[3]。根据上部结构计算出混凝土基础的底面积、杯口高度、钢筋型号、混凝土型号等，根据计算的排架柱尺寸预留杯口的尺寸，基础所有系数确定完毕后，送预制厂进行生产预制。钢筋混凝土杯口基础见图2。

图2　杯口基础

2.4.2排架柱

采用C30预制钢筋柱，排架柱的确定通过荷载计算，组合出最不利荷载，通过对最不利荷载验算，计算出排架柱尺寸、长度、各截面配筋。因为此柱要在工厂进行预制，通过吊装预制至现场，所以设计时进行了排架柱的裂缝和运输、吊装阶段验算。钢筋混凝土排架柱见图3。

图3　排架柱

2.4.3屋面板

屋架采用18 m标准跨钢屋架，屋面板采用1.5 m×6.0 m预应力混凝土屋面板，通过计算屋面恒载和活荷载，选用国家标准图集。基础梁采用预制钢筋混凝土材料，均根据梁上荷载选自国家标准图集。

3　结论

本工程设计过程中考虑“绿色工厂”设计，从建筑、结构两方面入手，介绍了工业建筑在整个建筑过程中节能和节材措施。建筑方面从总图布置、体形系数、外围护节能等方面，减少能源消耗；结构方面建立了预制装配式结构体系的新型结构体系，大部分建筑构件实行工厂化作业，现场进行组合施工，减少耗材，提高建设效率。此工业建筑已建设完毕，通过生产运行实践，节能和节材是切实可行的，达到了“绿色工业建筑”要求。

[1]郎四维，林海燕，涂逢祥，等.公共建筑节能设计标准：GB 50189—2005[S].北京：中国建筑工业出版社，2005:5-9.

[2]吴元炜，刘筑雄，张家平，等.绿色工业建筑评价标准：GB/T 50878—2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2014:10-11.

[3]滕延京，黄熙龄，王曙光，等.建筑地基基础设计规范：GB 50007—2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2012:65-67.

（编辑李珊梅）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.06.019

张丽梅，工程师，2004年毕业于大庆石油学院（土木工程专业），从事建筑结构设计与应用工作，E-mail: qingkongwanli1999@163.com，地址：黑龙江省大庆市让胡路区方晓工业园区天宇设计院方兴街1号，163161。

2016-04-28