工业建筑节能设计要点分析

林玉聪

（中国市政工程东北设计研究总院有限公司，长春 130000）

1 工业建筑节能设计现状

当前，工业建筑的节能设计并无标准和规范，大多依赖工业建筑设计师的主观认知与项目经验，工业建筑节能设计存在如下问题。

1）工业建筑节能设计更侧重于施工阶段的节能材料与施工工艺的设计与实施，而忽视了工业建筑投产运营阶段的长期性能耗问题。

2）以大规模工业厂房为研究对象，对其开展节能设计最早起源于西方发达国家，受到现代统计学理念的影响，西方国家对工业建筑的节能设计多建立在大量的建筑能耗实测、量化、统计、分析基础上，并结合具体的节能指标对工业建筑的水、电、暖通等环节加以优化设计。节能设计方案高度契合了工业建筑个体的建筑外环境、建筑体形、建筑空间以及生产工艺实施要求。而当前我国对工业建筑实施与运营阶段的个性化能耗数据量化与统计精度不高，节能方案设计缺少翔实、精准的数据支撑。

3）近年来，绿色设计理念在建筑领域的渗透使得民用建筑的节能环保性能显著提升。一般情况下通常利用节能环保材料对民用建筑的内外墙进行堆砌填充，以提高民用建筑围护结构的隔热性能；或是采用能耗更低、性能更优的暖通设备设施，以降低民用建筑在实际运营过程中的热工消耗。而对于以工业化大规模生产为建筑功能的厂房，在有限建设成本的约束下，节能环保材料的运用普遍较少。

2 工业建筑节能设计理念

工业建筑的节能设计旨在利用建筑空间、体形、功能布局的合理科学设计优化工业厂房的节能环保方案，最大限度地降低工业厂房的能耗。但与结构规整、分布集中、功能单一的民用建筑不同，工业建筑结构复杂、各分区性质与功能各异，因而对建筑节能减排、降低能耗的需求也有所差异。如在工业建筑中，某些常规性生产车间仅需提高建筑围护结构的隔热性能，降低建筑的热工消耗；而对于某些化工类生产作业场所则需要设计专业的污水、废气净化系统，减少化工生产废弃物排放造成的环境污染。鉴于工业建筑结构复杂、功能多样，工业建筑的节能设计方案应充分考虑各功能分区节能降耗的个性化特质，在合理布局、科学分区的基础上，抓好建筑供暖、排风、污染物净化等建筑节能要点，切实满足工业建筑的工业生产与节能减排要求[1]。

2.1 工业建筑选址

工业建筑的选址与建筑节能成效息息相关，例如，对于需要大量服务器集成运行的云计算部署环境或数据中心，考虑到服务器运行会产生过高的温度，可将其选址在低温、恒温地区，以降低空调制冷与恒温调控带来的能耗。微软公司就将企业数据中心的服务器云环境搭建在海底，利用海底的低温洋流对数据中心的环境温度进行冷却与调控，极大地减少了数据中心运行的制冷能耗。因此，在工业建筑选址时，需要充分考虑工业生产工艺对场所或环境的特殊性需求，结合当地的地形地貌、气候水文等自然环境条件综合选址，以更好地匹配工业建筑的环境需求、建筑技术。

2.2 整体节能布置

工业建筑的节能设计需从全局整体视角加以谋划，在综合考虑工业建筑不同功能分区的节能降耗需求以及工业建筑本身体形与空间结构的基础上，对工业建筑的空间布局、空间朝向等加以设计，例如，加剧建筑内外环境的自然气流交互，以降低工业建筑内的温度；或减少工业建筑与外空气接触的结构体积，以减小工业建筑的体形系数，降低工业建筑夏季制冷与冬季供暖保温的能耗[2]；或设计特殊的工业建筑空间布局，对于有恒湿生产作业要求的工业场所设计高层、南向空间，充分利用太阳辐射的热量，避免前方高层建筑对日光的遮挡与阻隔，提高恒温设备运行的效率。

2.3 节能材料与节能设备

节能材料与节能设备是工业建筑节能设计方案落地与实施的重要工具。在工业建筑节能设计中，应将适宜的节能材料和设备与科学合理的建筑技术和空间布局巧妙地组合起来，满足工业生产与工业实施的节能要求。例如，可在工业建筑墙体中铺设堆砌保温材料，为工业建筑安装阻热型门窗，提高工业建筑的恒温性能，从源头上控制室内恒温恒湿的能耗。在铺设节能材料或采购节能设备时，节能设计师需精确计算工业建筑不同分区的室内面积，采集与测量室内温度湿度在不同时期的演变数据，利用数据模型模拟一定空间面积下节能材料与设备的可行性，从而科学设计和选择适宜的节能材料与相应规格的节能设备。

3 工业建筑节能设计要点

3.1 通风节能设计

工业建筑良好的通风设计可提高工业厂房内空气的流通性，保障工业生产工艺作业时机械设施的稳定运行，提高工作人员的作业舒适度。在对工业建筑的通风节能进行设计时，应充分利用自然通风的优势，在符合当地自然风力与风向的标准下设计通风口的位置、朝向与大小，以良好的进气与排气交换达到更强通风换气的目的。此外，建筑通风节能设计也应充分借助通风辅助设备，结合当地小气候特征、气流走向与气团分布，以及工业建筑周边建筑层高与空间分布等布设通风设备，使得通风设备的风道走向与工业厂房局部区域的风向一致，减小因风向相逆给通风设备带来的负载压力，降低通风辅助设备的运行能耗。

3.2 采光节能设计

工业建筑通常规模较大、人员密集，高精密的生产作业与设备操作对室内采光要求严格，因此，在对工业建筑进行采光节能设计时，应充分利用自然光辅助，与室内照明设施相结合，减少室内照明的电力消耗。例如，考虑到工业建筑的顶部通常较平坦且规整，可在顶部安装反射光板，引入自然光提高室内采光度；也可在工业建筑结构设计时引入过堂结构，从而更高效率地将自然光引入室内，增加厂区的采光率。同时，也可在工业建筑的室内使用节能型照明系统，或利用工业建筑顶部铺设太阳能光伏板发电，为厂区室内照明提供清洁型能源[3]。

3.3 保温节能设计

建筑保温节能设计是工业建筑节能设计的重要内容，尤其是对于我国北方区域的工业建筑，在进入秋冬季节后建筑在供暖保温方面的能耗急剧增加。当前民用类建筑多采用岩棉板、聚苯乙烯泡沫塑料等节能材料作为建筑墙体与屋顶的堆砌材料，利用材料的保温性能减少建筑的热工消耗。在工业建筑保温节能设计时，考虑到节能材料的成本与工业建筑的施工造价，通常在工业建筑外墙采用中空型混凝土砖融合隔热性能较好的聚苯乙烯泡沫，可以有效阻隔建筑外的冷空气进入；在工业建筑内墙采用烧结煤矸石多孔砖融合隔热材料，可以有效阻隔室内暖空气溢出，降低工业建筑室内供暖的能耗。屋面的保温材料可采用常见的中空水泥板、泡沫玻璃板等，以泡沫玻璃板为例，利用其绝热特性实现工业建筑的保冷、保温，提高工业建筑整体保温性能。当前，各类保温材料已成为建筑节能保温设计的首要选择，工业建筑可利用各种保温材料附着在建筑外墙、内墙、屋面上，可有效阻隔室内暖空气流失与室外冷空气侵袭；通过保温层与墙体、屋面形成多层空气层，可有效降低墙体与屋面的热传导效应。

3.4 其他节能设计

工业建筑的节能设计涉及建筑前期选址、整体规划布局、功能分区设计、节能材料与节能设备的使用等。在工业建筑选址规划时，节能设计人员通常需要反复踏勘现场，详细测量现场的自然环境演变数据，并融合选址现场的自然地理特征，对工业建筑的空间布局与空间结构进行节能化设计。在对工业建筑的通风、采光、保温等环节进行节能设计后，需通过现场勘察与实测分析工业建筑中的各类能量损耗情况，例如，在工业建筑设计模拟实测后，发现厂房的门窗是影响工业建筑保温性能的关键，出于通行与室内采光的需要，工业厂房通常会布设众多门窗，但门窗四周部位的密封性不高会导致室内保温性能降低，因此，工业建筑节能设计时，应综合考虑采光与保温要求，尽可能减少门窗数量，或采用具有良好密封性的门窗，以减少室内热量外泄，降低热工消耗。

4 工业建筑节能改造要点

4.1 建筑信息与耗能数据统计

建筑信息与耗能数据统计分析可为工业建筑节能设计与改造提供量化数据支撑，也可为工业建筑节能设计确定能耗较高的环节，准确定位节能优化内容。以工业建筑墙体保温节能研究为例，可采用数值模拟、实验室测试、定期采样实测等方法研究外墙系统某构造层的温度、湿度变化及影响因素。当前，国内建筑领域对建筑材料水蒸气渗透系数的认知和重视程度不够，缺少对高保温、低能耗墙体湿热参数长期实测、跟踪，无法确定建成的低能耗外墙是否能够有效地实现室内防水隔气和室外防水透气的功能。在对工业建筑墙体的保温性能进行定量研究时，可在工业建筑墙体的东、南、西和北4个方向的外墙内预埋温湿度传感器，同时在被测试墙体的室内、外侧分别安装温湿度传感器，实测被测试墙体室内外侧空气和墙体内部空腔内湿空气的温度t和相对湿度φ，长期实测外墙内部的不同位置的温度和湿度数据，分析墙体内部温度、湿度变化规律和墙体构造的合理性，为工业建筑保温节能相关领域研究提供数据支持[4]。

4.2 节能材料的推广应用

工业建筑的节能设计有赖于节能材料的科学合理应用。在选择节能材料时，节能设计人员应当充分考虑工业建筑所在区域的气候条件、地形地貌、周边建筑等，实测出该区域的日照、温度、湿度、风速、风向，基于以上因素选择适宜的节能材料。此外，工业建筑节能设计也应当注重新型节能技术的引入与运用，例如，工业建筑中采用LOW-E玻璃这一节能材料替代普通玻璃；在工业建筑的通风设备中添加SCR催化剂，及时有效地处理工业厂房作业环境内的有毒气体，可减少有毒气体处理流程与处理能耗，降低有毒气体的排放量，进一步落实工业建筑的节能降耗。

5 结语

节能设计是现阶段实现工业领域可持续发展的重点。随着工业产业的规模化发展，大量企业在逐步推进建筑节能理念的应用，同时对现有老旧的工业建筑进行大规模的节能改造。因此，技术人员应积极关注节能建筑的设计选址、节能技术材料的应用，最大限度地发挥节能设计方案的能耗控制效果。