工业建筑节能设计论文

工业建筑节能设计论文中国航空工业规划设计研究院徐士乔中国和世界能源日益匮乏，建筑能耗却日渐攀升。党、政府乃至国民越来越重视建筑节能，做出极大努力。国家和地方政府陆续发布一系列建筑节能之规定，编制了《居住建筑节能设计标准》、《公共建筑节能设计标准》等技术性文件，为民用建筑节能提供有力的技术支撑。与之对比的是，工业建筑节能设计研究起步不算晚，八十年代中国就建立重点工业和交通运输业能源统计报表制度，国家统计局还定期进行有关能源消费的调查，但广泛研究相对滞后。至今为止，仅有个别行业编制了节能标准，这些节能标准偏重定性要求，可操作性不强，更无工业建筑节能的国家标准。为此，有必要对工业建筑的节能展开广泛的研究和讨论，各抒己见、畅所欲言，在形成共识的基础上，尽快编制工业建筑节能的国家标准。希望本文能起抛砖引玉作用。1工业建筑的特点决定了工业建筑节能设计的特征与居住建筑与公共建筑相比，工业建筑具有以下特点，它们决定了工业建筑节能设计的特征。1)工业建筑是以生产或贮存商品（产品）为主的建筑物。我国目前已由计划经济转型为市场经济，并且参加世界经济一体化活动，竞争激烈，生产必须顺应市场需求。只有抓住商机及早投产，才有竞争力；更何况生产和商品（产品）更新换代快，机遇一转即逝。这就在客观上决定了工业建筑使用周期短、建设周期短。按生产或产品使用周期确定工业建筑的设计寿命是不合理的，要使工业建筑设计使用年限得到充分利用，就必须按可持续使用与发展的理念进行设计，如采用大柱网灵活空间以适应工艺流程、产品的改造、改变；设计使用年限短的建筑物，应采用可回收能再生利用的材料建造。2)工业建筑的室内空间规模、室内环境质量取决于合格商品（产品）的生产和贮存，并兼顾工作人员高效率工作所要求的室内环境质量的要求。这就导致工业建筑类型多，既有劳动密集型的服装加工、电子装配等生产厂房，也有以机械化生产线为主的汽车加工、饮料罐装等人流少、大空间的工业建筑；既有对室内温湿度基本无要求的常规的机加、装配等普通工业厂房，也有对室内温湿度有较严格要求的精密数控加工厂房；既有敞开生产空间的维修机库等高大空间的厂房，也有要求恒温恒湿且洁净度高的封闭的血液制品厂房；既有需要室内采暖、空调且环境质量高的理化试验厂房，也有生产过程中发生余热或废异物的铸造、锻造、热处理、电镀等可能会污染环境的工业厂房等等。不同使用功能的厂房、仓库，其室内规模、室内环境质量要求差异悬殊，这为工业建筑节能带来了复杂性。另一方面，不同室内空间规模、不同室内环境质量要求的用房，往往会根据生产工艺的要求，组织在一栋建筑物中。这就决定了工业建筑节能设计不是1栋建筑取1个统一设计参数，而需按工艺要求，对1栋建筑中的不同房间或不同部位的设计参数取值不同。换句话说，工业建筑的节能设计，不仅要考虑外围护结构的节能措施，还要考虑采暖或空调房间（或建筑部位）内围护结构的节能措施。对于夏热冬冷地区、夏热冬暖地区的高大空间的工业建筑，处理好自然通风比提高外墙的隔热性能更重要。对于单层工业建筑完全有可能充分利用可再生能源，以减少白天的人工照明、机械通风等……。由于工业建筑生产过程产生的污染物将影响环境，必须处理。因此，工业建筑的节能设计必须与职业卫生、“减排”、环境保护等一体考虑，才能取得较好的整体效果。3)工业生产涉及用电、用水（给水、消防水、热水、蒸馏水……）、排水（污水、废水、雨水……）、用油（汽油、煤油、航空煤油……）、用气（燃气、氧气、压缩空气、蒸汽……）、运输；使用资源、能源不仅种类多，而且数量比居住建筑或公共建筑多。这决定工业建筑节能设计必须全方位考虑，首先要减少生产过程中物流的能耗，做好生产过程中的资源、能源的节约，其次是建筑、结构、给排水、暖通、电气、动力等各专业要采取与节能总体目标相适应的本专业的节能措施（而不是追求孤立的本专业的最优），从而达到最佳的整体节能效果。4)历史上优秀的工业建筑的保护和再利用提上日程，这是每一个国家或民族用实物阐述本国发展史、保护历史遗产的需要。今天的优秀工业建筑有可能成为未来的工业建筑遗产，而工业建筑大空间的特点，也使其未来改造、利用具有可操作性。优秀的既有建筑需要保护改造，就有符合现行建筑节能标准的问题，换句话说，工业建筑节能标准，必须含有既有工业建筑的建筑节能改造内容的阐述。2工业建筑节能标准的确定工业建筑节能标准怎么定？可以从分析现有节能标准入手。2.1国内现行节能标准民用建筑：国家政府部门或地方将之分为居住建筑和公共建筑两大类，并按不同的建筑气候分区，制定了相应的建筑节能标准。建设部和各地编制的现行《居住建筑节能设计标准》都是按建筑气候划分的，只有北京市还将之细分为3层及以下建筑（具备别墅特征）和4层及以上建筑两类；它们都只对可再生能源利用提出定性要求，对外围护结构（包括屋面、外墙及其上的外门窗等）的传热系数等提出定量要求，对采暖设备的效率、建筑照明的功率密度等提出定量要求。这些节能标准的要求是针对居住建筑使用人员少、空间规模小，连续使用采暖系统这些特征而制定的。现行国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005同样是按建筑气候区划分的，对可再生能源的利用提出定性要求，对外围护结构（包括屋面、外墙及其上的外门窗等）的传热系数、遮阳系数等提出定量要求，对采暖、空调系统及设备的节能以及建筑照明的功率密度等提出定量要求。这些要求对应的是公共建筑类型多、使用人流复杂且相对密集，在满足使用人舒适性室内环境质量前提下，提出的适应我国目前经济状况的节能标准。北京市编制的现行《公共建筑节能设计标准》DBJ01-621-2005，则在满足国家标准的大前提下，进一步将密集人员、夏季使用集中空调为主要考虑因素的建筑，与常规人流、冬季采暖为主要考虑因素的建筑区别开，从而划分为甲类公共建筑与乙类公共建筑；分别对其外围护结构的传热系数、遮阳系数提出不同的定量指标。我认为根据建筑物不同使用特征进行分类，从而设置不同节能标准，要比一刀切科学合理，能达到较好的建筑节能的整体效果。中国乃至世界各国都认识到资源、能源的大量消耗，造成环境不良影响，导致气候异常，提出构建和谐社会，包括绿色建筑的概念。我国也提出推荐性规范《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006等相应的技术支撑，这将有助于我们对建筑节能的深化理解。该标准更多停留在概念和定性上，而没有量化指标，其约束力就可想而知了。工业建筑：我国至今尚无国家标准，但一些行业已编制了适用于本行业的节能设计标准。现行《医药工业企业合理用能设计导则》YY/T0247-1996，属推荐性行业规范；对制药工艺、制药生产装置、制药企业厂房建筑，及其热力系统、电力系统、给排水系统、空气系统、制冷系统的节能主要环节提出的是定性要求；量化指标虽有，但较少。现行《石油库节能设计导则》SH/T3002-2000，属推荐性行业规范；对合理用能、减少油品损耗提出定性要求；对降低设备能耗，增强隔热效果提出量化指标。现行《水运工程设计节能规范》JTJ228-2000，为行业规范；对港口装卸工艺及装卸机械、锅炉设备、供配电设备等提出量化指标；对水运行业建筑物分类，属民用建筑的执行民用建筑节能标准；属工业建筑的，除提出体型系数的量化指标外，其余均为定性要求。现行《机械行业节能设计标准》JBJ14-2004，为行业规范；侧重于对生产工艺的节能要求，未对机械行业建筑物（包括围护结构及建筑物内给排水、暖通、电气等设施）提出节能设计标准。现行《橡胶工厂节能设计规范》GB50376-2006，为国家标准；规定居住建筑、公共建筑执行相应民用建筑节能标准，工业建筑参考公共建筑节能标准，分别提出钢结构与钢筋混凝土结构建筑物节能的推荐性量化指标。现行《水泥工厂节能设计规范》GB50443-2007，为国家标准；明确提出工艺的量化的能耗设计指标；将水泥工厂的建筑物分为A、B、C、D四类，每类都执行国家相关标准。其中，工业厂房、仓库及其配套建筑物，只提出其围护结构参照执行现行《民用建筑热工设计规范》GB50176的要求（这一要求只是确保适合室内环境质量的要求）。综上所述，我们可以看出，对工业建筑的节能标准怎么定，各规范编制组是有不同认识的，掌握的标准、尺度也各不相同。2.2国外现行节能规范加拿大制定了国家住宅节能规范NECH和国家建筑节能规范NECB，NECB适用于各类公共建筑和工业建筑。换句话说，工业建筑与公共建筑的节能指标是一样的。该规范对建筑物的围护结构、照明、供热、通风、空调系统、生活热水、电力等均提出了节能的量化指标要求，其相关内容与我国现行《公共建筑节能设计标准》基本类似。美国节能模式规范将建筑物分为住宅建筑与非住宅建筑两大类，要求使用认定的计算工具按规定的计算程序，对建筑物的年能耗进行分析，包括使用可再生能源的分析，对建筑物的围护结构、机械系统、水加热、电力与照明系统，提出构件性能法或常规做法标准（量化标准）。德国现行建筑节能规范EnEv2007同样将建筑物分为居住建筑与非居住建筑两类。规范要求对设计的建筑物作整体节能设计与计算，通过全面的节能设计措施，计算出建筑物所需一系列的能耗值；据此，考虑不同能源形式的能量与转化系数，反推出一次性能源消耗量，要求建筑物在使用期间的能耗不超过规范规定的限值。我们可以看出，该规范强调的是对每1栋建筑物作具体的整体的量化计算，而不是仅遵守规范一条条量化的条文，只有这样才能真正做到，能测定出建成建筑物的节能效果。是否达到节能设计目标。加拿大、美国、德国三国节能设计规范的共同点是：工业建筑的节能标准与公共建筑节能标准是一样的。2.3我国的工业建筑节能标准怎么定通过上述对国内外一些现行节能标准规范的分析，我认为：1）需要制定工业建筑节能设计的国家标准，该标准的重点在于工艺生产和设备的节能标准，其次是建筑物的围护结构及其建筑照明、采暖、通风、空调、给排水等系统设备的节能标准。2）理想的方案是我国的工业建筑节能标准宜类似于德国现行建筑节能规范EnEv2007，即采专门的建筑节能计算软件，输入消耗的各种一次性能源及补充的可再生能源，对建筑物作整体节能计算，使建筑节能真正做到量化，一目了然。采用这种方法的前提是：一要积累足够的基础性参数，使模拟计算与实际发生误差小，二是要在建筑、改造、销售、租赁市场全面推行能源证书体系，才能做到各方面都有建筑节能的积极性，自觉、主动地执行建筑节能标准。这两个前提目前都不具备，目前实现不了，但这是方向，有必要为之创造条件并进行试点。3）现实的方案是分二步走，第一步参考现行《公共建筑节能设计标准》，将工业建筑分类并提出分类标准要求，第二步执行上述理想的方案。厂区职工宿舍等居住属性的建筑，均属民用建筑，直接执行国家或地方现行《居住建筑节能设计标准》。厂区办公楼、科研楼、综合楼、理化计量楼、礼堂、食堂等公共属性的建筑，无论是单建还是贴建，均属民用建筑，可直接执行国家或地方现行《公共建筑节能设计标准》。这是由于，尽管使用人分属企业职工为主和对社会开放之不同，但使用性质、节能设计参数等无本质区别。工业建筑的分类建议为：所有工业建筑的节能设计标准均应按建筑气候分区划分；工业厂房、仓库等工业建筑属性的建筑宜按有无采暖、空调要求分类，并编制分类节能设计标准。原则上可分为A、B、C三类。A类：有采暖或空调的工业建筑（或部位），原则上可参考现行国家或地方《公共建筑节能设计标准》的思路和原则编制。编制时，要考虑A类建筑室内多高大空间，又以满足生产工艺条件为主导，故其技术参数与节能指标应体现这一特征；二是A类建筑往往也存在于有采暖（或空调）与无采暖（或空调）合一的建筑中，因此不仅应提出对有采暖（或空调）建筑部位的外围护结构的要求，也应提出对其内隔墙（内围护结构）的节能设计指标；三是强调夏热地区A类建筑的通风比提高外围护结构的传热系数K值更影响节能效果。A类：建筑最好按室内人员的密集程度（如给定每人拥有多少立方米室内空间的量化数值为区分界线）划分为A1类密集人员场所和A2类（常规人员场所）。A1类建筑（或部位）的建筑节能应考虑人体发出的热量，因此，A1类建筑的围