節能減碳目標下的工業建筑設計分析

來(lai)源：建科(ke) 瀏覽：- 發布(bu)日期：2025-05-07 10:32:53

工業建筑作為高能耗領域，其節能減碳設計對實現“雙碳”目標具有關鍵作用。傳統工業建筑設計模式存在(zai)(zai)能效割裂(lie)、技術(shu)堆砌等問題，難以(yi)滿足低(di)碳化(hua)轉型需求！下面(mian)廣東建科設計(ji)的研究以(yi)整體性能優化(hua)為導向，旨在(zai)(zai)形成(cheng)可復(fu)制的工業建筑低(di)碳設計(ji)方法論(lun)，希望對從(cong)事工業建筑設計(ji)的朋友有幫助(zhu)。

1、通風設計

從(cong)空間布局(ju)(ju)層(ceng)面(mian)來看，建(jian)筑(zhu)(zhu)朝向(xiang)(xiang)和場地風環(huan)境的(de)協同(tong)設(she)計是基(ji)礎(chu)性措施。筆者認為(wei)，通(tong)過(guo)合(he)理規劃(hua)工業建(jian)筑(zhu)(zhu)的(de)朝向(xiang)(xiang)，使其與主導風向(xiang)(xiang)形成(cheng)適(shi)宜夾角(jiao)，可(ke)有(you)效(xiao)利用穿堂風增強室(shi)內空氣(qi)流(liu)通(tong)效(xiao)率！比如在冶金工業廠房(fang)設(she)計中(zhong)，建(jian)筑(zhu)(zhu)朝向(xiang)(xiang)偏離(li)南(nan)北向(xiang)(xiang)時需(xu)控制與風向(xiang)(xiang)的(de)夾角(jiao)在30°-60°之間，同(tong)時通(tong)過(guo)調整建(jian)筑(zhu)(zhu)間距(ju)（通(tong)常為(wei)前排建(jian)筑(zhu)(zhu)高度(du)的(de)2.2-3.5倍）避(bi)免(mian)氣(qi)流(liu)阻滯，從(cong)而(er)減少機械(xie)通(tong)風的(de)介入頻率。對于(yu)多跨廠房(fang)，避(bi)免(mian)熱跨相鄰的(de)布局(ju)(ju)方式可(ke)防止局(ju)(ju)部高溫(wen)區對整體通(tong)風效(xiao)率的(de)干擾(rao)，此類設(she)計需(xu)結合(he)熱壓(ya)通(tong)風原理，通(tong)過(guo)提(ti)升進排風口的(de)高度(du)差(cha)強化自然對流(liu)效(xiao)應！

通(tong)風(feng)(feng)(feng)系統(tong)(tong)(tong)的(de)技術(shu)路徑選(xuan)擇需(xu)根(gen)據工業建筑類型的(de)差(cha)異化實施(shi)。一(yi)類工業建筑可優(you)先采用(yong)自然通(tong)風(feng)(feng)(feng)主導模(mo)式(shi)，通(tong)過可調節(jie)式(shi)天窗、側窗及地下風(feng)(feng)(feng)道的(de)組合(he)設計，形成(cheng)動態(tai)氣(qi)流(liu)(liu)通(tong)道。當(dang)外墻進(jin)風(feng)(feng)(feng)面(mian)積受限(xian)時，地下風(feng)(feng)(feng)道可發揮預(yu)(yu)冷(leng)空氣(qi)的(de)作用(yong)，在(zai)(zai)夏季降低進(jin)風(feng)(feng)(feng)溫(wen)度，減少制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)負荷。二類工業建筑因生產(chan)工藝(yi)可能(neng)(neng)(neng)產(chan)生余熱(re)或污染物，需(xu)采用(yong)混合(he)通(tong)風(feng)(feng)(feng)系統(tong)(tong)(tong)，即在(zai)(zai)自然通(tong)風(feng)(feng)(feng)基(ji)礎(chu)(chu)上設置局部機(ji)械排(pai)風(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)置。這(zhe)種模(mo)式(shi)既能(neng)(neng)(neng)在(zai)(zai)非生產(chan)時段利用(yong)自然通(tong)風(feng)(feng)(feng)維(wei)持基(ji)礎(chu)(chu)換氣(qi)，又可在(zai)(zai)污染物濃度超標時啟動機(ji)械系統(tong)(tong)(tong)定(ding)向排(pai)除，實現(xian)能(neng)(neng)(neng)耗的(de)精準(zhun)控制(zhi)(zhi)(zhi)。值得注(zhu)意的(de)是，通(tong)風(feng)(feng)(feng)口的(de)位置選(xuan)擇需(xu)結合(he)熱(re)源分布，將(jiang)進(jin)風(feng)(feng)(feng)口布置在(zai)(zai)熱(re)源間斷區(qu)域可避免高(gao)溫(wen)氣(qi)流(liu)(liu)短路，同(tong)時通(tong)過設置可開關的(de)維(wei)護裝(zhuang)置保障系統(tong)(tong)(tong)可操作性。在(zai)(zai)建筑改造(zao)項目中(zhong)，優(you)先保留(liu)原有(you)通(tong)風(feng)(feng)(feng)結構(gou)并對(dui)其進(jin)行性能(neng)(neng)(neng)升(sheng)(sheng)級(ji)，例如(ru)將(jiang)傳統(tong)(tong)(tong)天窗改造(zao)為智能(neng)(neng)(neng)啟閉式(shi)通(tong)風(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)置，或在(zai)(zai)地下室增設導流(liu)(liu)風(feng)(feng)(feng)道提升(sheng)(sheng)自然通(tong)風(feng)(feng)(feng)潛(qian)力！材料選(xuan)擇方(fang)面(mian)，采用(yong)低隱含碳的(de)預(yu)(yu)制(zhi)(zhi)(zhi)構(gou)件(jian)減少施(shi)工階段的(de)碳排(pai)放，同(tong)時通(tong)過模(mo)塊化設計預(yu)(yu)留(liu)未來技術(shu)升(sheng)(sheng)級(ji)接(jie)口，例如(ru)預(yu)(yu)埋通(tong)風(feng)(feng)(feng)管道加固件(jian)以適應后(hou)期高(gao)效過濾(lv)設備的(de)加裝(zhuang)。

2、采光設計

建筑(zhu)朝向需結合當(dang)地光(guang)氣(qi)候(hou)特點，優先選擇南向布局以最大化冬(dong)季日照時長，同時通(tong)過合理控制建筑(zhu)間(jian)距(ju)避免周邊環境(jing)對采(cai)光(guang)的(de)遮擋。對于(yu)大跨度(du)或(huo)者深(shen)進(jin)(jin)深(shen)廠房，傳(chuan)統(tong)的(de)側窗采(cai)光(guang)難以滿足均勻(yun)性(xing)要求，需引入頂部天窗或(huo)導光(guang)管系統(tong)作為補充！例如冶金類廠房通(tong)過設(she)置鋸齒(chi)形天窗，既(ji)能增(zeng)加采(cai)光(guang)面積又可形成熱壓(ya)通(tong)風通(tong)道，實現(xian)光(guang)熱協(xie)同設(she)計。在(zai)空間(jian)形態處理上(shang)，過堂結構的(de)引入可提升自然光(guang)覆蓋范圍，通(tong)過反射(she)光(guang)板等裝(zhuang)置對入射(she)光(guang)線(xian)進(jin)(jin)行二次分(fen)配(pei)，使縱深(shen)區域獲得(de)更(geng)均衡的(de)照度(du)。

材料(liao)選(xuan)擇設(she)計(ji)方(fang)面需結(jie)合(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)熱比參數(shu)選(xuan)用(yong)(yong)高透光(guang)(guang)(guang)(guang)率材料(liao)，在寒冷地區優(you)先選(xuan)用(yong)(yong)光(guang)(guang)(guang)(guang)熱比大于1.2的(de)Low-E玻璃(li)，既能保證采光(guang)(guang)(guang)(guang)需求又可減少冬季(ji)熱損(sun)失！對于存在高溫設(she)備的(de)工業(ye)建筑(zhu)，采用(yong)(yong)淺色外墻(qiang)與智能調(diao)光(guang)(guang)(guang)(guang)玻璃(li)的(de)組合(he)方(fang)案，可在夏季(ji)反(fan)射(she)(she)太陽輻射(she)(she)熱的(de)同時(shi)調(diao)節(jie)室內(nei)光(guang)(guang)(guang)(guang)照強度。導光(guang)(guang)(guang)(guang)管系統(tong)的(de)應用(yong)(yong)需根據廠(chang)房(fang)(fang)高度差異化設(she)計(ji)，6米(mi)以下空間宜采用(yong)(yong)棱鏡導光(guang)(guang)(guang)(guang)管，而高空廠(chang)房(fang)(fang)更適合(he)安裝反(fan)射(she)(she)式導光(guang)(guang)(guang)(guang)裝置，通(tong)過(guo)優(you)化導光(guang)(guang)(guang)(guang)路徑(jing)減少光(guang)(guang)(guang)(guang)能衰減。

3、保溫設計

對(dui)于一類(lei)工業建筑(zhu)（以電(dian)子(zi)裝配及機械加工為主(zhu)），外墻宜(yi)采用(yong)復合保溫系統，如巖棉板與(yu)蒸(zheng)壓(ya)加氣混凝土(tu)砌塊的(de)組合構(gou)造，既(ji)能(neng)(neng)(neng)滿足A級(ji)防(fang)火要求(qiu)，又能(neng)(neng)(neng)將傳熱系數(shu)控制在(zai)0.45W/（m²·K）以下。在(zai)嚴寒(han)地區(qu)，通過增(zeng)設(she)防(fang)潮層與(yu)空氣間(jian)層可有效阻斷熱橋效應(ying)，避免結(jie)露導致(zhi)的(de)保溫性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)衰減(jian)。金屬圍護結(jie)構(gou)的(de)應(ying)用(yong)需重點關注氣密性(xing)(xing)處理，采用(yong)咬合鎖邊與(yu)密封膠雙(shuang)重措施，減(jian)少冷(leng)風滲透造成的(de)熱損失！屋面(mian)(mian)設(she)計中，倒置式(shi)構(gou)造通過將保溫層置于防(fang)水層之上，可降低溫度應(ying)力對(dui)材料(liao)的(de)影響，延(yan)長使用(yong)壽(shou)命(ming)，而坡屋面(mian)(mian)結(jie)合反(fan)射(she)涂層的(de)做法能(neng)(neng)(neng)減(jian)少夏(xia)季太陽輻射(she)熱吸收。

二類工(gong)業建筑（存(cun)在(zai)高(gao)溫(wen)生(sheng)產(chan)環節）的(de)(de)(de)保溫(wen)設(she)計需與通(tong)(tong)風系(xi)統(tong)形成動態耦(ou)合(he)，在(zai)熱(re)(re)源(yuan)集(ji)中(zhong)區(qu)域設(she)置可拆(chai)卸式隔(ge)熱(re)(re)屏(ping)障，采(cai)用硅酸(suan)鋁纖(xian)維板(ban)等耐(nai)高(gao)溫(wen)材(cai)料進行局部(bu)隔(ge)離(li)，既防止(zhi)余熱(re)(re)擴散至非(fei)(fei)生(sheng)產(chan)區(qu)域，又為(wei)自(zi)然通(tong)(tong)風創造(zao)溫(wen)度(du)梯度(du)。對于間歇性(xing)運行的(de)(de)(de)廠房(fang)，圍護結構熱(re)(re)惰性(xing)指標需與運行周期匹配(pei)，通(tong)(tong)過(guo)相(xiang)變(bian)材(cai)料的(de)(de)(de)嵌入(ru)實現熱(re)(re)量的(de)(de)(de)時(shi)空(kong)調控，例如(ru)在(zai)金(jin)屬夾芯板(ban)中(zhong)集(ji)成石蠟基相(xiang)變(bian)層，可在(zai)生(sheng)產(chan)時(shi)段吸收過(guo)剩(sheng)熱(re)(re)量并在(zai)非(fei)(fei)生(sheng)產(chan)時(shi)段緩慢釋放，降(jiang)低空(kong)調系(xi)統(tong)負荷！采(cai)光頂棚的(de)(de)(de)雙層中(zhong)空(kong)玻璃(li)構造(zao)需優化間隔(ge)層氣(qi)體配(pei)比，充填氬氣(qi)可將傳熱(re)(re)系(xi)數降(jiang)低至1.1W/（m²·K），同時(shi)保持(chi)85%以上的(de)(de)(de)可見光透射(she)率。

4、新能源利用

在(zai)節能(neng)(neng)減(jian)碳目標驅(qu)動下，工(gong)業建筑新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)利用設計需突破傳統能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)供(gong)給模(mo)式，構(gou)(gou)建與生產(chan)工(gong)藝(yi)深(shen)度融合的(de)可(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)系統。光(guang)伏(fu)技術(shu)因其(qi)適應性(xing)(xing)成為核(he)心(xin)載體，通過建筑一體化(hua)設計實現空間(jian)(jian)效能(neng)(neng)與能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)產(chan)出(chu)的(de)雙重提升。工(gong)業建筑的(de)大跨度屋頂、高(gao)聳外墻(qiang)及附屬設施為光(guang)伏(fu)組件提供(gong)了規模(mo)化(hua)安(an)裝(zhuang)條(tiao)件，但需在(zai)結構(gou)(gou)安(an)全、熱(re)(re)工(gong)性(xing)(xing)能(neng)(neng)與生產(chan)需求(qiu)間(jian)(jian)尋求(qiu)平衡！例如金屬屋面(mian)采用BIPV技術(shu)時，需同步優(you)化(hua)支架系統與屋面(mian)板抗風揭(jie)性(xing)(xing)能(neng)(neng)，并控制光(guang)伏(fu)陣列間(jian)(jian)隙以維持排(pai)水(shui)功能(neng)(neng)。對于存在(zai)高(gao)溫輻射(she)的(de)生產(chan)車間(jian)(jian)，光(guang)伏(fu)組件與隔熱(re)(re)屏障的(de)復合構(gou)(gou)造(zao)既可(ke)阻隔余熱(re)(re)擴散(san)，又能(neng)(neng)通過空氣夾層形成散(san)熱(re)(re)通道(dao)，降低(di)光(guang)伏(fu)板溫度衰(shuai)減(jian)造(zao)成的(de)效率損失。