精準把握“標準”做好工業建筑節能設計

孟慶斌

（天津市天大規劃建筑咨詢有限公司，天津 300070）

0.引言

為適應國家經濟建設以及“四節一環保”的需要，結合工業建設領域工作實際，住建部2017年發布了《工業建筑節能設計統一標準》（以下簡稱《標準》）GB51245-2017，2018-01-01開始實施[1]，這意味著我國建筑節能設計已由民用建筑延伸到工業建筑，從此整個建筑行業節能設計都做到了有法可依。近年來，在建筑節能方面，人們比較關注民用建筑的節能。對于工業建筑節能國內卻一直沒有得到應有的重視，導致送審的工業建筑節能設計部分圖紙五花八門、各式各樣，設計師對工業建筑不知如何進行節能設計。筆者通過對《標準》的研習分析及參加培訓，并與民用建筑規范條款進行比較，提出一些觀點和建議以及對規范標準的解析提示，期望能對設計師在工業建筑節能設計方面有所幫助。

1.應當掌握的工業建筑的基本概念

（1）工業建筑：由生產廠房和生產輔助用房（包括倉庫及公用輔助用房等）組成。

（2）工業建筑能耗：工業建筑在使用過程中所消耗各類能源的總量。包括為保證工業建筑中生產、人員所需的室內環境要求，及其為滿足向室外大氣排放標準所產生的各種能源耗量，還包括建筑供水系統及其水處理所產生的各種能源耗量等。

（3）工業建筑節能：在工業建筑規劃、設計和使用過程中，在滿足規定的建筑功能要求和室內外環境質量的前提下，通過采取技術措施和管理手段，實現零能耗或降低運行能耗、提高能源利用效率的過程。

2.工業建筑節能設計的分類原則

（1）工業建筑按“環境控制及能耗方式”分成“一類工業建筑、二類工業建筑”兩種節能設計類型。

（2）對于一類工業建筑，冬季以供暖能耗為主，夏季以空調能耗為主，通常無強污染源及強熱源。其環境控制方式和節能設計方法與民用建筑相近。一類工業建筑節能設計原則是通過維護結構保溫隔熱遮陽設計和供暖空調系統節能設計，降低冬季供暖、夏季空調能耗。代表性行業有計算機、通信和其他電子設備制造業，食品制造業，煙草制品業，儀器儀表制造業，醫藥制造業，紡織業等。

（3）對于二類工業建筑，以通風能耗為主，通常有強污染源或強熱源。其環境控制方式和節能設計方法與民用建筑存在明顯差異。二類工業建筑節能設計原則是通過圍護結構保溫隔熱設計、自然通風和機械通風系統節能設計，降低通風能耗，從而避免供暖空調能耗。代表性行業有金屬冶煉和壓延加工業，石油加工、煉焦和核燃料加工業，化學原料和化學制品制造業，機械制造等。

（4）一類工業建筑以供暖空調能耗為主，其圍護結構熱工指標為限值，是強制性條文；二類工業建筑以通風能耗為主，其圍護結構熱工指標為推薦值，是非強制性條文。

（5）設計師特別需要注意的是：一類、二類工業建筑的劃分是為了節能設計進行的分類。并不是所有的工業建筑都要進行節能設計。例如：寒冷地區某企業內一個存放鋼管的倉庫，它既無采暖、空調，又無通風且鋼管自身又不產生能耗，那么這個倉庫就不需要節能設計。

3.天津市“氣候區屬”以及工業建筑是否采取遮陽措施

（1）依據《民用建筑熱工設計規范》GB50176-2016第4.1.2條表4.1.2及附錄A表A.0.1查詢，天津市屬于寒冷B區（2B）。

（2）《標準》第4.3.11條規定：夏熱冬暖、夏熱冬冷、溫和地區的工業建筑宜采取遮陽措施。而《民用建筑熱工設計規范》GB50176-2016第4.1.2條表4.1.2顯示：寒冷B區是“兼顧自然通風、遮陽設計”的要求。兩本規范存在明顯不同。

（3）筆者認為：對于一類工業建筑，環境控制方式為供暖和空調。太陽輻射熱經窗入室是造成夏季室內過熱、空調能耗上升主要原因。故：一類工業建筑宜采取遮陽措施。對于二類工業建筑是以通風為環境控制方式，其節能設計旨在給出滿足一定室內設計參數所需的圍護結構熱工性能設計方法，從而避免供暖空調系統能耗。故二類工業建筑不作遮陽措施要求。

4.工業建筑的體形系數

（1）《標準》第4.1.10條規定嚴寒和寒冷地區一類工業建筑體形系數限值與單棟建筑面積對應關系。從降低冬季供暖能耗的角度出發，一定對嚴寒和寒冷地區一類工業建筑的體形系數進行控制，以更好地實現節能目的。

（2）值得注意：該條款是“單棟建筑面積A（m2）”，A—建筑面積；而不像大家非常熟悉的《天津市公共建筑節能設計標準》DB29-153-2014第3.2.1條 “單棟建筑面積A0（m2）”，A0—節能計算建筑面積，兩者含義不一樣。

（3）《標準》第4.1.10條對于A≤300m2的單棟一類工業建筑，體形系數沒有要求。由《標準》第4.1.10條表4.1.10可推知，當建筑面積A≤300m2時，必定體形系數S＞0.5，圍護結構傳熱系數按《標準》第4.3.2條表4.3.2-5中S＞0.15的限值進行設計。

（4）設計師需要注意的是，當嚴寒和寒冷地區一類工業建筑體形系數超過限值怎么辦？需調整建筑方案，滿足規范的體形系數限值要求。

（5）二類工業建筑對體形系數不做要求，對于以散熱為主的廠房，在工藝條件允許的情況下，應盡量增大體形系數，增加圍護結構散熱。

5.一類工業建筑圍護結構的熱工性能

（1）《標準》第4.3.2條表4.3.2-5、表4.3.2-8適用于天津市一類工業建筑圍護結構的熱工性能節能設計。

（2）《標準》第2.0.5條是“總窗墻面積比”，而《天津市公共建筑節能設計標準》DB29-153-2014第2.0.3條是“單一立面窗墻面積比”二者不一致，設計師應多加注意。

（3）關于“地面熱阻”，《標準》第4.3.2條表4.3.2-8的“注：2地面熱阻系指建筑基礎持力層以上各層材料的熱阻之和；”而《天津市公共建筑節能設計標準》DB29-153-2014第3.3.4條表3.3.4的“注：2地面熱阻僅為保溫材料層的熱阻；”，二者不一致，設計師應特別注意。

（4）采用熱工性能良好的建筑圍護結構是降低一類工業建筑能耗的重要途徑之一。但并不是絕對的，它是有前提條件的。對于輕微室內發熱量（Q＜10W/m3）的廠房，提高圍護結構的保溫性能對于建筑節能有一定的效果；對于中度室內發熱量（Q≥10W/m3）的廠房，增強圍護結構的保溫隔熱性能對建筑節能基本沒效果，不建議盲目做保溫隔熱要求。

6.一類工業建筑圍護結構熱工性能的權衡判斷

（1）《標準》第4.3.2條表4.3.2-5、表4.3.2-8適用于天津市一類工業建筑圍護結構的熱工性能節能設計。當不滿足本條規定時，須進行權衡判斷。《標準》第4.4.1條規定：當一類工業建筑進行權衡判斷時，設計建筑圍護結構的傳熱系數最大限值不應超過表4.4.1的規定。表4.4.1中（寒冷B區）數值是對一類工業建筑中要進行權衡判斷的“設計建筑”圍護結構（包括屋面、外墻、外窗、屋頂透光部分）的傳熱系數的準入條件（最大限值）。《標準》第4.4.1條“條文說明”明確指出：表4.4.1中（寒冷B區）數值僅適用于“輕微室內發熱量（Q＜10W/m3）的一類工業建筑”，對于“中度室內發熱量（Q≥10W/m3）的工業廠房”不適用。這也正與《標準》第4.3.2條的“條文說明”相吻合。

（2）《標準》第4.4.2條表4.4.2講的是：一類工業建筑在進行權衡判斷時，“參照建筑”的換氣次數如何取值。其“條文說明”中列舉了幾種情況下換氣次數如何取值。

（3）《標準》第4.4.3條講的是：一類工業建筑在進行權衡判斷時，“參照建筑”的所有計算取值，應完全按照本標準的規定限值（第4.3.2條表4.3.2-5、表4.3.2-8）取值，“參照建筑”的總窗墻面積比和屋頂透光部分的面積比取值應按本標準第4.1.11條和第4.1.12條的規定（總窗墻面積比取值0.50，屋頂透光部分的面積比取值0.15）取值。

（4）《標準》第4.4.4條講的是：一類工業建筑圍護結構熱工性能權衡判斷計算應采用參照建筑對比法。步驟：采用統一的供暖、空調系統，計算設計建筑和參照建筑全年逐時冷負荷和熱負荷；采用統一的冷熱源系統，計算設計建筑和參照建筑的全年累計能耗；將各類型能源耗量統一折算成標煤比較，得到設計建筑全年累計綜合標煤能耗E設和參照建筑全年累計綜合標煤能耗E參。當E設/E參≤1時，應判定為符合節能要求；當E設/E參＞1時，應判定為不符合節能要求，并應調整建筑熱工參數重新計算，直至符合節能要求為止。

（5）《標準》第4.4.5條講的是：一類工業建筑在進行權衡判斷時，應將節能投資回收期作為優化方案考慮的重要經濟性指標。

7.二類工業建筑圍護結構的熱工性能

（1）《標準》第4.3.3條表4.3.3-5適用天津市二類工業建筑圍護結構熱工性能節能設計。

（2）值得注意的是：對于嚴寒和寒冷地區的二類工業建筑，建筑圍護結構的傳熱系數是推薦值，而不是限值。這就意味著二類工業建筑圍護結構傳熱系數值主要考慮了冬季的保溫要求，兼顧考慮了夏季隔熱及排出室內余熱的需求。表中圍護結構傳熱系數推薦值是在“中等勞動強度”下的室內計算溫度下給出的數值；圍護結構傳熱系數大于或小于推薦值都不利于室內熱環境和節能，也就是說，在所有條件均滿足情況下，圍護結構傳熱系數應等于推薦值。

（3）對于嚴寒和寒冷地區的二類工業建筑，室內余熱強度和通風換氣次數是影響環境控制方式和節能設計方法的主要因素，體形系數和總窗墻比對圍護結構傳熱系數的影響較小，余熱強度對圍護結構傳熱系數（尤其是對外墻）具有非常大的影響。當室內余熱強度大于50W/m3時，不論嚴寒還是寒冷地區，都不需要考慮保溫，通風換氣次數對圍護結構傳熱系數（尤其是對外墻）具有非常大的影響。

（4）《標準》第4.3.3條的圍護結構傳熱系數推薦值僅適用于嚴寒和寒冷地區的二類工業建筑，《標準》第4.3.10、4.3.11條給出了夏熱冬冷、夏熱冬暖、溫和地區的隔熱、遮陽要求。

8.二類工業建筑圍護結構熱工性能的權衡判斷

（1）《標準》第4.3.3條表4.3.3-1～表4.3.3-5給出了在不同余熱強度和換氣次數條件下的圍護結構傳熱系數推薦值。表4.3.3-5適用于天津市二類工業建筑圍護結構的熱工性能節能設計。

（2）當實際通風換氣次數與余熱強度不符合表4.3.3-5的條件時，可按“穩態計算法（熱量平衡關系式）”對圍護結構熱工性能權衡判斷計算，反算出外墻、屋頂、窗戶部位對應的平均傳熱系數（推薦值），詳見《標準》第4.3.3、4.4.6條的“條文說明”。

（3）穩態計算法：Qn=Qq+Qw+Qc+Qf，式中：Qn為室內余熱量（W）；Qq為墻體傳熱量（W）；Qw為屋面傳熱量（W）；Qc為通過窗戶傳熱量（W）；Qf為通風換氣帶走的熱量（W）。

9.工業建筑變形縫保溫措施

（1）《標準》第4.3.5(2)條規定：有保溫要求的工業建筑，變形縫應采取保溫措施。

（2）對于工業建筑變形縫保溫措施，《標準》第4.3.5條的條文說明沒有給出具體保溫做法，筆者認為：可按《天津市公共建筑節能設計標準》DB29-153-2014第3.3.4條表3.3.4的“注：變形縫內沿周邊應填低密度保溫材料，且填充深度不小于300mm。”進行設計。

（3）變形縫保溫措施僅適用一類工業建筑，不適用于二類工業建筑。

10.工業建筑外門窗氣密性等級的確定

（1）《標準》第4.3.8(2)條規定：有保溫隔熱要求時，氣密性等級應符合現行國家標準《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》GB/T 7106的有關規定。

（2）對于工業建筑外門窗氣密性等級的具體數值，《標準》第4.3.8條的條文說明沒有給出答案，把《標準》第4.3.2條表4.3.2-5與《天津市公共建筑節能設計標準》DB29-153-2005的第3.2.1條表3.2.1-1中外窗傳熱系數進行比對，數值基本差不多，而《天津市公共建筑節能設計標準》DB29-153-2005的第3.2.8條規定：外窗的氣密性能不應低于《建筑外窗氣密性能分級及其檢測方法》GB7107中規定的4級。因此，筆者認為：工業建筑外門窗氣密性等級不應低于《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》GB/T7106-2019中規定的4級。

（3）無論是一類還是二類工業建筑，《標準》只給出外窗的傳熱系數限值或推薦值，外門如何節能設計？如果是透明外門，需按照外窗計算。非透明外門不需要。

11.工業廠區內建筑定性以及節能設計的問題

（1）廠區項目一般包括：廠前區辦公樓、主體廠房、主體廠房內附屬非工業生產用房（如辦公室、控制室等）、集體宿舍以及門衛等單體建筑。

（2）廠前區辦公樓：按公建對待。節能按其建筑面積（＞300m2為甲類、≤300m2為乙類）劃分類別。甲類按天津市《公共建筑節能設計施工圖編制深度圖樣》DBJT29-178-2016津16J18（甲類）節能設計專篇格式進行設計。乙類按天津市《公共建筑節能設計施工圖編制深度圖樣》DBJT29-178-2016津16J18（乙類）節能設計專篇格式進行設計。

（3）主體廠房：依據任務書，確定是一類還是二類工業建筑。

（4）主體廠房內附屬的非工業生產用房（如辦公室、控制室等）：圍護結構節能設計是針對外圍護結構，辦公室、控制室等在廠房內，可不考慮圍護結構節能計算。整體廠房先確定是一類還是二類工業建筑，然后再進行節能設計。

（5）存在這樣一種情況：單棟建筑其中一部分為民用建筑用途，另一部分為工業建筑用途。如果該棟建筑的主要用途是工業生產，民用建筑用途只是為工業生產服務，那么應按照工業建筑進行節能計算，否則就按照民用建筑。

（6）集體宿舍：節能專篇格式按天津市《居住建筑節能設計施工圖編制深度圖樣》DBJT29-178-2016津16J19進行設計。

（7）門衛：按天津市《公共建筑節能設計施工圖編制深度圖樣》DBJT29-178-2016津16J18（乙類）節能設計專篇格式進行設計。

（8）工業建筑的墻體及屋面經常會遇到兩種材質的情況。如：外墻的下部是砌筑墻體，上部是彩鋼板；屋面由鋼筋砼及彩鋼板兩部分組成。可以采用等效的概念簡化處理，即K（外墻）等效=（k砌筑×A砌筑+k彩鋼×A彩鋼）/（A砌筑+ A彩鋼），屋面等效原理同外墻。

12.關于節能專篇中保溫材料的取值問題

關于工業建筑節能設計專篇中保溫材料的取值問題，有幾種選擇：

（1）按《民用建筑熱工設計規范》GB50176-2016附錄B的B1、B2取值。

（2）按《標準》GB51245-2017附錄B的“注”取值。

（3）按《天津市公共建筑節能設計標準》DB29-153-2014附錄F取值。

13.結語

《工業建筑節能設計統一標準》在2018年實施，對我國的建筑業是一件大事。工業建筑由原來的只注重工藝和經濟性的粗獷型發展，向著現在既要重視經濟性又要重視節能環保精細型發展方向前進。這既符合國家節能總體目標規劃又符合節約能源，實現可持續發展要求。本文就工業建筑節能設計中涉及的規范條款進行梳理、解析，意在倡導工業建筑節能設計理念，全面提升設計師設計能力及設計質量，為國家工業建筑節能出一份力。