工业建筑节能设计探讨

工业建筑节能设计探讨
李昊
摘要：由于工业建筑高能耗的特点，随着工业高度发展，能源的消耗和环境保护、国民经济可持续发展等方面的矛盾日益凸显，工业建筑的节能设计已成为现实中的重要课题。
关键词：工业建筑节能设计建筑节能构造
近年来，随着我国经济、社会的迅速发展，能源的高消耗问题已日益凸显，对环境、国民经济的可持续发展产生了一系列破坏性影响。节能、降耗已成为各领域高度关注的课题。为此，国家出台了一系列与节能、降耗有关的强制规定。目前，在建筑设计领域中有《公共建筑节能设计标准》对民用建筑的节能措施做了详细规定，而对工业建筑的节能设计标准尚无强制要求，导致工业建筑的广大业主及建筑设计师未能对节能问题引起足够重视，但是我们应该看到在工业的高度发展、工业建筑市场异常繁荣的背后，由于相对民用建筑的高能耗特性，工业建筑节能降耗已迫在眉睫，因此工业建筑的节能设计必须得到重视，并在设计之中予以解决。
由于目前国家尚无明确的规范及措施对工业建筑节能设计做强制规定（极少数大型国企、外资企业有自行制定的企业标准），因此工业建筑的节能设计标准无法明确，给设计人员带来诸多不便。如果设计标准过高会使建造成本增加，业主必然会进行干预，由于没有规范依据，设计师多数无法坚持；如果设计标准过低，从长远来看会带来一系列如工厂日常运营成本增加、人员舒适度不佳影响工作效率、设备使用寿命降低等不良后果。针对上述问题，应在工业建筑设计中选择相近的国家、地方节能设计标准作为参考性的设计依据，并应充分结合暖通、电气等专业进行综合性的节能设计。目前针对工业建筑的建筑专业节能设计唯一可供参考的标准是《公共建筑节能设计标准》。在《公共建筑节能设计标准》中根据建筑体形系数的不同详细规定了对应的围护结构节能设计最低指标，在工业建筑的设计中可计算工业厂房建筑的体形系数并根据此标准确定围护结构传热系数（K），如果业主认为设计标准过高，可适当降低，但是不应低于该标准中体形系数小于等于0.3所对应的各部位传热系数（K）限值，同时要由暖通专业进行详细负荷计算，多方比较后确定最佳方案。这样就可以比较恰当地选择围护结构各部位保温层种类及其厚度。
围护结构保温层性能指标一旦确定，建筑的节能构造就成为节能设计成功与否的重要条件，我们可根据国家建筑标准《节能系列图集》确定适合于设计建筑的构造作法。建筑围护结构节能设计做法种类很多，其中外墙做法主要有：砌体外墙外保温、砌体外墙内保温、砌体外墙夹芯保温、钢结构墙体复合保温及砌体外墙墙体自保温等，屋面保温做法主要有：卷材防水保温屋面、钢结构自防水保温屋面、保温型瓦屋面和刚性防水保温屋面等。仅就工业建筑而言，目前适用的外墙保温做法主要包括砌体外墙夹芯保温、钢结构墙体复合保温、保温饰面板外墙外保温和外墙墙体自保温，屋面多选用卷材防水保温屋面、钢结构自防水保温屋面和刚性防水保温屋面等，以下对工业建筑围护结构的一般节能构造做以介绍。
1 工业建筑外墙的典型节能构造
1）砌体外墙夹芯保温
此种做法多用于钢结构厂房外墙的砌体坎墙部位，较少用于高度超过3米的通高外墙墙体。该做法由砌体（或现浇钢筋混凝土）主墙、保温层和外侧砌体保护墙组成，具体构造见图（1）

图（1）
这种保温墙体构造的优点是保温层设于两层刚性墙体之间，不易损坏，相对于砌体外墙外保温来说墙体表面更耐撞击，非常适合于工业建筑的生产特性。墙体保温层可选用挤塑泡沫保温板、聚苯板、发泡聚氨酯、玻璃棉板和岩棉板等，玻璃棉板和岩棉板做保温层时应用防水透气膜严密包裹严防保温层粉化、吸潮。外部保护墙依靠镀锌钢筋网片与主墙体拉结以保证墙体的整体性。
2）钢结构复合保温墙体
目前，在钢结构工业建筑中外墙多采用钢结构复合保温墙体，这种墙体由彩钢外墙板、保温层、镀锌钢制墙梁和彩钢内衬板构成，图（2）为其构造简图

图（2）
该墙体施工全部为干作业，现场组装速度快，表观效果具有的金属质感符合现代工业建筑特征，保温层选用带防潮贴面的玻璃棉毡。这里需要特殊说明的是：由于玻璃棉毡保温层可压缩性好，导致彩钢外墙板和镀锌钢制墙梁之间保温层被挤压后厚度减小，从而使该处易产生热桥。解决该问题的办法目前较常用的是在镀锌钢制墙梁和保温层之间加设一定厚度的保温隔热垫片。
3）保温装饰板外墙外保温
近年来，随着建材工业的快速发展，出现了种类繁多的外墙用保温装饰板，这种材料是由各种不同材质的面层（石材效果面层、瓷砖面层、铝板面层、不锈钢板面层以及彩钢板面层等）与保温层复合成一体而成的，保温层多为挤塑泡沫保温板、阻燃型发泡聚氨酯、立纤维玻璃棉板和岩棉板，以下为两种不同的保温装饰板构造简图：

图（3）彩钢夹芯板外墙构造

图（4）铝板、挤塑泡沫保温板复合装饰板构造

保温装饰板外墙外保温可以适应多种主体结构形式，表面材质种类较多，可适用建筑物多种立面效果需要。
4）外墙墙体自保温
由加气混凝土砌块砌筑或干挂加气混凝土条板而成，由于加气混凝土材料本身具有保温隔热功能，因此，不需再设置单独的保温层。但是加气混凝土砌块和条板的一些特性（如吸水性及条板限制长度等）导致对其施工工艺要求较高，另外加气混凝土材料抗冲击性能较差。
2 工业建筑屋面的典型节能构造
1）卷材防水保温屋面
卷材防水保温屋面可以用于现浇钢筋混凝土屋面板和有檩体系屋面，由于卷材防水屋面延展性、封闭性和施工便捷性是最好的，因此这种屋面做法的使用优先级应该是最高的。根据基层的不同卷材防水保温屋面大体分为两种构造形式：卷材满粘固定式和机械固定式，现分述如下。
卷材满粘固定式：这种做法的保温层必须选用抗压强度较高的保温材料（挤塑泡沫保温板、水泥聚苯板、水泥珍珠岩板、加气混凝土板等），而且保温层下宜为钢筋混凝土屋面板，女儿墙内、外两侧必须设置保温层，以保证最大限度断绝热传导，详见图（5）构造。

图（5）

卷材机械固定式：这种做法多用于有檩体系屋面，保温层多选用挤塑泡沫保温板、带防火保护板的立纤维玻璃棉板和岩棉板，保温层下的基层可为压型钢板或钢筋混凝土板，女儿墙内、外两侧必须设置保温层，以保证最大限度断绝热传导，详见图（6）构造。

图（6）
2）钢结构自防水保温屋面
这种屋面是由镀铝锌压型钢屋面板、保温层、镀铝锌钢檩条和压型彩钢内衬板现场组装而成。镀铝锌压型钢屋面板多选用360°直立缝锁边滑动连接。保温层为带聚酯纤维增强塑料膜贴面的玻璃棉毡，由于玻璃棉毡保温层可压缩性好，屋面板和镀铝锌钢檩条之间保温层被挤压后厚度减小，使该处保温隔热效果减弱，因此应在镀铝锌钢檩条和保温层之间设一定厚度的保温隔热垫片，以增强保温隔热的总体效果。另外，在屋面板和保温层之间应加设一层防水透气膜，以延长保温层的使用年限。图（7）构造为常用形式。

图（7）
3）刚性防水保温屋面
该类型屋面防水层由水泥砂浆内掺防水剂现场施工而成，其保温层多为压缩强度高的水泥珍珠岩材料。由于水泥珍珠岩材料导热系数较高，其保温层较厚，屋面荷载增大，该做法较少应用。但是该做法有施工简便、施工工艺无相互干扰、造价低廉等特性。
3 工业建筑门窗的节能选型
建筑围护结构中的外门、窗和玻璃幕墙对建筑节能的影响也是相当大的。由于工业建筑大体量、大进深以及复杂工艺布置的特性，为满足自然采光及工艺要求，其外门、窗尺寸均较大且数量较多，所以工业建筑的门、窗和玻璃幕墙选型也是节能设计的重要部分。门、窗和玻璃幕墙的传热系数计算确定后，可据此选择玻璃类型，门、窗和玻璃幕墙框料种类，门板保温芯材厚度等。目前工业建筑的外窗、玻璃幕墙的玻璃一般应选用中空玻璃（6+12+6）或LOW-E中空玻璃，窗框多选用塑料或PA断桥铝合金型材（玻璃幕墙需选用PA断桥铝合金型材），窗和玻璃幕墙的开启方式应尽可能采取平开式和上悬式；平开外门宜选用钢板复合门（钢板表面、内填岩棉板）；大型外门宜采用保温型分节提升门或卷帘门（每节门板内均填充阻燃型发泡聚氨酯保温材料）。需要特别注意的是门窗结构洞口与门窗框之间的缝隙应该用聚氨酯发泡材料严密填实以防止空气渗透。
4 工业建筑的地面保温处理
个别工业建筑节能要求较高，地面采取保温、隔热处理以彻底阻隔热传导。图（8）为工程实例构造处理

图（8）
工程竣工后多方一致反应效果良好，证明该构造做法是成功的。
5 光导照明在工业建筑中的应用
电能是工业生产活动的主要动力之源。寻找节约电能的途径已成为工业建筑设计的当务之急。工业厂房的大空间，照明要求较高，即使是在白天厂房内也需要电力照明辅助才能正常的工作，电力照明的能耗大，造价也比较高。目前工业建筑中多采用屋面设置采光带的做法解决上述问题，但是，由于多数厂房高度较高，致使个别生产工位的自然光照度过低仍需靠电力照明辅助。光导照明系统可以较为完善的解决这个问题，其工作原理是通过采光装置聚集室外的自然光线并导入系统内部，再经过特殊制作的导光装置强化与高效传输后，由系统底部的漫射装置把自然光线均匀导入到室内任何需要光线的地方；从黎明到黄昏，甚至是阴天或雨天，该照明系统导入室内的光线仍然十分充足。其构造简图如下。