摘要：近年来，能源短缺问题日益突出，节能是当前社会可持续发展的大势所趋，工业建筑作为能源消耗巨大的行业，应积极做好工业建筑节能。
关键词：变电所；工业建筑节能；节能设计
1.背景及现状
近年来，随着建筑的发展，能源日益短缺，做好建筑节能已成为大势所趋。工业建筑作为能源消耗巨大的行业，应积极的做好建筑节能，本文以某化工变电所为例，对工业建筑节能设计进行研究与探讨。
工业建筑在满足功能使用的基础上，需要更多关注在节能减排的要求上。对寒冷地区一类工业建筑来说，需使用空调和完善的供暖系统来进行冷热交换，这就要求工业建筑在进行节能设计时，不只计算建筑体本身的热工属性，还需考虑建筑空调等设备的热损耗，这也关系到我国每年的空调能量损耗程度。相比之下，寒冷地区二类工业只有自然通风和机械排风系统，其建筑的节能因素就要少一些，节能设计也相对简单。
工业建筑中大部分为工业厂房的设计，工业厂房又分为有窗厂房和密闭式无窗厂房 锯齿形厂房和平屋顶厂房。以沿用至今的传统锯齿形厂房和较为新颖的无窗厂房为例，无窗厂房正逐渐取代锯齿厂房的地位，因其具有更佳的热工性能，其中空调系统的节能就是其突出优势。锯齿厂房空调空间相对效率低，有很大面积的无效空调空间，热交换基数大，散热面积大，而无窗厂房解决了无效的空调空间，合理利用空间节能，更有利于车间厂房控制温度。
2.理论研究
工业建筑选址应充分考虑到环境因素，因地制宜，结合天然水与绿化植被，铺设建筑与道路铺装，与周边环境相融合，平衡土石方，做到绿色生态可持续。总图布置时应考虑避让相邻建筑，拉开安全距离，避免热量，蒸汽和有害物质向周围建筑排放。建筑朝向有利于冬季采光日照，避开冬季主导风向，朝向夏季自然采光和通风良好的方向。结合被动式节能，合理选择建筑结构构件来做好保温隔热，尽量利用优越的自然条件进行冷热交换，通风换气，及采光遮阳，减少供暖和空调的能量损耗，结合主导风向和采光方向考虑通风与照明系统的设计。建筑功能布局应考虑将散热量大的热源放置于厂房外部，不能临近生产辅助用房，做好隔热和远程控制。工业厂房生产产生的大量余热可考虑能量的回收与再利用。在厂房建设时，应考虑加入新技术新设备，选用新能源和新材料，发展新工艺。
3.节能措施
3.1规划布局
工业建筑应集中布置，节约用地，减小与外界接触面积。尽量利用房间来做热工和声屏壁，用要求不高的车间讲有恒温恒湿要求的房间围合起来，减小外围护结构面积。在设计时将平面布局与空调总风道和支风道结合起来综合考虑，提高工艺水平。 采用创新技术，节约经济。发展多层厂房和联合厂房，减小热能浪费，提高热稳定性。
3.2建筑造型
工业建筑造型影响体形系数，在设计时尽量减少形体变化，外墙面尽量平整减少墙体凹凸，减少出挑或内阳台部分。尽量不要设置技术夹层，技术夹层会使建筑体积增加40%以上，浪费空间，增加能耗和工程造价。地下空间和半地下空间可以减小围护结构的热交换面积，减小体形系数，建议寒冷地区工业建筑考虑地下或半地下设置，减小空调采暖能耗。
3.3墙体节能
在建筑设计中应选用适当的墙体材料，以达到保温节能的目的。如今的建筑材料更新后可以做到现场发泡，这样的建筑材料用作墙体，可以使墙体与保温层无接缝贴合，防水抗裂。优势的保温材料可以达到好的热工性能，并且具有较低的导热系数。在施工时可以选择更为便宜的珍珠岩，制作成品或直接抹面珍珠岩保温砂浆，是一种更有推广和使用前景的节能材料。空气砖或加气混凝土既可以承重同时兼具保温效果，可以应用于承重与保温一体的墙体，在某种层面上也可以减轻建筑物自重，同时施工起来更为简便有效。在我国山东，砖砌房屋仍占有一定比重，可以考虑承重与保温一体化设计，对砖砌房屋进行改造。
3.4门窗节能
门窗是工业建筑立面的一个重要元素，在工业建筑设计中，不能只考虑美观因素，同时也应考虑到门窗对热工性能的重要影响。窗的传热系数是外墙的几倍，所以需要控制窗墙比。在窗的布局中应尽量考虑南北向开启，避免东西朝向的窗墙比过大，不应加设过多或过大的窗户，每个朝向的窗墙比均应小于0.7，气密性大于等于4级。建议密封门窗，采用保温窗框和中空玻璃，尽量组织自然通风，减少机械排风的能量损耗。寒冷地区一类工业建筑在进行门窗设计时，应尽量提高气密性，减少窗墙之间的缝隙，对外窗加装泡沫塑料或橡胶等密封条，防止风沙进入，降低窗缝间的空气渗透率。具有较高热阻的门窗导热系数更低，在节能中更具优势，因此建议內贴透明塑料薄膜，或采用新型塑料窗。门的设计也是节能设计的重要因素，工业建筑出入口设计中宜采用双层门并加设门斗，减少对流和能力损耗，以提高室内温度。
3.5屋面节能
屋面的保温隔热难度要大于墙体保温，主要由于屋面的导热系数大于墙体，而建筑设计节能标准要求其热工性能需优于墙面。如今较为超前的做法是采用倒置式屋面，比传统屋面更为便捷高效。建议采用挤塑形聚苯乙烯保温隔热板置于材料防水或结构防水上方，提高施工效率的同时可以增加防水层寿命。在对建筑屋面进行设计时，可合理设置架空层，并利用绿色建筑技术，铺设屋顶绿化，减小体形系数，同时控制温度流失，提高热工性能。
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4.某化工变电所节能计算
4.1项目概况：
兖矿化工建筑项目位于山东省济宁市兖州区，工程设计需要进行建筑节能计算，现以其变电所为例，进行建筑节能计算说明。
根据现行国家标准《民用建筑热工设计规范》GB50176，变电所所在地热工设计分区应为寒冷B区。变电所具有完整的供暖、空调系统，所以为一类工业建筑。
4.2标准规定：
变电所单栋建筑面积为754㎡，根据《工业建筑节能设计统一标准》GB51245-2017，对于寒冷地区一类工业建筑来说，当其单栋建筑面积在300到800平米之间时，其建筑体形系数不应超过0.5。建筑总窗墙比不应超过0.5。建筑屋顶透光部分的面积与屋顶总面积之比不应超过0.15。
4.3节能计算：
4.3.1建筑体形系数计算
变电所为二层建筑，变电所屋面结构面层标高为8m，变电所女儿墙顶标高为9.2m，平面布局为进深28m、开间48m的矩形。变电所体形系数S=F/V=0.26，符合标准中规定≤0.5的要求，因此变电所建筑形体满足建筑节能设计。
4.3.2外墙传热系数计算
（1）规范标准要求
变电所体形系数S为0.26，根据《工业建筑节能设计统一标准》GB51245-2017，寒冷B区工业建筑围护结构传热系数限值K应为：当S>0.15时，外墙K值应≤0.6，当不能满足时，其权衡判断K≤0.8。
（2）外墙传热系数计算
外墙构造材料为20厚水泥砂浆抹面、200厚加气混凝土砌块、20厚水泥砂浆抹面、50厚岩棉保温。其热阻R值分别为：R1=0.022，R2=0.855，R3=0.022，R4=1.109。
内外表面热阻根据《民用建筑热工设计规范》附录B.4查表得出，Ri=0.11、Re=0.04。累计热阻为R=2.157，由此可得K=0.464。符合标准中规定≤0.6的要求，因此变电所外墙设计满足建筑节能设计。
（3）外墙冷桥部分传热系数计算
外墙冷桥部分围护结构构件包括混凝土梁、圈梁及构造柱。混凝土梁、圈梁构造材料为20厚水泥砂浆抹面、200厚钢筋混凝土、20厚水泥砂浆抹面、50厚岩棉保温。其热阻R值分别为：R1=0.022，R2=0.115，R3=0.022，R4=1.109，累计热阻为R=1.418，由此可得K=0.705。混凝土柱构造材料为20厚水泥砂浆抹面、500厚钢筋混凝土、20厚水泥砂浆抹面、50厚岩棉保温。其热阻R值分别为：R1=0.022，R2=0.287，R3=0.022，R4=1.109。累计热阻为R=1.59，由此可得K=0.629。均符合权衡判断K≤0.8的要求，因此变电所外墙冷桥部分设计满足建筑节能设计。
4.3.3屋面传热系数计算
（1）规范标准要求
变电所体形系数S为0.26，根据《工业建筑节能设计统一标准》GB51245-2017，寒冷B区工业建筑围护结构传热系数限值K应为：当s>0.15时，屋面K值应≤0.5，当不能满足时，其权衡判断K≤0.7。
（2）屋面传热系数计算
屋面构造材料为20厚水泥砂浆抹面、50厚挤塑聚苯板、30厚至180厚水泥珍珠岩找坡层（平均厚度105mm）、20厚水泥砂浆抹面、120厚钢筋混凝土屋面板。其热阻R值分别为：R1=0.022，R2=1.420，R3=0.252，R4=0.022，R5=0.069。累计热阻为R=1.935，由此可得K=0.52。符合权衡判断K≤0.7的要求，因此变电所屋面设计满足建筑节能设计。
5.结束语
通过工业建筑节能设计理论研究和节能计算，兖矿化工变电所的围护结构热工性能均符合标准规定，工业建筑节能需要在工程中积极发展和大力推广。
参考文献
[1]张新中,魏辰,唐克东,段宇航. 中原地区既有住宅建筑节能性能研究——以郑州地区为例[J].河南建材,2015年第01期.
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[3]孙文瑶.浅析建筑节能设计的主要内容与常见问题[J].浙江建筑,2010年第4期.
[4]工业建筑节能设计统一标准GB51245-2017[S].2017.
论文作者:李纯
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
标签：变电所论文; 工业建筑论文; 系数论文; 建筑节能论文; 节能论文; 建筑论文; 屋面论文; 《基层建设》2019年第10期论文;