張麗梅　（大慶油田天宇工程設(shè)計有限責(zé)任公司）

簡述工業(yè)建筑綠色節(jié)能設(shè)計

張麗梅（大慶油田天宇工程設(shè)計有限責(zé)任公司）

通過對實際建筑工程設(shè)計過程的分析，詳細介紹建筑過程中可以進行建筑節(jié)能（外墻、門窗、屋面等與外環(huán)境接觸部分的節(jié)能）和結(jié)構(gòu)節(jié)材（高強材料和工廠化構(gòu)件等）的措施，使工業(yè)建筑在油田建設(shè)項目的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材）、減少污染、保護環(huán)境。

工業(yè)建筑；綠色節(jié)能；節(jié)材和材料資源利用；實例

引言

《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》中，明確提出了“綠色發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的方針。在建筑節(jié)能方面，公共建筑和民用建筑節(jié)能強制實行已經(jīng)十幾年了，其設(shè)計和材料使用方面都相對成熟，節(jié)能審核也較工業(yè)建筑完善，而工業(yè)建筑節(jié)能的推進工作與民用建筑節(jié)能的推廣還有一定的差距。當(dāng)前,在以工業(yè)生產(chǎn)為主體的背景下,工業(yè)建筑領(lǐng)域必須引入綠色節(jié)能建筑理念,從設(shè)計入手，從源頭做好工業(yè)節(jié)能工作，響應(yīng)國家綠色與環(huán)保國策。

由于工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)至今尚未出臺，在工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計過程中，主要借鑒GB 50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中的各城市氣候分區(qū)、維護結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)等數(shù)據(jù)[1]作為工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計的技術(shù)支持，同時依據(jù)《綠色工業(yè)建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》[2]作為整體衡量工業(yè)建筑的有力保障。

1　工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)節(jié)能

1.1總圖優(yōu)化布置

對于工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計，在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下，最大限度地節(jié)能。對建筑的總平面布置需要考慮多方面的因素，如建筑物朝向、太陽輻射、通風(fēng)、建筑物結(jié)構(gòu)形式等。在寒冷的冬季，建筑物朝向選擇能夠得到足夠的日光并且避開主導(dǎo)風(fēng)向，最大程度利用自然能源來取暖；在炎熱的夏季，應(yīng)該利用自然通風(fēng)并且防止太陽輻射，最大限度地減少增熱并利用自然風(fēng)降溫冷卻。在總圖布置過程中，盡量采用本地區(qū)建筑的最佳朝向或者適宜朝向，盡量避開東西向日曬。

1.2建筑節(jié)能

就工業(yè)建筑長遠的經(jīng)濟效應(yīng)來看，通過建筑初期增加一部分節(jié)能投資，在投入生產(chǎn)后很快就可以收回成本。建筑物與外界環(huán)境接觸面是節(jié)能設(shè)計主要考慮的方面，包括屋面、墻面、門窗、地面等；同時，還要考慮建筑的自然通風(fēng)、自然采光等方面。工業(yè)建筑節(jié)能措施包括：

1.2.1建筑外圍結(jié)構(gòu)

建筑物中外墻與外界環(huán)境接觸面大，對建筑的節(jié)能指標(biāo)影響大，是節(jié)能要考慮的主要材料。過去外墻材料采用黏土磚，黏土磚的燒制耗用大量的耕地，根據(jù)國家節(jié)能減排的相關(guān)規(guī)定，黏土磚已經(jīng)不允許使用。現(xiàn)在建筑多采用燒結(jié)多孔磚、混凝土多孔磚、混凝土砌塊等節(jié)能型磚。新型的墻體材料有很多優(yōu)點，但在冬季嚴(yán)寒的北方，混凝土多孔磚的保溫性能與黏土磚相比差距很大，所以在工藝、防火等方面允許情況下，建筑外墻相應(yīng)采用符合規(guī)范的外墻外保溫結(jié)構(gòu)。

1.2.2門窗

對有溫、濕度要求的建筑外墻，其外門和外窗的氣密性和開啟方式對于圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱具有重要的影響。設(shè)計時采用節(jié)能門窗，通過提高門窗的材料(玻璃、窗框材料)的光學(xué)性能、熱工性能和密封性，改善門窗的構(gòu)造（雙層、多層玻璃，內(nèi)外遮陽系統(tǒng)，控制各朝向的窗墻比，加保溫窗簾）等措施，以提高門窗的保溫性能。

1.2.3屋面

屋面保溫層一般選用導(dǎo)熱系數(shù)較小、密度較小的保溫材料，以保證屋面質(zhì)量、厚度，并且屋面保溫層要選用吸水率較小的保溫材料，以防屋面濕作業(yè)時因保溫層大量吸水而降低保溫效果。工業(yè)建筑屋面保溫層現(xiàn)階段一般采用板塊式保溫材料，主要有聚苯板、加氣混凝土板等?，F(xiàn)階段嚴(yán)寒地區(qū)屋面保溫一般采用擠塑聚苯板，導(dǎo)熱系數(shù)為0.041W/（m·K），密度較小，質(zhì)量輕，吸收性小。這種材料具有施工速度快、保溫效果好、避免了濕作業(yè)的優(yōu)點，在工程中應(yīng)用較廣泛。在可能的情況下最好使用2層以上的板塊疊合組成保溫層，并處理好板塊之間的接縫，避免熱橋的現(xiàn)象發(fā)生。

1.2.4節(jié)能途徑

對于條件許可的工業(yè)廠房，合理利用自然通風(fēng)是有效的節(jié)能途徑，建議采用自然采光，可以節(jié)省照明電力。

1.3節(jié)材和材料資源利用

工業(yè)建筑中，建議使用高性能混凝土、高強度鋼材，能減少材料用量。工業(yè)建筑中建筑制品的工廠化將建筑整體按照不同功能分解為各個構(gòu)建模塊，按照標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計在工程里進行模塊化生產(chǎn)，以空間換時間，提高建筑效率，以作業(yè)程序化保證構(gòu)件的質(zhì)量規(guī)范化。工業(yè)建筑中常采用的工廠化構(gòu)件有預(yù)制排架柱、預(yù)制獨立基礎(chǔ)、預(yù)制屋面梁、預(yù)制屋面板等。利用這些在工程預(yù)制完成的構(gòu)件，可以大大加快施工進度，保證工程質(zhì)量，減少現(xiàn)場制作流程。

2　工程實例

根據(jù)油田建設(shè)的需要，大慶油田各單位的車輛多為特種車型，車輛長度、高度、寬度均為非標(biāo)準(zhǔn)尺寸，有的車輛長度接近12 m。大慶油田某公司固井設(shè)備修保廠潤滑油站建設(shè)工程，就是為了保養(yǎng)和修理特種車輛。

本建筑處于嚴(yán)寒地區(qū)A區(qū)，雖然對節(jié)能沒有強制要求，但考慮使用的適用度和長期經(jīng)濟效應(yīng)，建筑設(shè)計工程中進行了節(jié)能設(shè)計。

2.1總圖布置

建筑地點為大慶地區(qū)，處于松花江及嫩江沖積平原中部，地形呈北高南低的廣闊波狀平原，屬于溫帶季風(fēng)性氣候，冬季主導(dǎo)風(fēng)向為西北風(fēng)，寒冷少雪，熱量嚴(yán)重匱乏；夏季主導(dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)，夏季前期干熱少雨，后期雨季集中；在選擇建筑物朝向時，考慮大慶地區(qū)的實際情況，建筑物南北向布置，有利于冬季避開強勁西北風(fēng)，保持室內(nèi)溫度；同時，建筑南北方向開啟門窗，有利于夏季東南風(fēng)吹入建筑內(nèi)，保持室內(nèi)自然通風(fēng)，降低室內(nèi)溫度?？倛D布置如圖1所示。

圖1　總平面

2.2采暖狀況

本建筑地處寒冷地區(qū)，冬季供暖耗熱是主要的能量消耗。在建筑物的供暖耗熱中，維護結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱需考慮的主要因素；而建筑的體形系數(shù)與外圍護結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系，體形系數(shù)越大，向外傳熱的面積越大，本建筑體形系數(shù)在滿足工藝要求后，控制在0.25以內(nèi)。

2.3建筑外圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能措施

2.3.1墻體材料

在選擇外墻材料時考慮墻體節(jié)能，墻體采用MU20混凝土多孔磚，Mb7.5砌塊混合砂漿砌筑；考慮到混凝土空心磚的導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.74 W/（m·K），外墻外側(cè)增加1層有機保溫層30 mm厚的聚苯板〔導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.033 W/（m·K）〕保溫，以提高墻體的整體保溫性能。

2.3.2屋面材料

借鑒《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，嚴(yán)寒地區(qū)的屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)k應(yīng)小于等于0.35 W/（m·K）；屋面結(jié)構(gòu)為1.5 m×6.0 m預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板+屋面保溫層150 mm厚的擠塑聚苯板，其中擠塑板導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.041 W/（m·K），且擠塑板具有強度較高、導(dǎo)熱系數(shù)較小、防水性好等優(yōu)點，用做屋面保溫材料能夠達到節(jié)能的要求。本建筑屋面塊狀保溫層分兩層鋪設(shè)，分層鋪設(shè)時上下兩塊板縫錯開，保證屋面的保溫性能，減少了熱橋出現(xiàn)。

2.3.3節(jié)能門窗

北側(cè)墻體窗墻比為0.23，南側(cè)墻體窗墻比為0.4。借鑒《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》要求，嚴(yán)寒地區(qū)的門窗傳熱系數(shù)k應(yīng)小于或等于2.5 W/（m·K），此次選用的單框雙玻塑鋼窗，塑鋼窗的傳熱系數(shù)小，空氣滲透量小，傳熱系數(shù)為2.5 W/（m·K）；外門采用保溫大門，保溫層采用保溫性能好的巖棉保溫層，節(jié)能門窗的選用提高了外圍護結(jié)構(gòu)的保溫性。

2.4節(jié)材措施

2.4.1基礎(chǔ)

采用C30預(yù)制鋼筋混凝土杯口基礎(chǔ)[3]。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)計算出混凝土基礎(chǔ)的底面積、杯口高度、鋼筋型號、混凝土型號等，根據(jù)計算的排架柱尺寸預(yù)留杯口的尺寸，基礎(chǔ)所有系數(shù)確定完畢后，送預(yù)制廠進行生產(chǎn)預(yù)制。鋼筋混凝土杯口基礎(chǔ)見圖2。

圖2　杯口基礎(chǔ)

2.4.2排架柱

采用C30預(yù)制鋼筋柱，排架柱的確定通過荷載計算，組合出最不利荷載，通過對最不利荷載驗算，計算出排架柱尺寸、長度、各截面配筋。因為此柱要在工廠進行預(yù)制，通過吊裝預(yù)制至現(xiàn)場，所以設(shè)計時進行了排架柱的裂縫和運輸、吊裝階段驗算。鋼筋混凝土排架柱見圖3。

圖3　排架柱

2.4.3屋面板

屋架采用18 m標(biāo)準(zhǔn)跨鋼屋架，屋面板采用1.5 m×6.0 m預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板，通過計算屋面恒載和活荷載，選用國家標(biāo)準(zhǔn)圖集?；A(chǔ)梁采用預(yù)制鋼筋混凝土材料，均根據(jù)梁上荷載選自國家標(biāo)準(zhǔn)圖集。

3　結(jié)論

本工程設(shè)計過程中考慮“綠色工廠”設(shè)計，從建筑、結(jié)構(gòu)兩方面入手，介紹了工業(yè)建筑在整個建筑過程中節(jié)能和節(jié)材措施。建筑方面從總圖布置、體形系數(shù)、外圍護節(jié)能等方面，減少能源消耗；結(jié)構(gòu)方面建立了預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的新型結(jié)構(gòu)體系，大部分建筑構(gòu)件實行工廠化作業(yè)，現(xiàn)場進行組合施工，減少耗材，提高建設(shè)效率。此工業(yè)建筑已建設(shè)完畢，通過生產(chǎn)運行實踐，節(jié)能和節(jié)材是切實可行的，達到了“綠色工業(yè)建筑”要求。

[1]郎四維，林海燕，涂逢祥，等.公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：GB 50189—2005[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005:5-9.

[2]吳元煒，劉筑雄，張家平，等.綠色工業(yè)建筑評價標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50878—2013[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014:10-11.

[3]滕延京，黃熙齡，王曙光，等.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范：GB 50007—2011[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012:65-67.

（編輯李珊梅）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.06.019

張麗梅，工程師，2004年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院（土木工程專業(yè)），從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用工作，E-mail: qingkongwanli1999@163.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)方曉工業(yè)園區(qū)天宇設(shè)計院方興街1號，163161。

2016-04-28