精准把握“标准”做好工业建筑节能设计

孟庆斌

（天津市天大规划建筑咨询有限公司，天津 300070）

0.引言

为适应国家经济建设以及“四节一环保”的需要，结合工业建设领域工作实际，住建部2017年发布了《工业建筑节能设计统一标准》（以下简称《标准》）GB51245-2017，2018-01-01开始实施[1]，这意味着我国建筑节能设计已由民用建筑延伸到工业建筑，从此整个建筑行业节能设计都做到了有法可依。近年来，在建筑节能方面，人们比较关注民用建筑的节能。对于工业建筑节能国内却一直没有得到应有的重视，导致送审的工业建筑节能设计部分图纸五花八门、各式各样，设计师对工业建筑不知如何进行节能设计。笔者通过对《标准》的研习分析及参加培训，并与民用建筑规范条款进行比较，提出一些观点和建议以及对规范标准的解析提示，期望能对设计师在工业建筑节能设计方面有所帮助。

1.应当掌握的工业建筑的基本概念

（1）工业建筑：由生产厂房和生产辅助用房（包括仓库及公用辅助用房等）组成。

（2）工业建筑能耗：工业建筑在使用过程中所消耗各类能源的总量。包括为保证工业建筑中生产、人员所需的室内环境要求，及其为满足向室外大气排放标准所产生的各种能源耗量，还包括建筑供水系统及其水处理所产生的各种能源耗量等。

（3）工业建筑节能：在工业建筑规划、设计和使用过程中，在满足规定的建筑功能要求和室内外环境质量的前提下，通过采取技术措施和管理手段，实现零能耗或降低运行能耗、提高能源利用效率的过程。

2.工业建筑节能设计的分类原则

（1）工业建筑按“环境控制及能耗方式”分成“一类工业建筑、二类工业建筑”两种节能设计类型。

（2）对于一类工业建筑，冬季以供暖能耗为主，夏季以空调能耗为主，通常无强污染源及强热源。其环境控制方式和节能设计方法与民用建筑相近。一类工业建筑节能设计原则是通过维护结构保温隔热遮阳设计和供暖空调系统节能设计，降低冬季供暖、夏季空调能耗。代表性行业有计算机、通信和其他电子设备制造业，食品制造业，烟草制品业，仪器仪表制造业，医药制造业，纺织业等。

（3）对于二类工业建筑，以通风能耗为主，通常有强污染源或强热源。其环境控制方式和节能设计方法与民用建筑存在明显差异。二类工业建筑节能设计原则是通过围护结构保温隔热设计、自然通风和机械通风系统节能设计，降低通风能耗，从而避免供暖空调能耗。代表性行业有金属冶炼和压延加工业，石油加工、炼焦和核燃料加工业，化学原料和化学制品制造业，机械制造等。

（4）一类工业建筑以供暖空调能耗为主，其围护结构热工指标为限值，是强制性条文；二类工业建筑以通风能耗为主，其围护结构热工指标为推荐值，是非强制性条文。

（5）设计师特别需要注意的是：一类、二类工业建筑的划分是为了节能设计进行的分类。并不是所有的工业建筑都要进行节能设计。例如：寒冷地区某企业内一个存放钢管的仓库，它既无采暖、空调，又无通风且钢管自身又不产生能耗，那么这个仓库就不需要节能设计。

3.天津市“气候区属”以及工业建筑是否采取遮阳措施

（1）依据《民用建筑热工设计规范》GB50176-2016第4.1.2条表4.1.2及附录A表A.0.1查询，天津市属于寒冷B区（2B）。

（2）《标准》第4.3.11条规定：夏热冬暖、夏热冬冷、温和地区的工业建筑宜采取遮阳措施。而《民用建筑热工设计规范》GB50176-2016第4.1.2条表4.1.2显示：寒冷B区是“兼顾自然通风、遮阳设计”的要求。两本规范存在明显不同。

（3）笔者认为：对于一类工业建筑，环境控制方式为供暖和空调。太阳辐射热经窗入室是造成夏季室内过热、空调能耗上升主要原因。故：一类工业建筑宜采取遮阳措施。对于二类工业建筑是以通风为环境控制方式，其节能设计旨在给出满足一定室内设计参数所需的围护结构热工性能设计方法，从而避免供暖空调系统能耗。故二类工业建筑不作遮阳措施要求。

4.工业建筑的体形系数

（1）《标准》第4.1.10条规定严寒和寒冷地区一类工业建筑体形系数限值与单栋建筑面积对应关系。从降低冬季供暖能耗的角度出发，一定对严寒和寒冷地区一类工业建筑的体形系数进行控制，以更好地实现节能目的。

（2）值得注意：该条款是“单栋建筑面积A（m2）”，A—建筑面积；而不像大家非常熟悉的《天津市公共建筑节能设计标准》DB29-153-2014第3.2.1条 “单栋建筑面积A0（m2）”，A0—节能计算建筑面积，两者含义不一样。

（3）《标准》第4.1.10条对于A≤300m2的单栋一类工业建筑，体形系数没有要求。由《标准》第4.1.10条表4.1.10可推知，当建筑面积A≤300m2时，必定体形系数S＞0.5，围护结构传热系数按《标准》第4.3.2条表4.3.2-5中S＞0.15的限值进行设计。

（4）设计师需要注意的是，当严寒和寒冷地区一类工业建筑体形系数超过限值怎么办？需调整建筑方案，满足规范的体形系数限值要求。

（5）二类工业建筑对体形系数不做要求，对于以散热为主的厂房，在工艺条件允许的情况下，应尽量增大体形系数，增加围护结构散热。

5.一类工业建筑围护结构的热工性能

（1）《标准》第4.3.2条表4.3.2-5、表4.3.2-8适用于天津市一类工业建筑围护结构的热工性能节能设计。

（2）《标准》第2.0.5条是“总窗墙面积比”，而《天津市公共建筑节能设计标准》DB29-153-2014第2.0.3条是“单一立面窗墙面积比”二者不一致，设计师应多加注意。

（3）关于“地面热阻”，《标准》第4.3.2条表4.3.2-8的“注：2地面热阻系指建筑基础持力层以上各层材料的热阻之和；”而《天津市公共建筑节能设计标准》DB29-153-2014第3.3.4条表3.3.4的“注：2地面热阻仅为保温材料层的热阻；”，二者不一致，设计师应特别注意。

（4）采用热工性能良好的建筑围护结构是降低一类工业建筑能耗的重要途径之一。但并不是绝对的，它是有前提条件的。对于轻微室内发热量（Q＜10W/m3）的厂房，提高围护结构的保温性能对于建筑节能有一定的效果；对于中度室内发热量（Q≥10W/m3）的厂房，增强围护结构的保温隔热性能对建筑节能基本没效果，不建议盲目做保温隔热要求。

6.一类工业建筑围护结构热工性能的权衡判断

（1）《标准》第4.3.2条表4.3.2-5、表4.3.2-8适用于天津市一类工业建筑围护结构的热工性能节能设计。当不满足本条规定时，须进行权衡判断。《标准》第4.4.1条规定：当一类工业建筑进行权衡判断时，设计建筑围护结构的传热系数最大限值不应超过表4.4.1的规定。表4.4.1中（寒冷B区）数值是对一类工业建筑中要进行权衡判断的“设计建筑”围护结构（包括屋面、外墙、外窗、屋顶透光部分）的传热系数的准入条件（最大限值）。《标准》第4.4.1条“条文说明”明确指出：表4.4.1中（寒冷B区）数值仅适用于“轻微室内发热量（Q＜10W/m3）的一类工业建筑”，对于“中度室内发热量（Q≥10W/m3）的工业厂房”不适用。这也正与《标准》第4.3.2条的“条文说明”相吻合。

（2）《标准》第4.4.2条表4.4.2讲的是：一类工业建筑在进行权衡判断时，“参照建筑”的换气次数如何取值。其“条文说明”中列举了几种情况下换气次数如何取值。

（3）《标准》第4.4.3条讲的是：一类工业建筑在进行权衡判断时，“参照建筑”的所有计算取值，应完全按照本标准的规定限值（第4.3.2条表4.3.2-5、表4.3.2-8）取值，“参照建筑”的总窗墙面积比和屋顶透光部分的面积比取值应按本标准第4.1.11条和第4.1.12条的规定（总窗墙面积比取值0.50，屋顶透光部分的面积比取值0.15）取值。

（4）《标准》第4.4.4条讲的是：一类工业建筑围护结构热工性能权衡判断计算应采用参照建筑对比法。步骤：采用统一的供暖、空调系统，计算设计建筑和参照建筑全年逐时冷负荷和热负荷；采用统一的冷热源系统，计算设计建筑和参照建筑的全年累计能耗；将各类型能源耗量统一折算成标煤比较，得到设计建筑全年累计综合标煤能耗E设和参照建筑全年累计综合标煤能耗E参。当E设/E参≤1时，应判定为符合节能要求；当E设/E参＞1时，应判定为不符合节能要求，并应调整建筑热工参数重新计算，直至符合节能要求为止。

（5）《标准》第4.4.5条讲的是：一类工业建筑在进行权衡判断时，应将节能投资回收期作为优化方案考虑的重要经济性指标。

7.二类工业建筑围护结构的热工性能

（1）《标准》第4.3.3条表4.3.3-5适用天津市二类工业建筑围护结构热工性能节能设计。

（2）值得注意的是：对于严寒和寒冷地区的二类工业建筑，建筑围护结构的传热系数是推荐值，而不是限值。这就意味着二类工业建筑围护结构传热系数值主要考虑了冬季的保温要求，兼顾考虑了夏季隔热及排出室内余热的需求。表中围护结构传热系数推荐值是在“中等劳动强度”下的室内计算温度下给出的数值；围护结构传热系数大于或小于推荐值都不利于室内热环境和节能，也就是说，在所有条件均满足情况下，围护结构传热系数应等于推荐值。

（3）对于严寒和寒冷地区的二类工业建筑，室内余热强度和通风换气次数是影响环境控制方式和节能设计方法的主要因素，体形系数和总窗墙比对围护结构传热系数的影响较小，余热强度对围护结构传热系数（尤其是对外墙）具有非常大的影响。当室内余热强度大于50W/m3时，不论严寒还是寒冷地区，都不需要考虑保温，通风换气次数对围护结构传热系数（尤其是对外墙）具有非常大的影响。

（4）《标准》第4.3.3条的围护结构传热系数推荐值仅适用于严寒和寒冷地区的二类工业建筑，《标准》第4.3.10、4.3.11条给出了夏热冬冷、夏热冬暖、温和地区的隔热、遮阳要求。

8.二类工业建筑围护结构热工性能的权衡判断

（1）《标准》第4.3.3条表4.3.3-1～表4.3.3-5给出了在不同余热强度和换气次数条件下的围护结构传热系数推荐值。表4.3.3-5适用于天津市二类工业建筑围护结构的热工性能节能设计。

（2）当实际通风换气次数与余热强度不符合表4.3.3-5的条件时，可按“稳态计算法（热量平衡关系式）”对围护结构热工性能权衡判断计算，反算出外墙、屋顶、窗户部位对应的平均传热系数（推荐值），详见《标准》第4.3.3、4.4.6条的“条文说明”。

（3）稳态计算法：Qn=Qq+Qw+Qc+Qf，式中：Qn为室内余热量（W）；Qq为墙体传热量（W）；Qw为屋面传热量（W）；Qc为通过窗户传热量（W）；Qf为通风换气带走的热量（W）。

9.工业建筑变形缝保温措施

（1）《标准》第4.3.5(2)条规定：有保温要求的工业建筑，变形缝应采取保温措施。

（2）对于工业建筑变形缝保温措施，《标准》第4.3.5条的条文说明没有给出具体保温做法，笔者认为：可按《天津市公共建筑节能设计标准》DB29-153-2014第3.3.4条表3.3.4的“注：变形缝内沿周边应填低密度保温材料，且填充深度不小于300mm。”进行设计。

（3）变形缝保温措施仅适用一类工业建筑，不适用于二类工业建筑。

10.工业建筑外门窗气密性等级的确定

（1）《标准》第4.3.8(2)条规定：有保温隔热要求时，气密性等级应符合现行国家标准《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T 7106的有关规定。

（2）对于工业建筑外门窗气密性等级的具体数值，《标准》第4.3.8条的条文说明没有给出答案，把《标准》第4.3.2条表4.3.2-5与《天津市公共建筑节能设计标准》DB29-153-2005的第3.2.1条表3.2.1-1中外窗传热系数进行比对，数值基本差不多，而《天津市公共建筑节能设计标准》DB29-153-2005的第3.2.8条规定：外窗的气密性能不应低于《建筑外窗气密性能分级及其检测方法》GB7107中规定的4级。因此，笔者认为：工业建筑外门窗气密性等级不应低于《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T7106-2019中规定的4级。

（3）无论是一类还是二类工业建筑，《标准》只给出外窗的传热系数限值或推荐值，外门如何节能设计？如果是透明外门，需按照外窗计算。非透明外门不需要。

11.工业厂区内建筑定性以及节能设计的问题

（1）厂区项目一般包括：厂前区办公楼、主体厂房、主体厂房内附属非工业生产用房（如办公室、控制室等）、集体宿舍以及门卫等单体建筑。

（2）厂前区办公楼：按公建对待。节能按其建筑面积（＞300m2为甲类、≤300m2为乙类）划分类别。甲类按天津市《公共建筑节能设计施工图编制深度图样》DBJT29-178-2016津16J18（甲类）节能设计专篇格式进行设计。乙类按天津市《公共建筑节能设计施工图编制深度图样》DBJT29-178-2016津16J18（乙类）节能设计专篇格式进行设计。

（3）主体厂房：依据任务书，确定是一类还是二类工业建筑。

（4）主体厂房内附属的非工业生产用房（如办公室、控制室等）：围护结构节能设计是针对外围护结构，办公室、控制室等在厂房内，可不考虑围护结构节能计算。整体厂房先确定是一类还是二类工业建筑，然后再进行节能设计。

（5）存在这样一种情况：单栋建筑其中一部分为民用建筑用途，另一部分为工业建筑用途。如果该栋建筑的主要用途是工业生产，民用建筑用途只是为工业生产服务，那么应按照工业建筑进行节能计算，否则就按照民用建筑。

（6）集体宿舍：节能专篇格式按天津市《居住建筑节能设计施工图编制深度图样》DBJT29-178-2016津16J19进行设计。

（7）门卫：按天津市《公共建筑节能设计施工图编制深度图样》DBJT29-178-2016津16J18（乙类）节能设计专篇格式进行设计。

（8）工业建筑的墙体及屋面经常会遇到两种材质的情况。如：外墙的下部是砌筑墙体，上部是彩钢板；屋面由钢筋砼及彩钢板两部分组成。可以采用等效的概念简化处理，即K（外墙）等效=（k砌筑×A砌筑+k彩钢×A彩钢）/（A砌筑+ A彩钢），屋面等效原理同外墙。

12.关于节能专篇中保温材料的取值问题

关于工业建筑节能设计专篇中保温材料的取值问题，有几种选择：

（1）按《民用建筑热工设计规范》GB50176-2016附录B的B1、B2取值。

（2）按《标准》GB51245-2017附录B的“注”取值。

（3）按《天津市公共建筑节能设计标准》DB29-153-2014附录F取值。

13.结语

《工业建筑节能设计统一标准》在2018年实施，对我国的建筑业是一件大事。工业建筑由原来的只注重工艺和经济性的粗犷型发展，向着现在既要重视经济性又要重视节能环保精细型发展方向前进。这既符合国家节能总体目标规划又符合节约能源，实现可持续发展要求。本文就工业建筑节能设计中涉及的规范条款进行梳理、解析，意在倡导工业建筑节能设计理念，全面提升设计师设计能力及设计质量，为国家工业建筑节能出一份力。