中國和世界能源日益匱乏,建筑能耗卻日漸攀升。黨、政府乃至國民越來越重視建筑節(jié)能,做出極大努力。國家和地方政府陸續(xù)發(fā)布一系列建筑節(jié)能之規(guī)定,編制了《居住建筑節(jié)能設計標準》、《公共建筑節(jié)能設計標準》等技術性文件,為民用建筑節(jié)能提供有力的技術支撐。
與之對比的是,工業(yè)建筑節(jié)能設計研究起步不算晚,八十年代中國就建立重點工業(yè)和交通運輸業(yè)能源統(tǒng)計報表制度,國家統(tǒng)計局還定期進行有關能源消費的調查,但廣泛研究相對滯后。至今為止,僅有個別行業(yè)編制了節(jié)能標準,這些節(jié)能標準偏重定性要求,可操作性不強,更無工業(yè)建筑節(jié)能的國家標準。
為此,有必要對工業(yè)建筑的節(jié)能展開廣泛的研究和討論,各抒己見、暢所欲言,在形成共識的基礎上,盡快編制工業(yè)建筑節(jié)能的國家標準。希望本文能起拋磚引玉作用。
1工業(yè)建筑的特點決定了工業(yè)建筑節(jié)能設計的特征
與居住建筑與公共建筑相比,工業(yè)建筑具有以下特點,它們決定了工業(yè)建筑節(jié)能設計的特征。
1)工業(yè)建筑是以生產或貯存商品(產品)為主的建筑物。我國目前已由計劃經濟轉型為市場經濟,并且參加世界經濟一體化活動,競爭激烈,生產必須順應市場需求。只有抓住商機及早投產,才有競爭力;更何況生產和商品(產品)更新換代快,機遇一轉即逝。這就在客觀上決定了工業(yè)建筑使用周期短、建設周期短。
按生產或產品使用周期確定工業(yè)建筑的設計壽命是不合理的,要使工業(yè)建筑設計使用年限得到充分利用,就必須按可持續(xù)使用與發(fā)展的理念進行設計,如采用大柱網靈活空間以適應工藝流程、產品的改造、改變;設計使用年限短的建筑物,應采用可回收能再生利用的材料建造。
2)工業(yè)建筑的室內空間規(guī)模、室內環(huán)境質量取決于合格商品(產品)的生產和貯存,并兼顧工作人員高效率工作所要求的室內環(huán)境質量的要求。這就導致工業(yè)建筑類型多,既有勞動密集型的服裝加工、電子裝配等生產廠房,也有以機械化生產線為主的汽車加工、飲料罐裝等人流少、大空間的工業(yè)建筑;既有對室內溫濕度基本無要求的常規(guī)的機加、裝配等普通工業(yè)廠房,也有對室內溫濕度有較嚴格要求的精密數控加工廠房;既有敞開生產空間的維修機庫等高大空間的廠房,也有要求恒溫恒濕且潔凈度高的封閉的血液制品廠房;既有需要室內采暖、空調且環(huán)境質量高的理化試驗廠房,也有生產過程中發(fā)生余熱或廢異物的鑄造、鍛造、熱處理、電鍍等可能會污染環(huán)境的工業(yè)廠房等等。不同使用功能的廠房、倉庫,其室內規(guī)模、室內環(huán)境質量要求差異懸殊,這為工業(yè)建筑節(jié)能帶來了復雜性。
另一方面,不同室內空間規(guī)模、不同室內環(huán)境質量要求的用房,往往會根據生產工藝的要求,組織在一棟建筑物中。這就決定了工業(yè)建筑節(jié)能設計不是1棟建筑取1個統(tǒng)一設計參數,而需按工藝要求,對1棟建筑中的不同房間或不同部位的設計參數取值不同。換句話說,工業(yè)建筑的節(jié)能設計,不僅要考慮外圍護結構的節(jié)能措施,還要考慮采暖或空調房間(或建筑部位)內圍護結構的節(jié)能措施。
對于夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)的高大空間的工業(yè)建筑,處理好自然通風比提高外墻的隔熱性能更重要。對于單層工業(yè)建筑完全有可能充分利用可再生能源,以減少白天的人工照明、機械通風等……。
由于工業(yè)建筑生產過程產生的污染物將影響環(huán)境,必須處理。因此,工業(yè)建筑的節(jié)能設計必須與職業(yè)衛(wèi)生、“減排”、環(huán)境保護等一體考慮,才能取得較好的整體效果。
3)工業(yè)生產涉及用電、用水(給水、消防水、熱水、蒸餾水……)、排水(污水、廢水、雨水……)、用油(汽油、煤油、航空煤油……)、用氣(燃氣、氧氣、壓縮空氣、蒸汽……)、運輸;使用資源、能源不僅種類多,而且數量比居住建筑或公共建筑多。
這決定工業(yè)建筑節(jié)能設計必須全方位考慮,首先要減少生產過程中物流的能耗,做好生產過程中的資源、能源的節(jié)約,其次是建筑、結構、給排水、暖通、電氣、動力等各專業(yè)要采取與節(jié)能總體目標相適應的本專業(yè)的節(jié)能措施(而不是追求孤立的本專業(yè)的最優(yōu)),從而達到最佳的整體節(jié)能效果。
4)歷史上優(yōu)秀的工業(yè)建筑的保護和再利用提上日程,這是每一個國家或民族用實物闡述本國發(fā)展史、保護歷史遺產的需要。今天的優(yōu)秀工業(yè)建筑有可能成為未來的工業(yè)建筑遺產,而工業(yè)建筑大空間的特點,也使其未來改造、利用具有可操作性。
優(yōu)秀的既有建筑需要保護改造,就有符合現行建筑節(jié)能標準的問題,換句話說,工業(yè)建筑節(jié)能標準,必須含有既有工業(yè)建筑的建筑節(jié)能改造內容的闡述。
2工業(yè)建筑節(jié)能標準的確定
工業(yè)建筑節(jié)能標準怎么定?可以從分析現有節(jié)能標準入手。
2.1國內現行節(jié)能標準
民用建筑:國家政府部門或地方將之分為居住建筑和公共建筑兩大類,并按不同的建筑氣候分區(qū),制定了相應的建筑節(jié)能標準。
建設部和各地編制的現行《居住建筑節(jié)能設計標準》都是按建筑氣候劃分的,只有北京市還將之細分為3層及以下建筑(具備別墅特征)和4層及以上建筑兩類;它們都只對可再生能源利用提出定性要求,對外圍護結構(包括屋面、外墻及其上的外門窗等)的傳熱系數等提出定量要求,對采暖設備的效率、建筑照明的功率密度等提出定量要求。這些節(jié)能標準的要求是針對居住建筑使用人員少、空間規(guī)模小,連續(xù)使用采暖系統(tǒng)這些特征而制定的。
現行國家標準《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189-2005同樣是按建筑氣候區(qū)劃分的,對可再生能源的利用提出定性要求,對外圍護結構(包括屋面、外墻及其上的外門窗等)的傳熱系數、遮陽系數等提出定量要求,對采暖、空調系統(tǒng)及設備的節(jié)能以及建筑照明的功率密度等提出定量要求。這些要求對應的是公共建筑類型多、使用人流復雜且相對密集,在滿足使用人舒適性室內環(huán)境質量前提下,提出的適應我國目前經濟狀況的節(jié)能標準。
北京市編制的現行《公共建筑節(jié)能設計標準》DBJ01-621-2005,則在滿足國家標準的大前提下,進一步將密集人員、夏季使用集中空調為主要考慮因素的建筑,與常規(guī)人流、冬季采暖為主要考慮因素的建筑區(qū)別開,從而劃分為甲類公共建筑與乙類公共建筑;分別對其外圍護結構的傳熱系數、遮陽系數提出不同的定量指標。我認為根據建筑物不同使用特征進行分類,從而設置不同節(jié)能標準,要比一刀切科學合理,能達到較好的建筑節(jié)能的整體效果。
中國乃至世界各國都認識到資源、能源的大量消耗,造成環(huán)境不良影響,導致氣候異常,提出構建和諧社會,包括綠色建筑的概念。我國也提出推薦性規(guī)范《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2006等相應的技術支撐,這將有助于我們對建筑節(jié)能的深化理解。該標準更多停留在概念和定性上,而沒有量化指標,其約束力就可想而知了。
工業(yè)建筑:我國至今尚無國家標準,但一些行業(yè)已編制了適用于本行業(yè)的節(jié)能設計標準。
現行《醫(yī)藥工業(yè)企業(yè)合理用能設計導則》YY/T0247-1996,屬推薦性行業(yè)規(guī)范;對制藥工藝、制藥生產裝置、制藥企業(yè)廠房建筑,及其熱力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)的節(jié)能主要環(huán)節(jié)提出的是定性要求;量化指標雖有,但較少。
現行《石油庫節(jié)能設計導則》SH/T3002-2000,屬推薦性行業(yè)規(guī)范;對合理用能、減少油品損耗提出定性要求;對降低設備能耗,增強隔熱效果提出量化指標。
現行《水運工程設計節(jié)能規(guī)范》JTJ228-2000,為行業(yè)規(guī)范;對港口裝卸工藝及裝卸機械、鍋爐設備、供配電設備等提出量化指標;對水運行業(yè)建筑物分類,屬民用建筑的執(zhí)行民用建筑節(jié)能標準;屬工業(yè)建筑的,除提出體型系數的量化指標外,其余均為定性要求。
現行《機械行業(yè)節(jié)能設計標準》JBJ14-2004,為行業(yè)規(guī)范;側重于對生產工藝的節(jié)能要求,未對機械行業(yè)建筑物(包括圍護結構及建筑物內給排水、暖通、電氣等設施)提出節(jié)能設計標準。
現行《橡膠工廠節(jié)能設計規(guī)范》GB50376-2006,為國家標準;規(guī)定居住建筑、公共建筑執(zhí)行相應民用建筑節(jié)能標準,工業(yè)建筑參考公共建筑節(jié)能標準,分別提出鋼結構與鋼筋混凝土結構建筑物節(jié)能的推薦性量化指標。
現行《水泥工廠節(jié)能設計規(guī)范》GB50443-2007,為國家標準;明確提出工藝的量化的能耗設計指標;將水泥工廠的建筑物分為A、B、C、D四類,每類都執(zhí)行國家相關標準。其中,工業(yè)廠房、倉庫及其配套建筑物,只提出其圍護結構參照執(zhí)行現行《民用建筑熱工設計規(guī)范》GB50176的要求(這一要求只是確保適合室內環(huán)境質量的要求)。
綜上所述,我們可以看出,對工業(yè)建筑的節(jié)能標準怎么定,各規(guī)范編制組是有不同認識的,掌握的標準、尺度也各不相同。
2.2國外現行節(jié)能規(guī)范
加拿大制定了國家住宅節(jié)能規(guī)范NECH和國家建筑節(jié)能規(guī)范NECB,NECB適用于各類公共建筑和工業(yè)建筑。換句話說,工業(yè)建筑與公共建筑的節(jié)能指標是一樣的。該規(guī)范對建筑物的圍護結構、照明、供熱、通風、空調系統(tǒng)、生活熱水、電力等均提出了節(jié)能的量化指標要求,其相關內容與我國現行《公共建筑節(jié)能設計標準》基本類似。
美國節(jié)能模式規(guī)范將建筑物分為住宅建筑與非住宅建筑兩大類,要求使用認定的計算工具按規(guī)定的計算程序,對建筑物的年能耗進行分析,包括使用可再生能源的分析,對建筑物的圍護結構、機械系統(tǒng)、水加熱、電力與照明系統(tǒng),提出構件性能法或常規(guī)做法標準(量化標準)。
德國現行建筑節(jié)能規(guī)范EnEv2007同樣將建筑物分為居住建筑與非居住建筑兩類。規(guī)范要求對設計的建筑物作整體節(jié)能設計與計算,通過全面的節(jié)能設計措施,計算出建筑物所需一系列的能耗值;據此,考慮不同能源形式的能量與轉化系數,反推出一次性能源消耗量,要求建筑物在使用期間的能耗不超過規(guī)范規(guī)定的限值。我們可以看出,該規(guī)范強調的是對每1棟建筑物作具體的整體的量化計算,而不是僅遵守規(guī)范一條條量化的條文,只有這樣才能真正做到,能測定出建成建筑物的節(jié)能效果。是否達到節(jié)能設計目標。
加拿大、美國、德國三國節(jié)能設計規(guī)范的共同點是:工業(yè)建筑的節(jié)能標準與公共建筑節(jié)能標準是一樣的。
2.3我國的工業(yè)建筑節(jié)能標準怎么定
通過上述對國內外一些現行節(jié)能標準規(guī)范的分析,我認為:
1)需要制定工業(yè)建筑節(jié)能設計的國家標準,該標準的重點在于工藝生產和設備的節(jié)能標準,其次是建筑物的圍護結構及其建筑照明、采暖、通風、空調、給排水等系統(tǒng)設備的節(jié)能標準。
2)理想的方案是我國的工業(yè)建筑節(jié)能標準宜類似于德國現行建筑節(jié)能規(guī)范EnEv2007,即采專門的建筑節(jié)能計算軟件,輸入消耗的各種一次性能源及補充的可再生能源,對建筑物作整體節(jié)能計算,使建筑節(jié)能真正做到量化,一目了然。
采用這種方法的前提是:一要積累足夠的基礎性參數,使模擬計算與實際發(fā)生誤差小,二是要在建筑、改造、銷售、租賃市場全面推行能源證書體系,才能做到各方面都有建筑節(jié)能的積極性,自覺、主動地執(zhí)行建筑節(jié)能標準。
這兩個前提目前都不具備,目前實現不了,但這是方向,有必要為之創(chuàng)造條件并進行試點。
3)現實的方案是分二步走,第一步參考現行《公共建筑節(jié)能設計標準》,將工業(yè)建筑分類并提出分類標準要求,第二步執(zhí)行上述理想的方案。
廠區(qū)職工宿舍等居住屬性的建筑,均屬民用建筑,直接執(zhí)行國家或地方現行《居住建筑節(jié)能設計標準》。
廠區(qū)辦公樓、科研樓、綜合樓、理化計量樓、禮堂、食堂等公共屬性的建筑,無論是單建還是貼建,均屬民用建筑,可直接執(zhí)行國家或地方現行《公共建筑節(jié)能設計標準》。這是由于,盡管使用人分屬企業(yè)職工為主和對社會開放之不同,但使用性質、節(jié)能設計參數等無本質區(qū)別。
工業(yè)建筑的分類建議為:
所有工業(yè)建筑的節(jié)能設計標準均應按建筑氣候分區(qū)劃分;
工業(yè)廠房、倉庫等工業(yè)建筑屬性的建筑宜按有無采暖、空調要求分類,并編制分類節(jié)能設計標準。原則上可分為A、B、C三類。
A類:有采暖或空調的工業(yè)建筑(或部位),原則上可參考現行國家或地方《公共建筑節(jié)能設計標準》的思路和原則編制。編制時,要考慮A類建筑室內多高大空間,又以滿足生產工藝條件為主導,故其技術參數與節(jié)能指標應體現這一特征;二是A類建筑往往也存在于有采暖(或空調)與無采暖(或空調)合一的建筑中,因此不僅應提出對有采暖(或空調)建筑部位的外圍護結構的要求,也應提出對其內隔墻(內圍護結構)的節(jié)能設計指標;三是強調夏熱地區(qū)A類建筑的通風比提高外圍護結構的傳熱系數K值更影響節(jié)能效果。
A類:建筑最好按室內人員的密集程度(如給定每人擁有多少立方米室內空間的量化數值為區(qū)分界線)劃分為A1類密集人員場所和A2類(常規(guī)人員場所)。A1類建筑(或部位)的建筑節(jié)能應考慮人體發(fā)出的熱量,因此,A1類建筑的圍護結構傳熱系數應適度,以有利于室內熱量的散發(fā)。
B類:低溫采暖的建筑(或部位),包括變配電站,水泵房等各類設備用房和輔助用房。
C類:無采暖、空調的建筑(或部位),包括生產中產生余熱的熱處理、鑄造、鍛造廠房,也包括采用輻射采暖而無空調的建筑(或部位)等。此類建筑(或部位)必須滿足建筑熱工要求。
從本質上講,無論工業(yè)建筑還是居住建筑或公共建筑物,都要首先滿足室內熱工要求,但民用建筑是以滿足人的活動制定室內設計參數,而工業(yè)建筑是以滿足生產環(huán)境制定室內設計參數,要求工業(yè)建筑執(zhí)行現行《民用建筑熱工設計規(guī)范》GB50176是否合適,值得商榷。
A、B、C類建筑圍護結構的具體設計參數,應在大量調查基礎上,通過認真分析、研究確定。簡單地套用現行《公共建筑節(jié)能設計標準》是不妥當的。
3建筑節(jié)能設計要做到既要合法,也要合理
工業(yè)建筑節(jié)能設計應當與民用建筑節(jié)能設計一樣做到既要合法,又要合理。
“合法”指的是:建筑節(jié)能設計符合建設工程技術法規(guī),即符合政府有關的節(jié)能規(guī)定,符合節(jié)能標準、規(guī)范的強制性條文,符合當地政府節(jié)能審查要點。
“合理”指的是:符合建筑節(jié)能的客觀規(guī)律,用較少的代價取得良好的建筑節(jié)能整體效果。
根據我們的實踐經驗,我們認為要使建筑節(jié)能設計既要合法、又要合理,注意以下幾點是必要的。
3.1建立廣義的建筑節(jié)能理念
工業(yè)建筑與民用建筑最大的區(qū)別在于直接或間接影響能耗的因素多,既有物流運輸能耗因素,又有工藝生產能耗因素,生產過程也可能產生污染造成對環(huán)境的影響;而減少污染物排放,消除其對環(huán)境的影響都將消耗資源和能源……。這些因素乍一看,與傳統(tǒng)的“建筑節(jié)能”無關,但從工業(yè)建筑全壽命期看,從節(jié)能整體上看,這些因素又都切切實實影響工業(yè)建筑的能耗。
因此,有必要將工業(yè)建筑節(jié)能與物流運輸、“減排”、節(jié)材、職業(yè)健康衛(wèi)生、環(huán)境保護、“綠色”等內容緊密整合成一體考慮,才能取得比較好的工業(yè)建筑節(jié)能的整體效果。
3.2建立建筑節(jié)能設計的整體觀
建筑節(jié)能設計是一個系統(tǒng)工程,需要工藝、建筑、結構、給排水、暖通、動力、電氣、技術經濟等專業(yè)的通力協作,在工程設計負責人的主持下,確定項目的整體節(jié)能目標,在此整體目標指導下各專業(yè)制定本專業(yè)的分目標及相應節(jié)能措施。這是因為各專業(yè)設計都是相互影響的,一個項目設計之所以成為優(yōu)秀設計,是因為各專業(yè)設計雖有長有短,但因各專業(yè)都能根據項目特征、設計目標,明確了適合于本專業(yè)的定位,形成最佳組合,達到整體的最優(yōu)。那種不管項目設計的總體目標和本專業(yè)定位,盲目追求本專業(yè)的“最優(yōu)”,其各專業(yè)組合雜亂無章、其整體效果可想而知。正如人的手掌,各手指有長有短,組合在一起,很漂亮,很實用,如果各手指一般長,組合在一起能好看,好用嗎?
3.3用足可再生能源,注意節(jié)地節(jié)材
工業(yè)建筑一般層數不多,有的還是單層,且大多為大柱網,高大空間、室內隔墻少,有利于充分利用天然采光,以減少白天人工照明能耗,有利于組織自然通風,減少室內空調或機械通風能耗。
工業(yè)建筑子項多,通過合理的合并、整合或集中布置,有利于節(jié)約用地,減少外圍護結構面積,減少各種管線及建筑、結構材料的使用。所有建筑材料從礦石開采、加工、運輸、裝配都要消耗能量,節(jié)材就是節(jié)能。
3.4每一設計階段都應做好該設計階段應該做的建筑節(jié)能設計
大量實例表明,盡管一些項目的建筑節(jié)能設計也符合國家或地方的現行建筑節(jié)能標準,但節(jié)能效果并不好,個別的甚至適得其反。究其原因,重要的一點是只在施工圖設計階段才考慮建筑節(jié)能問題,并把符合現行國家或地方節(jié)能標準的強制性條文作為終極目標。
我們知道,建筑節(jié)能設計是貫穿建筑設計全過程的設計,每一個設計階段都應當解決該設計階段應當解決的問題,否則下一階段設計難以合理。比如,可行性研究階段要決定項目選址,如果選址時不考慮原材料及產品的運輸能耗,那么建筑物的群體或單體設計再怎么建筑節(jié)能,也難以抵削原材料及產品運輸能耗的影響。
我們認為,必須把建筑節(jié)能的內容細化到每一個設計階段,強調每一個設計階段都應該做好該設計階段必須做的建筑節(jié)能設計內容,為此,我院編寫了“航空工業(yè)建筑節(jié)能設計(一)”,供全院設計人員參考。
4建筑節(jié)能設計有待解決的問題
建筑節(jié)能只是建筑設計的一部分,但又是建筑師必須認真解決的一部分,它不僅是現代建筑的特征,是市場需求,又是國家政策的要求,體現建筑師的社會責任感。
當今的建筑節(jié)能設計,我以為有兩大難點。
一是當今的工業(yè)建筑設計需要考慮的因素越來越多,除常規(guī)設計應考慮因素外,還要考慮減排、工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生標準、環(huán)保、綠色、可持續(xù)發(fā)展、可再生能源利用、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材乃至氣候異常影響等,這些都與建筑節(jié)能有直接或間接的聯系,能不能將這些因素都整合在一起,形成建筑節(jié)能新理念。這樣無論對項目設計還是審批都簡單了。
二是我們的一些節(jié)能設計也符合現行建筑節(jié)能設計標準,但能否達到節(jié)能目標,心中無數,采取什么樣的方式,才能做到心中有數?
現狀是建筑類型多樣,而節(jié)能標準又采用的大一統(tǒng)指標,是否符合實際情況不明,又無建成后的檢測,用實踐來證實。為此,有必要長期收集建成的節(jié)能建筑的節(jié)能效果檢測的有關基礎性數據,在分析的基礎上修編現行節(jié)能設計標準,為取得更好的節(jié)能效果而努力。





