基于节能减碳的工业建筑设计研究

摘要：本研究聚焦节能减碳目标下的工业建筑设计策略，通过系统性整合建筑空间形态、围护结构性能与能源系统协同关系，提出多维度的技术路径。研究重点包括被动式设计优化、新能源集成、数字化技术应用及全生命周期管理，探索工业建筑从能源消耗主体向低碳生产单元转型的理论框架。成果表明，通过建筑本体性能提升与可再生能源利用的深度融合，可实现能耗控制与生产效能的动态平衡，为工业建筑低碳化提供系统性解决方案。

关键词：节能减碳；工业建筑；新能源

引言：工业建筑作为高能耗领域，其节能减碳设计对实现“双碳”目标具有关键作用。传统设计模式存在能效割裂、技术堆砌等问题，难以满足低碳化转型需求。本研究以整体性能优化为导向，旨在形成可复制的工业建筑低碳设计方法论，为相关设计提供参考。

1.工业建筑节能减碳设计原则

在选址布局阶段，应结合自然环境和地理特征，合理规划建筑朝向与间距，充分利用主导风向优化通风条件，同时降低建筑体型系数以减少热交换面积。建筑形态设计需考虑被动式节能技术，如通过围护结构的热工优化提升保温隔热性能，优先采用内保温系统或浅色外墙材料，以降低冷热负荷对能源系统的依赖。

通风与采光设计需因地制宜，一类工业建筑以自然通风为主，通过优化采光口比例、天窗布局及高透光材料使用减少人工照明需求；二类建筑则需结合生产工艺特点，采取热源隔离、机械通风与自然通风结合的混合模式，避免余热或污染物扩散[1]。屋面设计需兼顾隔热与排水效率，采用倒置式保温构造或斜坡设计，减少能源损耗。

材料选择遵循低碳导向，优先使用本地化生产的绿色建材，如岩棉板、蒸压加气混凝土等，同时限制高能耗材料的使用，并通过装配式结构体系减少建造阶段的碳排放。能源系统设计需整合可再生能源，如分布式光伏、地源热泵等，并建立能耗监测与智能调控机制，实现能源梯级利用。此外，改扩建项目应最大化利用既有建筑主体结构，减少拆除重建的资源消耗，并通过水循环利用、废弃物回收等措施提升资源利用效率。

2.节能减碳下工业建筑设计分析

2.1通风设计

从空间布局层面，建筑朝向与场地风环境的协同设计是基础性措施。通过合理规划建筑朝向，使其与主导风向形成适宜夹角，可有效利用穿堂风增强室内空气流通效率。例如，在冶金工业厂房设计中，建筑朝向偏离南北向时需控制与风向的夹角在30°至60°之间，同时通过调整建筑间距（通常为前排建筑高度的2.2-3.5倍）避免气流阻滞，从而减少机械通风的介入频率。对于多跨厂房，避免热跨相邻的布局方式可防止局部高温区对整体通风效率的干扰，此类设计需结合热压通风原理，通过提升进排风口的高度差强化自然对流效应。

通风系统的技术路径选择需根据建筑类型差异化实施。一类工业建筑可优先采用自然通风主导模式，通过可调节式天窗、侧窗及地下风道的组合设计，形成动态气流通道。当外墙进风面积受限时，地下风道可发挥预冷空气的作用，在夏季降低进风温度，减少制冷负荷。二类工业建筑因生产工艺可能产生余热或污染物，需采用混合通风系统，即在自然通风基础上设置局部机械排风装置。这种模式既能在非生产时段利用自然通风维持基础换气，又可在污染物浓度超标时启动机械系统定向排除，实现能耗的精准控制。值得注意的是，通风口的位置选择需结合热源分布，将进风口布置在热源间断区域可避免高温气流短路，同时通过设置可开关的维护装置保障系统可操作性。在建筑改造项目中，优先保留原有通风结构并对其进行性能升级，例如将传统天窗改造为智能启闭式通风装置，或在地下室增设导流风道提升自然通风潜力。材料选择方面，采用低隐含碳的预制构件减少施工阶段的碳排放，同时通过模块化设计预留未来技术升级接口，例如预埋通风管道加固件以适应后期高效过滤设备的加装。

2.2采光设计

建筑朝向需结合当地光气候特点，优先选择南向布局以最大化冬季日照时长，同时通过合理控制建筑间距避免周边环境对采光的遮挡。对于大跨度或深进深厂房，传统的侧窗采光难以满足均匀性要求，需引入顶部天窗或导光管系统作为补充。例如冶金类厂房通过设置锯齿形天窗，既能增加采光面积又可形成热压通风通道，实现光热协同设计。在空间形态处理上，过堂结构的引入可提升自然光覆盖范围，通过反射光板等装置对入射光线进行二次分配，使纵深区域获得更均衡的照度[2]。

材料选择设计方面需结合光热比参数选用高透光率材料，在寒冷地区优先选用光热比大于1.2的Low-E玻璃，既能保证采光需求又可减少冬季热损失。对于存在高温设备的工业建筑，采用浅色外墙与智能调光玻璃的组合方案，可在夏季反射太阳辐射热的同时调节室内光照强度。导光管系统的应用需根据厂房高度差异化设计，6米以下空间宜采用棱镜导光管，而高空厂房更适合安装反射式导光装置，通过优化导光路径减少光能衰减。

2.3保温设计

对于一类工业建筑（以机械加工、电子装配为主），外墙宜采用复合保温系统，如岩棉板与蒸压加气混凝土砌块的组合构造，既能满足A级防火要求，又能将传热系数控制在0.45W/（m²·K）以下。在严寒地区，通过增设防潮层与空气间层可有效阻断热桥效应，避免结露导致的保温性能衰减。金属围护结构的应用需重点关注气密性处理，采用咬合锁边与密封胶双重措施，减少冷风渗透造成的热损失。屋面设计中，倒置式构造通过将保温层置于防水层之上，可降低温度应力对材料的影响，延长使用寿命，而坡屋面结合反射涂层的做法能减少夏季太阳辐射热吸收。

二类工业建筑（存在高温生产环节）的保温设计需与通风系统形成动态耦合。在热源集中区域设置可拆卸式隔热屏障，采用硅酸铝纤维板等耐高温材料进行局部隔离，既防止余热扩散至非生产区域，又为自然通风创造温度梯度。对于间歇性运行的厂房，围护结构热惰性指标需与运行周期匹配，通过相变材料的嵌入实现热量的时空调控，例如在金属夹芯板中集成石蜡基相变层，可在生产时段吸收过剩热量并在非生产时段缓慢释放，降低空调系统负荷。采光顶棚的双层中空玻璃构造需优化间隔层气体配比，充填氩气可将传热系数降低至1.1W/（m²·K），同时保持85%以上的可见光透射率。

2.4新能源利用

在节能减碳目标驱动下，工业建筑新能源利用设计需突破传统能源供给模式，构建与生产工艺深度融合的可再生能源系统。光伏技术因其适应性成为核心载体，通过建筑一体化设计实现空间效能与能源产出的双重提升。工业建筑的大跨度屋顶、高耸外墙及附属设施为光伏组件提供了规模化安装条件，但需在结构安全、热工性能与生产需求间寻求平衡。例如，金属屋面采用BIPV技术时，需同步优化支架系统与屋面板抗风揭性能，并控制光伏阵列间隙以维持排水功能。对于存在高温辐射的生产车间，光伏组件与隔热屏障的复合构造既可阻隔余热扩散，又能通过空气夹层形成散热通道，降低光伏板温度衰减造成的效率损失。

结语：本研究系统梳理了节能减碳导向下工业建筑设计的核心逻辑与技术路径，揭示了建筑本体性能优化与新能源技术集成的协同效应。后续研究需探索政策激励与市场驱动的协同模式，为工业建筑低碳化提供更全面的理论支撑与实践指引。未来设计体系应注重技术迭代适应性，强化数字化工具与产业升级的衔接，推动工业建筑向零碳化方向持续演进。

参考文献：

[1]朱欢欢.工业建筑设计节能减碳措施探究[J].中国建筑装饰装修，2024，（15）：98-100.

[2]孙朴诚.工业建筑绿色节能减碳措施分析[J].中国建筑装饰装修，2023，（02）：86-88.

作者简介：

1作：唐晓琪，1986年，女，汉族，工程师

2作：韩婷，1988年，女；汉族，高级工程师

3作：许惠，1985年，女，汉族，高级工程师