【摘要】文章概述了節(jié)能改造的基本原理，包括能量的合理利用和損耗最小化，并詳細討論了當前工業(yè)建筑中廣泛應用的節(jié)能技術，以及新材料與新技術的運用。同時，針對“雙碳”目標，提出了具體的應用策略，包括優(yōu)化能源結構、建筑外圍護結構的改造與系統(tǒng)優(yōu)化，以及通過監(jiān)測、評估和持續(xù)改進等措施確保節(jié)能效果。研究結果表明，這些措施能夠有效提升工業(yè)建筑的能效和減少碳排放。

【關鍵詞】工業(yè)建筑；節(jié)能改造技術；“雙碳”目標

【中圖分類號】TU746.3 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2025）02-0055-03

0 引言

隨著全球對氣候變化的關注加深，實現(xiàn)碳排放的減少成為迫切的國際共識，工業(yè)建筑作為能源消耗的重要部分，其節(jié)能改造技術及策略的研究與實施尤為關鍵。本文圍繞節(jié)能改造的基本原理展開，深入分析了現(xiàn)階段工業(yè)建筑中的節(jié)能技術及其發(fā)展動態(tài)，旨在為工業(yè)建筑的節(jié)能改造提供參考，助力實現(xiàn)碳達峰和碳中和的長遠目標。

1 工業(yè)建筑節(jié)能改造技術概述

1.1 節(jié)能改造技術的基本原理

工業(yè)建筑節(jié)能改造的核心原理基于熱力學的2個基本定律：能量守恒和轉換效率。節(jié)能改造的關鍵在于優(yōu)化熱環(huán)境控制，包括提升建筑的保溫性能和隔熱效果，減少能源浪費。照明和動力系統(tǒng)的現(xiàn)代化改造也是節(jié)能的重要方面，如替換舊照明設備、安裝智能照明系統(tǒng)和高效率電機，可自動調節(jié)以優(yōu)化能源使用，減少電能消耗。

1.2 當前工業(yè)建筑中常見的節(jié)能技術

在工業(yè)建筑節(jié)能技術中，熱回收系統(tǒng)和自動化能源管理系統(tǒng)被廣泛使用。熱回收技術通過熱交換器將工業(yè)廢熱轉化為可用能源，例如，熱泵系統(tǒng)能有效回收低溫廢熱，用于調節(jié)工業(yè)或建筑內部環(huán)境，提高能源循環(huán)利用率[1]。自動化能源管理系統(tǒng)（EMS）通過實時監(jiān)測和控制建筑內能源消耗，優(yōu)化能源使用效率。該系統(tǒng)集成了傳感器、計量設備和智能控制器，精確測量和管理能耗。

1.3 節(jié)能改造中的新材料與新技術應用

近年來，相變材料（PCM）和高反射率涂料的發(fā)展為工業(yè)建筑節(jié)能改造提供了新途徑。PCM能在特定溫度下吸收和釋放熱能，有效調節(jié)建筑內部溫度，將其集成到墻體、地板或天花板中，可吸收日間過剩熱量并在夜間釋放，減少對傳統(tǒng)供暖和冷卻系統(tǒng)的依賴，實現(xiàn)被動能源調節(jié)。高反射率涂料能反射大量太陽輻射，降低建筑物內部溫度，減少冷卻負荷和能源消耗。數(shù)字孿生技術創(chuàng)建建筑的虛擬副本，通過模擬和分析優(yōu)化能源系統(tǒng)，實現(xiàn)能源利用最大化[2]。

2 “雙碳”目標下工業(yè)建筑節(jié)能改造技術的應用策略

2.1 優(yōu)化能源結構與提升能效

在推進“雙碳”目標的進程中，工業(yè)建筑領域可通過采用太陽能、風能或生物質能等低碳或無碳能源替代傳統(tǒng)化石能源。此類能源轉換有助于降低溫室氣體排放，并與循環(huán)經(jīng)濟理念相契合，促進能源消費的可持續(xù)性。例如，在工業(yè)區(qū)域安裝太陽能光伏板，不僅能滿足建筑自身的電力需求，還能在電力富余時向電網(wǎng)回饋，實現(xiàn)能源利用的最優(yōu)化[3]。此外，提升能效還需要對工業(yè)建筑內部系統(tǒng)及設備進行升級與優(yōu)化，以實現(xiàn)更高的能源使用效率。這包括對加熱、通風和空調系統(tǒng)（HVAC）進行現(xiàn)代化改造，引入高效照明系統(tǒng)，以及采用高效電機和設備。同時，通過能源管理系統(tǒng)（EMS）的實時監(jiān)控，可以對能源消耗進行數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化能源使用模式，自動調節(jié)設備運行狀態(tài)，以減少能源浪費。該系統(tǒng)化方法不僅提高了能源使用的靈活性和效率，還有助于工業(yè)建筑管理者更準確地掌握能源消耗狀況，為制定更有效的能源節(jié)約策略提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2 建筑外圍護結構改造與系統(tǒng)優(yōu)化

在工業(yè)建筑節(jié)能改造過程中，墻體、屋頂、地面及窗戶等外圍護結構的性能對建筑的熱損失和能耗水平具有決定性影響。通過采用高性能的隔熱材料和先進的建筑技術，可以顯著減少熱橋效應及空氣滲透，從而降低建筑的供暖和制冷需求。使用具有較高熱阻的保溫材料，如聚苯乙烯泡沫（EPS）或聚氨酯泡沫（PU），可以顯著提高墻體和屋頂?shù)慕^熱能力。此外，安裝多層低輻射涂層（Low-E）玻璃窗戶也可以減少熱量通過窗戶的損失，還可以利用自然光照，減少對人工照明的需求[4]。系統(tǒng)優(yōu)化涉及建筑的供暖、通風與空調（HVAC）系統(tǒng)的高效運行，通過采用變頻技術和智能控制系統(tǒng)，HVAC系統(tǒng)可以根據(jù)實時的室內外溫差和空氣質量需求，動態(tài)調整運行狀態(tài)，避免過度耗能，例如，智能溫控系統(tǒng)能夠根據(jù)建筑內部的活動模式和外部氣候條件自動調節(jié)溫度設定，優(yōu)化能源使用并提高居住和工作環(huán)境的舒適度。同時，引入高效的熱交換器和回風系統(tǒng)可以進一步提升系統(tǒng)的能源回收效率，在冬季可以回收室內排風的熱能，在夏季則可通過冷回風減少冷氣的消耗。

2.3 監(jiān)測評估與持續(xù)改進

在工業(yè)建筑節(jié)能改造中，監(jiān)測、評估和持續(xù)改進是確保效果和優(yōu)化的關鍵。監(jiān)測包括能源消耗、設備效率、環(huán)境影響和操作行為。利用高精度傳感器和數(shù)據(jù)技術，實時能源數(shù)據(jù)可幫助識別主要能耗點和節(jié)能潛力。例如，分析設備工作模式可優(yōu)化運行策略或更換高效設備以降低能耗。定期評估是監(jiān)測數(shù)據(jù)的深入應用，包括對節(jié)能措施的全面審查和未來改進方向的設定。評估由專業(yè)團隊進行，不僅基于能耗對比，還考慮了新技術應用、用戶滿意度和經(jīng)濟效益。持續(xù)改進基于評估結果，通過引入新技術、優(yōu)化管理和調整操作來實現(xiàn)節(jié)能效果的持續(xù)提升。這種改進機制使工業(yè)建筑適應新技術和市場變化，推進節(jié)能的深度和廣度，最終減少能源消耗和碳排放。

2.4 可再生能源的集成應用

在當前環(huán)境政策和技術發(fā)展的推動下，工業(yè)建筑在可再生能源的應用上，已經(jīng)擴展到能源獲取、轉換、存儲和管理的各方面。以太陽能光伏系統(tǒng)為例，其集成不僅包括在屋頂安裝太陽能電池板，還涉及逆變器技術和智能電網(wǎng)技術，以實現(xiàn)太陽能的高效轉化和能源的優(yōu)化分配。為實現(xiàn)最佳節(jié)能，太陽能系統(tǒng)應與建筑熱能系統(tǒng)配合，如利用太陽能熱水減少對傳統(tǒng)能源的依賴，提升能源效率。風能系統(tǒng)集成需要考慮環(huán)境和地理因素，工業(yè)區(qū)開闊地帶適合安裝大型風力發(fā)電機，風速和風向的不確定性要求采用先進預測和可變槳葉技術，以提高風力發(fā)電穩(wěn)定性和效率。風能通過與本地電網(wǎng)智能互聯(lián)，可即時利用，儲存或轉移過剩電力，最大化能源利用，最小化浪費[5]。

2.5 環(huán)境影響評價與碳足跡管理

在進行工業(yè)建筑節(jié)能改造的實踐中，環(huán)境影響評價的實施需要通過綜合分析來識別改造可能產(chǎn)生的各種負面影響，包括廢物產(chǎn)生、噪聲、空氣和水污染等，并對這些潛在影響的嚴重程度進行量化分析。在此過程中，生命周期評估（LCA）技術的運用能夠提供一個全面的環(huán)境影響視角，對原材料獲取、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品使用乃至廢棄的整個生命周期進行系統(tǒng)評估。例如，在建筑材料的選擇上，應優(yōu)先考慮那些環(huán)境影響較小的材料，如再生材料或具有較長耐用期的產(chǎn)品，以期減少整個建筑的環(huán)境足跡。在碳足跡管理方面，通過計算和評估建筑改造及其運營產(chǎn)生的直接和間接溫室氣體排放來進行，這涵蓋了從能源消耗到建筑材料的生產(chǎn)和運輸過程中的碳排放。實施碳管理策略，如碳審計和碳標簽，可以有效監(jiān)控和管理碳排放量。此外，通過設定減排目標和采用碳捕捉、利用及封存技術（CCUS）等創(chuàng)新方法，可以實質性地減少工業(yè)建筑的碳足跡。例如，通過安裝太陽能板和風力發(fā)電機，工業(yè)建筑能夠自產(chǎn)部分所需電力，減少對化石燃料的依賴，從而直接降低碳排放。各管理環(huán)節(jié)見表1。

3 實際項目分析

3.1 項目介紹

唐鋼舊工業(yè)建筑節(jié)能改造項目，位于河北省唐山市地區(qū)，改造前主要依賴煤炭供暖和電力照明，能耗高且碳排放量大。

3.2 改造措施

在能源結構優(yōu)化方面，拆除部分燃煤鍋爐，安裝太陽能熱水系統(tǒng)提供生產(chǎn)生活熱水，屋頂安裝大規(guī)模太陽能光伏板，部分滿足建筑用電需求，余電上網(wǎng)。在外圍護結構改造方面，外墻增加EPS保溫層，屋頂鋪設新型隔熱材料，更換為雙層Low-E玻璃窗。在節(jié)能技術應用方面，照明系統(tǒng)全面更換為LED燈，動力設備升級為高效電機并配備變頻器，引入自動化能源管理系統(tǒng)，實時監(jiān)測和調控能源使用。

3.3 數(shù)據(jù)對比

在能耗方面，改造前每年總能耗約為5 000 t標準煤，改造后降至3 000 t標準煤，減少40%。其中，電力消耗從每年300萬 kW .h降至180萬 kW .h，減少40%，煤炭消耗從每年2 000 t降至800 t，減少60%。在碳排放方面，改造前每年碳排放約13 000 tCO2，改造后降至約7 000 tCO2，減少46%，主要源于煤炭使用量大幅降低，以及太陽能等清潔能源的應用。

3.4 成功因素分析

在政策支持上，我國“雙碳”政策提供補貼與優(yōu)惠，鼓勵企業(yè)節(jié)能改造，降低改造成本，提高積極性。同時，多種節(jié)能技術協(xié)同發(fā)揮作用，如太陽能與高效保溫材料配合，減少建筑供暖制冷能耗，自動化系統(tǒng)優(yōu)化設備運行，提高能源利用效率。此外，通過能源管理系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測，根據(jù)數(shù)據(jù)及時調整策略，保障節(jié)能效果持續(xù)提升。

4 政策支持與影響分析

4.1 政策支持

我國“雙碳”目標相關政策為工業(yè)建筑節(jié)能改造提供了多方面支持，如財政補貼、稅收優(yōu)惠、綠色金融等，推動企業(yè)采用節(jié)能技術，降低改造成本，提高市場競爭力。部分地區(qū)對節(jié)能改造項目給予資金補助，最高可達項目總投資的30%，對采用可再生能源的企業(yè)給予稅收減免，鼓勵清潔能源應用。

4.2 影響分析

政策支持能夠加速節(jié)能技術推廣應用，促使企業(yè)重視節(jié)能改造，提升工業(yè)建筑整體能效水平。引導產(chǎn)業(yè)升級，推動建筑節(jié)能相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如新能源設備制造、節(jié)能材料生產(chǎn)等。同時，也有制約因素，如部分政策落實不到位、企業(yè)獲取補貼流程復雜周期長、節(jié)能改造技術標準和規(guī)范有待完善、不同地區(qū)執(zhí)行差異大。

5 未來研究展望

1）人工智能與節(jié)能技術結合。利用人工智能算法優(yōu)化能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)更精準的能源預測和設備自動控制。例如，通過人工智能學習分析建筑能耗數(shù)據(jù)，提前預測能耗高峰，自動調整設備運行參數(shù)，進一步提高能源利用效率。

2）高效能耗監(jiān)測手段研發(fā)。開發(fā)新型傳感器和監(jiān)測設備，提高能耗數(shù)據(jù)采集精度和實時性。如基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能傳感器，可實現(xiàn)對建筑能耗全方位、多層次監(jiān)測，為節(jié)能改造提供更準確的數(shù)據(jù)支持。

3）節(jié)能技術協(xié)同優(yōu)化。深入研究不同節(jié)能技術間的協(xié)同作用機制，構建綜合節(jié)能方案。例如，將相變材料與智能控制系統(tǒng)結合，根據(jù)建筑內部溫度變化自動調節(jié)相變材料工作狀態(tài)，實現(xiàn)更高效的能源調節(jié)。

6 結語

綜上所述，工業(yè)建筑節(jié)能改造技術及其在“雙碳”目標下的應用策略是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關鍵組成部分。通過本文的探討，不僅能明確節(jié)能技術的基本原理和當前的應用現(xiàn)狀，還系統(tǒng)地提出了針對性的改造策略。這些策略不僅體現(xiàn)于技術層面的革新，更涉及監(jiān)測評估及持續(xù)改進的管理機制等，從而確?？沙掷m(xù)性目標的實現(xiàn)。未來，隨著技術的不斷進步和政策的進一步完善，工業(yè)建筑的節(jié)能改造將更加高效，對推動全社會的能源結構優(yōu)化和碳排放減少起到重要作用。

參考文獻

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[5] 李映殊.綠色節(jié)能技術在老舊工業(yè)建筑改造中的應用[J].建筑節(jié)能，2021，49（1）：121-127.

[作者簡介]孔雪靜（1987—），女，山東泰安人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：建筑設計。