張永澤

（濟(jì)南元豐紡紗實業(yè)公司，山東 濟(jì)南250117）

目前紡織廠房建筑結(jié)構(gòu)形式主要分為單層鋸齒型廠房、單層無窗廠房和多層框架廠房三種，而國內(nèi)外新建的紡織廠房多采用單層無窗廠房，一般柱網(wǎng)較大，并裝有吊頂和技術(shù)夾層，整個廠房中間無隔墻，節(jié)能、減排和環(huán)保性能比較優(yōu)越。但是我國傳統(tǒng)紡織廠房多為鋸齒形廠房，采光側(cè)窗北偏東5度，外觀別致，具有特色，這也是20世紀(jì)70～80年代中國紡織企業(yè)具有代表性的特色建筑。在現(xiàn)在追求環(huán)保、節(jié)能、減排的時代，如何發(fā)揮這些傳統(tǒng)的鋸齒形紡織廠房的作用是一個比較大的難題，全部拆除重新建設(shè)新廠房和不采取任何措施繼續(xù)使用鋸齒形廠房顯然都是不合理和不經(jīng)濟(jì)的。如何通過鋸齒形紡織廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能改造來達(dá)到減少廠房熱損失，減少紡織廠因調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫濕度所帶來的能源消耗，增加紡織企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 鋸齒形紡織廠房結(jié)構(gòu)介紹

鋸齒形紡織廠房結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土單層鋸齒形排架結(jié)構(gòu)，在風(fēng)道與承重結(jié)構(gòu)相結(jié)合的情況下一般采用雙梁方案。雙梁方案按屋面支承方式的不同有三角架承重方案和天窗架承重方案兩種結(jié)構(gòu)型式。三角架承重結(jié)構(gòu)技術(shù)比較成熟。天窗架承重結(jié)構(gòu)廠房內(nèi)屋面比較整齊清潔。①三角架承重雙梁鋸齒排架：牛腿柱上平行擱置兩根薄腹大梁，梁與梁之間鋪設(shè)天溝板，形成支風(fēng)道。梁上擱置三角架，三角架上支承屋面板。②天窗架承重雙梁鋸齒排架：牛腿柱上平行擱置兩根薄腹大梁，梁與梁之間鋪設(shè)天溝板，形成支風(fēng)道，梁上擱置天窗架。屋蓋系統(tǒng)的屋面板一端擱置在天窗架上沿，另一端擱置在大梁，一般多采用后者。

這類廠房特點是屋面采用風(fēng)道大梁。天窗架承重和屋面板圍護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。利用鋸齒屋頂北偏東5度的側(cè)向玻璃天窗進(jìn)行采光，白天有自然光進(jìn)入，且光照均勻，能節(jié)約白天照明用電；勞動衛(wèi)生條件好，有利于消防排煙。結(jié)構(gòu)大梁和送風(fēng)道有機(jī)結(jié)合，在結(jié)構(gòu)承重的同時中空通道完成空調(diào)送風(fēng)，車間環(huán)境好，工程造價低，車間跨度可達(dá)12～16m，柱距可達(dá)10m，基本滿足紡織廠主要機(jī)器設(shè)備排列。

紡織車間根據(jù)生產(chǎn)工藝和原料對車間內(nèi)空氣的溫度和濕度有一定的要求，在此只對溫度相關(guān)因素進(jìn)行分析：當(dāng)車間內(nèi)的溫度低于或高于標(biāo)準(zhǔn)值時，需要補(bǔ)充或去除一定的熱量，這些補(bǔ)充熱量或去除熱量稱為熱負(fù)荷或冷負(fù)荷。在這里主要分析紡織廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失，不考慮車間設(shè)備、電器和人員對室內(nèi)溫度的影響；圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失由基本熱損失和附加熱損失組成；基本熱損失是由于室內(nèi)外溫差造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失；附加熱損失為建筑物方向附加、風(fēng)力附加、門窗開啟附加和房屋高度附加；這些只是次要的熱損失方式。紡織廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失是主要研究對象，單層鋸齒形廠房周圍一般建設(shè)有一層或多層的平頂輔助用房，進(jìn)出車間出口通道設(shè)置在輔助用房上，由于相對面積較小，因此，單層鋸齒形廠房的屋頂結(jié)構(gòu)是整個鋸齒形紡織廠房熱損失較大的主要部位。

圖1 鋸齒形廠房結(jié)構(gòu)

2 鋸齒形紡織廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失分析

鋸齒紡織廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般為預(yù)制混凝土構(gòu)件，斜屋面由拱形預(yù)制板、玻璃絲保溫棉和屋頂石棉瓦構(gòu)成，施工現(xiàn)場主要進(jìn)行吊裝施工，屋頂構(gòu)件之間密封性能容易受到安裝精度的影響，因此屋頂石棉瓦與主體結(jié)構(gòu)的密封性能不是很好。側(cè)窗為預(yù)制混凝土構(gòu)件連接而成以及內(nèi)外兩層玻璃組成；風(fēng)道由四塊預(yù)制板拼合而成；屋頂除了風(fēng)道頂部采用礦渣或蛭石等保溫措施和拱形板外側(cè)鋪5 cm左右的玻璃棉進(jìn)行保溫外幾乎沒有其他節(jié)能措施；屋頂石棉瓦周圍和側(cè)窗兩層玻璃密封性能不是很好，加上窗框為混凝土，導(dǎo)熱系數(shù)高，傳熱速度快加之車間濕度較高，導(dǎo)致在夏季或冬季形成熱橋或冷橋很容易造成內(nèi)側(cè)玻璃產(chǎn)生冷凝水，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)玻璃表面受潮吸附棉花絨毛和飛花，嚴(yán)重時影響采光，導(dǎo)致白天照明用電增加。

鋸齒形廠房屋頂及其圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料依次分別為鋼筋混凝土、平板玻璃和普通粘土磚墻，其相應(yīng)的材料導(dǎo)熱系數(shù)（W／m·℃）依次為1.74、0.76和0.4。斜屋面為拱形預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件支撐，雖然有玻璃棉作為保溫材料，但是由于其密閉性較差，保溫性能較差加上1.74的導(dǎo)熱系數(shù)是紡織廠房熱損失較大的主要因素。北側(cè)采光墻體由混凝土窗框和雙層平板玻璃組成，其導(dǎo)熱系數(shù)（W／m·℃）分別為1.74和0.76，保溫節(jié)能性能較差。風(fēng)道由四塊鋼筋混凝土預(yù)制板拼合而成，其導(dǎo)熱系數(shù)為1.74，保溫節(jié)能性能較差。上面主要是從材料的導(dǎo)熱性能方面分析傳統(tǒng)紡織廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面中占較大比重的屋頂作為例子來分析鋸齒形廠房的能耗情況，鋸齒形紡織廠房的其它圍護(hù)結(jié)構(gòu)也存在類似情況。

由于紡織行業(yè)中一些特殊工序?qū)囬g內(nèi)的溫度和濕度要求較高，比如：棉紡車間的梳棉和細(xì)紗工序，為彌補(bǔ)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失量，同時保證正常生產(chǎn)（在冬季和夏季時期車間冷熱負(fù)荷較大），需要空調(diào)設(shè)備消耗的能量會比較大。

針對這種高能耗的鋸齒形紡織廠房，全部拆除再重新建設(shè)新的廠房，這無疑是巨大的資源浪費(fèi)，因此筆者建議針對鋸齒形紡織廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取適當(dāng)?shù)墓?jié)能改造措施，從而顯著降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失，節(jié)約能源，提高紡織企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3 針對性節(jié)能改造措施

鋸齒形紡織廠房耗能最大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)部位是屋頂，其材料導(dǎo)熱系數(shù)是比較高的，相對應(yīng)其熱損失比較高，因此可以將這部位作為節(jié)能改造的重點。分析主要部位建材導(dǎo)熱情況，可以采取的主要節(jié)能改造措施：

（1）斜屋面頂?shù)母脑焓菍⒆钔鈱邮尥邠Q成內(nèi)有巖棉保溫層的彩鋼夾芯板，并且做好與主體結(jié)構(gòu)的密封，保證氣密性和水密性，達(dá)到保溫效果。彩鋼夾芯板內(nèi)有巖棉保溫層，具有質(zhì)輕、保溫效果好的優(yōu)點，能有效防止車間內(nèi)部與外界進(jìn)行熱量或冷量交換，降低車間空調(diào)維護(hù)一定溫濕度時的能耗。也可以利用這些斜屋面設(shè)置太陽能設(shè)備或太陽能發(fā)電設(shè)備，用于工廠熱水使用或自用照明等用途。

（2）采光窗的節(jié)能改造是采用外開的中空玻璃的塑鋼上懸窗代替原來的混凝土窗框和兩層平板玻璃。首先導(dǎo)熱系數(shù)方面中空玻璃的塑鋼窗比平板玻璃和混凝土框改善很多；另一方面玻璃清掃比較方便，原來結(jié)構(gòu)為死扇無法在屋頂清掃玻璃內(nèi)側(cè)，只能在車間里采取登高設(shè)施或加長清掃桿進(jìn)行清掃很不方便，新結(jié)構(gòu)直接在屋頂打開窗戶進(jìn)行定時清掃；第三方面新的結(jié)構(gòu)更方便與室外通風(fēng)，同時開著窗戶時遇到下雨也不會飄進(jìn)車間影響正常生產(chǎn)。其它窗框部位采用保溫砂漿和保溫板材粘貼相結(jié)合的外保溫方式進(jìn)行改造，防止出現(xiàn)熱橋，從而避免產(chǎn)生熱橋部位出現(xiàn)冷凝水或受潮。

（3）拼合風(fēng)道的預(yù)制混凝土板部位節(jié)能改造是外側(cè)采用保溫材料進(jìn)行處理，減少在運(yùn)行過程中熱量（冷量）損失，其頂部保溫板應(yīng)采用擠塑板（XPS），作為上人屋面必須保證足夠的承載能力；在車間內(nèi)的風(fēng)道保溫材料必須保證材料的防火性能，保證在B1級或者A級以上，因為紡織車間有比較多棉花毛，消防隱患較大，保溫材料的防火性能至關(guān)重要。

（4）鋸齒形廠房四周附房外墻采用外保溫材料進(jìn)行保溫改造，進(jìn)出通道采用二道門和保溫門相結(jié)合方法，窗戶采用中空玻璃塑鋼窗或中空玻璃的斷橋鋁合金窗戶，有效減少門窗開啟附加產(chǎn)生熱損失。同時不同車間溫濕度差異較大時，在其中間隔墻進(jìn)行保溫隔熱處理，防止不同車間和工序之間產(chǎn)生熱損失，影響正常生產(chǎn)過程。

4 節(jié)能改造前后導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻對比分析

通過進(jìn)行節(jié)能改造，我們可以針對不同部位在節(jié)能改造前后相應(yīng)材料的導(dǎo)熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)進(jìn)行對比，分析節(jié)能改造的效果。為了方便對比設(shè)定，石棉瓦一般為0.005m，平板玻璃厚度選用0.005m，預(yù)制混凝土板和窗框的厚度通常為0.1m，中空玻璃選用5＋9＋5，中間空氣層厚度為0.009m，保溫材料巖棉板、擠塑板和聚苯板均選用厚度為0.05m，比較節(jié)能改造前后材料變化如表1所示：根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)與熱阻之間換算公式計算熱阻和綜合傳熱系數(shù)。

表1 節(jié)能改造前后改造部位材料變化和厚度對比

4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻

單層結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)或熱阻計算公式如下：

當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)為外墻及屋面時：1／αn＋1／αw取值為0.15

式中：R——圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻（m2·℃／W）

K——圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)（W／m2·℃）

δ——材料層厚度（m）

λ——材料導(dǎo)熱系數(shù)（W／m·℃）

αn、αw——圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面換熱系數(shù)由多種材料和空氣層組成的多層圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻：

當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)為外墻及屋面時：1／αn＋1／αw取值為0.15

式中：R1、R2、…Rn—各層材料傳熱阻（m2·℃／W）

δ1、δ2、…δn—各層材料厚度（m）

λ1、λ2、…λn—各層材料導(dǎo)熱系數(shù)（W／m·℃）

Δ1、Δ2、…Δn—各層空氣傳熱系數(shù)

根據(jù)上述公式計算節(jié)能改造前后導(dǎo)熱系數(shù)和傳熱系數(shù)如表2所示。

4.2 小結(jié)

由上述表格和資料可以看出，節(jié)能改造前后圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻還應(yīng)該考慮原主體結(jié)構(gòu)熱阻部分，這樣改造后熱阻再加上原圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻（見表3）對比斜屋面改造后小于改造前的12.1%；采光窗改造后不考慮窗框材料由混凝土改為塑鋼窗的單玻璃節(jié)能效果為改造前的53.2%；在混凝土外墻進(jìn)行擠塑板保溫后效果為改造后傳熱系數(shù)是改造前的13%；混凝土風(fēng)道節(jié)能改造后與改造前傳熱系數(shù)之比為10%；磚砌體外墻進(jìn)行聚苯板保溫后傳熱系數(shù)是改造后為改造前的35.3%，因采光改善節(jié)約的照明用電也大大降低，通過對傳統(tǒng)鋸齒形紡織廠房進(jìn)行的節(jié)能改造減少從墻體發(fā)生熱損失或冷損失，減小了紡織廠維持紡織工藝要求溫濕度標(biāo)準(zhǔn)時熱負(fù)荷或冷負(fù)荷，減少空調(diào)能耗，同時改善了紡織廠房生產(chǎn)環(huán)境。

表2 節(jié)能改造前后熱阻和傳熱系數(shù)

表3 考慮原圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻的情況下改造前后熱阻和傳熱系數(shù)

5 結(jié)論

傳統(tǒng)鋸齒廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻小、傳熱系數(shù)較大，造成使用過程中建筑能耗大，無法滿足節(jié)能、減排、環(huán)保的時代需求，同時造成使用成本增加，經(jīng)濟(jì)效益較差。因此，通過針對鋸齒形廠房高耗能圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性的節(jié)能改造，極大地降低了鋸齒形紡織廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失或冷損失，減少外部自然環(huán)境對車間生產(chǎn)的影響；如果再能配合進(jìn)行電器設(shè)備節(jié)能改造和管理制度推廣，加強(qiáng)生產(chǎn)工人節(jié)能意識，鋸齒形紡織廠可以重新發(fā)揮作用，揚(yáng)長避短，使傳統(tǒng)鋸齒形紡織廠重新煥發(fā)光彩，同時增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

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