紡織廠鋸齒形廠房圍護結構節能改造技術探討

張永澤

（濟南元豐紡紗實業公司，山東 濟南250117）

目前紡織廠房建筑結構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，而國內外新建的紡織廠房多采用單層無窗廠房，一般柱網較大，并裝有吊頂和技術夾層，整個廠房中間無隔墻，節能、減排和環保性能比較優越。但是我國傳統紡織廠房多為鋸齒形廠房，采光側窗北偏東5度，外觀別致，具有特色，這也是20世紀70～80年代中國紡織企業具有代表性的特色建筑。在現在追求環保、節能、減排的時代，如何發揮這些傳統的鋸齒形紡織廠房的作用是一個比較大的難題，全部拆除重新建設新廠房和不采取任何措施繼續使用鋸齒形廠房顯然都是不合理和不經濟的。如何通過鋸齒形紡織廠房圍護結構的節能改造來達到減少廠房熱損失，減少紡織廠因調節室內空氣溫濕度所帶來的能源消耗，增加紡織企業的經濟效益，具有重要的現實意義。

1 鋸齒形紡織廠房結構介紹

鋸齒形紡織廠房結構采用鋼筋混凝土單層鋸齒形排架結構，在風道與承重結構相結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構型式。三角架承重結構技術比較成熟。天窗架承重結構廠房內屋面比較整齊清潔。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，梁與梁之間鋪設天溝板，形成支風道。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，梁與梁之間鋪設天溝板，形成支風道，梁上擱置天窗架。屋蓋系統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道大梁。天窗架承重和屋面板圍護結構如圖1所示。利用鋸齒屋頂北偏東5度的側向玻璃天窗進行采光，白天有自然光進入，且光照均勻，能節約白天照明用電；勞動衛生條件好，有利于消防排煙。結構大梁和送風道有機結合，在結構承重的同時中空通道完成空調送風，車間環境好，工程造價低，車間跨度可達12～16m，柱距可達10m，基本滿足紡織廠主要機器設備排列。

紡織車間根據生產工藝和原料對車間內空氣的溫度和濕度有一定的要求，在此只對溫度相關因素進行分析：當車間內的溫度低于或高于標準值時，需要補充或去除一定的熱量，這些補充熱量或去除熱量稱為熱負荷或冷負荷。在這里主要分析紡織廠房圍護結構熱損失，不考慮車間設備、電器和人員對室內溫度的影響；圍護結構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外溫差造成圍護結構的熱損失；附加熱損失為建筑物方向附加、風力附加、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。紡織廠房圍護結構的熱損失是主要研究對象，單層鋸齒形廠房周圍一般建設有一層或多層的平頂輔助用房，進出車間出口通道設置在輔助用房上，由于相對面積較小，因此，單層鋸齒形廠房的屋頂結構是整個鋸齒形紡織廠房熱損失較大的主要部位。

圖1 鋸齒形廠房結構

2 鋸齒形紡織廠房圍護結構熱損失分析

鋸齒紡織廠房結構構件一般為預制混凝土構件，斜屋面由拱形預制板、玻璃絲保溫棉和屋頂石棉瓦構成，施工現場主要進行吊裝施工，屋頂構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構的密封性能不是很好。側窗為預制混凝土構件連接而成以及內外兩層玻璃組成；風道由四塊預制板拼合而成；屋頂除了風道頂部采用礦渣或蛭石等保溫措施和拱形板外側鋪5 cm左右的玻璃棉進行保溫外幾乎沒有其他節能措施；屋頂石棉瓦周圍和側窗兩層玻璃密封性能不是很好，加上窗框為混凝土，導熱系數高，傳熱速度快加之車間濕度較高，導致在夏季或冬季形成熱橋或冷橋很容易造成內側玻璃產生冷凝水，導致內側玻璃表面受潮吸附棉花絨毛和飛花，嚴重時影響采光，導致白天照明用電增加。

鋸齒形廠房屋頂及其圍護結構材料依次分別為鋼筋混凝土、平板玻璃和普通粘土磚墻，其相應的材料導熱系數（W／m·℃）依次為1.74、0.76和0.4。斜屋面為拱形預制鋼筋混凝土構件支撐，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的導熱系數是紡織廠房熱損失較大的主要因素。北側采光墻體由混凝土窗框和雙層平板玻璃組成，其導熱系數（W／m·℃）分別為1.74和0.76，保溫節能性能較差。風道由四塊鋼筋混凝土預制板拼合而成，其導熱系數為1.74，保溫節能性能較差。上面主要是從材料的導熱性能方面分析傳統紡織廠房圍護結構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結構也存在類似情況。

由于紡織行業中一些特殊工序對車間內的溫度和濕度要求較高，比如：棉紡車間的梳棉和細紗工序，為彌補圍護結構熱損失量，同時保證正常生產（在冬季和夏季時期車間冷熱負荷較大），需要空調設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新的廠房，這無疑是巨大的資源浪費，因此筆者建議針對鋸齒形紡織廠房圍護結構采取適當的節能改造措施，從而顯著降低圍護結構熱損失，節約能源，提高紡織企業經濟效益。

3 針對性節能改造措施

鋸齒形紡織廠房耗能最大的圍護結構部位是屋頂，其材料導熱系數是比較高的，相對應其熱損失比較高，因此可以將這部位作為節能改造的重點。分析主要部位建材導熱情況，可以采取的主要節能改造措施：

（1）斜屋面頂的改造是將最外層石棉瓦換成內有巖棉保溫層的彩鋼夾芯板，并且做好與主體結構的密封，保證氣密性和水密性，達到保溫效果。彩鋼夾芯板內有巖棉保溫層，具有質輕、保溫效果好的優點，能有效防止車間內部與外界進行熱量或冷量交換，降低車間空調維護一定溫濕度時的能耗。也可以利用這些斜屋面設置太陽能設備或太陽能發電設備，用于工廠熱水使用或自用照明等用途。

（2）采光窗的節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。首先導熱系數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，原來結構為死扇無法在屋頂清掃玻璃內側，只能在車間里采取登高設施或加長清掃桿進行清掃很不方便，新結構直接在屋頂打開窗戶進行定時清掃；第三方面新的結構更方便與室外通風，同時開著窗戶時遇到下雨也不會飄進車間影響正常生產。其它窗框部位采用保溫砂漿和保溫板材粘貼相結合的外保溫方式進行改造，防止出現熱橋，從而避免產生熱橋部位出現冷凝水或受潮。

（3）拼合風道的預制混凝土板部位節能改造是外側采用保溫材料進行處理，減少在運行過程中熱量（冷量）損失，其頂部保溫板應采用擠塑板（XPS），作為上人屋面必須保證足夠的承載能力；在車間內的風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重要。

（4）鋸齒形廠房四周附房外墻采用外保溫材料進行保溫改造，進出通道采用二道門和保溫門相結合方法，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，在其中間隔墻進行保溫隔熱處理，防止不同車間和工序之間產生熱損失，影響正常生產過程。

4 節能改造前后導熱系數和熱阻對比分析

通過進行節能改造，我們可以針對不同部位在節能改造前后相應材料的導熱系數和總傳熱系數進行對比，分析節能改造的效果。為了方便對比設定，石棉瓦一般為0.005m，平板玻璃厚度選用0.005m，預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，比較節能改造前后材料變化如表1所示：根據導熱系數與熱阻之間換算公式計算熱阻和綜合傳熱系數。

表1 節能改造前后改造部位材料變化和厚度對比

4.1 圍護結構熱阻

單層結構傳熱系數或熱阻計算公式如下：

當圍護結構為外墻及屋面時：1／αn＋1／αw取值為0.15

式中：R——圍護結構熱阻（m2·℃／W）

K——圍護結構傳熱系數（W／m2·℃）

δ——材料層厚度（m）

λ——材料導熱系數（W／m·℃）

αn、αw——圍護結構內外表面換熱系數由多種材料和空氣層組成的多層圍護結構熱阻：

當圍護結構為外墻及屋面時：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—各層材料導熱系數（W／m·℃）

Δ1、Δ2、…Δn—各層空氣傳熱系數

根據上述公式計算節能改造前后導熱系數和傳熱系數如表2所示。

4.2 小結

由上述表格和資料可以看出，節能改造前后圍護結構的熱阻還應該考慮原主體結構熱阻部分，這樣改造后熱阻再加上原圍護結構的熱阻（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能效果為改造前的53.2%；在混凝土外墻進行擠塑板保溫后效果為改造后傳熱系數是改造前的13%；混凝土風道節能改造后與改造前傳熱系數之比為10%；磚砌體外墻進行聚苯板保溫后傳熱系數是改造后為改造前的35.3%，因采光改善節約的照明用電也大大降低，通過對傳統鋸齒形紡織廠房進行的節能改造減少從墻體發生熱損失或冷損失，減小了紡織廠維持紡織工藝要求溫濕度標準時熱負荷或冷負荷，減少空調能耗，同時改善了紡織廠房生產環境。

表2 節能改造前后熱阻和傳熱系數

表3 考慮原圍護結構熱阻的情況下改造前后熱阻和傳熱系數

5 結論

傳統鋸齒廠房圍護結構熱阻小、傳熱系數較大，造成使用過程中建筑能耗大，無法滿足節能、減排、環保的時代需求，同時造成使用成本增加，經濟效益較差。因此，通過針對鋸齒形廠房高耗能圍護結構進行針對性的節能改造，極大地降低了鋸齒形紡織廠房圍護結構熱損失或冷損失，減少外部自然環境對車間生產的影響；如果再能配合進行電器設備節能改造和管理制度推廣，加強生產工人節能意識，鋸齒形紡織廠可以重新發揮作用，揚長避短，使傳統鋸齒形紡織廠重新煥發光彩，同時增加企業經濟效益。

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