纺织厂锯齿形厂房围护结构节能改造技术探讨

张永泽

（济南元丰纺纱实业公司，山东 济南250117）

目前纺织厂房建筑结构形式主要分为单层锯齿型厂房、单层无窗厂房和多层框架厂房三种，而国内外新建的纺织厂房多采用单层无窗厂房，一般柱网较大，并装有吊顶和技术夹层，整个厂房中间无隔墙，节能、减排和环保性能比较优越。但是我国传统纺织厂房多为锯齿形厂房，采光侧窗北偏东5度，外观别致，具有特色，这也是20世纪70～80年代中国纺织企业具有代表性的特色建筑。在现在追求环保、节能、减排的时代，如何发挥这些传统的锯齿形纺织厂房的作用是一个比较大的难题，全部拆除重新建设新厂房和不采取任何措施继续使用锯齿形厂房显然都是不合理和不经济的。如何通过锯齿形纺织厂房围护结构的节能改造来达到减少厂房热损失，减少纺织厂因调节室内空气温湿度所带来的能源消耗，增加纺织企业的经济效益，具有重要的现实意义。

1 锯齿形纺织厂房结构介绍

锯齿形纺织厂房结构采用钢筋混凝土单层锯齿形排架结构，在风道与承重结构相结合的情况下一般采用双梁方案。双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两种结构型式。三角架承重结构技术比较成熟。天窗架承重结构厂房内屋面比较整齐清洁。①三角架承重双梁锯齿排架：牛腿柱上平行搁置两根薄腹大梁，梁与梁之间铺设天沟板，形成支风道。梁上搁置三角架，三角架上支承屋面板。②天窗架承重双梁锯齿排架：牛腿柱上平行搁置两根薄腹大梁，梁与梁之间铺设天沟板，形成支风道，梁上搁置天窗架。屋盖系统的屋面板一端搁置在天窗架上沿，另一端搁置在大梁，一般多采用后者。

这类厂房特点是屋面采用风道大梁。天窗架承重和屋面板围护结构如图1所示。利用锯齿屋顶北偏东5度的侧向玻璃天窗进行采光，白天有自然光进入，且光照均匀，能节约白天照明用电；劳动卫生条件好，有利于消防排烟。结构大梁和送风道有机结合，在结构承重的同时中空通道完成空调送风，车间环境好，工程造价低，车间跨度可达12～16m，柱距可达10m，基本满足纺织厂主要机器设备排列。

纺织车间根据生产工艺和原料对车间内空气的温度和湿度有一定的要求，在此只对温度相关因素进行分析：当车间内的温度低于或高于标准值时，需要补充或去除一定的热量，这些补充热量或去除热量称为热负荷或冷负荷。在这里主要分析纺织厂房围护结构热损失，不考虑车间设备、电器和人员对室内温度的影响；围护结构热损失由基本热损失和附加热损失组成；基本热损失是由于室内外温差造成围护结构的热损失；附加热损失为建筑物方向附加、风力附加、门窗开启附加和房屋高度附加；这些只是次要的热损失方式。纺织厂房围护结构的热损失是主要研究对象，单层锯齿形厂房周围一般建设有一层或多层的平顶辅助用房，进出车间出口通道设置在辅助用房上，由于相对面积较小，因此，单层锯齿形厂房的屋顶结构是整个锯齿形纺织厂房热损失较大的主要部位。

图1 锯齿形厂房结构

2 锯齿形纺织厂房围护结构热损失分析

锯齿纺织厂房结构构件一般为预制混凝土构件，斜屋面由拱形预制板、玻璃丝保温棉和屋顶石棉瓦构成，施工现场主要进行吊装施工，屋顶构件之间密封性能容易受到安装精度的影响，因此屋顶石棉瓦与主体结构的密封性能不是很好。侧窗为预制混凝土构件连接而成以及内外两层玻璃组成；风道由四块预制板拼合而成；屋顶除了风道顶部采用矿渣或蛭石等保温措施和拱形板外侧铺5 cm左右的玻璃棉进行保温外几乎没有其他节能措施；屋顶石棉瓦周围和侧窗两层玻璃密封性能不是很好，加上窗框为混凝土，导热系数高，传热速度快加之车间湿度较高，导致在夏季或冬季形成热桥或冷桥很容易造成内侧玻璃产生冷凝水，导致内侧玻璃表面受潮吸附棉花绒毛和飞花，严重时影响采光，导致白天照明用电增加。

锯齿形厂房屋顶及其围护结构材料依次分别为钢筋混凝土、平板玻璃和普通粘土砖墙，其相应的材料导热系数（W／m·℃）依次为1.74、0.76和0.4。斜屋面为拱形预制钢筋混凝土构件支撑，虽然有玻璃棉作为保温材料，但是由于其密闭性较差，保温性能较差加上1.74的导热系数是纺织厂房热损失较大的主要因素。北侧采光墙体由混凝土窗框和双层平板玻璃组成，其导热系数（W／m·℃）分别为1.74和0.76，保温节能性能较差。风道由四块钢筋混凝土预制板拼合而成，其导热系数为1.74，保温节能性能较差。上面主要是从材料的导热性能方面分析传统纺织厂房围护结构外表面中占较大比重的屋顶作为例子来分析锯齿形厂房的能耗情况，锯齿形纺织厂房的其它围护结构也存在类似情况。

由于纺织行业中一些特殊工序对车间内的温度和湿度要求较高，比如：棉纺车间的梳棉和细纱工序，为弥补围护结构热损失量，同时保证正常生产（在冬季和夏季时期车间冷热负荷较大），需要空调设备消耗的能量会比较大。

针对这种高能耗的锯齿形纺织厂房，全部拆除再重新建设新的厂房，这无疑是巨大的资源浪费，因此笔者建议针对锯齿形纺织厂房围护结构采取适当的节能改造措施，从而显著降低围护结构热损失，节约能源，提高纺织企业经济效益。

3 针对性节能改造措施

锯齿形纺织厂房耗能最大的围护结构部位是屋顶，其材料导热系数是比较高的，相对应其热损失比较高，因此可以将这部位作为节能改造的重点。分析主要部位建材导热情况，可以采取的主要节能改造措施：

（1）斜屋面顶的改造是将最外层石棉瓦换成内有岩棉保温层的彩钢夹芯板，并且做好与主体结构的密封，保证气密性和水密性，达到保温效果。彩钢夹芯板内有岩棉保温层，具有质轻、保温效果好的优点，能有效防止车间内部与外界进行热量或冷量交换，降低车间空调维护一定温湿度时的能耗。也可以利用这些斜屋面设置太阳能设备或太阳能发电设备，用于工厂热水使用或自用照明等用途。

（2）采光窗的节能改造是采用外开的中空玻璃的塑钢上悬窗代替原来的混凝土窗框和两层平板玻璃。首先导热系数方面中空玻璃的塑钢窗比平板玻璃和混凝土框改善很多；另一方面玻璃清扫比较方便，原来结构为死扇无法在屋顶清扫玻璃内侧，只能在车间里采取登高设施或加长清扫杆进行清扫很不方便，新结构直接在屋顶打开窗户进行定时清扫；第三方面新的结构更方便与室外通风，同时开着窗户时遇到下雨也不会飘进车间影响正常生产。其它窗框部位采用保温砂浆和保温板材粘贴相结合的外保温方式进行改造，防止出现热桥，从而避免产生热桥部位出现冷凝水或受潮。

（3）拼合风道的预制混凝土板部位节能改造是外侧采用保温材料进行处理，减少在运行过程中热量（冷量）损失，其顶部保温板应采用挤塑板（XPS），作为上人屋面必须保证足够的承载能力；在车间内的风道保温材料必须保证材料的防火性能，保证在B1级或者A级以上，因为纺织车间有比较多棉花毛，消防隐患较大，保温材料的防火性能至关重要。

（4）锯齿形厂房四周附房外墙采用外保温材料进行保温改造，进出通道采用二道门和保温门相结合方法，窗户采用中空玻璃塑钢窗或中空玻璃的断桥铝合金窗户，有效减少门窗开启附加产生热损失。同时不同车间温湿度差异较大时，在其中间隔墙进行保温隔热处理，防止不同车间和工序之间产生热损失，影响正常生产过程。

4 节能改造前后导热系数和热阻对比分析

通过进行节能改造，我们可以针对不同部位在节能改造前后相应材料的导热系数和总传热系数进行对比，分析节能改造的效果。为了方便对比设定，石棉瓦一般为0.005m，平板玻璃厚度选用0.005m，预制混凝土板和窗框的厚度通常为0.1m，中空玻璃选用5＋9＋5，中间空气层厚度为0.009m，保温材料岩棉板、挤塑板和聚苯板均选用厚度为0.05m，比较节能改造前后材料变化如表1所示：根据导热系数与热阻之间换算公式计算热阻和综合传热系数。

表1 节能改造前后改造部位材料变化和厚度对比

4.1 围护结构热阻

单层结构传热系数或热阻计算公式如下：

当围护结构为外墙及屋面时：1／αn＋1／αw取值为0.15

式中：R——围护结构热阻（m2·℃／W）

K——围护结构传热系数（W／m2·℃）

δ——材料层厚度（m）

λ——材料导热系数（W／m·℃）

αn、αw——围护结构内外表面换热系数由多种材料和空气层组成的多层围护结构热阻：

当围护结构为外墙及屋面时：1／αn＋1／αw取值为0.15

式中：R1、R2、…Rn—各层材料传热阻（m2·℃／W）

δ1、δ2、…δn—各层材料厚度（m）

λ1、λ2、…λn—各层材料导热系数（W／m·℃）

Δ1、Δ2、…Δn—各层空气传热系数

根据上述公式计算节能改造前后导热系数和传热系数如表2所示。

4.2 小结

由上述表格和资料可以看出，节能改造前后围护结构的热阻还应该考虑原主体结构热阻部分，这样改造后热阻再加上原围护结构的热阻（见表3）对比斜屋面改造后小于改造前的12.1%；采光窗改造后不考虑窗框材料由混凝土改为塑钢窗的单玻璃节能效果为改造前的53.2%；在混凝土外墙进行挤塑板保温后效果为改造后传热系数是改造前的13%；混凝土风道节能改造后与改造前传热系数之比为10%；砖砌体外墙进行聚苯板保温后传热系数是改造后为改造前的35.3%，因采光改善节约的照明用电也大大降低，通过对传统锯齿形纺织厂房进行的节能改造减少从墙体发生热损失或冷损失，减小了纺织厂维持纺织工艺要求温湿度标准时热负荷或冷负荷，减少空调能耗，同时改善了纺织厂房生产环境。

表2 节能改造前后热阻和传热系数

表3 考虑原围护结构热阻的情况下改造前后热阻和传热系数

5 结论

传统锯齿厂房围护结构热阻小、传热系数较大，造成使用过程中建筑能耗大，无法满足节能、减排、环保的时代需求，同时造成使用成本增加，经济效益较差。因此，通过针对锯齿形厂房高耗能围护结构进行针对性的节能改造，极大地降低了锯齿形纺织厂房围护结构热损失或冷损失，减少外部自然环境对车间生产的影响；如果再能配合进行电器设备节能改造和管理制度推广，加强生产工人节能意识，锯齿形纺织厂可以重新发挥作用，扬长避短，使传统锯齿形纺织厂重新焕发光彩，同时增加企业经济效益。

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