第二節(jié)　紡織建筑保溫設(shè)計(jì)

紡織車間由于車間內(nèi)安裝工藝設(shè)備較多，發(fā)熱量大而且密集，車間工藝生產(chǎn)對溫濕度要求嚴(yán)格，因此，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)要求較高，以減少由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱傳濕影響車間溫濕度。紡織建筑需要進(jìn)行保溫節(jié)能設(shè)計(jì)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括外墻、屋頂、地面、天窗與外窗。

一、外墻和屋頂?shù)谋卦O(shè)計(jì)

建筑保溫設(shè)計(jì)是針對外圍護(hù)結(jié)構(gòu)在冬季進(jìn)行的建筑熱工設(shè)計(jì)，由于外墻和屋頂是紡織建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體部分，也是冬季出現(xiàn)結(jié)露的主要地方，對其保溫性能的要求，取決于房間的使用性質(zhì)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件。一般從下面幾個方面來考慮。

（1）保證內(nèi)表面不結(jié)露，即內(nèi)表面溫度不得低于室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度。

（2）從節(jié)能要求考慮，減少熱損失。

（3）應(yīng)具有一定的熱穩(wěn)定性。

按我國現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，保溫設(shè)計(jì)按照冬季陰寒天氣作為設(shè)計(jì)計(jì)算基準(zhǔn)條件。在這種情況下，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程可近似為穩(wěn)態(tài)傳熱。按穩(wěn)態(tài)傳熱的理論，傳熱阻便成為外墻和屋頂保溫性能優(yōu)劣的特征指標(biāo)，因此，外墻和屋頂?shù)谋卦O(shè)計(jì)則成為確定其合理的傳熱阻。當(dāng)采用的建筑材料一定時，圍護(hù)結(jié)構(gòu)越薄，傳熱阻越小，熱損失越大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度就越低，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度低于室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度時，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面就會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。這樣不僅會損壞圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而且由于凝結(jié)水的下滴會嚴(yán)重影響車間環(huán)境。為了避免出現(xiàn)凝水現(xiàn)象，設(shè)計(jì)時應(yīng)該保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度高于室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度，這就需要確定一個冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最小熱阻。

外墻和屋頂圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最小傳熱阻R0，min按下式計(jì)算：

式中：R0，min——圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最小傳熱阻，m2·℃/W；

A——安全系數(shù)，根據(jù)室內(nèi)外溫差的大小取1.05或1.10；

tn——冬季室內(nèi)計(jì)算溫度，℃；

tw——冬季室外計(jì)算溫度，℃；

α——室內(nèi)外計(jì)算溫差修正系數(shù)；

αn——圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面換熱系數(shù)，W/（m2·℃）；

Δty——冬季室內(nèi)計(jì)算溫度與外墻（或屋頂）內(nèi)表面溫度的允許溫差，℃。以上參數(shù)的確定原則和選用方法如下。

（1）冬季室內(nèi)計(jì)算溫度tn。tn值因房間使用性質(zhì)不同而有不同的規(guī)定值。紡織車間的tn值一般取為冬季車間空氣干球溫度值。

（2）冬季室外計(jì)算溫度tw。tw值的選取較為復(fù)雜，它的取值大小與所設(shè)計(jì)的外墻或屋頂?shù)臒岫栊灾笜?biāo)值大小有關(guān)。一般說來，熱惰性指標(biāo)值大，tw取值較高，相反較低。其原因是，在進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)時，假定了室內(nèi)外溫度都不隨時間變化，但實(shí)際上二者都是變化的。由于不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)對溫度變化的抵抗能力不同，亦即熱穩(wěn)定性不同，同樣的溫度變化對其內(nèi)表面溫度的影響也就不同。溫度對厚重的磚石結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)影響小一些，對輕質(zhì)結(jié)構(gòu)影響大一些。針對這種情況，我國規(guī)范對tw的選取作了具體規(guī)定，見表2-2。

表2-2　冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)室外計(jì)算溫度tw

（3）冬季室內(nèi)計(jì)算溫度與外墻（或屋頂）內(nèi)表面溫度的允許溫差Δty。允許溫差是根據(jù)衛(wèi)生和建造成本等因素確定的。按允許溫差設(shè)計(jì)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度不會太低，可保證不會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，不會對人體形成過分的冷輻射，同時，熱損失較小。根據(jù)房間性質(zhì)及結(jié)構(gòu)，紡織建筑的允許溫差Δty一般可按表2-3取值。

表2-3　允許溫差Δty

由表2-3可見，使用功能要求較高的房間，允許溫差小一些。在相同的室內(nèi)外氣象條件下，按較小Δty確定的最小傳熱阻值值顯然就大一些。也就是說，使用功能要求越高，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)有越大的保溫能力。特別是對室內(nèi)溫度高，相對濕度大的布機(jī)、絡(luò)筒車間，應(yīng)嚴(yán)格按上述計(jì)算方法確定最小允許溫差。

（4）溫差修正系數(shù)α。因最小傳熱阻計(jì)算式中采用的是室外空氣溫度，當(dāng)某些圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外表面不與室外空氣直接接觸時，應(yīng)對溫差加以修正，修正系數(shù)α見表2-4。

表2-4　溫差修正系數(shù)α

（5）圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面換熱系數(shù)αn。圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面換熱系數(shù)αn一般按表2-5選用。

表2-5　圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面換熱系數(shù)αn

注　表中h——肋高，m；s——肋間凈距，m。

按上述步驟，在取得各參數(shù)值后，便可按式（2-1）求得圍護(hù)結(jié)構(gòu)最小熱阻R0，min。應(yīng)當(dāng)注意，求得這個最小傳熱阻，并不意味著外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際熱阻一定要正好等于最小傳熱阻，它只是起碼的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際熱阻可以大于它，但不得小于它。在紡織廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，由于車間內(nèi)冬季溫度較高，相對濕度較大，車間結(jié)露的可能性很大，設(shè)計(jì)時應(yīng)嚴(yán)格按照車間溫度和相對濕度確定車間露點(diǎn)溫度進(jìn)行驗(yàn)算，確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻不小于最小熱阻，這一點(diǎn)對鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)尤為重要。

二、外墻和屋頂?shù)谋亟Y(jié)構(gòu)

根據(jù)地方氣候特點(diǎn)及建筑的使用性質(zhì)，外墻和屋頂可以采用的保溫構(gòu)造方案是多種多樣的，大致可分為承重墻直接保溫、單設(shè)保溫層復(fù)合結(jié)構(gòu)保溫、封閉空氣間層保溫、保溫與承重相結(jié)合保溫、混合型構(gòu)造保溫等；由于紡織建筑一般需保溫面積較大，工程多采用單設(shè)保溫層復(fù)合結(jié)構(gòu)的保溫方法，本書僅對單設(shè)保溫層復(fù)合結(jié)構(gòu)的保溫方法進(jìn)行介紹。

（一）單設(shè)保溫層復(fù)合結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)

1.單設(shè)保溫層復(fù)合結(jié)構(gòu)形式　不論屋頂或外墻，單設(shè)保溫層的做法是保溫構(gòu)造的普通方式。這種方案是用導(dǎo)熱系數(shù)很小的材料作保溫層而起主要保溫作用，不要求保溫層承重，所以選擇的靈活性比較大。不論是板塊狀、纖維狀還是松散顆粒材料，均可應(yīng)用。可采用外保溫結(jié)構(gòu)，也可以采用內(nèi)保溫結(jié)構(gòu)。

2.單設(shè)保溫層復(fù)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)　當(dāng)采用單設(shè)保溫層的復(fù)合墻體（或屋頂）時，保溫層的位置對結(jié)構(gòu)及房間的使用質(zhì)量、結(jié)構(gòu)造價(jià)、施工、維護(hù)費(fèi)用等各方面都有重大影響。能否正確設(shè)計(jì)和布置保溫層，是設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真研究的問題。保溫層位置不同時，屋頂?shù)哪觊g溫度變化示意如圖2-1所示。

保溫層在承重層的室內(nèi)側(cè)，叫內(nèi)保溫，如圖2-1（a）所示；保溫層在承重層室外側(cè)，叫外保溫，如圖2-1（b）所示；有時保溫層可設(shè)置在兩層密實(shí)結(jié)構(gòu)層的中間，叫夾芯保溫。過去墻體多用內(nèi)保溫，屋頂則多用外保溫。近年來，墻體采用外保溫和夾芯保溫的做法日漸增加。相對說來，外保溫有如下優(yōu)點(diǎn)。

（1）使墻或屋頂?shù)闹饕糠质艿奖Ｗo(hù)，大大降低溫度應(yīng)力的起伏，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。圖2-1（a）是保溫層放在內(nèi)側(cè)，使其外側(cè)的承重部分，常年經(jīng)受冬夏季的較大溫差（可達(dá)80～90℃）的反復(fù)作用。如將保溫層放在承重層外側(cè)，如圖2-1（b）所示，則承重結(jié)構(gòu)所受溫差作用大幅度下降，溫度變形減小。此外，由于一般保溫材料的線膨脹系數(shù)比鋼筋混凝土小，所以外保溫對減少防水層的破壞，也是有利的。

（2）由于承重層材料的熱容量一般都遠(yuǎn)大于保溫層，所以，外保溫對結(jié)構(gòu)及房間的熱穩(wěn)定性有利。當(dāng)供熱不均勻時，承重層因有大量蓄存的熱量，故可保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度不致急劇下降，從而使室溫也不致很快下降；反過來說，在夏季，外保溫也能靠位于內(nèi)側(cè)的熱容量很大的承重層，來調(diào)節(jié)溫度。故外保溫方法，可使房間冬季不太冷，夏季不太熱，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，節(jié)能效果明顯。

（3）外保溫對防止或減少保溫層內(nèi)部產(chǎn)生水蒸氣凝結(jié)十分有利，這一點(diǎn)對紡織建筑尤為重要。由于紡織車間冬季車間須保持較高的相對濕度，采用外保溫結(jié)構(gòu)有利于防止保溫層潮濕、失去保溫效果。

（4）外保溫法使熱橋處的熱損失減少，并能防止熱橋內(nèi)表面局部結(jié)露。如圖2-2所示，同樣構(gòu)造的熱橋，在內(nèi)外兩種不同保溫方式時，其熱工性能是不同的。

（5）對已有紡織建筑的節(jié)能改造，不但外保溫處理的效果最好，而且可在基本上不影響生產(chǎn)的情況下進(jìn)行施工。另外，采用外保溫加強(qiáng)墻體，不會占用室內(nèi)的使用面積。

鑒于單設(shè)保溫層復(fù)合結(jié)構(gòu)外保溫形式的特點(diǎn)和紡織建筑較高的溫濕度要求，紡織建筑節(jié)能設(shè)計(jì)主要采用外保溫復(fù)合結(jié)構(gòu)形式的工程處理措施。

（二）保溫外墻和屋頂熱工性能

紡織外墻和屋頂保溫主要采用承重外墻和屋頂保溫的方式。其主要構(gòu)造和熱工參數(shù)見表2-6和表2-7。

表2-6　外墻保溫結(jié)構(gòu)主要構(gòu)造和熱工參數(shù)

表2-7　屋頂保溫結(jié)構(gòu)主要構(gòu)造和熱工參數(shù)

三、外窗、外門和地面的保溫設(shè)計(jì)

在紡織車間圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量組成中，車間的外窗、外門圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱占有較大的比例。例如鋸齒天窗或采光帶廠房，比例一般在30%～60%。地面?zhèn)鳠嵋话阏加斜壤^小，但在東北和西北等寒冷地區(qū)，也須對地面進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)，以防止冬季由于靠墻處地面結(jié)露影響生產(chǎn)。從建筑熱工設(shè)計(jì)方法上來說，由于它們的傳熱過程不同，因而應(yīng)采用不同的保溫措施；從冬季失熱量來看，有些車間外窗、外門及地面的失熱量要大于外墻和屋頂?shù)氖崃俊８鶕?jù)建筑節(jié)能細(xì)化的原則，應(yīng)高度重視這些部位的保溫設(shè)計(jì)。

（一）外窗保溫設(shè)計(jì)

玻璃窗不僅傳熱量大，而且由于其熱阻遠(yuǎn)小于其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)，造成冬季窗戶表面溫度過低，對靠近窗口的人體產(chǎn)生冷輻射，紡織車間的高濕度使窗戶玻璃結(jié)露滴水，嚴(yán)重地影響室內(nèi)環(huán)境和生產(chǎn)。就建筑熱工設(shè)計(jì)而言，窗戶的保溫設(shè)計(jì)主要從以下幾方面考慮。

1.控制窗墻面積比　外窗既有引進(jìn)太陽光照明的有利方面，又有因傳熱損失和冷風(fēng)滲透損失都比較大的不利方面。外窗應(yīng)是保溫能力最低的構(gòu)件。因此，我國建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范中，對開窗面積作了相應(yīng)的規(guī)定。

按我國設(shè)計(jì)規(guī)范，控制外窗面積的指標(biāo)是窗墻面積比，即

紡織車間由于保溫防結(jié)露的需要，除鋸齒廠房外，一般不設(shè)外窗，或僅在外墻上設(shè)置有限的外窗，外窗的面積應(yīng)根據(jù)建筑物的采光和建筑立面美觀要求設(shè)計(jì)。

2.提高氣密性，減少冷風(fēng)滲透　紡織建筑鋸齒天窗一般設(shè)置為固定密閉窗，活動外側(cè)窗一般均有縫隙，特別是材質(zhì)不佳、加工和安裝質(zhì)量不高時，縫隙可能更大。因此，應(yīng)采用密封性能好的塑鋼窗。確保在窗兩側(cè)空氣壓差為10Pa的條件下，單位時間內(nèi)每米縫隙長度的空氣滲透量不大于4.0m3/（m·h）。

3.提高窗戶保溫能力　提高窗戶的保溫能力，一方面應(yīng)改善窗框保溫性能，另一方面應(yīng)改善玻璃部分的保溫性能。紡織建筑窗戶應(yīng)多采用塑鋼窗框、雙層窗、單框雙玻窗、中空玻璃窗來提高窗戶的保溫性能，常用紡織外窗性能見表2-8。

表2-8　常用紡織外窗性能

需要說明的是，近年來國內(nèi)外使用單層窗扇上安裝雙層玻璃，中間形成良好密封空氣層的新型窗戶的建筑日益增多。為了與傳統(tǒng)的“雙層窗”相區(qū)別，我們稱這種窗為“單框雙玻璃窗”。單框雙玻璃窗的空氣層厚度以20～30mm為最好，此時傳熱系數(shù)較小。當(dāng)厚度小于10mm時，傳熱系數(shù)迅速變大；大于30mm時，則造價(jià)提高，而保溫能力并不能提高很多。

（二）外門保溫設(shè)計(jì)

紡織車間的外門主要指車間外門以及與室外空氣直接接觸的其他各式各樣的門。門的熱阻一般比窗戶的熱阻大，而比外墻和屋頂?shù)臒嶙栊。蚨彩羌徔椊ㄖ鈬o(hù)結(jié)構(gòu)保溫的薄弱環(huán)節(jié)。紡織車間由于外門運(yùn)輸產(chǎn)品的需要，不能關(guān)閉，空氣滲透耗熱量特別大。因此，一般設(shè)計(jì)門斗進(jìn)行保溫，并保持車間正壓，防止室外空氣和車間對流，影響車間局部溫濕度，常閉外門應(yīng)采用保溫門。表2-9是幾種常用門的傳熱阻和傳熱系數(shù)。

表2-9　幾種常用門的傳熱阻和傳熱系數(shù)

（三）外墻周邊地面局部的保溫處理

紡織車間地板保溫設(shè)計(jì)的主要目的是，在寒冷地區(qū)需要沿車間外墻內(nèi)側(cè)周邊做局部保溫處理。這是因?yàn)樵娇拷鈮Γ匕灞砻鏈囟仍降停瑔挝幻娣e的熱損失越多，并有可能形成結(jié)露，影響生產(chǎn)。我國規(guī)定，對于嚴(yán)寒地區(qū)建筑的底層地面，當(dāng)建筑物周邊無采暖管溝時，在外墻內(nèi)側(cè)0.5～1.0m范圍內(nèi)的地面應(yīng)鋪設(shè)保溫層，其熱阻不應(yīng)小于外墻的熱阻。