工業(yè)廠房通風節(jié)能與隔熱措施的應用簡述

【摘要】鋼結構建筑與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構建筑相比，具有跨度大、自重輕、抗震性能好、建設周期短、材料可回收等諸多優(yōu)勢，因此在工業(yè)廠房、物流倉儲建筑中大量應用。但在建設的過程中，由于設計不周、施工不當及業(yè)主主觀上片面強調(diào)經(jīng)濟性，忽視節(jié)能、舒適性等因素，造成很多工業(yè)廠房通風節(jié)能性能差，內(nèi)部空氣質量低，影響了員工工作環(huán)境和工作效率。本工程在建設過程中始終把如何加強自然通風，強調(diào)節(jié)能減排，改善廠房內(nèi)環(huán)境質量作為一項重要的課題來研究并應用于工程實踐。

【關鍵詞】工業(yè)廠房；通風；隔熱；工業(yè)風扇；節(jié)能

1、工程概況

本工程為鋼結構工業(yè)廠房，為滿足安裝兩套大型雙層自動化分揀設備的需要，結構選型為門式鋼架結構，長171m，寬72m，建筑面積1.3萬m2，檐口高度9.4m，造價1300萬元。初設選型時，使用單位對選用鋼結構存在顧慮，主要原因有：

（1）本工程所在地福州為典型的亞熱帶季風氣候，又為盆地地形，夏季室外溫度常達到35～40℃，原先在本工程邊的鋼砼結構廠房，室內(nèi)悶熱，員工中暑的現(xiàn)象時有發(fā)生。

（2）附近場地空曠，無遮擋物。受場地的條件的限制，該廠房只能采用偏東西朝向，而且廠房橫向長度長，西曬時間長，面積大。

（3）廠房內(nèi)空間大，作業(yè)員工多，設備多，不宜多用隔斷。若采用中央空調(diào)極不經(jīng)濟。即使安裝工位空調(diào)，也因工藝多變、空間大等原因使用效果不佳。

2、解決方案

2.1做好自然通風設計，合理組織氣流通路

風能是一種環(huán)保的可再生自然資源，盡可能地利用自然通風，合理組織氣流，不僅能帶走廠房內(nèi)余熱，降低室內(nèi)溫度，而且?guī)硇迈r的空氣，改善空氣質量，給使用人員帶來健康舒適的感受。做好自然通風是一種節(jié)能而有效的措施，是綠色建筑設計的首先應考慮的問題。自然通風主要是利用風壓和熱壓的作用，通常在設計中而二者是同時存在的。一般進深小的部位可考慮風壓作為主要的自然通風動力，在進深大的區(qū)域則主要利用熱壓作為自然通風的手段。風壓的基本原理：當風吹向建筑物，在迎風面上由于空氣流動受阻，風速減小，使得風的動壓轉換為靜壓，在建筑物迎風面上的壓力大于大氣壓，形成正壓區(qū)。而建筑物的背風面、屋面氣流環(huán)繞過程中形成負壓區(qū)，為平衡壓力差，氣流就會從迎風面上的門洞等流向室內(nèi)，再從室內(nèi)向外流向負壓區(qū)。本工程地處沿海，周邊場地空曠，具備利用風壓作為自然通風主要動力的良好條件。夏季的主風向為東南風，在廠房的主要迎風面（東南面）上結合工藝布局，盡可能多地設置了站臺門和低窗，充分利用優(yōu)質而充沛的動力風能，帶動廠房內(nèi)的空氣流動，提升室內(nèi)空氣的質量。熱壓的原理：建筑物內(nèi)的熱空氣由于密度小而上浮至建筑物上部，通過頂部的排風口排出室外，室外密度大的新鮮空氣通過建筑物下部進風口進入建筑物內(nèi)，受熱后密度降低再次上浮，從而形成了源源不斷的氣流循環(huán)。熱壓作用與建筑物上下的進風口和出風口高度差，以及室內(nèi)外的溫度差密切相關。上部排風口與下部進風口的高差越大，室內(nèi)外溫度差越大，則熱壓的通風作用越顯著。

本工程通過廠房兩側的站臺門和上下兩層側窗作為主要進風口，空氣受熱后匯聚到人字形屋面后，通過隔跨布置的順坡采光通風器排出室外。初期工藝設計分揀設備僅為一層，上級主管部門從經(jīng)濟的角度考慮曾要求將廠房高度降為7m。在分析利弊后保留了9.4m檐口高度，鋼結構的圍護結構為輕質的鋼板，增加2m的高度的圍護結構，對基礎和造價的影響較小，但是對提高廠房的通風性能和員工生產(chǎn)的舒適性的作用卻是顯著的。首先，廠房高度增加后，可以增加上下風口的高差，提高熱壓通風的效果。其次，空氣受熱后集中于建筑的上半部，隨著建筑高度的提升，使得員工盡可能地遠離熱空氣層，同時享受到底部補充的新鮮冷空氣。再者，廠房凈高的提高，可減輕大平面空間頂棚帶來的壓迫感，較少心理壓力。按熱壓作用設計工業(yè)廠房時，還應該注意合理布局進風口的位置，盡量降低中和面的高度，即要求廠房下部進風門或窗的面積，不小于排風天窗的面積。中和面的降低，讓室外進入的新鮮空氣絕大部分或全部經(jīng)過員工的工作區(qū)域，這對降低工作區(qū)的溫度，提高員工的舒適性有明顯的作用。同時，在通風量一定的情況下，降低中和面可以減少屋面排風窗的面積，從而降低工程造價。而目前很多工業(yè)廠房，由于缺乏合理設計規(guī)劃，或僅考慮工藝需求，使得廠房圍護結構較少設置進風通道，又隨意加大排風窗的面積，為滿足換氣和排熱的需要，又不得不增加了很多機械通風的設備，不僅增加了工程造價，又達不到降溫和員工舒適的效果。

2.2改善圍護結構的熱工性能，減少建筑耗能

2.2.1保溫材料的運用

鋼圍護結構常用的保溫隔熱材料有玻璃棉、巖棉、聚苯乙烯擠塑泡沫板等，在選用時，既要考慮到材料本身的特性，如保溫隔熱指標、防火性能、防水性能、隔音性能等，也要注意結合選用的環(huán)境，如部位、溫度濕度、力學要求等。本工程屋面的保溫材料選用100mm厚建筑絕熱用玻璃保溫棉（容重16kg/m3）。建筑絕熱用玻璃保溫棉通過縱橫交叉的玻璃纖維把空氣分割成無數(shù)封閉的小空間，從而盡量隔絕空氣的對流以達到保溫的效果。其除了良好的保溫性能，還具有隔熱、吸音、輕質、經(jīng)濟、施工方便等優(yōu)勢，故被廣泛采用。

2.2.2雙層彩鋼板墻體和雙層屋面板的構造應用

鑒于本廠房因場地條件限制，朝向偏東西方向，西曬的問題比較突出。為減少彩板墻體受熱后直接影響到室內(nèi)，墻體采用了雙層彩板結構。利用鋼檁條構筑了一個700mm寬的空氣隔熱層，檁條外側鋪設WS-315螺釘隱藏式彩色波浪板，內(nèi)層為0.5mm厚灰白色鍍鋁鋅彩鋼浪板。由于靜止的空氣導熱系數(shù)低，為熱的不良導體，且兩層鋼板間的空氣會產(chǎn)生一定的對流，通過每跨間的遮陽百葉窗的空隙帶走外層彩鋼板的熱量，從而盡可能地減少了太陽輻射對內(nèi)部環(huán)境的影響。同理，本工程的屋面板構造做法為：0.6mm厚YX-360型隱藏式銀白色鍍鋁鋅彩鋼屋面浪板，100mm厚玻璃保溫棉，250mm高鍍鋅檁條，內(nèi)層為0.5mm厚灰白色鍍鋁鋅彩鋼浪板，利用保溫棉與下層板間的空隙（檁條的高度，250mm）構筑了一個保溫隔熱層，同時也起到了吊頂?shù)拿烙^效果。

2.2.3屋面材料的選擇

屋面板作為最主要的接受太陽光輻射的區(qū)域，若其能盡可能多地反射太陽光輻射，或采用措施減低其溫度，可有效地減低室內(nèi)溫度。常用的措施有：屋面板采用白色或淺色的烤漆層或噴涂高效隔熱反射涂料，加強對熱輻射的反射，或在屋面上加裝噴淋系統(tǒng)，在溫度較高時，自動或人工啟動噴淋，減低屋面板表面的溫度。本工程選用的順坡屋面采光通風器，兼具通風和采光的功能。隔跨設置的采光通風，白天能均勻而分散地將自然光引入室內(nèi)，減少的燈具的耗能、燈具運行產(chǎn)生的熱量和購置資金的投入，是良好的節(jié)能減排措施。但普通的采光板保溫性能不佳，太陽光通過采光板照射到場地內(nèi)，使廠房內(nèi)溫度升高，這可通過采用隔熱型采光板解決，卻會減低其透光率?？紤]到本工程夏季炎熱，而廠房雙面采光窗戶較多，故選用隔熱性能較好的雙層隔熱采光板，通光率為60%。

2.3外遮陽措施的應用

外遮陽措施是指安裝在建筑透明圍護外的，遮擋陽光直接穿過建筑圍護進入室內(nèi)的裝置。由于太陽輻射的能量傳遞主要方式為熱輻射，外遮陽系統(tǒng)使得太陽輻射達到透明圍護前就被阻隔在外，并且由于在外遮陽裝置與透明圍護之間有流動的空氣將熱量帶走，使熱量不會有機會進入室內(nèi)。而內(nèi)遮陽是太陽輻射進入室內(nèi)之后才進行遮擋，由于在窗簾和玻璃之間形成了熱島效應，窗簾在室內(nèi)并沒有密封的效果，使熱量在室內(nèi)擴散。經(jīng)國外研究表明，采用外遮陽系統(tǒng)比內(nèi)遮陽能提高70%的隔熱效果。中國南方地區(qū)日照強烈且降雨量大，故南方古建筑就大量采用了大尺度外挑屋檐，能有效地遮陽避雨。本工程利用雙層墻板構筑的挑檐和站臺門上設置的通長雨披與傳統(tǒng)的大挑檐結構有著異曲同工之妙。在外層墻面板上，高側窗的外側安裝了132S條形抗風鋁合金遮陽板百葉，葉片與水平夾角為30°，既不影響采光和通風，又遮陽隔熱、時尚美觀。百葉區(qū)長13.5m，高2.7m，安裝時根據(jù)當?shù)仫L壓加密了支撐龍骨。對部分不在百葉范圍的東西向的窗戶設計成內(nèi)凹型，避免了陽光直射室內(nèi)。

結語：

綜上所述，通過通風設計，合理組織氣流，改善圍護結構熱工性能，應用外遮陽措施，并輔以工業(yè)風扇輔助排風，使工業(yè)廠房在低耗能的情況下實現(xiàn)了良好的通風條件和隔熱性能，大幅降低了廠房內(nèi)的溫度，提高了空氣質量，而且員工感覺舒適，有效地保障了員工的身心健康，提高了勞動生產(chǎn)率，創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

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