夏熱冬冷地區(qū)紡織工業(yè)建筑節(jié)能淺議

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摘要:國家出臺了一系列有關(guān)綠色工業(yè)建筑的規(guī)范和要求，且紡織工業(yè)建筑能耗消耗巨大，應(yīng)引起重視。著重闡述了夏熱冬冷地區(qū)的紡織工業(yè)建筑的能耗源頭，依據(jù)該地區(qū)的氣候特征情況和紡織工業(yè)建筑室內(nèi)溫濕度環(huán)境特殊性，提出相應(yīng)的建筑節(jié)能設(shè)計措施，包括規(guī)劃、建筑設(shè)計、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以此達(dá)到建筑節(jié)能目的。

關(guān)鍵詞:紡織工業(yè);能耗分析;氣候特征;節(jié)能設(shè)計

1概述

“綠色、健康、低碳、智慧”已成為當(dāng)下時代主題，綠色居住建筑和公共建筑方面的低碳節(jié)能技術(shù)已經(jīng)相對成熟，從而綠色工業(yè)建筑也得到了一定推廣發(fā)展。工業(yè)建筑作為能耗大頭，廢氣、廢渣、廢水排放量巨大，嚴(yán)重影響人們生活質(zhì)量和建設(shè)資源節(jié)約型、友好環(huán)境型社會，因此綠色工業(yè)建筑推廣和發(fā)展已經(jīng)是當(dāng)下工業(yè)建筑行業(yè)的趨向。2008年4月1日，《節(jié)能法》經(jīng)實(shí)施修改后，明確將節(jié)約資源作為中國的一項基本國策。紡織行業(yè)作為傳統(tǒng)工業(yè)，其后期運(yùn)行能耗使用巨大，維修費(fèi)用多，在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)了重要地位，解決了部分勞動就業(yè)問題。

2紡織工業(yè)建筑能耗分析

紡織工業(yè)建筑在建成后期運(yùn)行使用中產(chǎn)生的能耗主要包括電量使用情況、天然氣的使用。電量使用包含了生產(chǎn)用電和輔助生產(chǎn)用電。生產(chǎn)用電主要指在生產(chǎn)過程中設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的電量。輔助生產(chǎn)用電則主要指的是照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、室內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)和其他等。天然氣的使用用于紡織廠鍋爐運(yùn)作，我國寒冷地區(qū)一般采用煤炭進(jìn)行集中供暖。紡織工業(yè)建筑的室內(nèi)溫濕度要求，依據(jù)GB/T50481—2019棉紡織工廠設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參考設(shè)計，其廠房室內(nèi)溫濕度常年處于高溫高濕，根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程，各工序溫濕度要求如表1所示。由表1可知，各部分車間的冬季和夏季的溫濕度都維持在一個相對穩(wěn)定狀態(tài)，而如何保證溫濕度的相對穩(wěn)定狀態(tài)，空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)換氣系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等的使用也就成了建筑后期產(chǎn)生能耗的大頭。當(dāng)建筑本身未做好冬季保溫、夏季隔熱、自然采光、自然通風(fēng)等方面，那么后期的一個耗電量則更加加大，造成資源浪費(fèi)，同時增加企業(yè)成本。

3夏熱冬冷地區(qū)氣候特征

按照《民用熱工設(shè)計規(guī)范》將我國分成了5個各具特征的氣候分區(qū)，分別為:溫和地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、寒冷地區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)。夏熱冬冷地區(qū)整體大氣熱環(huán)境特征可從溫度、濕度、風(fēng)速等方面進(jìn)行分析。夏熱冬冷地區(qū)極端高溫現(xiàn)象是其最顯著的特征，大部分地區(qū)最高氣溫都有可能超過40℃，極端最高氣溫甚至有可能超過42℃。由于地球自轉(zhuǎn)，緯度低，使得夏季輻射強(qiáng)烈，與世界同緯度相比的情況下，溫度一般要高2．0℃左右，且成了除沙漠干旱外最炎熱地區(qū)。該地區(qū)的另外一個顯著特征是冬季寒冷，與世界其他同緯度地區(qū)相比，其1月份的溫度低8℃～10℃左右。夏熱冬冷地區(qū)常年潮濕，夏季的平均相對濕度75%，加上夏季高溫，使得人體熱舒適極差，倍感悶熱。而冬季相對濕度也不低，容易感到陰冷潮濕。夏熱冬冷地區(qū)白天風(fēng)速大，室外氣溫高，開窗進(jìn)行自然通風(fēng)，無疑使得室外熱風(fēng)吹入室內(nèi)，導(dǎo)致室內(nèi)氣溫上升，影響室內(nèi)熱環(huán)境。夏季靜風(fēng)天多，夜間靜風(fēng)頻率高，風(fēng)速小，白天積蓄的熱量多，室內(nèi)難以散發(fā)，高溫不下，室內(nèi)熱環(huán)境難以得到有效改善。

4節(jié)能設(shè)計策略

4．1建筑規(guī)劃設(shè)計

4．1．1規(guī)劃布局。紡織廠由于其噪聲巨大，設(shè)備在一天中長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，選址應(yīng)遠(yuǎn)離住宅小區(qū)和辦公樓，以免影響他人的正常休息和工作。建筑群體組團(tuán)形式包括平面和空間，可綜合這兩種組團(tuán)形式對建筑做出較為合理的規(guī)劃布局設(shè)計。平面形式包括行列式、錯列式、斜列式、周邊式、自由式。行列式是目前較多的工業(yè)廠房所采取的方式，既可滿足日照需求，也有利于營造良好的通風(fēng)環(huán)境。除此之外，錯列式和斜列式有利于建筑的通風(fēng)。自由式結(jié)合周圍地形地貌進(jìn)行平面不同類型組合，不經(jīng)濟(jì)節(jié)能，不宜采用。周邊式適用于冬季寒冷地區(qū)，對于夏熱冬冷地區(qū)來說，也不宜采用。建筑總是高低錯落，所以空間形式的設(shè)計整體規(guī)劃上，需考慮其中各建筑物高低和間距之間的空間關(guān)系。前高后低布局形式，造成前方高建筑對后面低建筑形成了遮擋，當(dāng)風(fēng)迎面吹向高建筑，會形成較大旋渦區(qū)，低建筑則會風(fēng)環(huán)境變差現(xiàn)象。當(dāng)建筑呈現(xiàn)前低后高的形式，在前方低建筑之間出現(xiàn)旋渦區(qū)，引起風(fēng)速增大和改變風(fēng)向，吹起地面污染物，造成空氣質(zhì)量變差。可在后方高建筑下面設(shè)置開口，形成風(fēng)槽，改善周邊空氣環(huán)境質(zhì)量。4．1．2周圍綠化環(huán)境。適當(dāng)?shù)木G化環(huán)境設(shè)計，植被的栽種，可使得紡織廠內(nèi)的熱環(huán)境得到改善，以此來降低空調(diào)制冷、通風(fēng)換等設(shè)備耗電量。綠化環(huán)境的原因主要有以下幾點(diǎn):植被吸收熱量，可通過自身的光合作用和蒸騰作用;植被可以引導(dǎo)風(fēng)向;植被可經(jīng)過光合作用吸收建筑排出的廢氣。

4．2建筑設(shè)計

4．2．1平面功能布局。紡織廠的平面功能布局應(yīng)滿足工藝生產(chǎn)流程的便捷性，紡織廠的整個工藝流程包括紡紗工藝和織造工藝，車間分布布局應(yīng)按照每個工藝流程的環(huán)境控制要求和連貫性進(jìn)行整體劃分再布局?？偲矫鎴D設(shè)計上，首先將生產(chǎn)工作車間、儲貨倉、辦公樓、鍋爐房、機(jī)械零配庫等位置布局需合理，以此縮短貨物運(yùn)距，達(dá)到減少人員勞動力、動力能源浪費(fèi)。4．2．2建筑朝向。建筑朝向與室內(nèi)采光、室內(nèi)通風(fēng)、太陽輻射得熱息息相關(guān)。結(jié)合廠房的使用性質(zhì)，宜盡量使廠房在冬季獲得更多的太陽輻射吸收，在夏季減少太陽輻射吸收。東朝向采光時間短，通風(fēng)效果差。東南朝向采光好，通風(fēng)效果不佳，容易發(fā)生潮濕現(xiàn)象。南朝向陽光充足，采光、通風(fēng)好。西朝向采光時間短，且午后暴曬嚴(yán)重。北朝向采光差。我國的傳統(tǒng)建筑采用形式多為坐北朝南，縱觀現(xiàn)代建筑中，建筑最佳朝向也以南或者南偏東，可有效避免建筑外立面墻體東、西曬。4．2．3建筑體型系數(shù)控制。一般情況下，在紡織工業(yè)建筑設(shè)計中，嚴(yán)格合理控制建筑體型系數(shù)，對建筑節(jié)能具有重要意義。建筑體型大小可直接影響建筑采暖和空調(diào)耗電量，進(jìn)一步影響廠房的室內(nèi)熱環(huán)境。建筑體形系數(shù)(S)是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積(F)(不包括地面、不采暖樓梯間隔墻和戶門的面積)與其所包圍的體積(V)的比值，即:S=F/V。

4．3圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工設(shè)計

4．3．1設(shè)計依據(jù)。在進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工設(shè)計時，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計依據(jù)夏熱冬冷地區(qū)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對墻體、屋面、外窗的傳熱系數(shù)應(yīng)控制在此范圍內(nèi)。夏熱冬冷地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)見表2。4．3．2墻體。墻體作為建筑主要外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其傳熱阻大小、熱量的傳入和傳出，不同朝向的太陽熱輻射作用于墻體表面，使得通過墻體傳熱到室內(nèi)的多少具有密切關(guān)系。針對夏熱冬冷地區(qū)紡織工業(yè)建筑墻體的熱工設(shè)計，應(yīng)基于室內(nèi)高溫高濕環(huán)境，考慮保溫、隔熱、防結(jié)露一體化設(shè)計。墻體應(yīng)具備一定的保溫性能，在設(shè)計中，根據(jù)材料和構(gòu)造不同，采取不同方式，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定較好，則傳熱系數(shù)可大些;若不好，則應(yīng)減少傳熱系數(shù)。保溫層應(yīng)設(shè)在結(jié)構(gòu)外層，可采用外保溫形式，避免墻體冷凝現(xiàn)象發(fā)生，延長建筑使用壽命。隔熱設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)考慮東西墻太陽輻射、設(shè)置通風(fēng)間層、采用淺色飾面裝飾或涂刷外墻面。4．3．3屋面。屋面作為重要圍護(hù)結(jié)構(gòu)，處于紡織廠最表面層和最上層。夏熱冬冷地區(qū)，需考慮保溫隔熱，冬季減少室內(nèi)熱量通過作用于屋頂流失，夏季減少室外向屋頂?shù)膫鳠?。紡織廠的屋面設(shè)計包括主車間工作區(qū)屋面和輔助用房屋面。屋頂構(gòu)造層次和材料的選用，應(yīng)綜合考量，選出合理方案進(jìn)行屋頂熱工設(shè)計。倒置式保溫屋面具有保溫性能好的優(yōu)點(diǎn)，將防水層設(shè)置在保溫層的下面，基于難進(jìn)易出原則，可有效解決屋面的內(nèi)部冷凝。一般屋頂隔熱構(gòu)造可采用自身隔熱、通風(fēng)隔熱、蓄水隔熱、種植隔熱、反射隔熱等方式。而對于紡織廠這樣的工業(yè)廠房來說，盡量采用自隔熱和反射隔熱相結(jié)合。蓄水和種植屋面荷載過大，后期維修麻煩，不宜采用。4．3．4地面。冬季的地下土壤溫度要低于室內(nèi)的空氣溫度，由于地面所占面積大，若不做保溫處理，則會有大部分的室內(nèi)熱量傳入到地下，導(dǎo)致室內(nèi)氣溫下降，增加空調(diào)采暖或者集中供暖的能耗輸出，造成能源浪費(fèi)。紡織廠室內(nèi)溫濕度環(huán)境要求高，所以必須對地面做保溫處理，特別是采暖房間。大部分以前的紡織廠和其他建筑的地面未曾考慮到地面保溫，常見的地面做法有水泥砂漿地面、水磨石地面、輕骨料混凝土墊層水泥砂漿地面、塑料地面，使得熱量從地面?zhèn)魅胪寥蓝啵覂?nèi)溫度易下降。對于地面的保溫方式有細(xì)石混凝土、地磚、木地板、地磚面層底板保溫。紡織廠由于有大量重型設(shè)備需要排布放置，故在選擇地面時，應(yīng)采用細(xì)石混凝土類，保證地面長期不受損穩(wěn)定性。地表層材料應(yīng)具有一定吸濕作用，能充分吸收地表產(chǎn)生的凝結(jié)水。地面應(yīng)減少通過地面向土壤傳熱，應(yīng)自身具有一定熱阻。地面的表層材料應(yīng)不具蓄熱性，使表面溫度隨著室內(nèi)空氣溫度上升而上升。4．3．5門窗。門窗是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最薄弱的一塊，建筑能耗最大的部分，門窗的保溫隔熱應(yīng)一體化考慮，傳熱系數(shù)和隔熱系數(shù)控制在最佳范圍內(nèi)。就紡織廠而言，室內(nèi)特殊高溫高濕環(huán)境和高噪聲環(huán)境，對門窗節(jié)能要求應(yīng)更加嚴(yán)格，包括門窗材料的型號選用、門窗框材料型號選用、門窗開口大小等?？蛇x用塑鋼型門窗或者斷熱橋鋁合金門窗，玻璃采用雙層的中空Low-E玻璃。門窗的開口大小和尺寸不宜過大，門窗的縫隙做好密封處理，減少冬季冷風(fēng)滲透，做好保溫措施。4．3．6遮陽技術(shù)。外立面的遮陽可設(shè)置遮陽構(gòu)件或者采用綠化遮陽，種植爬藤等植物，進(jìn)行光合作用，減少墻體室外傳熱。建筑窗口的遮陽形式包括固定式外遮陽、可調(diào)式外遮陽、玻璃遮陽。可調(diào)式外遮陽靈活度高，適用于任何朝向窗口?？筛鶕?jù)室內(nèi)環(huán)境需求和外界環(huán)境進(jìn)行隨意調(diào)節(jié)，不受限制。玻璃自遮陽能阻斷部分陽光進(jìn)入室內(nèi)，體現(xiàn)自身遮陽性能，常見的有吸熱玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃。

5可再生資源的利用

5．1廠房內(nèi)余熱回收處理

紡織廠的空調(diào)系統(tǒng)使用能耗占比大，尤其細(xì)紗車間特殊性，細(xì)紗車間設(shè)備集中放置，運(yùn)轉(zhuǎn)快，導(dǎo)致溫度高，余熱過多，合理回收其余熱和漿紗房有效散熱處理，對于紡織行業(yè)的節(jié)能減排具有重要意義。劉恩海，孫昆峰等［8］針對細(xì)紗車間余熱、漿紗房散熱方面的余熱集中回收利用，進(jìn)行了技術(shù)性研究。細(xì)紗車間、漿紗房以及前紡車間三者之間如何實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)換方面，研究得出:一種是將熱管技術(shù)使用在漿紗房內(nèi)的高溫氣體熱量回收系統(tǒng)，首先在漿紗房內(nèi)布置吸熱端面，在空調(diào)室內(nèi)設(shè)置放熱端面，然后再經(jīng)過空調(diào)室，最后將處理后的熱量送入至前紡車間。另外一種是采用反氣流吹風(fēng)移動帶式新型除塵技術(shù)實(shí)現(xiàn)空調(diào)室回風(fēng)的過濾除塵，該方式的使用先是讓棉絮、纖維、粉塵下沉至地上，然后地板溝槽末端風(fēng)機(jī)進(jìn)行噴霧處理，最后再聚集到一起排出。

5．2空調(diào)節(jié)水

根據(jù)紡織廠各流程特殊性，空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)置分成了兩類:空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)和冷凍循環(huán)水系統(tǒng)?？照{(diào)循環(huán)水系統(tǒng)可用在清花、梳棉、絡(luò)筒等車間空調(diào)室調(diào)控。在空調(diào)室內(nèi)設(shè)置間接蒸發(fā)冷卻裝置，對進(jìn)回風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷，減少機(jī)械制冷負(fù)荷，增加送風(fēng)溫差，大幅降低人工制冷量?？照{(diào)室內(nèi)設(shè)置前置式加濕系統(tǒng)，可有效實(shí)現(xiàn)紡織車間節(jié)能加濕。利用前置式噴霧加濕裝置的高效霧化功能，在加濕降溫區(qū)讓空氣達(dá)到飽和狀態(tài)，再將飽和空氣通過風(fēng)機(jī)傳送至車間，達(dá)到加濕降溫目的。冷凍循環(huán)水系統(tǒng)可用于車間機(jī)器運(yùn)行發(fā)熱量大的細(xì)紗、精并粗車間，只靠循環(huán)水噴淋或間接蒸發(fā)冷卻裝置是不能滿足車間的溫濕度要求的，所以必須空調(diào)室冷卻水改用人工制冷。

5．3人工節(jié)水

人工節(jié)水可將升溫后的水首先流送至制冷機(jī)，待水冷卻后再進(jìn)行循環(huán)反復(fù)多次使用，形成封閉的水循環(huán)系統(tǒng)，使水的重復(fù)使用率可達(dá)到90%以上。人工節(jié)水系統(tǒng)包括冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)。冷凍水系統(tǒng)的正常運(yùn)行:第一，必須具備人工冷源，建立冷凍站，春、秋、冬季節(jié)可直接利用空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)排除熱量，夏季開啟冷凍機(jī)散發(fā)空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。第二，增設(shè)自動水過濾裝置，防止由于車間棉絮、粉塵造成除塵后水臟和噴淋系統(tǒng)噴嘴堵塞。第三，敷設(shè)供回水管道500m，用于空調(diào)冷凍回水及冷凍供水。冷卻水系統(tǒng)，為了降低運(yùn)行成本和冷卻塔裝置?？蛇x擇就近的水源，經(jīng)過濾處理后輸送至制冷機(jī)，再經(jīng)過熱濕交換后回流到水源地。

6結(jié)語

為了進(jìn)一步推進(jìn)和響應(yīng)“綠色、健康、低碳、智慧”主題，本文針對夏熱冬冷地區(qū)的紡織工業(yè)建筑，從建筑規(guī)劃空間組圖布局和綠化設(shè)計、建筑朝向和體形系數(shù)設(shè)計、廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工設(shè)計以及后期使用的可再生能源的再利用方面提出了相應(yīng)的節(jié)能優(yōu)化策略。盡量達(dá)到和實(shí)現(xiàn)紡織工業(yè)建筑的低能耗，節(jié)約資源，避免能源浪費(fèi)。

作者:申佳瓊 單位:西南交通大學(xué)