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摘要:國家出臺了一系列有關綠色工業建筑的規范和要求，且紡織工業建筑能耗消耗巨大，應引起重視。著重闡述了夏熱冬冷地區的紡織工業建筑的能耗源頭，依據該地區的氣候特征情況和紡織工業建筑室內溫濕度環境特殊性，提出相應的建筑節能設計措施，包括規劃、建筑設計、建筑圍護結構，以此達到建筑節能目的。

關鍵詞:紡織工業;能耗分析;氣候特征;節能設計

1概述

“綠色、健康、低碳、智慧”已成為當下時代主題，綠色居住建筑和公共建筑方面的低碳節能技術已經相對成熟，從而綠色工業建筑也得到了一定推廣發展。工業建筑作為能耗大頭，廢氣、廢渣、廢水排放量巨大，嚴重影響人們生活質量和建設資源節約型、友好環境型社會，因此綠色工業建筑推廣和發展已經是當下工業建筑行業的趨向。2008年4月1日，《節能法》經實施修改后，明確將節約資源作為中國的一項基本國策。紡織行業作為傳統工業，其后期運行能耗使用巨大，維修費用多，在國民經濟中占據了重要地位，解決了部分勞動就業問題。

2紡織工業建筑能耗分析

紡織工業建筑在建成后期運行使用中產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用電和輔助生產用電。生產用電主要指在生產過程中設備運行所產生的電量。輔助生產用電則主要指的是照明系統、空調系統、室內通風系統和其他等。天然氣的使用用于紡織廠鍋爐運作，我國寒冷地區一般采用煤炭進行集中供暖。紡織工業建筑的室內溫濕度要求，依據GB/T50481—2019棉紡織工廠設計標準進行參考設計，其廠房室內溫濕度常年處于高溫高濕，根據產品生產工藝流程，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定狀態，而如何保證溫濕度的相對穩定狀態，空調系統、新風換氣系統、除塵系統等的使用也就成了建筑后期產生能耗的大頭。當建筑本身未做好冬季保溫、夏季隔熱、自然采光、自然通風等方面，那么后期的一個耗電量則更加加大，造成資源浪費，同時增加企業成本。

3夏熱冬冷地區氣候特征

按照《民用熱工設計規范》將我國分成了5個各具特征的氣候分區，分別為:溫和地區、夏熱冬暖地區、夏熱冬冷地區、寒冷地區、嚴寒地區。夏熱冬冷地區整體大氣熱環境特征可從溫度、濕度、風速等方面進行分析。夏熱冬冷地區極端高溫現象是其最顯著的特征，大部分地區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，緯度低，使得夏季輻射強烈，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。該地區的另外一個顯著特征是冬季寒冷，與世界其他同緯度地區相比，其1月份的溫度低8℃～10℃左右。夏熱冬冷地區常年潮濕，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。夏熱冬冷地區白天風速大，室外氣溫高，開窗進行自然通風，無疑使得室外熱風吹入室內，導致室內氣溫上升，影響室內熱環境。夏季靜風天多，夜間靜風頻率高，風速小，白天積蓄的熱量多，室內難以散發，高溫不下，室內熱環境難以得到有效改善。

4節能設計策略

4．1建筑規劃設計

4．1．1規劃布局。紡織廠由于其噪聲巨大，設備在一天中長時間運轉，選址應遠離住宅小區和辦公樓，以免影響他人的正常休息和工作。建筑群體組團形式包括平面和空間，可綜合這兩種組團形式對建筑做出較為合理的規劃布局設計。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環境。除此之外，錯列式和斜列式有利于建筑的通風。自由式結合周圍地形地貌進行平面不同類型組合，不經濟節能，不宜采用。周邊式適用于冬季寒冷地區，對于夏熱冬冷地區來說，也不宜采用。建筑總是高低錯落，所以空間形式的設計整體規劃上，需考慮其中各建筑物高低和間距之間的空間關系。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，當風迎面吹向高建筑，會形成較大旋渦區，低建筑則會風環境變差現象。當建筑呈現前低后高的形式，在前方低建筑之間出現旋渦區，引起風速增大和改變風向，吹起地面污染物，造成空氣質量變差。可在后方高建筑下面設置開口，形成風槽，改善周邊空氣環境質量。4．1．2周圍綠化環境。適當的綠化環境設計，植被的栽種，可使得紡織廠內的熱環境得到改善，以此來降低空調制冷、通風換等設備耗電量。綠化環境的原因主要有以下幾點:植被吸收熱量，可通過自身的光合作用和蒸騰作用;植被可以引導風向;植被可經過光合作用吸收建筑排出的廢氣。

4．2建筑設計

4．2．1平面功能布局。紡織廠的平面功能布局應滿足工藝生產流程的便捷性，紡織廠的整個工藝流程包括紡紗工藝和織造工藝，車間分布布局應按照每個工藝流程的環境控制要求和連貫性進行整體劃分再布局?？偲矫鎴D設計上，首先將生產工作車間、儲貨倉、辦公樓、鍋爐房、機械零配庫等位置布局需合理，以此縮短貨物運距，達到減少人員勞動力、動力能源浪費。4．2．2建筑朝向。建筑朝向與室內采光、室內通風、太陽輻射得熱息息相關。結合廠房的使用性質，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，通風效果差。東南朝向采光好，通風效果不佳，容易發生潮濕現象。南朝向陽光充足，采光、通風好。西朝向采光時間短，且午后暴曬嚴重。北朝向采光差。我國的傳統建筑采用形式多為坐北朝南，縱觀現代建筑中，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建筑體型系數控制。一般情況下，在紡織工業建筑設計中，嚴格合理控制建筑體型系數，對建筑節能具有重要意義。建筑體型大小可直接影響建筑采暖和空調耗電量，進一步影響廠房的室內熱環境。建筑體形系數(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圍護結構熱工設計

4．3．1設計依據。在進行圍護結構熱工設計時，圍護結構的設計依據夏熱冬冷地區的設計標準，對墻體、屋面、外窗的傳熱系數應控制在此范圍內。夏熱冬冷地區圍護結構傳熱系數見表2。4．3．2墻體。墻體作為建筑主要外圍護結構，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的多少具有密切關系。針對夏熱冬冷地區紡織工業建筑墻體的熱工設計，應基于室內高溫高濕環境，考慮保溫、隔熱、防結露一體化設計。墻體應具備一定的保溫性能，在設計中，根據材料和構造不同，采取不同方式，圍護結構的熱穩定較好，則傳熱系數可大些;若不好，則應減少傳熱系數。保溫層應設在結構外層，可采用外保溫形式，避免墻體冷凝現象發生，延長建筑使用壽命。隔熱設計時，應當考慮東西墻太陽輻射、設置通風間層、采用淺色飾面裝飾或涂刷外墻面。4．3．3屋面。屋面作為重要圍護結構，處于紡織廠最表面層和最上層。夏熱冬冷地區，需考慮保溫隔熱，冬季減少室內熱量通過作用于屋頂流失，夏季減少室外向屋頂的傳熱。紡織廠的屋面設計包括主車間工作區屋面和輔助用房屋面。屋頂構造層次和材料的選用，應綜合考量，選出合理方案進行屋頂熱工設計。倒置式保溫屋面具有保溫性能好的優點，將防水層設置在保溫層的下面，基于難進易出原則，可有效解決屋面的內部冷凝。一般屋頂隔熱構造可采用自身隔熱、通風隔熱、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廠房來說，盡量采用自隔熱和反射隔熱相結合。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熱量傳入到地下，導致室內氣溫下降，增加空調采暖或者集中供暖的能耗輸出，造成能源浪費。紡織廠室內溫濕度環境要求高，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，使得熱量從地面傳入土壤多，室內溫度易下降。對于地面的保溫方式有細石混凝土、地磚、木地板、地磚面層底板保溫。紡織廠由于有大量重型設備需要排布放置，故在選擇地面時，應采用細石混凝土類，保證地面長期不受損穩定性。地表層材料應具有一定吸濕作用，能充分吸收地表產生的凝結水。地面應減少通過地面向土壤傳熱，應自身具有一定熱阻。地面的表層材料應不具蓄熱性，使表面溫度隨著室內空氣溫度上升而上升。4．3．5門窗。門窗是建筑圍護結構最薄弱的一塊，建筑能耗最大的部分，門窗的保溫隔熱應一體化考慮，傳熱系數和隔熱系數控制在最佳范圍內。就紡織廠而言，室內特殊高溫高濕環境和高噪聲環境，對門窗節能要求應更加嚴格，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，減少冬季冷風滲透，做好保溫措施。4．3．6遮陽技術。外立面的遮陽可設置遮陽構件或者采用綠化遮陽，種植爬藤等植物，進行光合作用，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、可調式外遮陽、玻璃遮陽。可調式外遮陽靈活度高，適用于任何朝向窗口?？筛鶕覂拳h境需求和外界環境進行隨意調節，不受限制。玻璃自遮陽能阻斷部分陽光進入室內，體現自身遮陽性能，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廠房內余熱回收處理

紡織廠的空調系統使用能耗占比大，尤其細紗車間特殊性，細紗車間設備集中放置，運轉快，導致溫度高，余熱過多，合理回收其余熱和漿紗房有效散熱處理，對于紡織行業的節能減排具有重要意義。劉恩海，孫昆峰等［8］針對細紗車間余熱、漿紗房散熱方面的余熱集中回收利用，進行了技術性研究。細紗車間、漿紗房以及前紡車間三者之間如何實現熱量轉換方面，研究得出:一種是將熱管技術使用在漿紗房內的高溫氣體熱量回收系統，首先在漿紗房內布置吸熱端面，在空調室內設置放熱端面，然后再經過空調室，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移動帶式新型除塵技術實現空調室回風的過濾除塵，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機進行噴霧處理，最后再聚集到一起排出。

5．2空調節水

根據紡織廠各流程特殊性，空調循環水系統的設置分成了兩類:空調循環水系統和冷凍循環水系統?？照{循環水系統可用在清花、梳棉、絡筒等車間空調室調控。在空調室內設置間接蒸發冷卻裝置，對進回風進行預冷，減少機械制冷負荷，增加送風溫差，大幅降低人工制冷量?？照{室內設置前置式加濕系統，可有效實現紡織車間節能加濕。利用前置式噴霧加濕裝置的高效霧化功能，在加濕降溫區讓空氣達到飽和狀態，再將飽和空氣通過風機傳送至車間，達到加濕降溫目的。冷凍循環水系統可用于車間機器運行發熱量大的細紗、精并粗車間，只靠循環水噴淋或間接蒸發冷卻裝置是不能滿足車間的溫濕度要求的，所以必須空調室冷卻水改用人工制冷。

5．3人工節水

人工節水可將升溫后的水首先流送至制冷機，待水冷卻后再進行循環反復多次使用，形成封閉的水循環系統，使水的重復使用率可達到90%以上。人工節水系統包括冷凍水系統和冷卻水系統。冷凍水系統的正常運行:第一，必須具備人工冷源，建立冷凍站，春、秋、冬季節可直接利用空調循環水系統排除熱量，夏季開啟冷凍機散發空調系統產生的熱量。第二，增設自動水過濾裝置，防止由于車間棉絮、粉塵造成除塵后水臟和噴淋系統噴嘴堵塞。第三，敷設供回水管道500m，用于空調冷凍回水及冷凍供水。冷卻水系統，為了降低運行成本和冷卻塔裝置。可選擇就近的水源，經過濾處理后輸送至制冷機，再經過熱濕交換后回流到水源地。

6結語

為了進一步推進和響應“綠色、健康、低碳、智慧”主題，本文針對夏熱冬冷地區的紡織工業建筑，從建筑規劃空間組圖布局和綠化設計、建筑朝向和體形系數設計、廠房圍護結構熱工設計以及后期使用的可再生能源的再利用方面提出了相應的節能優化策略。盡量達到和實現紡織工業建筑的低能耗，節約資源，避免能源浪費。

作者:申佳瓊 單位:西南交通大學