第二节　纺织建筑保温设计

纺织车间由于车间内安装工艺设备较多，发热量大而且密集，车间工艺生产对温湿度要求严格，因此，对围护结构的保温设计要求较高，以减少由于围护结构传热传湿影响车间温湿度。纺织建筑需要进行保温节能设计的围护结构主要包括外墙、屋顶、地面、天窗与外窗。

一、外墙和屋顶的保温设计

建筑保温设计是针对外围护结构在冬季进行的建筑热工设计，由于外墙和屋顶是纺织建筑外围护结构的主体部分，也是冬季出现结露的主要地方，对其保温性能的要求，取决于房间的使用性质及技术经济条件。一般从下面几个方面来考虑。

（1）保证内表面不结露，即内表面温度不得低于室内空气的露点温度。

（2）从节能要求考虑，减少热损失。

（3）应具有一定的热稳定性。

按我国现行设计规范，保温设计按照冬季阴寒天气作为设计计算基准条件。在这种情况下，建筑外围护结构的传热过程可近似为稳态传热。按稳态传热的理论，传热阻便成为外墙和屋顶保温性能优劣的特征指标，因此，外墙和屋顶的保温设计则成为确定其合理的传热阻。当采用的建筑材料一定时，围护结构越薄，传热阻越小，热损失越大，围护结构内表面的温度就越低，当围护结构内表面的温度低于室内空气的露点温度时，围护结构内表面就会出现结露现象。这样不仅会损坏围护结构，而且由于凝结水的下滴会严重影响车间环境。为了避免出现凝水现象，设计时应该保证围护结构内表面的温度高于室内空气的露点温度，这就需要确定一个冬季围护结构的最小热阻。

外墙和屋顶围护结构的最小传热阻R0，min按下式计算：

式中：R0，min——围护结构的最小传热阻，m2·℃/W；

A——安全系数，根据室内外温差的大小取1.05或1.10；

tn——冬季室内计算温度，℃；

tw——冬季室外计算温度，℃；

α——室内外计算温差修正系数；

αn——围护结构内表面换热系数，W/（m2·℃）；

Δty——冬季室内计算温度与外墙（或屋顶）内表面温度的允许温差，℃。以上参数的确定原则和选用方法如下。

（1）冬季室内计算温度tn。tn值因房间使用性质不同而有不同的规定值。纺织车间的tn值一般取为冬季车间空气干球温度值。

（2）冬季室外计算温度tw。tw值的选取较为复杂，它的取值大小与所设计的外墙或屋顶的热惰性指标值大小有关。一般说来，热惰性指标值大，tw取值较高，相反较低。其原因是，在进行保温设计时，假定了室内外温度都不随时间变化，但实际上二者都是变化的。由于不同围护结构对温度变化的抵抗能力不同，亦即热稳定性不同，同样的温度变化对其内表面温度的影响也就不同。温度对厚重的砖石结构和混凝土结构影响小一些，对轻质结构影响大一些。针对这种情况，我国规范对tw的选取作了具体规定，见表2-2。

表2-2　冬季围护结构室外计算温度tw

（3）冬季室内计算温度与外墙（或屋顶）内表面温度的允许温差Δty。允许温差是根据卫生和建造成本等因素确定的。按允许温差设计，围护结构的内表面温度不会太低，可保证不会产生结露现象，不会对人体形成过分的冷辐射，同时，热损失较小。根据房间性质及结构，纺织建筑的允许温差Δty一般可按表2-3取值。

表2-3　允许温差Δty

由表2-3可见，使用功能要求较高的房间，允许温差小一些。在相同的室内外气象条件下，按较小Δty确定的最小传热阻值值显然就大一些。也就是说，使用功能要求越高，其围护结构应有越大的保温能力。特别是对室内温度高，相对湿度大的布机、络筒车间，应严格按上述计算方法确定最小允许温差。

（4）温差修正系数α。因最小传热阻计算式中采用的是室外空气温度，当某些围护结构的外表面不与室外空气直接接触时，应对温差加以修正，修正系数α见表2-4。

表2-4　温差修正系数α

（5）围护结构内表面换热系数αn。围护结构内表面换热系数αn一般按表2-5选用。

表2-5　围护结构内表面换热系数αn

注　表中h——肋高，m；s——肋间净距，m。

按上述步骤，在取得各参数值后，便可按式（2-1）求得围护结构最小热阻R0，min。应当注意，求得这个最小传热阻，并不意味着外围护结构的实际热阻一定要正好等于最小传热阻，它只是起码的标准。实际热阻可以大于它，但不得小于它。在纺织厂房围护结构设计时，由于车间内冬季温度较高，相对湿度较大，车间结露的可能性很大，设计时应严格按照车间温度和相对湿度确定车间露点温度进行验算，确保围护结构热阻不小于最小热阻，这一点对钢结构厂房设计尤为重要。

二、外墙和屋顶的保温结构

根据地方气候特点及建筑的使用性质，外墙和屋顶可以采用的保温构造方案是多种多样的，大致可分为承重墙直接保温、单设保温层复合结构保温、封闭空气间层保温、保温与承重相结合保温、混合型构造保温等；由于纺织建筑一般需保温面积较大，工程多采用单设保温层复合结构的保温方法，本书仅对单设保温层复合结构的保温方法进行介绍。

（一）单设保温层复合结构形式及特点

1.单设保温层复合结构形式　不论屋顶或外墙，单设保温层的做法是保温构造的普通方式。这种方案是用导热系数很小的材料作保温层而起主要保温作用，不要求保温层承重，所以选择的灵活性比较大。不论是板块状、纤维状还是松散颗粒材料，均可应用。可采用外保温结构，也可以采用内保温结构。

2.单设保温层复合结构特点　当采用单设保温层的复合墙体（或屋顶）时，保温层的位置对结构及房间的使用质量、结构造价、施工、维护费用等各方面都有重大影响。能否正确设计和布置保温层，是设计人员必须认真研究的问题。保温层位置不同时，屋顶的年间温度变化示意如图2-1所示。

保温层在承重层的室内侧，叫内保温，如图2-1（a）所示；保温层在承重层室外侧，叫外保温，如图2-1（b）所示；有时保温层可设置在两层密实结构层的中间，叫夹芯保温。过去墙体多用内保温，屋顶则多用外保温。近年来，墙体采用外保温和夹芯保温的做法日渐增加。相对说来，外保温有如下优点。

（1）使墙或屋顶的主要部分受到保护，大大降低温度应力的起伏，提高结构的耐久性。图2-1（a）是保温层放在内侧，使其外侧的承重部分，常年经受冬夏季的较大温差（可达80～90℃）的反复作用。如将保温层放在承重层外侧，如图2-1（b）所示，则承重结构所受温差作用大幅度下降，温度变形减小。此外，由于一般保温材料的线膨胀系数比钢筋混凝土小，所以外保温对减少防水层的破坏，也是有利的。

（2）由于承重层材料的热容量一般都远大于保温层，所以，外保温对结构及房间的热稳定性有利。当供热不均匀时，承重层因有大量蓄存的热量，故可保证围护结构内表面温度不致急剧下降，从而使室温也不致很快下降；反过来说，在夏季，外保温也能靠位于内侧的热容量很大的承重层，来调节温度。故外保温方法，可使房间冬季不太冷，夏季不太热，热稳定性增强，节能效果明显。

（3）外保温对防止或减少保温层内部产生水蒸气凝结十分有利，这一点对纺织建筑尤为重要。由于纺织车间冬季车间须保持较高的相对湿度，采用外保温结构有利于防止保温层潮湿、失去保温效果。

（4）外保温法使热桥处的热损失减少，并能防止热桥内表面局部结露。如图2-2所示，同样构造的热桥，在内外两种不同保温方式时，其热工性能是不同的。

（5）对已有纺织建筑的节能改造，不但外保温处理的效果最好，而且可在基本上不影响生产的情况下进行施工。另外，采用外保温加强墙体，不会占用室内的使用面积。

鉴于单设保温层复合结构外保温形式的特点和纺织建筑较高的温湿度要求，纺织建筑节能设计主要采用外保温复合结构形式的工程处理措施。

（二）保温外墙和屋顶热工性能

纺织外墙和屋顶保温主要采用承重外墙和屋顶保温的方式。其主要构造和热工参数见表2-6和表2-7。

表2-6　外墙保温结构主要构造和热工参数

表2-7　屋顶保温结构主要构造和热工参数

三、外窗、外门和地面的保温设计

在纺织车间围护结构传热量组成中，车间的外窗、外门围护结构传热占有较大的比例。例如锯齿天窗或采光带厂房，比例一般在30%～60%。地面传热一般占有比例较小，但在东北和西北等寒冷地区，也须对地面进行保温设计，以防止冬季由于靠墙处地面结露影响生产。从建筑热工设计方法上来说，由于它们的传热过程不同，因而应采用不同的保温措施；从冬季失热量来看，有些车间外窗、外门及地面的失热量要大于外墙和屋顶的失热量。根据建筑节能细化的原则，应高度重视这些部位的保温设计。

（一）外窗保温设计

玻璃窗不仅传热量大，而且由于其热阻远小于其他围护结构，造成冬季窗户表面温度过低，对靠近窗口的人体产生冷辐射，纺织车间的高湿度使窗户玻璃结露滴水，严重地影响室内环境和生产。就建筑热工设计而言，窗户的保温设计主要从以下几方面考虑。

1.控制窗墙面积比　外窗既有引进太阳光照明的有利方面，又有因传热损失和冷风渗透损失都比较大的不利方面。外窗应是保温能力最低的构件。因此，我国建筑热工设计规范中，对开窗面积作了相应的规定。

按我国设计规范，控制外窗面积的指标是窗墙面积比，即

纺织车间由于保温防结露的需要，除锯齿厂房外，一般不设外窗，或仅在外墙上设置有限的外窗，外窗的面积应根据建筑物的采光和建筑立面美观要求设计。

2.提高气密性，减少冷风渗透　纺织建筑锯齿天窗一般设置为固定密闭窗，活动外侧窗一般均有缝隙，特别是材质不佳、加工和安装质量不高时，缝隙可能更大。因此，应采用密封性能好的塑钢窗。确保在窗两侧空气压差为10Pa的条件下，单位时间内每米缝隙长度的空气渗透量不大于4.0m3/（m·h）。

3.提高窗户保温能力　提高窗户的保温能力，一方面应改善窗框保温性能，另一方面应改善玻璃部分的保温性能。纺织建筑窗户应多采用塑钢窗框、双层窗、单框双玻窗、中空玻璃窗来提高窗户的保温性能，常用纺织外窗性能见表2-8。

表2-8　常用纺织外窗性能

需要说明的是，近年来国内外使用单层窗扇上安装双层玻璃，中间形成良好密封空气层的新型窗户的建筑日益增多。为了与传统的“双层窗”相区别，我们称这种窗为“单框双玻璃窗”。单框双玻璃窗的空气层厚度以20～30mm为最好，此时传热系数较小。当厚度小于10mm时，传热系数迅速变大；大于30mm时，则造价提高，而保温能力并不能提高很多。

（二）外门保温设计

纺织车间的外门主要指车间外门以及与室外空气直接接触的其他各式各样的门。门的热阻一般比窗户的热阻大，而比外墙和屋顶的热阻小，因而也是纺织建筑外围护结构保温的薄弱环节。纺织车间由于外门运输产品的需要，不能关闭，空气渗透耗热量特别大。因此，一般设计门斗进行保温，并保持车间正压，防止室外空气和车间对流，影响车间局部温湿度，常闭外门应采用保温门。表2-9是几种常用门的传热阻和传热系数。

表2-9　几种常用门的传热阻和传热系数

（三）外墙周边地面局部的保温处理

纺织车间地板保温设计的主要目的是，在寒冷地区需要沿车间外墙内侧周边做局部保温处理。这是因为越靠近外墙，地板表面温度越低，单位面积的热损失越多，并有可能形成结露，影响生产。我国规定，对于严寒地区建筑的底层地面，当建筑物周边无采暖管沟时，在外墙内侧0.5～1.0m范围内的地面应铺设保温层，其热阻不应小于外墙的热阻。