【摘要】钢结构建筑与传统的钢筋混凝土结构建筑相比，具有跨度大、自重轻、抗震性能好、建设周期短、材料可回收等诸多优势，因此在工业厂房、物流仓储建筑中大量应用。但在建设的过程中，由于设计不周、施工不当及业主主观上片面强调经济性，忽视节能、舒适性等因素，造成很多工业厂房通风节能性能差，内部空气质量低，影响了员工工作环境和工作效率。本工程在建设过程中始终把如何加强自然通风，强调节能减排，改善厂房内环境质量作为一项重要的课题来研究并应用于工程实践。
【关键词】工业厂房；通风；隔热；工业风扇；节能
1、工程概况
本工程为钢结构工业厂房，为满足安装两套大型双层自动化分拣设备的需要，结构选型为门式钢架结构，长171m，宽72m，建筑面积1.3万m2，檐口高度9.4m，造价1300万元。初设选型时，使用单位对选用钢结构存在顾虑，主要原因有：
（1）本工程所在地福州为典型的亚热带季风气候，又为盆地地形，夏季室外温度常达到35～40℃，原先在本工程边的钢砼结构厂房，室内闷热，员工中暑的现象时有发生。
（2）附近场地空旷，无遮挡物。受场地的条件的限制，该厂房只能采用偏东西朝向，而且厂房横向长度长，西晒时间长，面积大。
（3）厂房内空间大，作业员工多，设备多，不宜多用隔断。若采用中央空调极不经济。即使安装工位空调，也因工艺多变、空间大等原因使用效果不佳。
2、解决方案
2.1做好自然通风设计，合理组织气流通路
风能是一种环保的可再生自然资源，尽可能地利用自然通风，合理组织气流，不仅能带走厂房内余热，降低室内温度，而且带来新鲜的空气，改善空气质量，给使用人员带来健康舒适的感受。做好自然通风是一种节能而有效的措施，是绿色建筑设计的首先应考虑的问题。自然通风主要是利用风压和热压的作用，通常在设计中而二者是同时存在的。一般进深小的部位可考虑风压作为主要的自然通风动力，在进深大的区域则主要利用热压作为自然通风的手段。风压的基本原理：当风吹向建筑物，在迎风面上由于空气流动受阻，风速减小，使得风的动压转换为静压，在建筑物迎风面上的压力大于大气压，形成正压区。而建筑物的背风面、屋面气流环绕过程中形成负压区，为平衡压力差，气流就会从迎风面上的门洞等流向室内，再从室内向外流向负压区。本工程地处沿海，周边场地空旷，具备利用风压作为自然通风主要动力的良好条件。夏季的主风向为东南风，在厂房的主要迎风面（东南面）上结合工艺布局，尽可能多地设置了站台门和低窗，充分利用优质而充沛的动力风能，带动厂房内的空气流动，提升室内空气的质量。热压的原理：建筑物内的热空气由于密度小而上浮至建筑物上部，通过顶部的排风口排出室外，室外密度大的新鲜空气通过建筑物下部进风口进入建筑物内，受热后密度降低再次上浮，从而形成了源源不断的气流循环。热压作用与建筑物上下的进风口和出风口高度差，以及室内外的温度差密切相关。上部排风口与下部进风口的高差越大，室内外温度差越大，则热压的通风作用越显著。
本工程通过厂房两侧的站台门和上下两层侧窗作为主要进风口，空气受热后汇聚到人字形屋面后，通过隔跨布置的顺坡采光通风器排出室外。初期工艺设计分拣设备仅为一层，上级主管部门从经济的角度考虑曾要求将厂房高度降为7m。在分析利弊后保留了9.4m檐口高度，钢结构的围护结构为轻质的钢板，增加2m的高度的围护结构，对基础和造价的影响较小，但是对提高厂房的通风性能和员工生产的舒适性的作用却是显著的。首先，厂房高度增加后，可以增加上下风口的高差，提高热压通风的效果。其次，空气受热后集中于建筑的上半部，随着建筑高度的提升，使得员工尽可能地远离热空气层，同时享受到底部补充的新鲜冷空气。再者，厂房净高的提高，可减轻大平面空间顶棚带来的压迫感，较少心理压力。按热压作用设计工业厂房时，还应该注意合理布局进风口的位置，尽量降低中和面的高度，即要求厂房下部进风门或窗的面积，不小于排风天窗的面积。中和面的降低，让室外进入的新鲜空气绝大部分或全部经过员工的工作区域，这对降低工作区的温度，提高员工的舒适性有明显的作用。同时，在通风量一定的情况下，降低中和面可以减少屋面排风窗的面积，从而降低工程造价。而目前很多工业厂房，由于缺乏合理设计规划，或仅考虑工艺需求，使得厂房围护结构较少设置进风通道，又随意加大排风窗的面积，为满足换气和排热的需要，又不得不增加了很多机械通风的设备，不仅增加了工程造价，又达不到降温和员工舒适的效果。
2.2改善围护结构的热工性能，减少建筑耗能
2.2.1保温材料的运用
钢围护结构常用的保温隔热材料有玻璃棉、岩棉、聚苯乙烯挤塑泡沫板等，在选用时，既要考虑到材料本身的特性，如保温隔热指标、防火性能、防水性能、隔音性能等，也要注意结合选用的环境，如部位、温度湿度、力学要求等。本工程屋面的保温材料选用100mm厚建筑绝热用玻璃保温棉（容重16kg/m3）。建筑绝热用玻璃保温棉通过纵横交叉的玻璃纤维把空气分割成无数封闭的小空间，从而尽量隔绝空气的对流以达到保温的效果。其除了良好的保温性能，还具有隔热、吸音、轻质、经济、施工方便等优势，故被广泛采用。
2.2.2双层彩钢板墙体和双层屋面板的构造应用
鉴于本厂房因场地条件限制，朝向偏东西方向，西晒的问题比较突出。为减少彩板墙体受热后直接影响到室内，墙体采用了双层彩板结构。利用钢檩条构筑了一个700mm宽的空气隔热层，檩条外侧铺设WS-315螺钉隐藏式彩色波浪板，内层为0.5mm厚灰白色镀铝锌彩钢浪板。由于静止的空气导热系数低，为热的不良导体，且两层钢板间的空气会产生一定的对流，通过每跨间的遮阳百叶窗的空隙带走外层彩钢板的热量，从而尽可能地减少了太阳辐射对内部环境的影响。同理，本工程的屋面板構造做法为：0.6mm厚YX-360型隐藏式银白色镀铝锌彩钢屋面浪板，100mm厚玻璃保温棉，250mm高镀锌檩条，内层为0.5mm厚灰白色镀铝锌彩钢浪板，利用保温棉与下层板间的空隙（檩条的高度，250mm）构筑了一个保温隔热层，同时也起到了吊顶的美观效果。
2.2.3屋面材料的选择
屋面板作为最主要的接受太阳光辐射的区域，若其能尽可能多地反射太阳光辐射，或采用措施减低其温度，可有效地减低室内温度。常用的措施有：屋面板采用白色或浅色的烤漆层或喷涂高效隔热反射涂料，加强对热辐射的反射，或在屋面上加装喷淋系统，在温度较高时，自动或人工启动喷淋，减低屋面板表面的温度。本工程选用的顺坡屋面采光通风器，兼具通风和采光的功能。隔跨设置的采光通风，白天能均匀而分散地将自然光引入室内，减少的灯具的耗能、灯具运行产生的热量和购置资金的投入，是良好的节能减排措施。但普通的采光板保温性能不佳，太阳光通过采光板照射到场地内，使厂房内温度升高，这可通过采用隔热型采光板解决，却会减低其透光率。考虑到本工程夏季炎热，而厂房双面采光窗户较多，故选用隔热性能较好的双层隔热采光板，通光率为60%。
2.3外遮阳措施的应用
外遮阳措施是指安装在建筑透明围护外的，遮挡阳光直接穿过建筑围护进入室内的装置。由于太阳辐射的能量传递主要方式为热辐射，外遮阳系统使得太阳辐射达到透明围护前就被阻隔在外，并且由于在外遮阳装置与透明围护之间有流动的空气将热量带走，使热量不会有机会进入室内。而内遮阳是太阳辐射进入室内之后才进行遮挡，由于在窗帘和玻璃之间形成了热岛效应，窗帘在室内并没有密封的效果，使热量在室内扩散。经国外研究表明，采用外遮阳系统比内遮阳能提高70%的隔热效果。中国南方地区日照强烈且降雨量大，故南方古建筑就大量采用了大尺度外挑屋檐，能有效地遮阳避雨。本工程利用双层墙板构筑的挑檐和站台门上设置的通长雨披与传统的大挑檐结构有着异曲同工之妙。在外層墙面板上，高侧窗的外侧安装了132S条形抗风铝合金遮阳板百叶，叶片与水平夹角为30°，既不影响采光和通风，又遮阳隔热、时尚美观。百叶区长13.5m，高2.7m，安装时根据当地风压加密了支撑龙骨。对部分不在百叶范围的东西向的窗户设计成内凹型，避免了阳光直射室内。
结语：
综上所述，通过通风设计，合理组织气流，改善围护结构热工性能，应用外遮阳措施，并辅以工业风扇辅助排风，使工业厂房在低耗能的情况下实现了良好的通风条件和隔热性能，大幅降低了厂房内的温度，提高了空气质量，而且员工感觉舒适，有效地保障了员工的身心健康，提高了劳动生产率，创造了良好的社会效益和经济效益。
参考文献：
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