吳衛(wèi)東，梅 竹

(國糧武漢科學研究設計院有限公司，湖北 武漢 430079)

近期，隨著兩大傳統(tǒng)糧食出口國俄羅斯和烏克蘭之間戰(zhàn)局的不斷發(fā)展，國際糧食價格水漲船高，更加凸顯國家糧食儲備的重要性。以低溫儲糧為代表的技術先進、綠色環(huán)保的低溫糧庫逐漸被各地大力推廣。低溫儲糧技術是指糧堆溫度常年保持在15℃及以下，局部最高糧溫不超過20℃的儲糧方式。根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》GB 50016—2014(2018年版)[1](以下簡稱《建筑設計防火規(guī)范》)，糧庫屬于丙類(二項)，耐火等級可以定為二級；根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》3.3.2注5，一二級耐火等級的糧食平房倉，最大允許建筑面積擴大到12 000 m2。每個防火分區(qū)最大面積不大于3 000 m2。大規(guī)模糧庫是由多棟糧食平房倉構成。

為了適應大規(guī)模儲糧，從經(jīng)濟性、實用性、靈活性等方面綜合考慮，高大平房倉成為首選。高大平房倉的低溫儲糧技術也得到長足發(fā)展?！都Z油儲藏技術規(guī)范》GB/T 29890—2013中的3.17章節(jié)[2]規(guī)定了高大平房倉的定義：跨度21 m以上，且設計堆量高度不小于6 m的平房倉。

1 結構選型

1.1 鋼筋混凝土排架結構

高大平房倉是指跨度21 m以上，糧堆設計高度不低于6 m的平房倉。為了獲得內(nèi)部無柱的大空間，以便于糧食存儲，從經(jīng)濟角度出發(fā)排架結構是首選。如果工期允許盡量選擇鋼筋混凝土排架結構，相對于鋼結構來說，從整體結構的防火、保溫、耐久性考慮，鋼筋混凝土結構都要優(yōu)于鋼結構。

1.2 外維護結構

外維護結構墻體選擇在滿足糧堆設計高度和建筑本身結構安全性前提下，盡可能減小墻體厚度，外墻保溫性能讓保溫材料承擔，盡量選擇非粘土燒結磚(多孔或者實心)，價格便宜技術成熟。

1.3 其他結構

沿屋架下弦做一層鋼筋混凝土樓板，和屋面板一起形成空腔，空腔內(nèi)兩側山墻和局部縱墻上設置通風百葉同時安裝軸流風機，屋脊處設置無動力風帽，形成低能耗的自然對流通風隔熱夾層，有利于排出夏季屋頂部分熱量，降低糧堆表面溫度。同時，夾層有效減少了糧倉內(nèi)部容積，特別有利于降低制冷設備能耗。另外，鋼筋混凝土夾層樓板使得下部大糧倉的密封性得到加強，非常有利于形成高標準氣調(diào)倉，對環(huán)流熏蒸、氮氣氣調(diào)，內(nèi)環(huán)流控溫都非常有利。

2 保溫材料的選擇

作為低溫糧庫，其保溫性能特別重要。和倉房保溫性能直接相關的是保溫材料的選擇，對整個倉房的影響以及后期使用都有很大影響。低溫糧庫保溫材料的選擇最主要看材料的保溫性能和防火性能，也就是保溫材料的導熱系數(shù)和燃燒性能。綠色低溫庫的綠色體現(xiàn)在節(jié)能上，應盡可能用最少的能源消耗，達到糧堆平均糧溫常年保持在15℃及以下，局部最高糧溫不高于20℃的低溫庫設計要求，同時也要考慮保溫材料本身的經(jīng)濟性。在條件允許時盡量選擇價格便宜、保溫性能好、技術成熟、憎水、容重低的擠塑聚苯板(XPS)或者模塑聚苯板(SPS)，但是二者的燃燒性能常規(guī)只能達到B2級，在選擇時要特別注意規(guī)范設定的各種附加條件。

2.1 外墻外保溫保溫材料選擇

如果設計采用外保溫，常見保溫材料保溫性能最好的是擠塑聚苯板(0.03 W/(m·K))其次是模塑聚苯板(0.041 W/(m·K))，雖然二者的燃燒性能只能做到B2級，根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》第6.7.5中第2條第3)項[1]的規(guī)定“建筑高度不大于24 m時，保溫材料的燃燒性能不低于B2級”的規(guī)定，正好符合要求，這兩種保溫材料技術成熟，且價格便宜。雖然纖維狀的巖棉氈的保溫性達到0.040 W/(m·K)能接近模塑聚苯板，并且燃燒性能非常出色，為A級，但是它的價格要高出很多，從經(jīng)濟性來考慮不如前兩者。同樣受到經(jīng)濟條件影響的還有達到B1級燃燒性能的硬泡的聚氨酯(0.024 W/(m·K))。

2.2 屋面保溫材料選擇

原則同外墻，著重看保溫和防火。排架結構屋面板根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》3.2.1[1]的規(guī)定，二級耐火等級的糧庫，屋面板耐火極限不低于1 h。這一點在選擇預制預應力鋼筋混凝土屋面板時一定要注意保護層厚度，保護層厚度小的話是達不到1 h的。再根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》6.7.10[1]的規(guī)定，可以采用B2級保溫材料，正好可以采用容重小、導熱系數(shù)低、技術成熟、價格低廉的憎水材料：擠塑聚苯板或者模塑聚苯板。如果采用鋼結構屋面板，常用的夾芯壓型鋼板保溫板，保溫材料必須達到A級材料，例如巖棉。需要注意的是根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》6.7.10[1]的規(guī)定，如果外墻和屋面均選擇了聚苯板或者擠塑聚苯板，屋面和外墻交接處必須設置寬度不低于500 mm的A級防火隔離帶，可以選擇巖棉制品。

2.3 內(nèi)保溫材料選擇

在條件限制無法采用外保溫，或者僅憑外保溫無法達到要求時，就必須采用內(nèi)保溫設計。內(nèi)保溫首先要考慮防火，其次才是保溫性能。根據(jù)《建筑內(nèi)部裝修設計防火規(guī)范》GB 5022—2017中的6.0.5章節(jié)[3]的規(guī)定，內(nèi)保溫墻面必須采用B1級，頂棚必須采用A級。B1級常用材料硬泡聚氨酯，其導熱系數(shù)可達到0.024 W/(m·K)，非常出色。如果采用膠粉聚苯顆粒保溫砂漿，考慮到聚苯顆粒本身屬于可燃材料B2級，就必須要求供貨商提供B1級的產(chǎn)品檢測報告。頂棚保溫材料燃燒性能總是被忽略，甚至有些糧庫頂棚采用硬泡聚氨酯，這是不對的，必須采用A級材料，例如無機保溫砂漿。

3 防潮層的設計

低溫糧庫常年糧溫在15℃以下，應在墻面內(nèi)測、糧堆范圍內(nèi)做一道墻面垂直柔性防潮層，和地面剛性防潮層成為一個整體。《糧食平房倉設計規(guī)范》4.2.4[4]規(guī)定強制性條文，墻身水平防潮層嚴禁采用柔性防潮層。需要注意的是，如果采用通風地槽的，防潮層一定不能斷開，要做連續(xù)。而地面的混凝土墊層本身具備防潮作用，墻體水平防潮層必須采用剛性，設置位置就在地面混凝土墊層厚度范圍內(nèi)，根據(jù)規(guī)范要求采用防水砂漿防潮層，如果在此范圍設置有地圈梁，則地圈梁可以代替防水砂漿防潮層。綜上理論上可以看做是兩道防潮層，一道最內(nèi)側的柔性防潮層；一道地面混凝土墊層和地圈梁(或者墻體水平防潮層)組成的剛性防潮層。剛柔相濟，徹底斷絕潮氣對墻體的侵蝕。墻身水平剛性防潮層可以選用防水砂漿。根據(jù)《建筑內(nèi)部裝修設計防火規(guī)范》第3.0.7[3]的規(guī)定，內(nèi)裝修各構造層次都必須達到規(guī)定的燃燒性能要求，最內(nèi)測的柔性防潮層首先選用燃燒性能不低于B1級的防水材料，否則需要做整體實驗達到相應燃燒性能要求。

4 門窗密封和保溫措施

達到低溫儲糧技術的低溫倉房，對氣密性要求嚴格，各地對于低溫倉房雖然規(guī)定各不相同，但是絕大部分都要求達到氣調(diào)倉2級要求，即整倉，500 Pa到250 Pa半衰期不小于4 min，這是《糧油儲藏 平房倉氣密性要求》4.2[5]明確規(guī)定的。而影響氣密性的重要因素就是門窗。必須采用專用密閉保溫門才能達到氣密性要求，同時滿足才《糧食平房倉設計規(guī)范》4.2.6[4]的要求：門窗熱阻不應小于相應墻體熱阻。而墻體熱阻。而根據(jù)《糧油儲藏技術規(guī)范》5.1.7[2]的要求，在不同儲糧生態(tài)區(qū)，墻體傳熱系數(shù)最小要達到0.46 W/(m·K)(5區(qū)，7區(qū))。可見低溫儲糧技術的倉房對于門窗的保溫性能要求非常嚴格，這個要求常規(guī)民用建筑保溫門窗無法達到。同樣，對于門窗的氣密性要求也是嚴苛的，門窗氣密性指標高于整倉氣密性要求，并且在1 000～500 Pa壓力下半衰期不應低于2 min，這樣的門窗才能達到《糧食平房倉設計規(guī)范》4.2.6[4]的要求，常規(guī)民用窗戶即使是保溫效果較好的中空玻璃窗也很難達到這個標準?？梢哉f低溫倉房的氣密性能和保溫性能是綠色低溫儲糧技術得以實現(xiàn)的關鍵所在，必須嚴格執(zhí)行。需要注意的是各種穿墻管線的洞口密封必須采用相應的密封措施和保溫措施，各構造節(jié)點保溫密封材料的選用要嚴格按照《糧油儲藏 平房倉氣密性要求》附錄A[5]執(zhí)行。

5 制冷方式的選擇

低溫糧庫如何實現(xiàn)“綠色”制冷？“因地制宜”是選擇合適的綠色制冷方式的訣竅。

5.1 合理利用當?shù)貧夂驐l件

北方地區(qū)，尤其是三北，內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術是首選。糧食本身就是熱的不良導體，是很優(yōu)秀的“保溫材料”。以稻谷為例,每年10～11月份,入倉時節(jié),室外氣溫低,空氣干燥,是通風降水最佳時機,對稻谷進行就倉干燥，優(yōu)質(zhì)稻入庫時間盡量在當年的11月底前結束。優(yōu)質(zhì)稻入倉一定要從倉房的山墻端開始，根據(jù)入庫優(yōu)質(zhì)稻的含水率情況,當糧堆覆蓋一條風道后即可開始對該部分糧食進行通風降水處理。高品質(zhì)稻入倉期間和入倉結束后，應抓緊平整糧面，并利用機械通風技術平衡糧食含水率，避免水分分層和結露現(xiàn)象的發(fā)生。在秋冬季節(jié)應利用有利時機將水分逐步降到儲藏要求的安全水分以下。這樣在糧食入庫時利用自然氣候，降低糧溫，降低含水率，使之成為名副其實的“冷心”，再加前文提到的倉房保溫和密封措施，這樣的“冷心”可以維持很長時間，即使到了夏季甚至可以利用內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術將糧堆中心的冷能量傳到糧面，使整個糧堆總體溫度下降，達到低溫儲糧的技術要求，成為名副其實的“綠色”儲糧。

5.2 水源熱泵技術的應用

水源熱泵是一種以循環(huán)流動于地埋管中的水或井水、湖水、河水、海水或生活污水及工業(yè)廢水或共用管路中的水為冷(熱)源,制取冷(熱)風或冷(熱)水的設備[6]?！耙虻刂埔恕笔紫鹊糜泻线m的水源，地下水或者河水，由自然水源利用熱泵、管道等形成冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，制冷劑流經(jīng)冷凝器、壓縮機、節(jié)流器和蒸發(fā)器經(jīng)過熱交換，讓自然界的低溫水把糧堆的熱量帶走。由于自然界的水溫本身在夏季是低溫水，很容易帶走糧堆的熱量并不需要在設置冷卻塔這些散熱設備，相比于傳統(tǒng)集中空調(diào)，實際利用的是自然界的“綠色”能源，節(jié)省了投資和能耗。不過在決策時需要考慮水源本身的投資，例如利用地下水的打井回灌等等的投資，綜合考慮是否經(jīng)濟、是否“綠色”。

5.3 風冷空調(diào)的應用

在沒有合適水源無法形成水源熱泵的地區(qū)，“因地制宜”利用風冷空調(diào)是合適的選擇。風冷空調(diào)的制冷系統(tǒng)主要由壓縮機、風冷冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器及其它附件組成，夏季，風冷冷凝器由排風扇向外排熱，低溫低壓的冷媒由管道泵送至室內(nèi)風機盤管，向倉房吹冷風，達到降低糧溫的目的。適合建設低溫糧庫的當?shù)?，沒有合適的地下水源用于水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)時，可以考慮采用風冷空調(diào)這種綠色節(jié)能的空調(diào)形式。風冷空調(diào)機組本身比水冷空調(diào)貴大約30%，但是由于省去了整個冷卻水系統(tǒng)，整體投資較傳統(tǒng)中央空調(diào)低。風冷空調(diào)非常靈活，可以單獨控制，更適合一個一個的糧庫這種建筑形式。傳統(tǒng)空調(diào)的優(yōu)勢是適合大規(guī)模制冷，制冷效率高，但是對于每一個儲糧倉房，面積不大，優(yōu)勢發(fā)揮不出來，恰恰正適合風冷空調(diào)。還便于遠程單獨控制，總體節(jié)省運營能源，“綠色”環(huán)保。

5.4 谷物冷卻機的應用

谷物冷卻機是一種用于糧食低溫儲藏，向糧倉提供一定溫度、濕度空氣的設備[7]。作為低溫儲糧的關鍵設備，目前在國內(nèi)推廣應用較為普遍。在實際應用中，應根據(jù)倉房類型、風網(wǎng)布置、設備條件、糧食種類、糧堆體積、冷卻作業(yè)目的等，確定谷物冷卻機的使用數(shù)量及布置方式。倉房應滿足倉體完好，且具有良好的隔熱、密封和防潮性能等基本條件。作業(yè)環(huán)境溫度應在15～35℃，環(huán)境相對濕度應在50%～95%[8]。這雖是目前常用的方式，使用也靈活，但是能耗較高。建議僅當使用其它“綠色”制冷方式條件不具備時采用，或者作為應急和備份的制冷手段以備不時之需。

通過對糧庫建筑形態(tài)把握、結構選型、保溫材料的經(jīng)濟合理選用、門窗的保溫及密封措施、綠色節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的分析，在盡可能降低能耗的前提下，實現(xiàn)對糧庫的低溫綠色建設或改造，為保障國家糧食安全、實現(xiàn)高品質(zhì)儲糧提供技術參考。