宋艷杰 李恩

摘 要：糧食安全是維護(hù)國(guó)家安全的重要基石，解決人民的溫飽問(wèn)題是治理國(guó)家的首要任務(wù)。低溫和準(zhǔn)低溫儲(chǔ)存技術(shù)被認(rèn)為是一種綠色的糧食儲(chǔ)存方式，可以有效地抑制微生物的繁殖和生長(zhǎng)，保障糧食的品質(zhì)，同時(shí)也能減少糧食熏蒸過(guò)程中的化學(xué)藥劑污染。然而，創(chuàng)造低溫和準(zhǔn)低溫的糧倉(cāng)內(nèi)環(huán)境需要大量的制冷空調(diào)系統(tǒng)能耗。通過(guò)大量文獻(xiàn)收集和實(shí)地調(diào)研，采用理論分析和歸納總結(jié)的方法，對(duì)影響糧倉(cāng)建筑節(jié)能的因素進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：糧倉(cāng)建筑；節(jié)能；熱工性能

中國(guó)是世界第一糧食生產(chǎn)大國(guó)和消費(fèi)大國(guó)，糧食安全關(guān)系到國(guó)計(jì)民生。糧食在儲(chǔ)藏期間易受害蟲(chóng)、微生物的影響，引起糧食品質(zhì)劣化，造成儲(chǔ)糧損失。每年因此造成的糧食損失量達(dá)3 500萬(wàn)噸，相當(dāng)于加拿大年均糧食產(chǎn)量的一半[1]。因此，降低糧損是保證糧食安全的重要任務(wù)。眾多文獻(xiàn)表明，溫度是控制儲(chǔ)藏期間糧食損失的重要因素[2]，降低糧倉(cāng)溫度能夠避免糧食品質(zhì)劣變，減少糧食損失。研究證明，20℃以下的低溫環(huán)境中，害蟲(chóng)和微生物的生長(zhǎng)繁殖以及糧食呼吸作用可以被明顯抑制，有效減少糧食品質(zhì)劣化現(xiàn)象[3]。然而，在炎熱的夏季維持20℃的儲(chǔ)糧環(huán)境需要借助空調(diào)設(shè)備，由此引起的能耗問(wèn)題不可忽視。這一方面增加了儲(chǔ)糧成本，另一方面增加了環(huán)境負(fù)荷。因此，糧倉(cāng)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)至關(guān)重要，不僅影響控溫儲(chǔ)藏方式的推廣和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，更重要的是影響儲(chǔ)糧安全。糧倉(cāng)建筑是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，影響其能耗的相關(guān)因素有很多，主要包括氣候條件、建筑平面布局和朝向、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能、通風(fēng)控溫設(shè)備、周?chē)G化等其他因素。

一、氣候環(huán)境影響分析

（一）太陽(yáng)輻射影響分析

太陽(yáng)能量是以輻射的方式不斷傳播到地面上的，所以糧倉(cāng)建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)就需要考慮高溫季節(jié)太陽(yáng)輻射對(duì)糧倉(cāng)的影響。首先要理解某一地區(qū)的光強(qiáng)差別以及光的角度。我們所居住的地球，在不斷自轉(zhuǎn)的同時(shí)，也在不斷圍繞著太陽(yáng)進(jìn)行公轉(zhuǎn)，太陽(yáng)對(duì)地球上每個(gè)地方、每個(gè)時(shí)間的照射是有規(guī)律的，因此一個(gè)地區(qū)的氣候要素就產(chǎn)生了有規(guī)律的變化，并由此產(chǎn)生了四季更替。不同地區(qū)的氣候條件不同，導(dǎo)致不同地區(qū)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方法也不一樣。

（二）溫度影響分析

溫度是最重要的氣候因子之一，也是影響建筑節(jié)能的主要因子，其變化直接關(guān)系到建筑內(nèi)部和外部環(huán)境的適宜性。溫度與能源消耗呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，這表明在炎熱地區(qū)，夏季極端氣候會(huì)對(duì)糧倉(cāng)建筑能量消耗產(chǎn)生很大的影響。也就是說(shuō)，在極端氣候條件下，要想維持糧倉(cāng)良好的儲(chǔ)存環(huán)境，就必須消耗大量的能量來(lái)調(diào)整糧倉(cāng)的溫度。因此，在糧倉(cāng)建筑設(shè)計(jì)中，要特別重視夏季的隔熱工作。

（三）濕度影響分析

濕度是影響室內(nèi)熱環(huán)境的重要因素，目前常用的除濕機(jī)或空氣調(diào)節(jié)方法均存在能耗大、效果不顯著等問(wèn)題。濕度對(duì)糧倉(cāng)造成的影響，主要有三個(gè)方面：一是空氣中的相對(duì)濕度，對(duì)谷物的呼吸作用有很大的影響。在一定范圍內(nèi)，谷物的含水量越多，谷物的呼吸作用就越激烈，在激烈的呼吸作用中，谷物中的養(yǎng)分被消耗殆盡，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的熱量和水分，導(dǎo)致谷物的質(zhì)量下降。二是濕度的大小，直接影響著糧倉(cāng)建筑的內(nèi)外表面是否會(huì)出現(xiàn)結(jié)露、霉變、發(fā)潮等現(xiàn)象，從而直接影響到建筑的品質(zhì)。三是環(huán)境濕度對(duì)墻體內(nèi)保溫材料的熱工特性也有不同程度的影響，當(dāng)墻體內(nèi)的保溫隔熱材料吸水后，墻體內(nèi)的保溫隔熱效果就會(huì)大幅降低，從而對(duì)墻體內(nèi)的節(jié)能起到不利的作用。因此，為了保證適宜的糧食熱濕環(huán)境和節(jié)約能源，就需要對(duì)倉(cāng)內(nèi)空氣中的相對(duì)濕度進(jìn)行有效的控制。

二、平面布局和朝向影響分析

（一）平面布局影響分析

建筑物的平面布局影響著建筑物的體形系數(shù)。建筑體形系數(shù)越大，通過(guò)外表面的傳熱損失也就越大。研究結(jié)果表明，每增加0.01的體形系數(shù)，能耗將增加約2.5%。因此，在倉(cāng)庫(kù)平面布置時(shí)，應(yīng)盡可能按照方形、圓形等規(guī)則的形態(tài)進(jìn)行布置，以減小體形系數(shù)。此外，與體積相等的多個(gè)倉(cāng)庫(kù)分開(kāi)布置相比，采用多廒間組合的布局方式可以大幅度減小體形系數(shù)[4]。

（二）建筑朝向影響分析

合理的建筑物朝向?qū)τ诮档徒ㄖ芎木哂兄匾饔谩Ｊ紫?，在糧倉(cāng)規(guī)劃布局中，選擇長(zhǎng)邊朝南，避開(kāi)東、西向陽(yáng)光照射，可以降低糧倉(cāng)太陽(yáng)輻射熱，從而減小通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)部空間的傳熱量。其次，糧倉(cāng)規(guī)劃布局中充分利用本地主導(dǎo)風(fēng)向，有利于糧倉(cāng)通過(guò)窗戶(hù)進(jìn)行自然通風(fēng)，這將有助于降低糧食的濕度和溫度，達(dá)到降溫的目的。這樣可以減少機(jī)械通風(fēng)的次數(shù)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

三、糧倉(cāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)影響分析

建筑的能耗與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)呈線(xiàn)性關(guān)系。因此，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能可以顯著降低建筑的能耗。本文通過(guò)屋面、外墻和門(mén)窗三個(gè)方面對(duì)糧倉(cāng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)能耗的影響因素進(jìn)行分析。

（一）屋面節(jié)能影響分析

像糧倉(cāng)這樣的工業(yè)建筑，不同朝向的圍護(hù)結(jié)構(gòu)所能接收到的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度是不一樣的，通常情況下，水平朝向的圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受的陽(yáng)光強(qiáng)度會(huì)更大一些。由于倉(cāng)房體積較大，屋頂在倉(cāng)房整體建筑傳熱過(guò)程中貢獻(xiàn)較大，所占的比例約為70%～80%。因此，屋面的耗冷量在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中占比很高。在糧倉(cāng)建筑中，常用的屋蓋形式有折線(xiàn)形屋架、彩鋼屋架、拱板屋架和雙層通風(fēng)屋架等。不同的屋頂形式會(huì)對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)部環(huán)境及能耗產(chǎn)生不同的影響。屋頂隔熱性能與糧倉(cāng)的能源消耗成負(fù)相關(guān)，其隔熱性能的優(yōu)劣，對(duì)糧食溫度的波動(dòng)和通風(fēng)降溫設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間有直接的影響。

在糧倉(cāng)屋頂設(shè)計(jì)中，一般采用架空隔熱層、涂刷太陽(yáng)熱反射涂層和鋪設(shè)保溫隔熱層的方式來(lái)提高隔熱性能。太陽(yáng)熱反射涂層通過(guò)減少屋頂對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率來(lái)減少夏季空調(diào)負(fù)荷。架空隔熱層可以減少屋頂?shù)奶?yáng)輻射，并且通過(guò)空氣對(duì)流帶走一部分熱量，從而降低倉(cāng)頂?shù)臏囟?。保溫隔熱材料可以增加屋頂?shù)膫鳠嶙?，進(jìn)而降低糧倉(cāng)的能源消耗。不同類(lèi)型和厚度的屋頂隔熱材料隔熱性能不同，應(yīng)優(yōu)先選擇導(dǎo)熱系數(shù)小、節(jié)能環(huán)保的保溫隔熱材料。常用的屋頂隔熱材料為憎水珍珠巖、發(fā)泡混凝土、聚苯板、擠塑板、發(fā)泡聚氨酯和巖棉夾芯金屬彩色復(fù)合板[5]。

（二）外墻節(jié)能影響分析

糧倉(cāng)建筑不像民用建筑一樣，為了美觀(guān)會(huì)使用玻璃幕墻，糧倉(cāng)外墻為了承受糧食的荷載都為厚重的實(shí)體外墻。外墻吸收室外環(huán)境熱量并通過(guò)導(dǎo)熱的形式傳到室內(nèi)，并影響室內(nèi)熱環(huán)境。糧倉(cāng)墻面保溫隔熱性能的不同，其節(jié)能效果也不同。外墻保溫隔熱性能受墻體結(jié)構(gòu)層類(lèi)型、保溫隔熱形式、材料類(lèi)型以及材料厚度的影響。

常見(jiàn)的墻體結(jié)構(gòu)層類(lèi)型有磚砌體墻、SP板墻、壓型鋼板墻、現(xiàn)澆混凝土墻和預(yù)制混凝土墻等。

外墻保溫隔熱形式可以被劃分為外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫、外墻夾心保溫和外墻自保溫等。外墻外保溫系統(tǒng)是使用最廣泛，并得到了國(guó)家大力提倡的一種保溫隔熱方法。

不同的保溫隔熱材料具有不同的導(dǎo)熱性能和經(jīng)濟(jì)性能，在建筑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，常見(jiàn)的保溫隔熱材料為擠塑聚苯乙烯板、膨脹聚苯乙烯板、聚氨酯泡沫、膨脹珍珠巖水泥板、保溫砂漿等。

保溫層的厚度對(duì)外墻傳熱系數(shù)有直接的影響，隨著保溫層厚度的增大，墻體的全年熱負(fù)荷呈遞減趨勢(shì)，而節(jié)能率則呈遞增趨勢(shì)。隨著保溫面板厚度的不斷增大，建筑總熱負(fù)荷的增幅逐漸減小，節(jié)能效果與保溫面板厚度之間存在著非線(xiàn)性關(guān)系。同時(shí)，在同一厚度的情況下，各種隔熱板的節(jié)能效果也有很大的差異。

（三）門(mén)窗節(jié)能影響分析

糧食倉(cāng)儲(chǔ)建筑的門(mén)窗主要是滿(mǎn)足糧食進(jìn)出倉(cāng)作業(yè)和自然通風(fēng)需求。在滿(mǎn)足這些基本前提的同時(shí)，減少倉(cāng)庫(kù)門(mén)窗的設(shè)置可以降低門(mén)窗部位能耗散失。對(duì)于小型倉(cāng)房，通常只需要一個(gè)進(jìn)出倉(cāng)大門(mén)和一個(gè)疏散門(mén)。就窗戶(hù)而言，如果在北方地區(qū)，冬季可以打開(kāi)保溫密閉的窗戶(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，降低糧食溫度和濕度，因此，應(yīng)該盡可能多地設(shè)置窗戶(hù)，通常每個(gè)跨度都設(shè)置窗戶(hù)；而在南方濕熱地區(qū)，不適合自然通風(fēng)，因此，窗戶(hù)在滿(mǎn)足補(bǔ)倉(cāng)需求的情況下，應(yīng)盡量少設(shè)置。

門(mén)窗的氣密性對(duì)于防止空氣對(duì)流傳熱起著至關(guān)重要的作用。提高門(mén)窗的氣密性可以有效地減少能源消耗，降低庫(kù)房的運(yùn)營(yíng)成本。因此，在進(jìn)行糧庫(kù)門(mén)窗設(shè)計(jì)和選型時(shí)，應(yīng)該注重門(mén)窗的氣密性，采用高性能的門(mén)窗材料和技術(shù)，并通過(guò)加裝密封條等措施改進(jìn)門(mén)窗產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以提高門(mén)窗的節(jié)能性，降低糧倉(cāng)的運(yùn)營(yíng)成本。

四、其他相關(guān)因素影響分析

（一）控溫設(shè)備影響分析

控溫儲(chǔ)糧一般采取空調(diào)系統(tǒng)、谷物冷卻系統(tǒng)并結(jié)合機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)等手段，將倉(cāng)內(nèi)溫度和水分降至安全值。上述幾種降溫方式在使用過(guò)程中都需要消耗大量的電能，使保糧成本偏高。因此，控溫系統(tǒng)不夠節(jié)能環(huán)保，是糧倉(cāng)建筑節(jié)能技術(shù)中亟待創(chuàng)新改進(jìn)的地方。在對(duì)糧堆進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)過(guò)程中，不同通風(fēng)時(shí)段和通風(fēng)方式都會(huì)影響機(jī)械通風(fēng)降溫的能耗。不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)不同，其通風(fēng)控溫方式也不同，比如，北方地區(qū)可以提供足夠的冷源，秋冬季節(jié)利用低溫干燥的氣候優(yōu)勢(shì)進(jìn)行通風(fēng)蓄冷，在夏季結(jié)合內(nèi)環(huán)流控溫系統(tǒng)，從而減少儲(chǔ)糧能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。此外，省電、節(jié)能的空調(diào)技術(shù)在糧倉(cāng)中的應(yīng)用也不斷提升，這些新技術(shù)包括冰蓄冷技術(shù)、地源熱泵技術(shù)、太陽(yáng)能制冷技術(shù)和蒸發(fā)冷卻技術(shù)等[6]。

（二）建筑綠化影響分析

在糧倉(cāng)建筑設(shè)計(jì)中，除氣候因素、平面布局因素、圍護(hù)結(jié)構(gòu)因素等對(duì)糧倉(cāng)建筑環(huán)境的影響之外，還應(yīng)考慮到綠化對(duì)糧倉(cāng)周邊小氣候的調(diào)控作用。隨著糧庫(kù)技術(shù)的不斷發(fā)展和機(jī)械化水平的提高，在不影響糧倉(cāng)運(yùn)營(yíng)的前提下，可適當(dāng)布置糧庫(kù)區(qū)域的綠化。例如，路邊種樹(shù)、鋪設(shè)草坪或透水磚等，不僅可以調(diào)節(jié)和改善室外環(huán)境的溫度，調(diào)整碳氧平衡，減少溫室效應(yīng)，降噪，吸附操作過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵，增強(qiáng)雨水滲透性，減輕雨水排放負(fù)擔(dān)，而且在改善倉(cāng)內(nèi)環(huán)境、減少能源消耗方面起著非常重要的作用。

（三）遮陽(yáng)技術(shù)影響分析

以往對(duì)糧倉(cāng)本體節(jié)能的認(rèn)識(shí)主要集中在糧倉(cāng)壁，而忽略了外部構(gòu)件的影響。為了減少太陽(yáng)輻射對(duì)倉(cāng)體的影響，在糧倉(cāng)外部增設(shè)遮陽(yáng)構(gòu)件，也不失為一種嘗試。在不同的季節(jié)，南北兩個(gè)方向的立面和東西兩個(gè)方向所接收到的陽(yáng)光強(qiáng)度是不一樣的，所以對(duì)其采取的遮陽(yáng)措施也是不一樣的。夏季，南側(cè)建筑外墻受到的陽(yáng)光照射面積較大，日照時(shí)間較長(zhǎng)，易造成外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)受熱過(guò)多，從而造成室內(nèi)過(guò)熱；冬季，太陽(yáng)高度角變小，南向建筑立面所受的太陽(yáng)輻射量變小。因此，夏季采用水平遮陽(yáng)、冬季采用垂直遮陽(yáng)效果更佳。東、西兩面墻體在早晨和傍晚接收到的太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度都比較大，所以很容易在短期內(nèi)造成外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)的過(guò)熱，進(jìn)而造成內(nèi)部過(guò)熱。研究結(jié)果顯示：當(dāng)沒(méi)有安裝任何遮陽(yáng)設(shè)施時(shí)，整個(gè)西立面的太陽(yáng)輻射量都非常大；安裝了水平遮陽(yáng)之后，太陽(yáng)輻射量會(huì)有輕微的下降，安裝了垂直遮陽(yáng)之后，這種影響會(huì)更加顯著[7]。

五、結(jié)語(yǔ)

文章對(duì)糧食倉(cāng)庫(kù)的能耗特點(diǎn)和節(jié)能潛力進(jìn)行了歸納，并對(duì)氣候環(huán)境因素、平面布局與朝向因素、建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)因素、控溫設(shè)備、周邊綠化等因素進(jìn)行了分析，得到了如下結(jié)論。

第一，糧倉(cāng)建筑的設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)其所處的氣候環(huán)境特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行整體的構(gòu)思與規(guī)劃。

第二，在糧倉(cāng)平面布局工作時(shí)，應(yīng)盡量采用規(guī)則的幾何形狀進(jìn)行倉(cāng)房的平面功能布置。為避免東西向日照，糧庫(kù)規(guī)劃應(yīng)盡量長(zhǎng)邊朝向南北，并充分利用當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向，以有利于開(kāi)窗通風(fēng)。

第三，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工設(shè)計(jì)上應(yīng)該提高其保溫隔熱性能，熱工性能佳、節(jié)能環(huán)保的建筑材料也是糧倉(cāng)節(jié)能中的關(guān)鍵因素。

第四，無(wú)論是氣候因素、平面功能空間因素，還是外圍護(hù)因素，都需要輔以制冷和通風(fēng)系統(tǒng)，以保證糧倉(cāng)內(nèi)部的儲(chǔ)糧環(huán)境達(dá)到最佳狀態(tài)。

第五，糧倉(cāng)建筑節(jié)能是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要在設(shè)計(jì)之初就明確重點(diǎn)關(guān)注的因素，并全面考慮它們對(duì)不同能耗的節(jié)約貢獻(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)高能效的目標(biāo)，為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展做貢獻(xiàn)。

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[7]王祖遠(yuǎn).現(xiàn)代樓房倉(cāng)設(shè)計(jì)中的遮陽(yáng)技術(shù)策略：以北京市糧油應(yīng)急保障中心建筑設(shè)計(jì)為例[J].華中建筑，2018（8）：39-43.

作者簡(jiǎn)介：

宋艷杰，河南工業(yè)大學(xué)碩士研究生。研究方向：建筑技術(shù)科學(xué)。

李恩，博士，河南工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向：建筑節(jié)能設(shè)計(jì)與被動(dòng)式建筑研究。