營造綠色低溫糧庫

吳衛(wèi)東，梅 竹

(國糧武漢科學(xué)研究設(shè)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(shù)先進(jìn)、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(shù)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(shè)計防火規(guī)范》GB 50016—2014(2018年版)[1](以下簡稱《建筑設(shè)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(shè)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(gòu)成。

為了適應(yīng)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(shù)也得到長足發(fā)展?！都Z油儲藏技術(shù)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(shè)計堆量高度不小于6 m的平房倉。

1 結(jié)構(gòu)選型

1.1 鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)

高大平房倉是指跨度21 m以上，糧堆設(shè)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(jié)構(gòu)是首選。如果工期允許盡量選擇鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，相對于鋼結(jié)構(gòu)來說，從整體結(jié)構(gòu)的防火、保溫、耐久性考慮，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)都要優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)。

1.2 外維護(hù)結(jié)構(gòu)

外維護(hù)結(jié)構(gòu)墻體選擇在滿足糧堆設(shè)計高度和建筑本身結(jié)構(gòu)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(dān)，盡量選擇非粘土燒結(jié)磚(多孔或者實心)，價格便宜技術(shù)成熟。

1.3 其他結(jié)構(gòu)

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(cè)山墻和局部縱墻上設(shè)置通風(fēng)百葉同時安裝軸流風(fēng)機，屋脊處設(shè)置無動力風(fēng)帽，形成低能耗的自然對流通風(fēng)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(dǎo)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(yīng)盡可能用最少的能源消耗，達(dá)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(shè)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(shù)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(dá)到B2級，在選擇時要特別注意規(guī)范設(shè)定的各種附加條件。

2.1 外墻外保溫保溫材料選擇

如果設(shè)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(shè)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(shù)成熟，且價格便宜。雖然纖維狀的巖棉氈的保溫性達(dá)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(dá)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(jié)構(gòu)屋面板根據(jù)《建筑設(shè)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(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面板時一定要注意保護(hù)層厚度，保護(hù)層厚度小的話是達(dá)不到1 h的。再根據(jù)《建筑設(shè)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(dǎo)熱系數(shù)低、技術(shù)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(jié)構(gòu)屋面板，常用的夾芯壓型鋼板保溫板，保溫材料必須達(dá)到A級材料，例如巖棉。需要注意的是根據(jù)《建筑設(shè)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(shè)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?zé)o法達(dá)到要求時，就必須采用內(nèi)保溫設(shè)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(shè)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(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)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(shè)計

低溫糧庫常年糧溫在15℃以下，應(yīng)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(shè)計規(guī)范》4.2.4[4]規(guī)定強制性條文，墻身水平防潮層嚴(yán)禁采用柔性防潮層。需要注意的是，如果采用通風(fēng)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(shè)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(shè)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(cè)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?cè)嵯酀?，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(shè)計防火規(guī)范》第3.0.7[3]的規(guī)定，內(nèi)裝修各構(gòu)造層次都必須達(dá)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(dá)到相應(yīng)燃燒性能要求。

4 門窗密封和保溫措施

達(dá)到低溫儲糧技術(shù)的低溫倉房，對氣密性要求嚴(yán)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(dá)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(dá)到氣密性要求，同時滿足才《糧食平房倉設(shè)計規(guī)范》4.2.6[4]的要求：門窗熱阻不應(yīng)小于相應(yīng)墻體熱阻。而墻體熱阻。而根據(jù)《糧油儲藏技術(shù)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(dá)到0.46 W/(m·K)(5區(qū)，7區(qū))?？梢姷蜏貎Z技術(shù)的倉房對于門窗的保溫性能要求非常嚴(yán)格，這個要求常規(guī)民用建筑保溫門窗無法達(dá)到。同樣，對于門窗的氣密性要求也是嚴(yán)苛的，門窗氣密性指標(biāo)高于整倉氣密性要求，并且在1 000～500 Pa壓力下半衰期不應(yīng)低于2 min，這樣的門窗才能達(dá)到《糧食平房倉設(shè)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(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)?？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(shù)得以實現(xiàn)的關(guān)鍵所在，必須嚴(yán)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(yīng)的密封措施和保溫措施，各構(gòu)造節(jié)點保溫密封材料的選用要嚴(yán)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(dāng)?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(shù)是首選。糧食本身就是熱的不良導(dǎo)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(fēng)降水最佳時機,對稻谷進(jìn)行就倉干燥，優(yōu)質(zhì)稻入庫時間盡量在當(dāng)年的11月底前結(jié)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(dāng)糧堆覆蓋一條風(fēng)道后即可開始對該部分糧食進(jìn)行通風(fēng)降水處理。高品質(zhì)稻入倉期間和入倉結(jié)束后，應(yīng)抓緊平整糧面，并利用機械通風(fēng)技術(shù)平衡糧食含水率，避免水分分層和結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生。在秋冬季節(jié)應(yīng)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(shù)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(dá)到低溫儲糧的技術(shù)要求，成為名副其實的“綠色”儲糧。

5.2 水源熱泵技術(shù)的應(yīng)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(fēng)或冷(熱)水的設(shè)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(shè)置冷卻塔這些散熱設(shè)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(fēng)冷空調(diào)的應(yīng)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(fēng)冷空調(diào)是合適的選擇。風(fēng)冷空調(diào)的制冷系統(tǒng)主要由壓縮機、風(fēng)冷冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器及其它附件組成，夏季，風(fēng)冷冷凝器由排風(fēng)扇向外排熱，低溫低壓的冷媒由管道泵送至室內(nèi)風(fēng)機盤管，向倉房吹冷風(fēng)，達(dá)到降低糧溫的目的。適合建設(shè)低溫糧庫的當(dāng)?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(fēng)冷空調(diào)這種綠色節(jié)能的空調(diào)形式。風(fēng)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(fēng)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(fēng)冷空調(diào)。還便于遠(yuǎn)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(yīng)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(shè)備[7]。作為低溫儲糧的關(guān)鍵設(shè)備，目前在國內(nèi)推廣應(yīng)用較為普遍。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)倉房類型、風(fēng)網(wǎng)布置、設(shè)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(yīng)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(yīng)在15～35℃，環(huán)境相對濕度應(yīng)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(dāng)使用其它“綠色”制冷方式條件不具備時采用，或者作為應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)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(shù)參考。