糧倉建筑圍護結(jié)構(gòu)隔熱保溫設(shè)計的適應(yīng)性研究

摘 要：糧倉建筑圍護結(jié)構(gòu)的隔熱保溫性能直接影響糧食儲存質(zhì)量與安全，是保障儲糧穩(wěn)定性與降低能源消耗的關(guān)鍵?；诩Z倉圍護結(jié)構(gòu)隔熱保溫的主要影響因素，深入探討墻體和屋頂?shù)谋馗魺嵩O(shè)計及新型材料的應(yīng)用。通過結(jié)合我國儲糧生態(tài)區(qū)的劃分，詳細分析各生態(tài)區(qū)內(nèi)隔熱保溫設(shè)計的適應(yīng)性，旨在為提升儲糧品質(zhì)、保障糧食安全以及實現(xiàn)節(jié)能高效的儲糧管理提供堅實的科學(xué)依據(jù)與實踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：糧倉；圍護結(jié)構(gòu)；隔熱保溫設(shè)計；儲糧生態(tài)區(qū)

糧食安全關(guān)乎國計民生。糧倉是儲存糧食的主要設(shè)施，其建筑性能，特別是圍護結(jié)構(gòu)的隔熱保溫性能，對于確保糧食的長期、安全儲存至關(guān)重要。科學(xué)的隔熱保溫設(shè)計可有效降低外界環(huán)境對倉內(nèi)溫濕度的影響，降低霉變和蟲害風(fēng)險，同時減少能源消耗，提高儲糧經(jīng)濟性。鑒于各區(qū)域氣候條件和儲糧需求的差異，開展儲糧建筑圍護結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性研究具有重要意義。

一、糧倉建筑圍護結(jié)構(gòu)隔熱保溫效果影響因素

（一）糧倉地理位置

地理位置是決定糧倉圍護結(jié)構(gòu)隔熱保溫需求的關(guān)鍵因素之一。不同地區(qū)的氣候條件差異顯著，不同的氣候條件對建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能有不同的要求。如：寒冷地區(qū)冬季漫長且嚴(yán)寒，需要圍護結(jié)構(gòu)具備出色的保溫性能，以防止熱量散失；炎熱地區(qū)夏季高溫且日照強烈，則要求圍護結(jié)構(gòu)具有良好的隔熱性能，以減少太陽輻射對糧倉內(nèi)部溫度的影響。

（二）建筑朝向和布局

建筑的朝向和布局對圍護結(jié)構(gòu)的太陽輻射接收量有直接影響，從而影響其保溫隔熱性能。合理的朝向和布局能夠減少太陽直射對圍護結(jié)構(gòu)的負(fù)面影響，提高建筑的保溫隔熱性能。例如：在炎熱地區(qū)，應(yīng)避免建筑朝東或朝西，以減少夏季強烈的太陽輻射；在寒冷地區(qū)，則可以適當(dāng)利用南向陽光，提高建筑的保溫效果。此外，建筑的布局也需考慮通風(fēng)和遮陽的需求，以進一步優(yōu)化圍護結(jié)構(gòu)的隔熱保溫性能。

（三）構(gòu)造方式和材料

圍護結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方式和材料選擇對其熱工性能具有決定性影響。合理的構(gòu)造方式能夠減少熱橋和熱漏現(xiàn)象，提高圍護結(jié)構(gòu)的整體保溫隔熱效果。例如，墻體、屋頂和門窗的構(gòu)造設(shè)計應(yīng)充分考慮材料的導(dǎo)熱系數(shù)和蓄熱系數(shù)，選擇具有優(yōu)異隔熱保溫性能的材料。同時，還需注意材料的防水、防潮性能，以確保圍護結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性和耐久性[1-2]。

二、糧倉建筑圍護結(jié)構(gòu)隔熱保溫設(shè)計策略

（一）倉墻隔熱保溫

在太陽輻射作用下，糧倉常出現(xiàn)“熱皮冷芯”現(xiàn)象，倉墻隔熱性能直接影響靠墻區(qū)域糧溫穩(wěn)定。傳統(tǒng)保溫材料難以滿足低溫儲糧需求，往往依賴高能耗設(shè)備。為實現(xiàn)更高效、更可持續(xù)的隔熱保溫，研發(fā)無需額外能耗的新型材料成為研究重點。目前，SiO2氣凝膠涂料、輻射制冷涂料和相變儲能材料等表現(xiàn)出顯著潛力，為糧倉建筑提供了新的技術(shù)路徑。

1.構(gòu)造設(shè)計

增加墻體厚度是傳統(tǒng)而有效的保溫隔熱方法。例如，采用厚磚墻可在一定程度上阻止熱量傳遞。此外，墻體中設(shè)置空氣層，通過空氣的低導(dǎo)熱性實現(xiàn)隔熱，如雙層墻結(jié)構(gòu)，內(nèi)外墻間的空氣層可緩沖熱量傳遞。內(nèi)墻采用聚氨酯鋁板等復(fù)合材料進行隔熱氣密處理，是目前效果最優(yōu)的倉墻隔熱方案，但需要在空倉條件下進行改造施工。

2.新型保溫隔熱材料應(yīng)用

新型保溫隔熱材料在提升糧倉隔熱性能方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。SiO2氣凝膠因其納米多孔結(jié)構(gòu)，具備卓越的絕熱性能，是目前保溫效果最好的材料之一[3]。氣凝膠可加工成涂料、板材等，附著于糧倉墻體內(nèi)外表面，顯著提升隔熱和氣密性能；也可制成卷材，如納米氣凝膠糧面壓蓋卷毯，用于隔絕氣溫與糧堆表層糧溫的熱交換，實現(xiàn)高效控溫。然而，氣凝膠的推廣仍需在成本降低和工藝優(yōu)化方面取得突破。

相變材料作為建筑節(jié)能領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)，通過溫度變化實現(xiàn)潛熱存儲和釋放[4]。相變過程中，材料吸收熱量融化以實現(xiàn)儲能，在需要時凝固釋放熱量，維持等溫或近似等溫狀態(tài)。將相變材料應(yīng)用于建筑圍護結(jié)構(gòu)，可有效削弱外界溫度波動的影響，從而顯著提高節(jié)能效果。相變儲能材料可制成板材或卷材，附著于糧倉墻體或倉頂外表面，進一步增強隔熱性能，但其在使用壽命和熱性能穩(wěn)定性方面仍需優(yōu)化。

（二）倉頂保溫隔熱

1.構(gòu)造設(shè)計

架空式通風(fēng)屋頂通過在屋頂上方設(shè)置一定高度的架空層，增加通風(fēng)空間，以通風(fēng)道為通路將熱空氣排出，減少熱量在屋頂?shù)姆e聚。通風(fēng)口的大小、間距和朝向需結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件設(shè)計。倉內(nèi)菱鎂保溫板吊頂具有美觀和減少氣調(diào)熏蒸用藥量的優(yōu)點，但在負(fù)壓或正壓通風(fēng)時可能導(dǎo)致吊頂損壞，且有機材料的防火性能較差，尚需改進。此外，鋪設(shè)隔熱材料（如聚苯乙烯泡沫板）能有效阻隔太陽輻射熱，是一種應(yīng)用廣泛的倉頂隔熱方法。

2.新型保溫隔熱技術(shù)

輻射制冷技術(shù)通過增強物體表面對8—13 μm中紅外波段的熱輻射，在大氣透明窗口內(nèi)將熱量直接散射到接近零度的太空冷源，達到降溫效果[5]。這一技術(shù)常見的應(yīng)用形式包括輻射制冷涂料和薄膜，可涂敷于糧倉屋頂或墻體外表面，顯著阻隔太陽輻射熱，尤其在日照強烈的地區(qū)或季節(jié)（如夏季）具有良好的控溫效果。然而，輻射制冷涂料和薄膜的抗老化性能和抗污染能力尚需提升，積塵或污垢會顯著降低其制冷效率。此外，在長期潮濕環(huán)境中，輻射制冷技術(shù)的降溫效果也不夠理想，需通過技術(shù)改進增強其適用性和穩(wěn)定性。

三、基于不同儲糧生態(tài)區(qū)的適應(yīng)性研究

（一）第一儲糧生態(tài)區(qū)

第一儲糧生態(tài)區(qū)又稱高寒干燥儲糧區(qū)，位于西藏、青海和四川北部等地，全年氣候寒冷干燥，適宜糧食儲存。然而，低溫環(huán)境可能導(dǎo)致墻體溫差效應(yīng)和熱損失，因此需在設(shè)計中重點解決這些問題。

墻體設(shè)計應(yīng)采用氣凝膠材料與通風(fēng)雙層墻體的復(fù)合結(jié)構(gòu)。氣凝膠憑借其極低的導(dǎo)熱性，可有效阻止外界低溫滲透，而雙層通風(fēng)墻體通過空氣層加速熱量排散，減少溫差引起的熱損失。這種設(shè)計不僅顯著提升了墻體的隔熱性能，還有效緩解了高寒地區(qū)晝夜溫差對倉內(nèi)環(huán)境的影響。

屋頂設(shè)計建議采用架空通風(fēng)結(jié)構(gòu)，通過自然通風(fēng)減少熱量積聚，同時結(jié)合輻射制冷涂料增強散熱性能。此外，嵌入相變材料的設(shè)計，可利用其儲熱與釋放功能調(diào)節(jié)熱量波動，維持倉內(nèi)溫度穩(wěn)定，從而優(yōu)化儲糧環(huán)境并確保糧食質(zhì)量。

（二）第二儲糧生態(tài)區(qū)

第二儲糧生態(tài)區(qū)又稱低溫干燥儲糧區(qū)，位于新疆、內(nèi)蒙古、寧夏和甘肅等地區(qū)。該區(qū)域氣候寒冷干燥，自然條件較為理想，但季節(jié)性氣溫波動和晝夜溫差可能影響倉內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性，因此圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計需重點考慮溫度調(diào)節(jié)與隔熱保溫需求。

墻體設(shè)計建議采用復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)，并合理布置相變材料，以實現(xiàn)動態(tài)溫度調(diào)節(jié)。相變材料在白天吸收儲存熱量，夜間釋放熱量，減少晝夜溫差對倉內(nèi)環(huán)境的影響。同時，墻體表面涂覆反射隔熱涂料，可有效降低太陽輻射對墻體的加熱作用，減輕外界氣候?qū)}內(nèi)溫度的沖擊。

屋頂設(shè)計可采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，結(jié)合氣凝膠保溫板和輻射制冷涂料。氣凝膠阻隔熱量傳導(dǎo)，輻射制冷涂料通過高輻射特性降低屋頂溫度。自然通風(fēng)層的設(shè)計進一步加速熱量排散，優(yōu)化倉內(nèi)溫濕度控制，確保糧倉在極端氣候條件下維持穩(wěn)定的儲糧環(huán)境。

（三）第三儲糧生態(tài)區(qū)

第三儲糧生態(tài)區(qū)又稱低溫高濕儲糧區(qū)，位于黑龍江、吉林、遼寧及內(nèi)蒙古東部。該區(qū)域冬季寒冷干燥，夏季短暫溫和，晝夜溫差較大。

墻體設(shè)計應(yīng)重點應(yīng)用相變材料，其熱調(diào)節(jié)功能在應(yīng)對晝夜溫差方面尤為重要。相變材料白天吸收熱量儲能，夜間釋放熱量，平衡溫差波動，確保倉內(nèi)溫度穩(wěn)定。此外，墻體應(yīng)采用低導(dǎo)熱材料，以增強隔熱性能并減緩熱量傳入。

屋頂設(shè)計可結(jié)合架空通風(fēng)結(jié)構(gòu)和輻射制冷涂料，夏季通過通風(fēng)排散熱量，冬季關(guān)閉通風(fēng)口利用保溫材料維持溫度穩(wěn)定。屋頂表面建議采用高反射率材料與輻射制冷涂料的復(fù)合涂層，既減少外部熱量傳入，又通過熱輻射散發(fā)多余熱量，從而保障倉內(nèi)環(huán)境的長期穩(wěn)定。

（四）第四儲糧生態(tài)區(qū)

第四儲糧生態(tài)區(qū)，又稱中溫干燥儲糧區(qū)，位于山西、河南、河北、山東、天津和北京等地，其冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨，季節(jié)性氣候變化對糧倉環(huán)境的穩(wěn)定性提出了較高要求。墻體設(shè)計需在防潮與隔熱性能之間進行平衡。

建議采用復(fù)合保溫墻體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部嵌入相變材料，通過其潛熱效應(yīng)調(diào)節(jié)溫度波動。相變材料在夏季吸收過剩熱量，冬季釋放儲存熱量，有效緩解外界氣溫波動對倉內(nèi)環(huán)境的影響。同時，墻體外層涂覆防水隔熱涂料，不僅增強隔熱效果，還能防止雨水滲透，提高墻體的耐久性。

屋頂設(shè)計宜采用聚苯乙烯泡沫板與氣凝膠保溫板相結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)，以提升隔熱與防潮性能。合理布置排水系統(tǒng)可快速應(yīng)對降雨，防止積水削弱隔熱效果，并延長屋頂和建筑的使用壽命，從而保障儲糧環(huán)境的長期穩(wěn)定性。

（五）第五儲糧生態(tài)區(qū)

第五儲糧生態(tài)區(qū)又稱中溫高濕儲糧區(qū)，主要位于安徽、江蘇、浙江、湖南、湖北、江西等地。該區(qū)氣候特點為冬季溫和濕潤、夏季高溫多雨，濕熱環(huán)境對糧倉的防潮、抗霉性能提出了較高要求。

墻體設(shè)計可采用輕質(zhì)高效的復(fù)合隔熱材料，如氣凝膠與聚苯乙烯結(jié)合，提供優(yōu)異的隔熱效果并減輕建筑荷載。此外，墻體外層需設(shè)防潮層，并涂覆抗菌涂料，以有效防止?jié)駳鉂B透和霉菌生長。內(nèi)外層的氣密性設(shè)計至關(guān)重要，可有效隔絕外界濕氣，保持倉內(nèi)的干燥穩(wěn)定。

屋頂設(shè)計應(yīng)結(jié)合厚保溫層與耐腐蝕涂料，強化隔熱和防潮性能。厚保溫層可以減少熱量傳導(dǎo)，耐腐蝕涂料則延緩材料的老化。屋頂通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計也應(yīng)得到重視，通過加速濕氣和熱氣的排放，優(yōu)化糧倉內(nèi)部空氣流通，保持濕度穩(wěn)定。

（六）第六儲糧生態(tài)區(qū)

第六儲糧生態(tài)區(qū)又稱中溫低濕儲糧區(qū)，主要位于四川、重慶、陜西、云南和貴州等地。該區(qū)域的氣候特點表現(xiàn)為冬暖夏熱、濕度適中。糧倉在此地區(qū)的設(shè)計應(yīng)重點考慮紫外線輻射和季節(jié)性溫差對建筑材料的影響。

墻體設(shè)計推薦使用氣凝膠材料與相變材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，不僅可以提高隔熱性能，還能通過相變材料的熱調(diào)節(jié)功能緩解晝夜溫差波動對倉內(nèi)環(huán)境的影響。相變材料在白天吸熱，夜間釋放熱量，優(yōu)化溫度變化，從而為儲糧環(huán)境提供更高的穩(wěn)定性。

屋頂設(shè)計方面，采用高效隔熱保溫材料與輻射制冷涂料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，以減少屋頂熱量積聚。同時，考慮到高原地區(qū)的強風(fēng)和氣候變化，屋頂設(shè)計還應(yīng)進行加固，以提高抗風(fēng)能力，確保建筑在極端氣候條件下的穩(wěn)定性。

（七）第七儲糧生態(tài)區(qū)

第七儲糧生態(tài)區(qū)又稱高溫高濕儲糧區(qū)，包括廣東、廣西、海南、福建及云南南部，是我國最濕熱的區(qū)域，儲糧難度極大。高溫高濕環(huán)境容易引發(fā)建筑材料潮濕和腐蝕，威脅糧倉儲存質(zhì)量與糧食安全。因此，糧倉設(shè)計需重點解決防潮、防腐及熱濕調(diào)節(jié)問題。

墻體宜采用防腐處理的氣凝膠材料，其優(yōu)異的隔熱與防潮性能可有效阻隔濕氣和熱量侵入，并通過設(shè)置內(nèi)部防潮層提高結(jié)構(gòu)耐久性。

屋頂設(shè)計應(yīng)采用架空通風(fēng)結(jié)構(gòu)，以加強通風(fēng)散熱，減少濕氣滯留和熱積聚，并涂覆耐腐蝕輻射制冷涂料以降低輻射熱吸收。完善的排水系統(tǒng)可快速排除積水，延長建筑使用壽命。

四、結(jié)語

糧倉建筑圍護結(jié)構(gòu)的隔熱保溫設(shè)計對保障糧食儲存安全、提升儲存質(zhì)量及降低成本具有重要意義。針對不同儲糧生態(tài)區(qū)的特點，可因地制宜地制定隔熱保溫設(shè)計策略，將傳統(tǒng)保溫方法與新型隔熱材料和技術(shù)相結(jié)合，以適應(yīng)多樣化的氣候條件，確保各生態(tài)區(qū)糧倉的儲存效率與穩(wěn)定性。未來研究應(yīng)進一步優(yōu)化設(shè)計方案，著力提升設(shè)計的效率、環(huán)保性和經(jīng)濟性，為糧倉隔熱保溫技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)支持。

參考文獻：

[1]劉加平，謝靜超.廣義建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工設(shè)計原理與方法[J].建筑科學(xué)，2022（8）：1-8.

[2]袁育芬，張學(xué)飛，申好五，等.不同儲糧區(qū)域儲備糧倉的保溫隔熱[J].糧食儲藏，2003（4）：41-43.

[3]陳文強，李志剛，吳俊友.氣凝膠絕熱制品在糧倉的應(yīng)用研究[J].糧食儲藏，2023（2）：7-10.

[4]LACHHEB M，YOUSSEF N，YOUNSI Z，et al.Enhancing building energy efficiency and thermal performance with PCM-Integrated brick walls：A comprehensive review[J].Building and Environment，2024（5）：1-21.

[5]SO S，YUN J，KO B，et al.Radiative cooling for energy sustainability：from fundamentals to fabrication methods toward commercialization[J].Advanced Science，2024（2）：1.