寒冷地區(qū)糧儲(chǔ)建筑節(jié)能的新途徑

吳衛(wèi)東，梅 竹

(國糧武漢科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430079)

長期以來，我國北方廣大寒冷地區(qū)，尤其偏遠(yuǎn)地區(qū)能源供應(yīng)嚴(yán)重不足。糧儲(chǔ)建筑在運(yùn)營過程中為了保證儲(chǔ)藏質(zhì)量，能耗居高不下。一些沿用了幾十年的傳統(tǒng)保溫措施使得能耗效率低下，甚至有些地區(qū)熱效率只有15%上下。糧儲(chǔ)建筑的外墻、屋面和門窗等仍采用較為老舊的常規(guī)做法，致使建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)高，尤其屋面和外墻與比照的糧儲(chǔ)節(jié)能建筑相比較，大40%以上，致使生產(chǎn)能耗居高不下，能源消耗過于浪費(fèi)，糧儲(chǔ)環(huán)境得不到相應(yīng)改善。廣大北方農(nóng)村的糧儲(chǔ)建筑相當(dāng)一部分在節(jié)能減排方面形勢十分嚴(yán)峻，在新技術(shù)節(jié)能的設(shè)計(jì)施工上仍有缺失，這與國家環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源、優(yōu)化糧儲(chǔ)環(huán)境等方面的要求不相適應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)，全面提升資源利用效率，維護(hù)群眾根本利益，結(jié)合北方寒冷地區(qū)實(shí)際情況，尤其廣大農(nóng)村的條件限制，探討以下途徑，開展北方糧儲(chǔ)建筑的節(jié)能舉措。

1 采用新技術(shù)，開發(fā)利用新能源

1.1 太陽能的利用

根據(jù)各地接受太陽總輻射量，我國北方很多地區(qū)屬于二類區(qū)域，太陽能較為豐富，年太陽輻射總量為5 850～6 680 MJ/m2。太陽能在廣大北方地區(qū)具備可開發(fā)利用的先決條件。根據(jù)已經(jīng)取得的經(jīng)驗(yàn)來看，在糧儲(chǔ)建筑中的用途主要有以下幾點(diǎn)。

1.1.1太陽能采暖

通過能源轉(zhuǎn)換，將太陽能轉(zhuǎn)化成熱能。利用建筑物提供的便利條件，盡可能多地吸收和儲(chǔ)藏太陽能，提供糧食存儲(chǔ)所需的必要溫度。常見的采暖方式有直接采暖、蓄熱構(gòu)件和陽光房。

1.1.2太陽能熱水裝置

近些年，隨著對糧儲(chǔ)環(huán)境要求的不斷提高，冬天寒冷地區(qū)儲(chǔ)存的糧食中所含水分不能上凍，就要求采用恰當(dāng)?shù)牟膳绞絹斫鉀Q。根據(jù)各地不同實(shí)際情況，可以采用屋面設(shè)置太陽能熱水裝置的方式。所用熱媒可靈活的采用人工加水或者自來水系統(tǒng)。熱水器一般安裝在屋頂或設(shè)備平臺(tái)，盡可能多地接受太陽直接照射，水箱設(shè)置在室內(nèi)輔助房間。太陽能熱水器可以購買成品，也可以自行制作。如果條件受限，水箱必須放置在室外，則一定要做好保溫措施。水箱可以采用巖棉保溫，管道要用一定厚度的保溫膠套包裹。

1.1.3太陽能暖棚

冬季有些儲(chǔ)糧物種需要一定陽光照射，為了提供相應(yīng)儲(chǔ)糧環(huán)境可以利用太陽能暖棚。由暖棚吸收太陽輻射能，提高棚內(nèi)溫度，加熱棚內(nèi)空氣，達(dá)到所需糧儲(chǔ)環(huán)境。

1.2 沼氣能源的開發(fā)和利用

北方農(nóng)村沼氣應(yīng)用日臻成熟，具備應(yīng)用在糧儲(chǔ)建筑的條件。沼氣是由湖沼地內(nèi)植物腐爛形成的可燃?xì)怏w，主要成分是甲烷。這種生物能源可以用來加熱熱媒，提供糧食存儲(chǔ)所需能量，同時(shí)沼氣池的生物反應(yīng)相當(dāng)于清理了廢料。根據(jù)測算，1 m3沼氣相當(dāng)于0.7 kg標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生的能量，可發(fā)電2 kW·h左右。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)并計(jì)算得出，每百平米糧儲(chǔ)所需能量可以由一個(gè)8～10 m3的沼氣池提供。沼氣池有固定成品形狀，例如球形、圓柱形等。使用單位可以根據(jù)糧食儲(chǔ)存量多少選擇合適的形式，其施工技術(shù)相對成熟，可廣泛應(yīng)用在北方農(nóng)村的糧儲(chǔ)建筑中。同時(shí)也有結(jié)合太陽能的沼氣池，一半在地上一半在地下，地上覆膜，可以根據(jù)沼池大小靈活適用，利用太陽能加熱促進(jìn)微生物生長，從而提供更多沼氣。這種沼氣池每立方米每天可以產(chǎn)生0.2 m3的沼氣。這種方法尤其要做好清潔衛(wèi)生工作。

2 減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，降低建筑能耗

就像在冬天給人穿棉襖保暖一樣，減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能，可以有效降低建筑能耗。有研究表明，在北方，增加糧儲(chǔ)建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，是經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能措施，可以降低建筑總體能耗的25%左右。

2.1 選用新型的外墻材料

北方寒冷地區(qū)，糧儲(chǔ)建筑外墻常年采用的粘土磚，雖然技術(shù)成熟、便與生產(chǎn)、價(jià)格也低廉；但是，其傳熱系數(shù)大，耗熱量占到整體能耗的50%左右，長遠(yuǎn)看并不經(jīng)濟(jì)。選用新型保溫性能好的外墻材料可以很好地解決這個(gè)問題。

北方寒冷地區(qū)電廠發(fā)電產(chǎn)生的礦渣廢料，可以用來生產(chǎn)保溫性能好的空心砌塊，用此砌筑的建筑物外墻，傳熱系數(shù)相比普通粘土磚要小很多。例如，200 mm厚的該種墻體熱阻達(dá)到0.96 m2·K/W，比370 mm厚的普通粘土磚墻保溫性能提升了1倍；而從經(jīng)濟(jì)方面比較，要達(dá)到設(shè)計(jì)要求的傳熱系數(shù)所需墻體材料，投資比普通粘土磚節(jié)省了1/4，同時(shí)工效提高了1/3。若受條件限制只能選用類似燒結(jié)磚時(shí)，可采用多空燒結(jié)磚。例如：36孔普通燒結(jié)磚，其傳熱系數(shù)0.58 W/(m2·K)，240 mm厚此種外墻熱阻達(dá)到0.41 m2·K/W，相比普通燒結(jié)磚保溫性能提升了35%，具備良好的節(jié)能效果。

2.2 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用保溫節(jié)能構(gòu)造

北方地區(qū)糧儲(chǔ)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)除了可以采用節(jié)能墻體材料以外，在構(gòu)造方面還可以采用節(jié)能保溫措施。

(1)保溫砂漿

保溫砂漿是由具備保溫能力的輕質(zhì)材料，例如聚苯膠粉顆粒、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石等和水泥砂漿混合攪拌而成。保溫砂漿施工簡單，可以作為附加保溫層涂抹在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面。例如采用240 mm厚普通燒結(jié)磚墻體，僅僅在內(nèi)表面分層涂抹35 mm厚膨脹珍珠巖制成的保溫砂漿，經(jīng)測試其保溫性能比同厚度普通砂漿提升了25%。

甚至山東省日照市墻體材料研究所生產(chǎn)的節(jié)能保溫砂漿，僅在內(nèi)表面涂抹時(shí)，采用30 mm厚的時(shí)候，可使240 mm厚墻體保溫性能達(dá)到此種墻體370 mm厚時(shí)的保溫性能。

(2)貼板塊式保溫材料

常見保溫材料(例如聚苯板、巖棉保溫板)都具有密度小的特點(diǎn)，傳熱系數(shù)也非常小。這就可以采用薄抹灰系統(tǒng)，用鋼絲網(wǎng)或者專用錨固件把一定厚度的聚苯板固定在基層上，外部再涂刷室外專用薄涂料飾面。

(3)夾心墻體構(gòu)造

夾心墻體構(gòu)造分為兩部分，一部分是承重的結(jié)構(gòu)墻體，另一部分是保護(hù)保溫材料的保護(hù)墻，二者之間有60～120 mm厚的空間，用來填充輕質(zhì)保溫材料，例如擠塑聚苯板、膨脹珍珠巖、礦渣等等。還可以經(jīng)計(jì)算達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，采用中空構(gòu)造，不再另行填充保溫材料。這種保溫墻體雖然對施工有一定的要求，但是其保溫性能非常好，在北方糧儲(chǔ)建筑中可以大力推廣。

2.3 采用保溫屋面

目前，北方還有大量老式糧儲(chǔ)建筑采用傳統(tǒng)的屋面做法，沒有保溫層或者保溫內(nèi)層的保溫性能達(dá)不到要求，致使其能耗居高不下，僅僅屋面的能耗損失就占整個(gè)建筑能耗的15%以上。改善北方糧儲(chǔ)建筑的屋面保溫性能勢在必行。

(1)屋面保溫

采用保溫性能好的輕質(zhì)保溫材料作為保溫層。例如，傳熱系數(shù)小、密度小的憎水膨脹珍珠巖，他的傳熱系數(shù)分別比傳統(tǒng)的爐渣和草泥低76%和96%，大大改善了屋面的整體保溫性能；在相同厚度下，熱阻也提高了4.2倍和11倍。再例如，可以把保溫性能好的1∶10水泥珍珠巖板直接鋪設(shè)在屋面上；甚至可將珍珠巖裝入塑料袋中，擺放在屋面架空層上，等等。這些做法都可以有效提高屋面的保溫性能，降低能耗。

(2)坡屋面保溫

在北方糧儲(chǔ)建筑中常見坡頂建筑，在構(gòu)造上可以加入保溫材料，改善坡頂?shù)谋匦阅?。例如：常用的砂漿臥瓦建筑構(gòu)造，可以在防水層下面設(shè)置一定厚度的擠塑聚苯板；同時(shí)在坡頂下部設(shè)置吊頂，吊頂內(nèi)松鋪保溫材料，如膨脹珍珠巖、鋸末等。

2.4 節(jié)能門窗

北方糧儲(chǔ)建筑，傳統(tǒng)的普通外門、外窗保溫性能差。其熱量損失能占到整個(gè)建筑能耗的1/3。門窗的保溫性能主要在縫隙封堵和材料的選擇上，可從玻璃、窗框、縫隙處理三個(gè)方面來解決保溫問題。

(1)雙層窗的設(shè)置

相對于傳統(tǒng)的普通窗，雙層窗施工簡單，保溫性能適中，是一種行之有效的措施。墻體中安裝兩層門窗，做好密封處理，可以很好地隔絕縫隙帶來的熱量損耗；同時(shí)由于雙層窗自然形成的空腔，使得整個(gè)外窗的保溫性能提升。尤其在老糧庫改造時(shí)可以采用。

(2)中空玻璃窗或者一玻一膜

對于新建糧儲(chǔ)建筑，可以采用中空玻璃窗。在外側(cè)玻璃選用上，可以選用鍍膜鋼化玻璃，減少熱輻射。中空的真空層厚度以9～12 mm為宜，其保溫性能明顯優(yōu)于雙層窗。對于老舊糧儲(chǔ)建筑的改造還可以采用一玻一膜的構(gòu)造，在已有外窗內(nèi)側(cè)單獨(dú)設(shè)置一層透光率80%左右的塑料薄膜，薄膜和窗戶之間空腔控制在15 mm以上，成為密閉空腔，這樣處理后整個(gè)窗戶的熱阻可提高60%。

(3)外門的保溫措施

傳統(tǒng)糧儲(chǔ)建筑，熱量通過外門的散失也很嚴(yán)重，并且容易被忽視?？刹捎脢A板門并作保溫處理，例如在夾板門兩個(gè)門板之間的縫隙中填充輕質(zhì)保溫材料，常用的有40 mm厚的礦棉或珍珠巖，同時(shí)在門框四周設(shè)置防寒密封條。

(4)設(shè)置厚織物門窗簾

厚織物門窗簾在北方糧儲(chǔ)建筑中是傳統(tǒng)的降低熱量損失的方法。對于尺寸較大的門窗，在內(nèi)側(cè)設(shè)置厚織物門窗簾，具有顯著的降低熱量散失作用，還有設(shè)置保溫木擋板的做法也值得推廣。

2.5 地面保溫

北方傳統(tǒng)糧儲(chǔ)建筑地面保溫往往被忽視。而通過地面散失的熱量很大，甚至占整個(gè)建筑能耗的6%左右。加強(qiáng)地面保溫，常用做法是在地面設(shè)置保溫層。選用保溫性能好的材料作為地面構(gòu)造層。例如在外墻內(nèi)側(cè)1 m范圍內(nèi)鋪設(shè)擠塑聚苯板，再在內(nèi)側(cè)整個(gè)地面下鋪設(shè)200 mm厚的爐渣，可以有效降低熱量損失。同時(shí)在素土夯實(shí)層上設(shè)置20 mm厚的瀝青砂漿或者一層塑料薄膜，可以有效提高地面蓄熱性能。

3 展望

通過對北方糧儲(chǔ)建筑中可以采用的新技術(shù)、新材料的運(yùn)用，以及各個(gè)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫處理，可以顯著降低能耗，改善糧食儲(chǔ)存環(huán)境，為早日實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)進(jìn)行了有益的探索。