南方地區(qū)平房倉雙層通風(fēng)屋頂設(shè)計分析

摘 要：糧食儲備是保障國家糧食安全的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，而糧食的安全儲存在南方地區(qū)高溫、高濕氣候條件下面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。南方地區(qū)普遍使用平房倉存儲糧食，由于平房倉的屋頂面積較大，能夠接收較多的太陽輻射，因此平房倉內(nèi)的溫度較高，從而對糧食的安全儲存構(gòu)成了威脅。為了減少太陽輻射通過屋頂傳遞到平房倉內(nèi)的熱量，雙層通風(fēng)屋頂技術(shù)被提出，雙層通風(fēng)屋頂平房倉被廣泛應(yīng)用。以南方地區(qū)的鹽城市大豐倉為例，詳細探討平房倉中雙層通風(fēng)屋頂?shù)脑O(shè)計特點及影響其通風(fēng)隔熱性能的參數(shù)，展示該設(shè)計如何適應(yīng)高溫氣候，為糧食提供安全的儲存條件。

關(guān)鍵詞：雙層通風(fēng)屋頂；平房倉；南方地區(qū)；通風(fēng)隔熱性能

我國作為全球最大的糧食生產(chǎn)和消費國之一，糧食安全對全球糧食供應(yīng)具有重要影響[1]。在夏季，高溫易導(dǎo)致糧食品質(zhì)在儲存過程中下降[2]。平房倉是我國儲存糧食的主要倉型，占據(jù)全國約80％的糧倉[3]。然而，平房倉的屋頂面積較大，接收較多太陽輻射，導(dǎo)致平房倉內(nèi)的溫度過高。文獻指出，平房倉內(nèi)約80％的熱量來源于倉頂?shù)奶栞椛鋫鳠帷Ｌ栞椛渫ㄟ^屋頂傳遞到平房倉內(nèi)的熱量導(dǎo)致平房倉內(nèi)溫度過高，對糧食的安全儲存構(gòu)成了挑戰(zhàn)[4]。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，研究人員提出雙層通風(fēng)屋頂技術(shù)。雙層通風(fēng)屋頂通過利用空氣層的隔熱效應(yīng)，降低屋頂傳遞到平房倉內(nèi)的熱量，從而降低平房倉內(nèi)的溫度。例如：劉大龍等人通過對比多種屋頂形式，最終認為雙層通風(fēng)屋頂?shù)膬?nèi)壁面溫度和室內(nèi)氣溫都最低[5]；錢永剛等人的研究表明，雙層通風(fēng)屋頂能夠通過抵御室外綜合溫度對倉頂內(nèi)面的影響，降低主動式設(shè)備制冷負荷，為提高平房倉的屋頂隔熱性能提供了有力支持[6]。

雙層通風(fēng)屋頂技術(shù)因其在高溫環(huán)境中的隔熱優(yōu)勢，近年來在南方地區(qū)的平房倉中得到了迅速發(fā)展與應(yīng)用。例如：王海濤等人指出，在長沙地區(qū)的低溫糧倉中應(yīng)用雙層通風(fēng)屋頂技術(shù)，能夠有效降低糧倉的能耗[7]；董良堅等人認為，在我國南方地區(qū)使用雙層屋頂間的自然通風(fēng)，能有效解決糧食平房倉屋頂?shù)摹皭烅敗眴栴}[8]。“悶頂”是指在高溫的氣候條件下，屋頂積聚的熱量不能有效散發(fā)，導(dǎo)致倉內(nèi)溫度升高，不利于糧食的長期安全儲存。通過引入雙層通風(fēng)技術(shù)，可以促進屋頂間的空氣流通，有效降低倉內(nèi)溫度，為糧食提供一個穩(wěn)定和安全的儲存環(huán)境。本文以鹽城市大豐倉為例，詳細探討雙層通風(fēng)屋頂平房倉的設(shè)計特點及影響其通風(fēng)隔熱性能的參數(shù)設(shè)計。

一、大豐倉地理位置及氣候特點

大豐倉位于江蘇省鹽城市大豐區(qū)，周圍道路規(guī)劃清晰，東面緊鄰經(jīng)七路，南界與緯三路相接，北臨緯二路，西側(cè)靠近中心路，整體場地布局呈規(guī)整的矩形。該地區(qū)位于江蘇省東部的沿海區(qū)域，氣候方面，鹽城市處在北亞熱帶向暖溫帶氣候的過渡地帶，其各季節(jié)氣候特征明顯。春季通常氣溫較低，溫度回升較慢；夏季常見偏南風(fēng)，天氣炎熱；秋季氣溫逐漸下降，但仍然保持在比春季溫度高的水平；冬季則以偏北風(fēng)和寒冷天氣為主。此外，該地區(qū)年降水量較多，非常適合小麥、水稻等多種農(nóng)作物的種植。

二、大豐倉雙層通風(fēng)屋頂設(shè)計特點

（一）雙層通風(fēng)屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計

大豐倉的雙層通風(fēng)屋頂是一種利于室內(nèi)空氣流通的通風(fēng)結(jié)構(gòu)，旨在通過獨特的構(gòu)造實現(xiàn)通風(fēng)和降溫的效果。這一結(jié)構(gòu)由三個元素組成：上層屋頂、下層屋頂，以及位于這兩層屋頂之間的通風(fēng)空腔（圖1）。首先，大豐倉的上層屋頂由小青瓦、防水卷材、厚木板構(gòu)成，上層屋頂材料的設(shè)計不僅使用了利于通風(fēng)的瓦屋面，還考慮了防水設(shè)計。其次，下層屋面板由反射性材質(zhì)鋁箔、聚氨酯保溫板以及鋼筋混凝土板組成，這樣的材料組合既可以反射上層屋面?zhèn)鬟f過來的熱量，還能夠保證屋頂?shù)膱怨绦?。最后，在這兩層屋面之間，形成了一個通風(fēng)空腔，這個空腔是雙層通風(fēng)屋頂系統(tǒng)的核心部分，起到了通風(fēng)降溫的關(guān)鍵作用。

為了讓通風(fēng)空腔中的自然風(fēng)能夠在不同風(fēng)向下均有效運作，大豐倉的雙層通風(fēng)屋頂合理設(shè)計了通風(fēng)口的位置和大小，即在上下各設(shè)置了兩個通風(fēng)開口。這樣的設(shè)計能夠保證在任何風(fēng)向條件下都能夠?qū)崿F(xiàn)有效的空氣流通，達到優(yōu)化通風(fēng)效果的目的，從而帶走通風(fēng)空腔中的熱量，防止屋頂熱量積累，保障儲糧安全。同時，為了防止雨水進入通風(fēng)空腔，設(shè)計師在這些開口處還安裝了可開啟的百葉窗。這些百葉窗能夠在下雨時關(guān)閉，防止雨水進入通風(fēng)空腔。此外，在雙層通風(fēng)屋頂?shù)耐L(fēng)口處還安裝了遮陽板。這些遮陽板的主要功能是阻擋太陽直射，避免太陽光直接照射通風(fēng)空腔，從而提升整個屋頂?shù)母魺嵝阅堋?/p>

（二）雙層通風(fēng)屋頂通風(fēng)隔熱設(shè)計

大豐倉的雙層通風(fēng)屋頂設(shè)計巧妙地應(yīng)用了建筑熱工學(xué)的基本原理，如導(dǎo)熱、對流和輻射，以優(yōu)化其通風(fēng)隔熱性能。通過熱壓和風(fēng)壓效應(yīng)的結(jié)合，該系統(tǒng)能夠有效地促進空氣流通，同時減少熱量通過屋頂進入倉內(nèi)，達到降低倉內(nèi)溫度、保障糧食安全儲存的目的。

在日間，雙層通風(fēng)屋頂上屋面板接收到太陽輻射時，產(chǎn)生的熱量一部分直接以輻射和對流的方式散發(fā)到外界，另一部分則被上層屋頂吸收，并主要通過輻射傳遞至下層屋頂。此時，位于兩層屋頂之間的空氣層受到上屋頂傳遞來的熱量，與外界空氣產(chǎn)生溫差，從而形成自然對流。這種由溫差引起的空氣流動，能夠有效地通過對流換熱機制，將熱量從上層屋面板轉(zhuǎn)移至空腔空氣中，再由空氣帶到室外，降低傳遞到下層屋面板上的熱量，進而減少從屋頂傳遞到室內(nèi)的熱量。

除了利用熱壓引起的自然通風(fēng)機制外，大豐倉屋頂?shù)脑O(shè)計還巧妙地利用了風(fēng)壓效應(yīng)。具體來說，平房倉的風(fēng)向側(cè)和背風(fēng)側(cè)之間形成的壓力差推動空氣從高壓區(qū)向低壓區(qū)流動，通過屋面間的空氣層進行熱交換。這種由風(fēng)壓引起的通風(fēng)過程，在日間和夜間都能有效進行，尤其是在夜間或太陽輻射較弱時，風(fēng)壓效應(yīng)仍能顯著地促進冷空氣進入雙層通風(fēng)空腔，促進下層屋面板的降溫，從而進一步降低從屋頂?shù)绞覂?nèi)的熱量傳遞。通過結(jié)合熱壓和風(fēng)壓的作用，大豐倉的雙層通風(fēng)屋頂系統(tǒng)形成了一種高效的通風(fēng)機制。在白天，系統(tǒng)利用太陽輻射產(chǎn)生的熱壓效應(yīng)生成的自然對流，降低上屋面向下屋面的熱量傳遞；而到了夜間，系統(tǒng)依靠風(fēng)壓維持通風(fēng)，帶走通風(fēng)空腔中白天積累的熱量。大豐倉雙層通風(fēng)屋頂?shù)脑O(shè)計在夏季有效地減少了從屋頂傳遞到倉內(nèi)的熱量，從而改善了倉內(nèi)溫度，為糧食提供了安全的儲存環(huán)境。

（三）雙層通風(fēng)屋頂氣密性能設(shè)計

氣密性在平房倉中扮演著重要的角色，因為它直接關(guān)系到糧倉能否有效執(zhí)行熏蒸或氣調(diào)措施，以延緩糧食陳化，確保儲糧的安全。有一些常見的平房倉設(shè)計中遇到的氣密性挑戰(zhàn)，如折線型或拱板型屋架。這些屋頂在設(shè)計與施工中往往包括多個預(yù)制或現(xiàn)場施工的部件，這些部件在連接時形成的接縫是潛在漏氣點。同時，不同材料間的熱脹冷縮及隨著時間的推移都可能導(dǎo)致接縫松動，從而增加漏氣的風(fēng)險，影響糧倉的氣密性。

大豐倉的屋頂設(shè)計中采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)作為底層屋面，與傳統(tǒng)的預(yù)制構(gòu)件相比，現(xiàn)澆混凝土的優(yōu)勢在于能形成無縫的整體結(jié)構(gòu)，有效避免了因構(gòu)件接縫而引發(fā)的漏氣問題。這種方法不僅極大地提升了大豐倉的氣密性，而且通過實現(xiàn)梁上翻轉(zhuǎn)，優(yōu)化了倉內(nèi)的空間布局，使得空間更加寬敞。因此，這種方法在提升結(jié)構(gòu)性能的同時，也意味著倉內(nèi)的可用空間得到了擴大，為糧食存儲提供了更多的靈活性。

三、影響大豐倉雙層通風(fēng)屋頂隔熱性能的參數(shù)

大豐倉在南方地區(qū)通過其雙層通風(fēng)屋頂?shù)某晒?yīng)用，不僅提升了平房倉的氣候適應(yīng)性設(shè)計，還為糧食的安全儲存問題提供了有效的解決方案。了解影響其隔熱性能的各項參數(shù)，對于未來在相似氣候條件下設(shè)計雙層通風(fēng)屋頂平房倉具有重要的指導(dǎo)意義。因此，本文將探討影響雙層通風(fēng)屋頂隔熱性能的兩個主要方面：屋頂構(gòu)造的設(shè)計細節(jié)和屋頂材料的選擇。通過對這些關(guān)鍵參數(shù)的分析，我們能夠了解雙層通風(fēng)屋頂如何適應(yīng)南方地區(qū)的高溫氣候。

（一）屋頂構(gòu)造設(shè)計

屋頂構(gòu)造設(shè)計直接影響著雙層通風(fēng)屋頂?shù)母魺嵝阅埽潢P(guān)鍵構(gòu)造設(shè)計參數(shù)包括屋頂?shù)钠露?、空腔間距、通風(fēng)開口的尺寸以及屋頂朝向，這些參數(shù)共同作用，決定了雙層通風(fēng)屋頂如何有效地減少太陽輻射和促進通風(fēng)空腔中自然通風(fēng)的效率。首先，屋頂坡度的調(diào)整對控制太陽輻射的吸收起到了關(guān)鍵作用。通過增加屋頂坡度，可以減少在夏季時高角度太陽直射的接觸面積，從而有效減少熱量的吸收。同時，較大的屋頂坡度可以增強空氣流動的動力，使得屋頂和倉庫內(nèi)部形成更有效的空氣對流循環(huán)，有助于排放屋頂吸收的熱量。其次，通過利用自然對流原理，適宜的空腔間距可以加強通風(fēng)空腔內(nèi)外的熱量交換。過大的空腔間距可能導(dǎo)致空氣流動減慢，而過小的間距可能阻礙空氣流動。再次，通風(fēng)開口的設(shè)計是雙層通風(fēng)屋頂系統(tǒng)中的關(guān)鍵參數(shù)，需要確保充足的自然通風(fēng)能力，以促進熱量有效排出。具體而言，通風(fēng)口的位置、大小及方向的合理配置對于提升屋頂?shù)母魺嵝阅苤陵P(guān)重要。合理的通風(fēng)開口設(shè)計可以有效利用當(dāng)?shù)氐淖匀伙L(fēng)向，提高通風(fēng)效率，從而實現(xiàn)更優(yōu)的隔熱效果。最后，調(diào)整屋頂朝向以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件，可以顯著減少屋頂接收到的直接太陽輻射，從而降低熱負荷。同時，屋頂朝向決定了通風(fēng)口方向，可以更好地利用自然通風(fēng)進一步減輕熱負荷，以優(yōu)化整體的隔熱效果。

（二）屋頂材料選擇

在提升雙層通風(fēng)屋頂隔熱性能方面，材料的選擇至關(guān)重要。具體來說，雙層通風(fēng)屋頂?shù)母魺嵝Ч芏喾N因素的影響，包括上屋面板的材料、保溫板的厚度、反射材料等。例如：選擇具有高反射率的頂層材料可以有效反射太陽光，減少熱量吸收，從而提升屋頂?shù)母魺嵝Ч?；增厚保溫層能夠提高熱阻，進一步增強隔熱性能；在通風(fēng)空腔中合理應(yīng)用鋁箔等反射材料，能夠進一步減少熱量的傳遞，從而提高屋頂整體的隔熱性能。同時，在關(guān)鍵位置安裝遮陽板，如通風(fēng)口處，可以大幅減少夏季時段直射陽光對通風(fēng)空腔內(nèi)部的影響。這些措施共同作用，能夠優(yōu)化雙層通風(fēng)屋頂?shù)恼w隔熱表現(xiàn)。

四、結(jié)語

大豐倉采用的雙層通風(fēng)屋頂設(shè)計有效應(yīng)對了南方地區(qū)高溫高濕的氣候條件，通過雙層結(jié)構(gòu)和自然通風(fēng)原理減輕太陽輻射帶來的影響，降低屋頂向倉內(nèi)的熱量傳遞，確保了糧食儲存的環(huán)境穩(wěn)定性和安全性。該設(shè)計不僅顯示了針對特定氣候條件的適應(yīng)性，而且通過優(yōu)化通風(fēng)和隔熱性能，提供了一種有效的糧食儲存問題解決方案。分析指出，大豐倉的屋頂設(shè)計考慮了坡度、空腔間距、通風(fēng)口尺寸與位置及朝向等要素，與上屋面板的反射率、保溫板厚度等材料選擇緊密相關(guān)，共同提升了隔熱性能。此外，采用現(xiàn)澆混凝土技術(shù)增強氣密性，進一步保障了糧食儲存安全。大豐倉的案例展示了雙層通風(fēng)屋頂在高溫氣候下的適應(yīng)性及其對糧食安全儲存的重要貢獻，為未來在類似氣候條件下的建筑提供了寶貴的設(shè)計參考。

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作者簡介：

丁春江，河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院碩士研究生。研究方向：建筑技術(shù)科學(xué)。

李恩，河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院副教授。研究方向：建筑節(jié)能設(shè)計與被動式建筑研究。