寒冷地区粮储建筑节能的新途径

吴卫东，梅 竹

(国粮武汉科学研究设计院有限公司，湖北 武汉 430079)

长期以来，我国北方广大寒冷地区，尤其偏远地区能源供应严重不足。粮储建筑在运营过程中为了保证储藏质量，能耗居高不下。一些沿用了几十年的传统保温措施使得能耗效率低下，甚至有些地区热效率只有15%上下。粮储建筑的外墙、屋面和门窗等仍采用较为老旧的常规做法，致使建筑外围护结构传热系数高，尤其屋面和外墙与比照的粮储节能建筑相比较，大40%以上，致使生产能耗居高不下，能源消耗过于浪费，粮储环境得不到相应改善。广大北方农村的粮储建筑相当一部分在节能减排方面形势十分严峻，在新技术节能的设计施工上仍有缺失，这与国家环境保护、节约能源、优化粮储环境等方面的要求不相适应。为了实现“碳达峰、碳中和”的目标，全面提升资源利用效率，维护群众根本利益，结合北方寒冷地区实际情况，尤其广大农村的条件限制，探讨以下途径，开展北方粮储建筑的节能举措。

1 采用新技术，开发利用新能源

1.1 太阳能的利用

根据各地接受太阳总辐射量，我国北方很多地区属于二类区域，太阳能较为丰富，年太阳辐射总量为5 850～6 680 MJ/m2。太阳能在广大北方地区具备可开发利用的先决条件。根据已经取得的经验来看，在粮储建筑中的用途主要有以下几点。

1.1.1太阳能采暖

通过能源转换，将太阳能转化成热能。利用建筑物提供的便利条件，尽可能多地吸收和储藏太阳能，提供粮食存储所需的必要温度。常见的采暖方式有直接采暖、蓄热构件和阳光房。

1.1.2太阳能热水装置

近些年，随着对粮储环境要求的不断提高，冬天寒冷地区储存的粮食中所含水分不能上冻，就要求采用恰当的采暖方式来解决。根据各地不同实际情况，可以采用屋面设置太阳能热水装置的方式。所用热媒可灵活的采用人工加水或者自来水系统。热水器一般安装在屋顶或设备平台，尽可能多地接受太阳直接照射，水箱设置在室内辅助房间。太阳能热水器可以购买成品，也可以自行制作。如果条件受限，水箱必须放置在室外，则一定要做好保温措施。水箱可以采用岩棉保温，管道要用一定厚度的保温胶套包裹。

1.1.3太阳能暖棚

冬季有些储粮物种需要一定阳光照射，为了提供相应储粮环境可以利用太阳能暖棚。由暖棚吸收太阳辐射能，提高棚内温度，加热棚内空气，达到所需粮储环境。

1.2 沼气能源的开发和利用

北方农村沼气应用日臻成熟，具备应用在粮储建筑的条件。沼气是由湖沼地内植物腐烂形成的可燃气体，主要成分是甲烷。这种生物能源可以用来加热热媒，提供粮食存储所需能量，同时沼气池的生物反应相当于清理了废料。根据测算，1 m3沼气相当于0.7 kg标准煤产生的能量，可发电2 kW·h左右。根据实际经验并计算得出，每百平米粮储所需能量可以由一个8～10 m3的沼气池提供。沼气池有固定成品形状，例如球形、圆柱形等。使用单位可以根据粮食储存量多少选择合适的形式，其施工技术相对成熟，可广泛应用在北方农村的粮储建筑中。同时也有结合太阳能的沼气池，一半在地上一半在地下，地上覆膜，可以根据沼池大小灵活适用，利用太阳能加热促进微生物生长，从而提供更多沼气。这种沼气池每立方米每天可以产生0.2 m3的沼气。这种方法尤其要做好清洁卫生工作。

2 减少围护结构传热系数，降低建筑能耗

就像在冬天给人穿棉袄保暖一样，减少围护结构传热系数，增加围护结构保温性能，可以有效降低建筑能耗。有研究表明，在北方，增加粮储建筑的外围护结构的保温性能，是经济有效的节能措施，可以降低建筑总体能耗的25%左右。

2.1 选用新型的外墙材料

北方寒冷地区，粮储建筑外墙常年采用的粘土砖，虽然技术成熟、便与生产、价格也低廉；但是，其传热系数大，耗热量占到整体能耗的50%左右，长远看并不经济。选用新型保温性能好的外墙材料可以很好地解决这个问题。

北方寒冷地区电厂发电产生的矿渣废料，可以用来生产保温性能好的空心砌块，用此砌筑的建筑物外墙，传热系数相比普通粘土砖要小很多。例如，200 mm厚的该种墙体热阻达到0.96 m2·K/W，比370 mm厚的普通粘土砖墙保温性能提升了1倍；而从经济方面比较，要达到设计要求的传热系数所需墙体材料，投资比普通粘土砖节省了1/4，同时工效提高了1/3。若受条件限制只能选用类似烧结砖时，可采用多空烧结砖。例如：36孔普通烧结砖，其传热系数0.58 W/(m2·K)，240 mm厚此种外墙热阻达到0.41 m2·K/W，相比普通烧结砖保温性能提升了35%，具备良好的节能效果。

2.2 外围护结构采用保温节能构造

北方地区粮储建筑外围护结构除了可以采用节能墙体材料以外，在构造方面还可以采用节能保温措施。

(1)保温砂浆

保温砂浆是由具备保温能力的轻质材料，例如聚苯胶粉颗粒、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等和水泥砂浆混合搅拌而成。保温砂浆施工简单，可以作为附加保温层涂抹在围护结构内表面。例如采用240 mm厚普通烧结砖墙体，仅仅在内表面分层涂抹35 mm厚膨胀珍珠岩制成的保温砂浆，经测试其保温性能比同厚度普通砂浆提升了25%。

甚至山东省日照市墙体材料研究所生产的节能保温砂浆，仅在内表面涂抹时，采用30 mm厚的时候，可使240 mm厚墙体保温性能达到此种墙体370 mm厚时的保温性能。

(2)贴板块式保温材料

常见保温材料(例如聚苯板、岩棉保温板)都具有密度小的特点，传热系数也非常小。这就可以采用薄抹灰系统，用钢丝网或者专用锚固件把一定厚度的聚苯板固定在基层上，外部再涂刷室外专用薄涂料饰面。

(3)夹心墙体构造

夹心墙体构造分为两部分，一部分是承重的结构墙体，另一部分是保护保温材料的保护墙，二者之间有60～120 mm厚的空间，用来填充轻质保温材料，例如挤塑聚苯板、膨胀珍珠岩、矿渣等等。还可以经计算达到设计要求时，采用中空构造，不再另行填充保温材料。这种保温墙体虽然对施工有一定的要求，但是其保温性能非常好，在北方粮储建筑中可以大力推广。

2.3 采用保温屋面

目前，北方还有大量老式粮储建筑采用传统的屋面做法，没有保温层或者保温内层的保温性能达不到要求，致使其能耗居高不下，仅仅屋面的能耗损失就占整个建筑能耗的15%以上。改善北方粮储建筑的屋面保温性能势在必行。

(1)屋面保温

采用保温性能好的轻质保温材料作为保温层。例如，传热系数小、密度小的憎水膨胀珍珠岩，他的传热系数分别比传统的炉渣和草泥低76%和96%，大大改善了屋面的整体保温性能；在相同厚度下，热阻也提高了4.2倍和11倍。再例如，可以把保温性能好的1∶10水泥珍珠岩板直接铺设在屋面上；甚至可将珍珠岩装入塑料袋中，摆放在屋面架空层上，等等。这些做法都可以有效提高屋面的保温性能，降低能耗。

(2)坡屋面保温

在北方粮储建筑中常见坡顶建筑，在构造上可以加入保温材料，改善坡顶的保温性能。例如：常用的砂浆卧瓦建筑构造，可以在防水层下面设置一定厚度的挤塑聚苯板；同时在坡顶下部设置吊顶，吊顶内松铺保温材料，如膨胀珍珠岩、锯末等。

2.4 节能门窗

北方粮储建筑，传统的普通外门、外窗保温性能差。其热量损失能占到整个建筑能耗的1/3。门窗的保温性能主要在缝隙封堵和材料的选择上，可从玻璃、窗框、缝隙处理三个方面来解决保温问题。

(1)双层窗的设置

相对于传统的普通窗，双层窗施工简单，保温性能适中，是一种行之有效的措施。墙体中安装两层门窗，做好密封处理，可以很好地隔绝缝隙带来的热量损耗；同时由于双层窗自然形成的空腔，使得整个外窗的保温性能提升。尤其在老粮库改造时可以采用。

(2)中空玻璃窗或者一玻一膜

对于新建粮储建筑，可以采用中空玻璃窗。在外侧玻璃选用上，可以选用镀膜钢化玻璃，减少热辐射。中空的真空层厚度以9～12 mm为宜，其保温性能明显优于双层窗。对于老旧粮储建筑的改造还可以采用一玻一膜的构造，在已有外窗内侧单独设置一层透光率80%左右的塑料薄膜，薄膜和窗户之间空腔控制在15 mm以上，成为密闭空腔，这样处理后整个窗户的热阻可提高60%。

(3)外门的保温措施

传统粮储建筑，热量通过外门的散失也很严重，并且容易被忽视。可采用夹板门并作保温处理，例如在夹板门两个门板之间的缝隙中填充轻质保温材料，常用的有40 mm厚的矿棉或珍珠岩，同时在门框四周设置防寒密封条。

(4)设置厚织物门窗帘

厚织物门窗帘在北方粮储建筑中是传统的降低热量损失的方法。对于尺寸较大的门窗，在内侧设置厚织物门窗帘，具有显著的降低热量散失作用，还有设置保温木挡板的做法也值得推广。

2.5 地面保温

北方传统粮储建筑地面保温往往被忽视。而通过地面散失的热量很大，甚至占整个建筑能耗的6%左右。加强地面保温，常用做法是在地面设置保温层。选用保温性能好的材料作为地面构造层。例如在外墙内侧1 m范围内铺设挤塑聚苯板，再在内侧整个地面下铺设200 mm厚的炉渣，可以有效降低热量损失。同时在素土夯实层上设置20 mm厚的沥青砂浆或者一层塑料薄膜，可以有效提高地面蓄热性能。

3 展望

通过对北方粮储建筑中可以采用的新技术、新材料的运用，以及各个外围护结构的保温处理，可以显著降低能耗，改善粮食储存环境，为早日实现“碳达峰、碳中和”的目标进行了有益的探索。