糧倉建筑圍護結構隔熱保溫設計的適應性研究

摘 要：糧倉建筑圍護結構的隔熱保溫性能直接影響糧食儲存質量與安全，是保障儲糧穩定性與降低能源消耗的關鍵。基于糧倉圍護結構隔熱保溫的主要影響因素，深入探討墻體和屋頂的保溫隔熱設計及新型材料的應用。通過結合我國儲糧生態區的劃分，詳細分析各生態區內隔熱保溫設計的適應性，旨在為提升儲糧品質、保障糧食安全以及實現節能高效的儲糧管理提供堅實的科學依據與實踐指導。

關鍵詞：糧倉；圍護結構；隔熱保溫設計；儲糧生態區

糧食安全關乎國計民生。糧倉是儲存糧食的主要設施，其建筑性能，特別是圍護結構的隔熱保溫性能，對于確保糧食的長期、安全儲存至關重要。科學的隔熱保溫設計可有效降低外界環境對倉內溫濕度的影響，降低霉變和蟲害風險，同時減少能源消耗，提高儲糧經濟性。鑒于各區域氣候條件和儲糧需求的差異，開展儲糧建筑圍護結構的適應性研究具有重要意義。

一、糧倉建筑圍護結構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構隔熱保溫需求的關鍵因素之一。不同地區的氣候條件差異顯著，不同的氣候條件對建筑圍護結構熱工性能有不同的要求。如：寒冷地區冬季漫長且嚴寒，需要圍護結構具備出色的保溫性能，以防止熱量散失；炎熱地區夏季高溫且日照強烈，則要求圍護結構具有良好的隔熱性能，以減少太陽輻射對糧倉內部溫度的影響。

（二）建筑朝向和布局

建筑的朝向和布局對圍護結構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構的負面影響，提高建筑的保溫隔熱性能。例如：在炎熱地區，應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，則可以適當利用南向陽光，提高建筑的保溫效果。此外，建筑的布局也需考慮通風和遮陽的需求，以進一步優化圍護結構的隔熱保溫性能。

（三）構造方式和材料

圍護結構的構造方式和材料選擇對其熱工性能具有決定性影響。合理的構造方式能夠減少熱橋和熱漏現象，提高圍護結構的整體保溫隔熱效果。例如，墻體、屋頂和門窗的構造設計應充分考慮材料的導熱系數和蓄熱系數，選擇具有優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，以確保圍護結構的長期穩定性和耐久性[1-2]。

二、糧倉建筑圍護結構隔熱保溫設計策略

（一）倉墻隔熱保溫

在太陽輻射作用下，糧倉常出現“熱皮冷芯”現象，倉墻隔熱性能直接影響靠墻區域糧溫穩定。傳統保溫材料難以滿足低溫儲糧需求，往往依賴高能耗設備。為實現更高效、更可持續的隔熱保溫，研發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出顯著潛力，為糧倉建筑提供了新的技術路徑。

1.構造設計

增加墻體厚度是傳統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，墻體中設置空氣層，通過空氣的低導熱性實現隔熱，如雙層墻結構，內外墻間的空氣層可緩沖熱量傳遞。內墻采用聚氨酯鋁板等復合材料進行隔熱氣密處理，是目前效果最優的倉墻隔熱方案，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用

新型保溫隔熱材料在提升糧倉隔熱性能方面表現出顯著優勢。SiO2氣凝膠因其納米多孔結構，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，實現高效控溫。然而，氣凝膠的推廣仍需在成本降低和工藝優化方面取得突破。

相變材料作為建筑節能領域的創新技術，通過溫度變化實現潛熱存儲和釋放[4]。相變過程中，材料吸收熱量融化以實現儲能，在需要時凝固釋放熱量，維持等溫或近似等溫狀態。將相變材料應用于建筑圍護結構，可有效削弱外界溫度波動的影響，從而顯著提高節能效果。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定性方面仍需優化。

（二）倉頂保溫隔熱

1.構造設計

架空式通風屋頂通過在屋頂上方設置一定高度的架空層，增加通風空間，以通風道為通路將熱空氣排出，減少熱量在屋頂的積聚。通風口的大小、間距和朝向需結合當地氣候條件設計。倉內菱鎂保溫板吊頂具有美觀和減少氣調熏蒸用藥量的優點，但在負壓或正壓通風時可能導致吊頂損壞，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，是一種應用廣泛的倉頂隔熱方法。

2.新型保溫隔熱技術

輻射制冷技術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]。這一技術常見的應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或季節（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，在長期潮濕環境中，輻射制冷技術的降溫效果也不夠理想，需通過技術改進增強其適用性和穩定性。

三、基于不同儲糧生態區的適應性研究

（一）第一儲糧生態區

第一儲糧生態區又稱高寒干燥儲糧區，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，低溫環境可能導致墻體溫差效應和熱損失，因此需在設計中重點解決這些問題。

墻體設計應采用氣凝膠材料與通風雙層墻體的復合結構。氣凝膠憑借其極低的導熱性，可有效阻止外界低溫滲透，而雙層通風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晝夜溫差對倉內環境的影響。

屋頂設計建議采用架空通風結構，通過自然通風減少熱量積聚，同時結合輻射制冷涂料增強散熱性能。此外，嵌入相變材料的設計，可利用其儲熱與釋放功能調節熱量波動，維持倉內溫度穩定，從而優化儲糧環境并確保糧食質量。

（二）第二儲糧生態區

第二儲糧生態區又稱低溫干燥儲糧區，位于新疆、內蒙古、寧夏和甘肅等地區。該區域氣候寒冷干燥，自然條件較為理想，但季節性氣溫波動和晝夜溫差可能影響倉內環境的穩定性，因此圍護結構設計需重點考慮溫度調節與隔熱保溫需求。

墻體設計建議采用復合保溫結構，并合理布置相變材料，以實現動態溫度調節。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環境的影響。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，減輕外界氣候對倉內溫度的沖擊。

屋頂設計可采用多層復合結構，結合氣凝膠保溫板和輻射制冷涂料。氣凝膠阻隔熱量傳導，輻射制冷涂料通過高輻射特性降低屋頂溫度。自然通風層的設計進一步加速熱量排散，優化倉內溫濕度控制，確保糧倉在極端氣候條件下維持穩定的儲糧環境。

（三）第三儲糧生態區

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

墻體設計應重點應用相變材料，其熱調節功能在應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，確保倉內溫度穩定。此外，墻體應采用低導熱材料，以增強隔熱性能并減緩熱量傳入。

屋頂設計可結合架空通風結構和輻射制冷涂料，夏季通過通風排散熱量，冬季關閉通風口利用保溫材料維持溫度穩定。屋頂表面建議采用高反射率材料與輻射制冷涂料的復合涂層，既減少外部熱量傳入，又通過熱輻射散發多余熱量，從而保障倉內環境的長期穩定。

（四）第四儲糧生態區

第四儲糧生態區，又稱中溫干燥儲糧區，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，季節性氣候變化對糧倉環境的穩定性提出了較高要求。墻體設計需在防潮與隔熱性能之間進行平衡。

建議采用復合保溫墻體結構，內部嵌入相變材料，通過其潛熱效應調節溫度波動。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環境的影響。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。

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

（五）第五儲糧生態區

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

墻體設計可采用輕質高效的復合隔熱材料，如氣凝膠與聚苯乙烯結合，提供優異的隔熱效果并減輕建筑荷載。此外，墻體外層需設防潮層，并涂覆抗菌涂料，以有效防止濕氣滲透和霉菌生長。內外層的氣密性設計至關重要，可有效隔絕外界濕氣，保持倉內的干燥穩定。

屋頂設計應結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，耐腐蝕涂料則延緩材料的老化。屋頂通風系統的設計也應得到重視，通過加速濕氣和熱氣的排放，優化糧倉內部空氣流通，保持濕度穩定。

（六）第六儲糧生態區

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

墻體設計推薦使用氣凝膠材料與相變材料的復合結構，不僅可以提高隔熱性能，還能通過相變材料的熱調節功能緩解晝夜溫差波動對倉內環境的影響。相變材料在白天吸熱，夜間釋放熱量，優化溫度變化，從而為儲糧環境提供更高的穩定性。

屋頂設計方面，采用高效隔熱保溫材料與輻射制冷涂料的復合結構，以減少屋頂熱量積聚。同時，考慮到高原地區的強風和氣候變化，屋頂設計還應進行加固，以提高抗風能力，確保建筑在極端氣候條件下的穩定性。

（七）第七儲糧生態區

第七儲糧生態區又稱高溫高濕儲糧區，包括廣東、廣西、海南、福建及云南南部，是我國最濕熱的區域，儲糧難度極大。高溫高濕環境容易引發建筑材料潮濕和腐蝕，威脅糧倉儲存質量與糧食安全。因此，糧倉設計需重點解決防潮、防腐及熱濕調節問題。

墻體宜采用防腐處理的氣凝膠材料，其優異的隔熱與防潮性能可有效阻隔濕氣和熱量侵入，并通過設置內部防潮層提高結構耐久性。

屋頂設計應采用架空通風結構，以加強通風散熱，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。完善的排水系統可快速排除積水，延長建筑使用壽命。

四、結語

糧倉建筑圍護結構的隔熱保溫設計對保障糧食儲存安全、提升儲存質量及降低成本具有重要意義。針對不同儲糧生態區的特點，可因地制宜地制定隔熱保溫設計策略，將傳統保溫方法與新型隔熱材料和技術相結合，以適應多樣化的氣候條件，確保各生態區糧倉的儲存效率與穩定性。未來研究應進一步優化設計方案，著力提升設計的效率、環保性和經濟性，為糧倉隔熱保溫技術的可持續發展提供科學支持。

參考文獻：

[1]劉加平，謝靜超.廣義建筑圍護結構熱工設計原理與方法[J].建筑科學，2022（8）：1-8.

[2]袁育芬，張學飛，申好五，等.不同儲糧區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.