探讨粮食平房仓建筑设计对低碳储粮技术的影响

2023-06-26张京津

现代食品 2023年6期

◎张京津

（郑州中粮科研设计院有限公司，河南郑州 450001）

人类活动使得全球气候变暖问题日益突出，加剧了人类与环境间的矛盾。近几年，我国的“碳达峰”以及“碳中和”目标受到人们的广泛关注。我国是勇于承担责任的大国，需要树立大国形象，积极承担自身职责，在全球气候治理进程中做出贡献，根据自身的发展状况以及特殊的国情制定相应的减排战略。国家主席习近平指出，我国将大力提升贡献力度，实施有效的战略，争取在2060年之前实现碳中和的目标。

国有粮食仓储企业具有自身的发展特性，与其他的企业在很多方面都不同，能源消耗也不是很多，除此之外，在短时间内并不会排放大量的碳，因此，所面临的碳减排任务也不是很重。但是，碳达峰以及碳中和是社会的整体目标，企业以及个人都需要以这个目标为己任，为目标的实现贡献力量，国有粮食仓储企业更要参与这个活动中，发挥效用。我国曾提出绿色储粮等理念，促进粮食仓储行业的低碳减排发展，实现碳中和目标是重中之重。

1 低碳储粮技术的定义以及国有粮食仓储企业低碳技术发展现状

目前，低碳储粮在我国还没有权威的定义，在2001年相关学者第1次提出低碳储粮的理念，要将可持续发展作为重要目标，在对粮食进行储藏的进程中需要尽可能减少化学药剂的使用，将储粮生态因子的调整作为重要的手段，进而达到环境保护的目标，提升粮食安全的程度，保障人们能够吃到安全放心的粮食。

在党的十八大召开之后，党中央对节粮工作的重视程度越来越高，将减少粮食损耗放在重要位置。中央一号文件在2021年指出，需要尽可能落实节约目标，促进粮食节约方案的实施与运行，优化粮食节约工作流程，提升安全教育水平。文件中提出，需要对储运环节进行管理与优化，尽可能减少这个环节的损失，大力发展低温储粮的技术，这样能够很好地防治害虫，也能够减少粮食损失。国家粮食局在2021年发布了《关于印发优质粮食工程“六大提升行动”方案的通知》，通知指出了粮食仓储的重要任务，提出需要建设达到标准的粮仓，对技术进行优化与升级，减少能源消耗，提升效率。纵观最近几年的发展状况，国有粮食仓储企业对这项工作的关注度很高，一直在努力完成这项工作，不仅将主要力量置于节能减排的宣传工作上，还借助各种有效手段提出降低能耗等指标，将节粮减排工作真正地落到实处[1]。

2 储粮过程中碳排放量的影响因素

粮食仓储在粮食流通过程中占据重要地位，是不可或缺的环节。从粮食的生产到加工以及粮食的销售，各个环节都需要储存粮食。在粮食出入库时，需要运用各种输送设备，其需要消耗较高的电量和能源。在粮食转入储藏后，需要用粮食熏蒸、控温储粮等手段，这些储粮手段也需要消耗一定的电能，继而产生一定量的二氧化碳，而这些就是粮食储存过程中的主要碳排放因素，除此之外，一些化学药剂的使用也可能会产生环境危害。因此，粮食仓储技术与节能减排的联系十分密切，不可将二者割裂，必须展开粮食仓储减排工作。

粮食进出仓过程中的粮食输送系统以及粮食储存过程中的环流熏蒸系统、通风系统、气调系统等都会消耗一定的电能，进而排放大量的二氧化碳气体，影响碳排放。

（1）平房仓进出仓工艺流程对碳排放的影响。平房仓进出仓工艺流程指粮食在皮带机、清理筛等设备作用下输送进平房仓之中的过程，这是粮食入仓的第1个环节。粮食进仓作业流程：汽车来粮→取样化验→汽车衡检斤→移动式接粮机→清理筛清理→移动式皮带机输送→平房仓内堆粮。在补仓过程中会用到移动式液压补仓机。

发放作业：平房仓散粮→移动式扒谷机（或挡粮板出粮口）→移动式散包两用皮带输送机→汽车散粮发放。

以上进出仓过程中的工艺设备是影响碳排放量的重要因素。

（2）通风系统对碳排放的影响。为了保障储粮安全、去除粮食陈味以及降低粮食温度，平房仓设有快速通风系统及缓速通风系统。快速通风系统指在平房仓地面或者墙面铺设地上通风管道，可以对粮堆进行竖向或者横向的通风。这2种通风系统具有很好的通风效果，没有较多的死角。如果仓内检测系统检测到粮堆温度过高时，可以将仓底的通风系统打开，降低粮食温度、祛除粮食的陈味。

缓速通风系统指在仓上部采用固定式的轴流风机，在粮情较为稳定时，可在室外温度较低的时候开启，使得粮堆上部的热空气与库外空气进行交换，以达到降低粮面温度、确保粮食储存安全的目的。

所以，在对粮食进行储存时，根据粮情在2种通风系统之间进行合理切换，正确规划机械通风的时间以及合理选择风机的类型。

（3）控温系统对碳排放的影响。平房仓的粮层借助移动式谷冷机达到降温的效果，粮面制冷会用专用降温空调，确保粮食能够安全地度过夏季。一些地区夏季温度较高，持续的时间也很长。只依靠普通的通风机不能够很好地达到储粮目标，还需要对冷源进行补充。借助谷物冷却机对过夏粮堆进行处理，将空气降温、调湿后，送入粮堆内通风降温，提升粮食储存的品质，提高粮食的安全性，在我国高温高湿地区，这也是一项重要的保粮手段。

另外，在粮堆温度达到储粮标准的情况下，运用粮库专用空调进行温度控制可以维持粮堆的温度，节约能耗，控温储粮。

这2项控温系统都是属于主动式的储粮手段，需要耗费大量的电力，是平房仓碳排放的主要因素。

（4）环流熏蒸系统及气调系统对碳排放的影响。粮库杀虫大部分是运用磷化氢熏蒸、充氮气调等手段。

环流熏蒸会用环流风机以及管道，使磷化氢气体在粮仓之中进行循环以及流动，进而达到消除害虫的目标，这个技术与储粮进程中的虫害管理联系密切，环流风机的使用也会对碳的排放量产生很大影响。

充氮气调技术的原理是运用制氮设备机组制造一定的氮气，调节氮气以及氧气之间的比例，在粮堆之中制造低氧环境，对粮食的呼吸作用进行抑制，进而达到消除害虫的目标，防止霉菌滋生而影响粮食的质量，这项工作与储粮品质关系十分密切，在对空气压缩机进行运用时会影响碳的排放数量[2]。

3 平房仓的建筑设计对低碳储粮技术的影响

在粮食进出库以及储存进程中，为了保障粮食的数量以及质量，会采用不同的储粮工艺设备，而这些设备运行过程中会消耗一定的能源，排出一定数量的碳，这也是储粮技术对碳排放数量产生影响的主要原因。为了确保粮食处在温度较低的状态之下，控温系统的碳排放量是最大的。

以上均采用主动式的储粮手段，而为了使仓房达到稳定状态，要依赖多种手段，单一的技术并不能够达到理想效果。在运用主动的机械通风以及控温系统的同时，还需要采用被动式的建筑设计手法，保证仓房气密性及保温隔热性能，才可以节约能源，维持仓内通过主动手段获得的温度，提升粮食的储存安全性以及经济性[3]。

3.1 气密性对低碳储粮技术的必要性

3.1.1 仓房气密性对粮温的影响

虽然气温对仓内温度所产生的影响与仓房的保温性能息息相关，但是，在实际储存粮食的过程中，仓库的保温性能与气密性联系非常紧密，无论是自然低温还是采用被动式机械手段冷却储粮，都需要提高仓房的气密性和保温性能，减少平房仓库内外的温度传导，将温度控制在较低的状态。

3.1.2 仓房气密性对粮食含水量的影响

粮食的含水量会受到多种因素的影响，通过对外因进行分析得知，大气湿度所发挥的影响是很大的，如果仓房的气密性得不到保证，仓内气体与仓外气体互相流通，那么大气之中的水汽就会进入粮堆中，进而对粮堆产生影响。尤其是在夏季，一些地区温度很高，湿度也很高，大气中的水汽分子受到压力差或者是风的作用，通过平房仓的孔隙渗透到仓内，使得粮堆表层出现结露情况，仓内局部的水分变多，安全储粮受到威胁，粮食安全性会受到一定的影响[4]。

3.1.3 仓房气密性对熏蒸效果的影响

在熏蒸时，如果仓房的气密性不是很好，那么熏蒸的气体并不能够达到规定的密闭时间，其会出现泄漏问题，这就引起害虫在毒气中的暴露时间不足，使杀虫效果不是很理想，而害虫还会产生一定的抗药性，很大程度上降低了安全储粮效果。

3.2 保温隔热性能对低碳储粮技术的必要性

粮食的安全储存会受到很多因素的影响，而储粮温度是影响最大的一个因素，如果粮仓保温效果并不是十分理想，在外界温度提高的情况下，粮仓之内的温度也会随之提升，这就使得害虫繁殖的速度变快。与此同时，温度的提升也使得粮食变质的速度变快，这也会对粮食的储存产生不利的影响。到目前为止，低温储粮具有很好的发展空间，而降低粮食温度的方法主要有以下2种：第1种是机械通风，这种方式会消耗一定的能量，提升碳排放；第2种是提升保温性能，这种方式提升了一次性投资的比例，但是能够满足可持续发展目标。所以，粮仓温度的保持格外重要。

4 提高平房仓气密性及保温隔热性能的措施

4.1 提高仓房气密性的措施

4.1.1 平房仓门窗气密性措施

对粮仓气密性进行检测可知，门窗是主要的漏气部分，需要对这部分进行特殊的处理，具体处理措施包含以下几种。

（1）在对仓房进行设计时，需要减少门窗，这不但能够节约成本，也能够提升粮仓的保温效果。

（2）平房仓的门窗都运用粮仓专用的保温密闭门窗。

（3）加强门窗与墙体间的气密性，保温密闭窗、轴流风机窗口内侧四周距窗边缘100 mm处；挡粮门与外门之间，距外门100 mm处的墙、顶、地的周围设置塑料密封槽，固定在墙身的底层抹灰面上,然后做面层粉刷。转角处的密封槽应弧形过渡，然后做面层粉刷。而门框以及窗框与墙面间的缝隙需要用到“d”型橡胶管做密封处理（图1）。

图1 门窗洞口处密封大样图

4.1.2 屋面的缝隙处理

国内的平方仓仓型包括以下几种：双T板屋盖平房仓、折线屋架仓、拱板仓以及自然通风屋面平房仓等。自然通风屋面室内的屋顶采用现浇技术，其他的仓型都是板梁结合的屋面结构。屋面缝隙包括屋面结构以及墙体之间的缝隙，还包括大型屋面板间的缝隙。

在做密封处理时，需要注意以下几种情况，要选择柔韧性比较好的材料，注意材料的黏结力和拉伸延展性，如果气候发生变化，柔性材料可以随屋面板的热胀冷缩进行变化；而脆性材料在反复的伸缩时会出现断裂。也可以结合使用这2种材料。例如，拱板仓中拱板之间的缝隙，下部可以采用可以变形的沥青麻丝材料，上部根据缝隙的大小用加胶水泥砂浆或膨胀细石混凝土将缝隙填实、封严，最上面再放置1层防水卷材，这样多种材料结合运用，更能有效预防后期拱板板缝间因错位而产生的漏气现象[5]。

4.1.3 墙体部位缝隙处理

当前，平房仓的墙体材料大部分都是砌体，为了对仓房气密性进行保障，需要重视砌体间砂浆的饱满程度。砌体灰砂浆需要饱满，防止通缝的出现，水平灰缝厚度在8~12 mm，竖缝饱满度需要到85%。在墙柱以及砌体交接等部分铺设400 mm宽、0.8 mm厚的孔钢丝网。

散装平房仓地面以及墙面之间的缝隙也是影响平房仓气密性的主要部位，此部分往往还是地面防潮层与墙体的交接部位，粮仓的地面受到大面积堆载的影响会出现沉降，如果处理不及时，还会对防潮层产生破坏，防潮效果不好，粮食安全得不到保障，也会出现漏气问题。所以，做好墙体与地面交接处的缝隙处理格外重要，主要的处理手法如图2所示。

图2 内墙脚与地面交接处大样图

4.1.4 工艺孔洞气密性处理

采用耐候气密胶、橡胶管、橡胶条等材料对各工艺孔洞进行密封处理，盖板与机械通风口之间的密封垫换为“d”橡胶管，所有的工艺洞口如环流孔、检测孔等都采用带翼环的穿墙套管，套管与墙体交接处的缝隙需要运用高压灌浆手段或者建筑密封材料进行密封处理。

在安装粮情检测线、照明电线、空调线管、取样管、监控线等时，应将位于穿墙管内的线、管等分开，且在这些线、管之间抹密封胶后伸入管内，再在穿墙线与穿墙管之间填充聚氨酯发泡材料，不留空隙，两侧管口处抹密封结构胶密封。

4.2 提高仓房保温隔热性能的措施

4.2.1 平房仓屋面保温隔热措施

粮仓之内的热量主要借助门窗以外墙、屋面等结构进行传导，屋面在热量传递之中占据70%~80%，所接受的辐射热量也比较大，属于保温的薄弱环节。仓顶主要的隔热手段包括以下几种。

（1）较为常用的手段是运用保温隔热材料对阳光进行遮挡，防止太阳辐射热对仓顶产生影响，要运用隔热性能比较好的材料，例如珍珠岩以及挤塑板等。

（2）采用通风架空屋顶，在屋面设置通风层，借助空气的对流，将太阳辐射带走，使得屋面向粮仓传递的热量变少；在迎向夏季主导风向面设置通风孔，提升风压，促使通风层风速得以提升；架空的垫块砌成长条状，尽可能降低阻力的影响；在屋面宽度比较大的情况下需要设置一定的通风屋脊，可提高架空层的通风效果。白天的隔热效果比较好，夜间散热速度很快，北方地区夜晚与白天的温度差很大，夜间的降温效果较为显著。

（3）自然通风屋面平房仓是最近几年兴起的新仓型，其屋面设置有空气流通层，运用“烟囱效应”对热空气进行排放，除此之外，还要在空气间层上表面设置隔热层，尽可能提升保温效果和隔热性能，空气间层内设置保温隔热层的保温隔热效果优于普通平房仓。与此同时，现浇的钢筋混凝土屋顶气密性比较好，这使得这种仓型的储粮安全性能得到很大程度的提升，环保优势更为突出，大大节约了后期的维护费用。

（4）在仓的屋面涂刷热反射涂料，减少热量的传导，也是近几年最常用的手段，因涂料的荷载较保温材料小很多，其对原结构所产生的影响很小。经过一系列实验表明，涂刷了热反射涂料的屋面，在室外温度较高的情况下，太阳的热辐射越强，热反射涂料的作用也越强。在温度较高的地区降温效果很理想，能够促进低温储粮目标的实现，提升储藏效果，提高储粮安全程度。

4.2.2 平房仓外墙保温隔热措施

除去仓顶之外，粮仓墙体也会对隔热效果产生极大影响。平房仓外墙体需要有一定的热阻性能，达到保温的效果，将室内的粮温波动降到最低。提升建筑外墙节能效果的手段包含建筑外墙自保温、建筑外墙外保温、建筑外墙内保温。

外墙自保温指外墙所选择的材料具有轻质特性，保温效果很好，能够达到一定的标准。但是，散装粮食平房仓外墙需要承受粮食侧压力，通常情况下，普通的轻质材料并不能够满足这种要求，如果只是增加维护结构来提升热阻会造成一定程度上的经济浪费，效果也不是很好，所以，需要运用相应的手段对墙体保温性能进行提升。如采用双层墙体，内墙采用混凝土墙，外墙采用轻质隔墙，中间设置一定厚度的空气间层，可以明显提升墙体的保温隔热性能。

外墙外保温是借助相应的措施把轻质的隔热材料固定于主体结构外侧，降低建筑自身受外界环境温度变化的影响，使得库内温度处于相对稳定的范围。且外保温系统还能防止夏季库外温度过高而引起的平房仓内部的热桥现象，不仅如此，外墙保温系统具有不会减少平房仓内部的面积等诸多优势，使得越来越多的新建的平房仓采用该做法。

相较于外保温，外墙内保温也有明显的优势，其施工比较方便，安全程度更高，对其进行维护并不需要过多成本，装修较为便捷，室内温度也能够在较短的时间内发生变化。但是，其也存在一定的不足之处，外墙热桥容易造成墙体内部冷凝结露，会一定程度上占用室内的面积，对室内装修产生影响。而且，平房仓的内侧粮食压力比较大，保温面可能会出现开裂问题，内保温对于保温材料的防火性能也有较高的要求。内保温材料燃烧性能等级宜为A级，不应低于B1级，并应符合《建筑设计防火规范》（GB 50016—2018）和《建筑内部装修设计防火规范》（GB 50222—2017）的有关规定。