老旧粮仓高强度抗压聚氨酯内隔热改造及储粮实践

曾宪余，荣华生，石振海

(1.广西壮族自治区桂林粮食储备库有限公司,广西 桂林 541199； 2.广西粮堡科技有限公司,广西 南宁 530022)

我公司仓房建于20世纪70、80年代，共有仓容10万t，主要是20世纪70年代建设的苏式仓和80年代建设的折板仓。苏式仓装粮高度3.5 m，每个厫间仓容1 500 t，适合小品种粮储存；由于是砖柱墙，结构老化，隔热气密性能差，吨粮受热面积最大。折板仓装粮高度4.3 m，每个厫间仓容2 000 t，粮食轮换方便，砖混结构，隔热气密性能比苏式仓略好。从2 000年起，对其中3.5万t仓容的仓房改造为拱板仓，装粮高度4.5 m，每个厫间仓容(2 000～3 000)t；双层拱板结构的隔热性和气密性均高于苏式仓和折板仓，由于没有对仓房进行热工专业计算设计，同样达不到控温储粮要求。我公司处于第七生态高湿高温储粮区，每年的高温时间长达半年以上，35℃以上有3个月，仓温高达40℃，个别仓甚至达到45℃以上，严重影响到粮食品质和储粮安全。其后在仓房上采取了仓顶喷淋、搭盖黑色塑料遮阳网、搭建彩钢板遮阳棚、在西侧墙面种植扁藤植物等多种方法进行隔热，虽然取得了一定的效果，但在夏季仓内温度仍然达到31～33℃，距离我们的控温储粮要求还有很大的差距。因此，寻找高效的保温材料和技术对老旧粮仓进行改造是亟待解决的问题。

1 仓房隔热技术分析

根据热量传递的3种方式，对常用粮仓的隔热技术进行分析，详见表1。

由于苏式仓和折板仓增设吊顶，结构与拱板粮仓基本一样，都是双层结构房顶，顶部有隔热空间层，通过热辐射传递进入仓内的热量并不多。如果粮仓内传入的热量很少，可以不考虑热对流的影响。所以现在只要把减少热传导的隔热层工作做好，就可以达到投资省、隔热效果好的目的。

表1 热传递方式及隔热技术分析

减少热传导的方法是降低传热系数，目前主要有内隔热和外隔热2种方式[1]。经考察后发现，仓房外隔热的保护砂浆面层容易脱落，造成隔热保温材料吸水而失效，也会因阳光照射老化使隔热保温性能下降，机械设备作业时碰撞外隔热保温层而损坏，都会影响到仓房的隔热保温层的效果。采取内隔热，仓房墙体和吊顶的内隔热层形成一个五面整体，基本没有“热桥”[2]，保温效果极大提高[3]。但由于粮堆对隔热保温层有侧压力，必须保证墙体内隔热保温层的强度，否则将使内隔热保温材料破坏失效，由于存在技术风险，设计院和施工单位使用较少。

2 粮食低温仓隔热标准与新材料的应用

依据《粮油储藏技术规范》GB/T 29890—2013中的相关要求，第七区用于低温储粮的粮仓，墙体的传热系数为(0.46～0.52)W/m2·K；屋顶的传热系数为不大于0.35 W/m2·K。根据《粮油储藏 平房仓隔热技术规范》GB/T 26879—2011，隔热材料要求导热系数一般小于0.23 W/m2·K,密度一般小于5 00 kg/m3，采用聚氨酯发泡材料隔热时，要求聚氨酯导热系数≤0.04 W/m2·K，闭孔率≥95%，因此采用聚氨酯隔热是符合粮仓使用要求的。

散装粮仓，粮食对墙壁内侧产生较大的压力，与装粮高度正相关，常用的聚氨酯隔热泡沫材料耐压很低，应用在粮仓内墙会受压损坏而失效[4]。根据《建筑设计防火规范》GB 50016—2018的规定，采用金属面板做保护层的聚氨酯夹芯板已不允许使用，聚氨酯表面应设不燃防火砂浆保护层，应用于吊顶板或下弦板内侧，常规砂浆保护层存在脱落的风险而失去保护功能。

我们根据粮仓隔热需要对高强度抗压聚氨酯进行了多年研究，通过调整聚氨酯的配方和结构组合，适当添加辅料和加强喷涂压力，增大聚氨酯的抗压、抗拉、抗剪强度，提高聚氨酯的力学强度，克服了粮堆侧压力造成保温材料失效的风险，防火性能达到B1级，并研制出高粘接强度的砂浆保护材料。内隔热保温聚氨酯隔热性能稳定，同时具有防老化、防潮、气密、防结露和无热桥的优点。

3 高强度抗压聚氨酯在粮仓的热工计算

现根据苏式仓的结构，仓顶面由：防水卷材+20 mm厚水泥砂浆+50 mm厚钢筋混凝土+1 000 mm高吊顶隔热空间(带排风)+聚氨酯保温层+20 mm厚石灰水泥砂浆组合而成，计算数据见表2。

表2 仓顶聚氨酯隔热层厚度计算表

查《粮油储藏技术规范》，桂林属于中国储粮生态区划图中的第七区，K≤0.35 W/(m2·K)。即仓顶传热系数K=1/Ro=0.35 W/(m2·K)。

仓顶热阻Ro=Ri+∑R+Re=

2.857(m2·K/W)[7]，

(1)

式中，Ri=1/αnei；αnei为围护结构内表面换热系数，取αnei=8.7 W/(m2·K)；Re=1/αwai；αwai为围护结构外表面换热系数，取αwai=23.0 W/(m2·K)。

由公式(1)可计算得出：仓屋顶需要设置56 mm厚的聚氨酯，同时考虑到隔热修正系数和投入成本问题，在吊顶内侧采用(56～70)mm。同样计算原理，在墙体内侧高强度抗压聚氨酯隔热层为(30～40)mm，为加强西面墙隔热性能，厚度增加为(40～50)mm，仓内隔墙为(15～20)mm；在门窗内侧为(50～70)mm，在通风口及其它孔洞也用50 mm聚氨酯处理。

4 喷涂聚氨酯设计与施工要求

由于仓房隔热保温效果的提高，在夏、冬季仓内外温差大，对于隔热层构造层次设计上，高温侧隔气层的蒸汽渗透阻要大，低温侧则要小，使从压力大的一侧渗透到隔热保温层中的水蒸汽，能从另一侧扩散出去，形成难进易出的局面，延长隔热层使用寿命，同时要考虑保护层整体的蒸汽渗透阻，防止脱落[8]。

在施工中，首先选择具有高强度抗压聚氨酯施工经验的施工单位，其次是要求提供对粮仓隔热难点、节点的施工处理方案，再次是操作工应具有相应聚氨酯喷涂设备的培训合格证书。

5 粮仓改造后的储粮效果

我公司2018年开始，对6万t仓容的仓内侧喷涂高强度抗压聚氨酯，经过近2年粮食储藏，在夏季，仓内空间温度控制在28℃以内，结合仓房智能化改造，与仓内空调相结合，将仓内控温在25℃以下，基本达到了控温仓储的要求。同时仓房气密性大幅度提高，改造前气密性从(-300～-150)Pa半衰期平均为26 s，改造后，气密性从(-300 ～-150)Pa半衰期平均为418 s，仓房隔热、防潮、防水、气密性都大幅度提高。

经实践，粮食年平均损耗率比改造前下降0.4%，全年轮储3.5万t玉米，减少粮食损耗成本约30万元。

因此，仓内侧高强度抗压聚氨酯改造后，不仅储粮安全，提高了储粮品质，同时降低了储藏过程损耗。

6 高强度抗压聚氨酯在粮仓中的应用前景和完善措施

由于《粮油储藏技术规范》对隔热的要求不够具体，仅仅规定了围护结构传热系数这个指标，传热系数只是描述围护结构传热能力的一个性能参数，是在稳定传热条件下建筑围护结构的评价指标。根据《广西壮族自治区居住建筑节能设计标准》DBJ 45/029—2016，桂林属于夏热冬冷地区，根据《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134—2010明确规定了围护结构各部分的传热系数和热惰性指标，这样粮仓围护结构热工性能更全面。根据相关参数，就可以计算出粮仓经济合理的隔热材料厚度，可以在今后工作中完善。

总之，随着社会进步和科学发展，人民生活水平的提高，对粮食品质要求越来越高，使用了多年的储粮化学药品磷化铝即将被限用，低温绿色储粮是今后储粮发展的方向，做好隔热保温是低温绿色储粮的重点和难点。我们现在采取仓房内墙喷聚氨酯泡沫隔热控温工程为低温储粮打下坚实基础，该技术与仓房内空调、谷冷设备相结合实现控温储粮，通过不断改进，逐渐实现低温绿色储粮。