屋面钢结构架空隔热技术的应用

GXF360 2017-06-17

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屋面钢结构架空隔热技术的应用

庄波
（厦门市海沧粮食购销有限公司，福建厦门361026）

［摘　要］储粮在度夏过程中，仓温和粮温随粮堆“冷芯”作用的减弱，屋面和墙体在太阳直射作用下，受阳面吸热经辐射传递至仓内导致仓内温度蹿升，严重影响了储粮度夏安全，因此，仓房的隔热控温工作显得尤为重要。结合厦门地区气候特点和隔热控温办法的实践应用，屋面钢结构架空隔热方式是实现仓房隔热控温目的最为直接有效的办法。

［关键词］钢架结构；架空；屋面隔热；技术应用

厦门属亚热带海洋性季风气候，历史最高气温39.2℃，全年平均气温21.2℃，每年4月起到11月大气温度均高于23℃，丰富的日照让夏季和秋季日均最高气温均高于30℃，全年高温高湿天气多、低温低湿天气少，给厦门地区储粮度夏工作带来了难度。储粮度夏工作的重要环节和核心工作是控温，合理的控温能延缓储粮品质劣变速度、抑制虫害滋生、降低储粮水分散失、减少粮食发热霉变等现象的发生。传统控温方法是利用粮仓内温度与大气温度形成的压力差，开启门窗借助风力自然对流取得湿热交换，从而达到降低仓内温度的办法。现代控温技术是在允许的大气条件下实施机械通风降低仓内温度，或采用制冷设备在密闭的仓房内释冷以达到强制降温目的的办法。这3种控温技术的应用都属于仓温升高后所实施的被动降温措施，属于事中或事后控制环节。厦门市海沧粮食购销有限公司尝试在仓房屋面实施架空隔热改造，最大限度减少屋面太阳直射面积，尽可能降低屋面热辐射作用对粮温的影响，有效延缓储粮度夏温度上升的速率，降低储粮度夏温度的峰值，实现事前隔热控温的目的，确保储粮度夏安全。

1　架空隔热概念

隔热是指在热量传递过程中，热量从温度较高空间向温度较低空间传递时由于传导介质的变化导致单位空间温度变小从而阻滞热传导的物理过程，通常是利用隔热材料来实现；隔热层是指应用隔热材料或制品阻止热量传入，在被隔热体与热源之间形成热短路或降低热辐射强度而达到隔热效果的物理隔热体；架空隔热层是指抬升隔热层与被隔热体之间的高度或距离，提高隔热空间热气流和外部气流热交换效率，从而获得更好的隔热效果。

2　屋面架空隔热方案的设计

2.1　仓房基本情况

粮库仓型为楼房仓和平房仓，原屋面覆盖的隔热材料为挤塑聚苯乙烯保温隔热板，无架空无反光层；改造仓房为南北坐向楼房仓2层仓屋面，长35.7 m，宽31.6 m，女儿墙高0.9 m。夏季阳光作用时间长，太阳直射仓房屋面的温度可达55℃，由钢筋砼板面热传递至仓内，致使仓内上层空间严重积热时近40℃，上层粮温达34℃，严重影响储粮品质和储存安全。

2.2　隔热方案的选择

参照厦门地区行业内屋面隔热改造案例，综合比较分析见表1。通过表1比较分析，充分考虑海沧地理位置、气候条件及仓房实际条件，选择隔热面广、通风散热效果好、整体拉结抗风系数高、自重轻的彩钢板面钢结构架空隔热设计作为隔热方案。

2.3　改造方案基本情况

隔热层剖面图见图1。工程为门式刚架轻型房屋钢结构，跨度8.5 m，柱距6 m；安全等级为二级，基础安全等级为丙级；主体设计使用年限50年；抗震设防类别丙类，抗震烈度7.5度；柱基与钢筋砼屋面采用Φ20碳钢化学锚栓植入固定，用C25包裹柱脚防渗防漏气；彩钢板屋面檩条及墙梁支撑为镀锌冷弯薄壁型钢；屋面为0.6 mm厚曲型彩钢板，彩板搭接宽度大于10 cm，且彩板无绝缘覆盖；梁与柱均采用焊接H型钢，材质为Q235B，漆膜总厚度不小于150μm；利用钢结构屋面焊接接闪器，屋面沿四周镀锌扁钢50 mm×5 mm应和原有仓库屋面避雷网相焊；屋面四周留检查通道。

表1　隔热方案对比分析

方案水泥预制板架空隔热不足自重较大，导致屋面承载负荷大；整体拉接力小，抗风系数低。特点建造成本160元/m2，施工工艺要求低，属阻隔性隔热。菱镁板架空隔热自重轻，抗风系数低；架空高度不足，不利夹层热空气散发。曲型彩钢板面钢架架空隔热基本结构隔热层为100 cm×100 cm×5 cm厚水泥预制板铺设，24 cm×24 cm实心砖砌体为柱基，架空80 cm隔热。隔热层为120 cm×240 cm菱镁板铺设，用轻钢龙骨架为基，架空26 cm隔热，面层采用反光涂层。曲型彩钢板为隔热层，以钢结构为主体，架空1.2 m，四周通透，屋脊设气楼。建造成本200元/m2，施工工艺要求较高，自重轻；配合911反光涂层应用，集反射和阻隔隔热的优点。建造成本270元/m2，施工工艺要求较高，自重较轻；整体拉接力强，抗风系数高；架空高，在气楼烟囱效应作用下排热效果好，属阻隔性隔热。需要在屋面植筋，后期要做漆面维护。

图1　隔热层剖面

3　工程完工后数据采集与对比

3.1　实验仓和对照仓的确定

改造后的仓房设定为实验仓，选择同仓型、同进仓年度、同品种未实施隔热改造的仓房作为对照仓。储粮基本情况见表2。

表2　储粮基本情况

仓名实验仓对照仓品种晚籼稻晚籼稻数量/t 2456 2664生产年度2012 2012进仓时间2013.03 2013.01储存方式麻袋包装堆高4.5m麻袋包装堆高4.5m

3.2　测温点的设置、数据采集与统计分析

3.2.1　采集点的设置及编号

在实验仓外避阳通风处设置气温采集点、隔热层板面温度采集点、隔热层下钢筋砼屋面温度采集点和仓内上层空间温度采集点，4个部位用水银温度计（-10～110℃）测量读数，配合应用粮情测控系统采集粮堆上层及平均粮温；对照仓测温点的设置因钢筋砼屋面为直接受阳面，因此未设置隔热层采集点，其他采集点设置、编号与实验仓一致。

3.2.2　测温数据采集月份及时段的设置

于2014年和2015年的7-9月盛夏期间，每周2次于晴天午后2：00采集各监测点数据并翔实记录。9、10月的厦门仍处于晴热高温天气，气温虽逐渐降低，但因热递延作用的影响，仓内粮食温度存在上升延迟现象；为尽可能让粮温接近峰值，将对照仓原计划应于8月中下旬开始实施的储粮排积热通风工作推迟到9月中旬开始，仓内温度数据相应地采集到9月上旬。

3.2.3　数据对比分析

整理2014年及2015年7月1日至9月上旬采集的温度数据，以旬为对比周期，每月选择3 d晴热天气的温度数据建立对比表，见表3。钢架隔热层改造后，钢筋砼屋面温度可降低18.4℃，仓温可降低3.6℃，上层粮温可降低2.7℃，平均粮温可降低2.0℃。

3.3　脂肪酸值监测

3.3.1　实验样品的采集与存放

实验仓隔热层改造完成后，2014年1月在粮堆上层综合取样33 kg作为脂肪酸值比对样品，经充分混合后取1 kg送检取得脂肪酸比对初值，其余按标准分样法分成8份，分别编号为1号～8号，采用自制麻袋包装存放；将实验仓和对照仓各自分为4个区间，将1号～4号样品分别存放于各区间中部粮面以下第2层存放；5号～8号样品存放于对照仓，存放方式与1号～4号样品一致。

3.3.2　样品送检

从2014年1月起，每3个月把存放于实验仓的1号～4号样品分别取出250 g，经混合后编成A号样品送检；对照仓取样方式同实验仓，编号为B号样品送检。

表3　2014、2015年度温度对比

日期月·日7·01 7·10 7·22 7·30 8·08 8·12 8·20 8·28 9·09仓别实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓隔热层下钢筋砼屋面温度/无隔热层的钢筋砼屋面温度/℃30 43 30 44 30 50 30 49 33 55 32 53 32 51 33 53 32 47气温/℃（最高环境温度）32 32 34 34 36 35 33 33 32仓温/℃28.3 30.0 28.4 30.5 28.6 31.4 28.8 32.8 29.5 33.1 29.9 34.1 29.8 34.6 30.0 35.0 31.0 35.4平均粮温/℃21.6 22.7 22.3 23.5 23.3 24.8 24.0 25.7 25.0 26.9 26.8 29.4 27.0 29.5 27.2 29.5 27.3 30.2平均上层粮温/℃23.0 24.0 23.3 24.4 25.0 26.9 25.3 28.9 25.6 30.2 27.0 31.3 28.4 31.6 29.6 32.3 30.6 33.2隔热层板面温度/℃41 -42 -55 -54 -59 -47 -53 -54 -41 -2014年实验仓、对照仓各项温度平均值及温差上层粮温/℃26.4 29.2平均粮温/℃24.9 26.9气温/℃33.4隔热板面温度/℃49.6 -钢筋砼屋面温度/℃31.3 49.4仓温/℃29.4 33.0气温/℃33.7隔热板面温度/℃48.1 -上层粮温/℃28.6 31.2平均粮温/℃25.8 27.8钢筋砼屋面温度/℃30.3 49.0仓温/℃29.4 33.0仓别实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓实验仓对照仓气温/℃（最高环境温度）32 35 35 35 33 34 33 34 33仓温/℃27.3 29.3 28.8 32.3 30.2 32.4 29.7 32.9 29.9 32.7 29.9 33.5 29.2 34.4 29.6 35.2 30.1 34.6平均粮温/℃22.5 23.8 23.8 25.4 25.1 26.8 25.7 27.6 26.4 28.2 26.6 28.8 26.9 29.5 27.4 29.9 27.8 29.9平均上层粮温/℃25.9 27.1 27.5 29.0 28.7 30.8 28.9 32.4 28.8 31.5 28.9 31.6 28.9 31.6 29.7 33.6 30.1 33.0隔热层板面温度/℃43 -50 -52 -48 -46 -48 -48 -51 -47 -隔热层下钢筋砼屋面温度/无隔热层的钢筋砼屋面温度/℃29 44 31 49 31 52 30 50 29 48 30 49 30 47 32 54 31 48 2014年度温度对比2015年度温度对比日期月·日7·01 7·10 7·21 8·01 8·10 8·15 8·22 9·01 9·10 2015年实验仓、对照仓各项温度平均值及温差仓别实验仓对照仓仓别实验仓对照仓

3.3.3　脂肪酸值变化情况

脂肪酸值变化情况对比分析见表4。

表4　脂肪酸值变化情况对比分析mgKOH/100g

仓别实验仓对照仓样品编号A B 1月21.1 21.1 7月22.7 23.3 10月23.5 24.4 1月23.8 24.8 4月24.1 25.2 7月25.0 26.3 10月出库前25.8 27.5 4月21.9 22.0 2014年2015年

4　统计结果

度夏钢筋砼屋面最高温度实验仓33.0℃比对照仓55.0℃降低了22.0℃。度夏钢筋砼屋面平均温度实验仓30.8℃比对照仓49.2℃降低了18.4℃。度夏最高仓温实验仓31.0℃比对照仓35.4℃降低了4.4℃。度夏平均仓温实验仓29.4℃比对照仓33.0℃降低了3.6℃。度夏上层最高平均粮温实验仓30.6℃比对照仓33.6℃降低了3.0℃。度夏上层平均粮温实验仓27.5℃比对照仓30.2℃降低了2.7℃。度夏平均粮温实验仓25.4℃比对照仓27.4℃降低了2.0℃。出库前脂肪酸值实验仓25.8 mgKOH/100g比对照仓27.5 mgKOH/100g降低了1.7 mgKOH/100g。