南方地區平房倉雙層通風屋頂設計分析

摘 要：糧食儲備是保障國家糧食安全的重要物質基礎，而糧食的安全儲存在南方地區高溫、高濕氣候條件下面臨著嚴峻的挑戰。南方地區普遍使用平房倉存儲糧食，由于平房倉的屋頂面積較大，能夠接收較多的太陽輻射，因此平房倉內的溫度較高，從而對糧食的安全儲存構成了威脅。為了減少太陽輻射通過屋頂傳遞到平房倉內的熱量，雙層通風屋頂技術被提出，雙層通風屋頂平房倉被廣泛應用。以南方地區的鹽城市大豐倉為例，詳細探討平房倉中雙層通風屋頂的設計特點及影響其通風隔熱性能的參數，展示該設計如何適應高溫氣候，為糧食提供安全的儲存條件。

關鍵詞：雙層通風屋頂；平房倉；南方地區；通風隔熱性能

我國作為全球最大的糧食生產和消費國之一，糧食安全對全球糧食供應具有重要影響[1]。在夏季，高溫易導致糧食品質在儲存過程中下降[2]。平房倉是我國儲存糧食的主要倉型，占據全國約80％的糧倉[3]。然而，平房倉的屋頂面積較大，接收較多太陽輻射，導致平房倉內的溫度過高。文獻指出，平房倉內約80％的熱量來源于倉頂的太陽輻射傳熱。太陽輻射通過屋頂傳遞到平房倉內的熱量導致平房倉內溫度過高，對糧食的安全儲存構成了挑戰[4]。為了應對這一挑戰，研究人員提出雙層通風屋頂技術。雙層通風屋頂通過利用空氣層的隔熱效應，降低屋頂傳遞到平房倉內的熱量，從而降低平房倉內的溫度。例如：劉大龍等人通過對比多種屋頂形式，最終認為雙層通風屋頂的內壁面溫度和室內氣溫都最低[5]；錢永剛等人的研究表明，雙層通風屋頂能夠通過抵御室外綜合溫度對倉頂內面的影響，降低主動式設備制冷負荷，為提高平房倉的屋頂隔熱性能提供了有力支持[6]。

雙層通風屋頂技術因其在高溫環境中的隔熱優勢，近年來在南方地區的平房倉中得到了迅速發展與應用。例如：王海濤等人指出，在長沙地區的低溫糧倉中應用雙層通風屋頂技術，能夠有效降低糧倉的能耗[7]；董良堅等人認為，在我國南方地區使用雙層屋頂間的自然通風，能有效解決糧食平房倉屋頂的“悶頂”問題[8]。“悶頂”是指在高溫的氣候條件下，屋頂積聚的熱量不能有效散發，導致倉內溫度升高，不利于糧食的長期安全儲存。通過引入雙層通風技術，可以促進屋頂間的空氣流通，有效降低倉內溫度，為糧食提供一個穩定和安全的儲存環境。本文以鹽城市大豐倉為例，詳細探討雙層通風屋頂平房倉的設計特點及影響其通風隔熱性能的參數設計。

一、大豐倉地理位置及氣候特點

大豐倉位于江蘇省鹽城市大豐區，周圍道路規劃清晰，東面緊鄰經七路，南界與緯三路相接，北臨緯二路，西側靠近中心路，整體場地布局呈規整的矩形。該地區位于江蘇省東部的沿海區域，氣候方面，鹽城市處在北亞熱帶向暖溫帶氣候的過渡地帶，其各季節氣候特征明顯。春季通常氣溫較低，溫度回升較慢；夏季常見偏南風，天氣炎熱；秋季氣溫逐漸下降，但仍然保持在比春季溫度高的水平；冬季則以偏北風和寒冷天氣為主。此外，該地區年降水量較多，非常適合小麥、水稻等多種農作物的種植。

二、大豐倉雙層通風屋頂設計特點

（一）雙層通風屋頂結構設計

大豐倉的雙層通風屋頂是一種利于室內空氣流通的通風結構，旨在通過獨特的構造實現通風和降溫的效果。這一結構由三個元素組成：上層屋頂、下層屋頂，以及位于這兩層屋頂之間的通風空腔（圖1）。首先，大豐倉的上層屋頂由小青瓦、防水卷材、厚木板構成，上層屋頂材料的設計不僅使用了利于通風的瓦屋面，還考慮了防水設計。其次，下層屋面板由反射性材質鋁箔、聚氨酯保溫板以及鋼筋混凝土板組成，這樣的材料組合既可以反射上層屋面傳遞過來的熱量，還能夠保證屋頂的堅固性。最后，在這兩層屋面之間，形成了一個通風空腔，這個空腔是雙層通風屋頂系統的核心部分，起到了通風降溫的關鍵作用。

為了讓通風空腔中的自然風能夠在不同風向下均有效運作，大豐倉的雙層通風屋頂合理設計了通風口的位置和大小，即在上下各設置了兩個通風開口。這樣的設計能夠保證在任何風向條件下都能夠實現有效的空氣流通，達到優化通風效果的目的，從而帶走通風空腔中的熱量，防止屋頂熱量積累，保障儲糧安全。同時，為了防止雨水進入通風空腔，設計師在這些開口處還安裝了可開啟的百葉窗。這些百葉窗能夠在下雨時關閉，防止雨水進入通風空腔。此外，在雙層通風屋頂的通風口處還安裝了遮陽板。這些遮陽板的主要功能是阻擋太陽直射，避免太陽光直接照射通風空腔，從而提升整個屋頂的隔熱性能。

（二）雙層通風屋頂通風隔熱設計

大豐倉的雙層通風屋頂設計巧妙地應用了建筑熱工學的基本原理，如導熱、對流和輻射，以優化其通風隔熱性能。通過熱壓和風壓效應的結合，該系統能夠有效地促進空氣流通，同時減少熱量通過屋頂進入倉內，達到降低倉內溫度、保障糧食安全儲存的目的。

在日間，雙層通風屋頂上屋面板接收到太陽輻射時，產生的熱量一部分直接以輻射和對流的方式散發到外界，另一部分則被上層屋頂吸收，并主要通過輻射傳遞至下層屋頂。此時，位于兩層屋頂之間的空氣層受到上屋頂傳遞來的熱量，與外界空氣產生溫差，從而形成自然對流。這種由溫差引起的空氣流動，能夠有效地通過對流換熱機制，將熱量從上層屋面板轉移至空腔空氣中，再由空氣帶到室外，降低傳遞到下層屋面板上的熱量，進而減少從屋頂傳遞到室內的熱量。

除了利用熱壓引起的自然通風機制外，大豐倉屋頂的設計還巧妙地利用了風壓效應。具體來說，平房倉的風向側和背風側之間形成的壓力差推動空氣從高壓區向低壓區流動，通過屋面間的空氣層進行熱交換。這種由風壓引起的通風過程，在日間和夜間都能有效進行，尤其是在夜間或太陽輻射較弱時，風壓效應仍能顯著地促進冷空氣進入雙層通風空腔，促進下層屋面板的降溫，從而進一步降低從屋頂到室內的熱量傳遞。通過結合熱壓和風壓的作用，大豐倉的雙層通風屋頂系統形成了一種高效的通風機制。在白天，系統利用太陽輻射產生的熱壓效應生成的自然對流，降低上屋面向下屋面的熱量傳遞；而到了夜間，系統依靠風壓維持通風，帶走通風空腔中白天積累的熱量。大豐倉雙層通風屋頂的設計在夏季有效地減少了從屋頂傳遞到倉內的熱量，從而改善了倉內溫度，為糧食提供了安全的儲存環境。

（三）雙層通風屋頂氣密性能設計

氣密性在平房倉中扮演著重要的角色，因為它直接關系到糧倉能否有效執行熏蒸或氣調措施，以延緩糧食陳化，確保儲糧的安全。有一些常見的平房倉設計中遇到的氣密性挑戰，如折線型或拱板型屋架。這些屋頂在設計與施工中往往包括多個預制或現場施工的部件，這些部件在連接時形成的接縫是潛在漏氣點。同時，不同材料間的熱脹冷縮及隨著時間的推移都可能導致接縫松動，從而增加漏氣的風險，影響糧倉的氣密性。

大豐倉的屋頂設計中采用現澆混凝土結構作為底層屋面，與傳統的預制構件相比，現澆混凝土的優勢在于能形成無縫的整體結構，有效避免了因構件接縫而引發的漏氣問題。這種方法不僅極大地提升了大豐倉的氣密性，而且通過實現梁上翻轉，優化了倉內的空間布局，使得空間更加寬敞。因此，這種方法在提升結構性能的同時，也意味著倉內的可用空間得到了擴大，為糧食存儲提供了更多的靈活性。

三、影響大豐倉雙層通風屋頂隔熱性能的參數

大豐倉在南方地區通過其雙層通風屋頂的成功應用，不僅提升了平房倉的氣候適應性設計，還為糧食的安全儲存問題提供了有效的解決方案。了解影響其隔熱性能的各項參數，對于未來在相似氣候條件下設計雙層通風屋頂平房倉具有重要的指導意義。因此，本文將探討影響雙層通風屋頂隔熱性能的兩個主要方面：屋頂構造的設計細節和屋頂材料的選擇。通過對這些關鍵參數的分析，我們能夠了解雙層通風屋頂如何適應南方地區的高溫氣候。

（一）屋頂構造設計

屋頂構造設計直接影響著雙層通風屋頂的隔熱性能，其關鍵構造設計參數包括屋頂的坡度、空腔間距、通風開口的尺寸以及屋頂朝向，這些參數共同作用，決定了雙層通風屋頂如何有效地減少太陽輻射和促進通風空腔中自然通風的效率。首先，屋頂坡度的調整對控制太陽輻射的吸收起到了關鍵作用。通過增加屋頂坡度，可以減少在夏季時高角度太陽直射的接觸面積，從而有效減少熱量的吸收。同時，較大的屋頂坡度可以增強空氣流動的動力，使得屋頂和倉庫內部形成更有效的空氣對流循環，有助于排放屋頂吸收的熱量。其次，通過利用自然對流原理，適宜的空腔間距可以加強通風空腔內外的熱量交換。過大的空腔間距可能導致空氣流動減慢，而過小的間距可能阻礙空氣流動。再次，通風開口的設計是雙層通風屋頂系統中的關鍵參數，需要確保充足的自然通風能力，以促進熱量有效排出。具體而言，通風口的位置、大小及方向的合理配置對于提升屋頂的隔熱性能至關重要。合理的通風開口設計可以有效利用當地的自然風向，提高通風效率，從而實現更優的隔熱效果。最后，調整屋頂朝向以適應當地的環境條件，可以顯著減少屋頂接收到的直接太陽輻射，從而降低熱負荷。同時，屋頂朝向決定了通風口方向，可以更好地利用自然通風進一步減輕熱負荷，以優化整體的隔熱效果。

（二）屋頂材料選擇

在提升雙層通風屋頂隔熱性能方面，材料的選擇至關重要。具體來說，雙層通風屋頂的隔熱效果受多種因素的影響，包括上屋面板的材料、保溫板的厚度、反射材料等。例如：選擇具有高反射率的頂層材料可以有效反射太陽光，減少熱量吸收，從而提升屋頂的隔熱效果；增厚保溫層能夠提高熱阻，進一步增強隔熱性能；在通風空腔中合理應用鋁箔等反射材料，能夠進一步減少熱量的傳遞，從而提高屋頂整體的隔熱性能。同時，在關鍵位置安裝遮陽板，如通風口處，可以大幅減少夏季時段直射陽光對通風空腔內部的影響。這些措施共同作用，能夠優化雙層通風屋頂的整體隔熱表現。

四、結語

大豐倉采用的雙層通風屋頂設計有效應對了南方地區高溫高濕的氣候條件，通過雙層結構和自然通風原理減輕太陽輻射帶來的影響，降低屋頂向倉內的熱量傳遞，確保了糧食儲存的環境穩定性和安全性。該設計不僅顯示了針對特定氣候條件的適應性，而且通過優化通風和隔熱性能，提供了一種有效的糧食儲存問題解決方案。分析指出，大豐倉的屋頂設計考慮了坡度、空腔間距、通風口尺寸與位置及朝向等要素，與上屋面板的反射率、保溫板厚度等材料選擇緊密相關，共同提升了隔熱性能。此外，采用現澆混凝土技術增強氣密性，進一步保障了糧食儲存安全。大豐倉的案例展示了雙層通風屋頂在高溫氣候下的適應性及其對糧食安全儲存的重要貢獻，為未來在類似氣候條件下的建筑提供了寶貴的設計參考。

參考文獻：

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[8]董良堅，韓衛華.裝配整體式改進型雙T板雙層自然通風屋蓋在糧食平房倉設計中的應用[J].福建建筑，2023（6）：19-23.

作者簡介：

丁春江，河南工業大學土木建筑學院碩士研究生。研究方向：建筑技術科學。

李恩，河南工業大學土木建筑學院副教授。研究方向：建筑節能設計與被動式建筑研究。