方志杰 范承平 段家俊 鄒亞年 朱 潤 丁鵬輝 曾 誠 葉 放 陳松立

(1 埃美圣龍(寧波)機(jī)械有限公司315104)(2 湖州市儲備糧管理有限公司 313000)(3 寧波科信華正工程咨詢股份有限公司 315103)(4 寧波市建筑設(shè)計(jì)研究院 315012)

現(xiàn)有平房倉在夏秋兩季，因外部高氣溫以及陽光輻射,熱量通過倉房圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入上層空間，使上層糧面空間溫度升高從而影響糧溫。

按《糧油儲藏技術(shù)規(guī)范》(GB/T 29890-2013)要求，低溫儲藏要求糧堆平均溫度常年保持15℃以下，局部最高溫度不高于20℃。通過糧溫控制可有效預(yù)防和減弱“熱皮”現(xiàn)象，提高糧食儲藏穩(wěn)定性，降低糧食呼吸作用，延緩糧食品質(zhì)劣變。并且低溫環(huán)境，抑制了蟲害的發(fā)生和蔓延，降低微生物繁殖感染的可能性，減少了化學(xué)藥劑的使用，符合綠色、科學(xué)儲糧的新理念。

地處浙北的湖州市位于長江中下游，屬亞熱帶季風(fēng)氣候帶，四季分明，年平均溫度15.9℃。夏季受副熱帶高壓區(qū)的影響，較為炎熱，極端最高溫度達(dá)到41℃，1月最冷，極端最低溫度達(dá)-5℃，作為浙江省乃至全國的試點(diǎn)，為提升湖州市今后的“優(yōu)糧優(yōu)儲”服務(wù)環(huán)節(jié)，積極建設(shè)“低溫糧庫”，實(shí)現(xiàn)低溫綠色儲糧目標(biāo)，溫控項(xiàng)目將重點(diǎn)圍繞“綠色節(jié)能”理念設(shè)計(jì)。

1 設(shè)備與方法

1.1 水冷糧倉空調(diào)特點(diǎn)

水冷糧倉空調(diào)屬水環(huán)熱泵機(jī)組的一款機(jī)型，而水環(huán)熱泵產(chǎn)品穩(wěn)定、技術(shù)成熟，應(yīng)用范圍廣，具有低噪、節(jié)能、環(huán)保、遠(yuǎn)程的特點(diǎn)。

水冷糧倉空調(diào)是集壓縮、水冷、高效冷凝、蒸發(fā)制冷、送風(fēng)、過濾、控制等功能于一體。通過風(fēng)管對倉內(nèi)糧堆上方空間送風(fēng)冷、進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，以保證儲糧所需溫度，確保糧食高品質(zhì)儲存的特種水環(huán)熱泵機(jī)組。其特性滿足了糧食儲藏環(huán)節(jié)的抗失水、抗粉塵、抗腐蝕、抗堵塞。

1.2 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)由糧面空調(diào)機(jī)、冷卻塔、冷卻泵三部分組成。夏季通過冷卻塔做為冷凝器(取代風(fēng)冷的氟路冷凝器)，冷凝器以水為介質(zhì)通過冷卻進(jìn)行散熱，由于采用冷卻水冷卻，機(jī)組具有冷凝溫度低、能效高的優(yōu)點(diǎn)。相比風(fēng)冷空調(diào)具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢，運(yùn)行噪音低，符合綠色儲糧的發(fā)展趨勢。

1.3 技術(shù)應(yīng)用方法

本次研究2個(gè)試驗(yàn)倉，糧庫長28.4 m，寬17.2 m，糧堆高4.3 m，糧面高度2 m。分別安裝水冷空調(diào)(IP12號倉)及風(fēng)冷空調(diào)(IP18號倉)在夏季進(jìn)行溫度、能耗、工藝及效果的運(yùn)行對比分析，得出不同控溫技術(shù)組合及運(yùn)行工藝參數(shù)。糧面控溫目標(biāo)15℃～18℃。

結(jié)合水冷各種源測系統(tǒng)的比較，選擇如下：

(1)不推薦地埋管系統(tǒng)：由于糧庫只需要制冷，存在先天的土壤冷熱不平衡，會造成土壤溫度升高，地埋管出水溫度升高，能耗升高，嚴(yán)重時(shí)造成空調(diào)系統(tǒng)失效，無法正常運(yùn)行。

(2)不推薦地下水系統(tǒng)：從政策、環(huán)保角度考慮。

(3)不推薦開式地表水系統(tǒng)：考慮水質(zhì)因素、維護(hù)方便性及二次換熱增加能耗等。

(4)不建議閉式地表水系統(tǒng)：即河道拋管，需考慮最低枯水期、河道通航、清淤等。

(5)最終擇優(yōu)選擇冷卻塔方式的水冷糧面空調(diào)：可以隨時(shí)開啟、關(guān)閉，不同倉設(shè)置不同溫度，靈活、節(jié)能。

IP12號倉水冷空調(diào)布置如下：西側(cè)靠近外墻邊，安裝糧面空調(diào)機(jī)、冷卻塔、冷卻泵，送風(fēng)管、回風(fēng)管采用20 mm的單面彩鋼復(fù)合風(fēng)管，用風(fēng)管直接接入?yún)愰g糧面上，再利用墻周內(nèi)環(huán)流機(jī)控制熱皮溫度。于2020年4月底完成安裝及調(diào)試。

2 結(jié)果及分析

2.1 運(yùn)行數(shù)據(jù)反饋及優(yōu)化對策

運(yùn)行一個(gè)月，5月最高氣溫32℃，最高溫度平均27℃。經(jīng)過糧面控溫與四周環(huán)流風(fēng)機(jī)結(jié)合，平均倉溫維持在15℃～17℃。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，當(dāng)倉內(nèi)熱負(fù)荷過大(主要為倉頂熱量)，溫度波動使設(shè)備頻繁啟停、水塔進(jìn)水溫度高等幾個(gè)因素疊加，使運(yùn)行能耗增加，最高可達(dá)11 kW·h，電流20 A～22 A。后期進(jìn)行了優(yōu)化改正，如表1。

由表1可知：①改造后電流16 A～19 A，改造前電流為20 A～22 A，平均耗能降15.7%～25%。②改造后停機(jī)時(shí)間比改造前延長2倍以上。③改造后出風(fēng)溫度可達(dá)到7℃～8℃，糧面空間溫度可達(dá)到14℃。14℃時(shí)機(jī)組各參數(shù)滿足設(shè)計(jì)初衷(表2數(shù)據(jù)取自6月12日當(dāng)?shù)貧庀?，最高外?2℃)。④通過內(nèi)環(huán)流機(jī)對墻體1 m內(nèi)的熱皮進(jìn)行控溫循環(huán)時(shí)，當(dāng)外溫較高或倉溫設(shè)定過低時(shí)，基本不停機(jī)。從開、停機(jī)的時(shí)間表明倉內(nèi)積熱及圍護(hù)結(jié)構(gòu)對糧溫上升影響較明顯，需通過連續(xù)制冷有效抑制熱皮層糧溫的過快上升。

表1 運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題及解決對策

表2 6月12日水冷空調(diào)運(yùn)行參數(shù)

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)對糧溫影響的實(shí)測

6月12日高溫天采集溫度數(shù)據(jù)如表3，倉溫在17℃～19℃。

IP12號倉倉頂無保溫、無礱糠壓蓋等措施。由表3數(shù)據(jù)對比分析表明，倉內(nèi)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)存在著較明顯的熱傳遞和熱輻射。其中倉頂比糧面高5℃～6℃，倉頂比墻邊高5℃，是主要熱輻射源。這與理論上糧倉內(nèi)的熱源70%來源于倉頂結(jié)論相符。故做好倉頂?shù)谋丶巴L(fēng)，能有效對糧倉內(nèi)進(jìn)行保冷。比如倉頂增加保溫層，增加機(jī)械排風(fēng)，在新建糧庫采用“自呼吸屋頂”、增加墻面噴淋等措施。

表3 6月12日IP12倉各溫度點(diǎn)溫度變化情況 (單位:℃)

2.3 風(fēng)冷系統(tǒng)對照倉制冷方式及倉庫情況

IP 18號倉糧面用2臺3 P空調(diào)，糧堆用5 P風(fēng)冷機(jī)對倉內(nèi)進(jìn)行降溫，控溫目標(biāo)18℃～20℃。倉頂架空層有礱糠壓蓋，平時(shí)倉內(nèi)溫度比IP 12號倉低2℃～3℃。6月12日，實(shí)測糧面2 m處溫度23℃。

2.4 水冷與風(fēng)冷能耗初步測算比較

2.4.1 6月16日，利用IP12號倉的外風(fēng)管，將同冷量的30 kW的風(fēng)冷空調(diào)接入，測試相同條件下的能耗，進(jìn)行對比。

2.4.2 風(fēng)冷機(jī)進(jìn)、出風(fēng)口用保溫風(fēng)管分別對應(yīng)接入至送風(fēng)、回風(fēng)管，通過金屬板將回風(fēng)口隔離，使風(fēng)冷的送、回風(fēng)不短路。

2.4.3 開機(jī)50 min，在數(shù)據(jù)采集過程時(shí)，因風(fēng)冷正壓過大?；仫L(fēng)不暢，設(shè)備出風(fēng)風(fēng)速很小，運(yùn)行期間出現(xiàn)停機(jī)3次重啟，出風(fēng)溫度未達(dá)到15℃以下。數(shù)據(jù)整理如表4。

表4 風(fēng)冷系統(tǒng)與水冷空調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

由表4可知：

①相同運(yùn)行條件下：壓縮機(jī)大小一致，初步測算，水冷糧倉空調(diào)相對風(fēng)冷機(jī)組單位小時(shí)節(jié)能27.4%。(外溫30℃測得，此時(shí)水溫29℃。若外溫>35℃時(shí)，或倉溫要求19℃以下，即采用低溫儲藏技術(shù)時(shí)，節(jié)能效果會更明顯)。

②水冷空調(diào)糧倉的風(fēng)量為6000 m3/h；風(fēng)冷機(jī)的循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)量3000 m3/h，小風(fēng)量使廒間送風(fēng)溫度低，溫差大，減濕嚴(yán)重，易造成糧食失水過多。

③大功率風(fēng)冷機(jī)能耗大，運(yùn)行噪音大。使用水冷糧倉空調(diào)，有效降低整個(gè)庫區(qū)的用電負(fù)荷及降低庫區(qū)整體運(yùn)行噪音。

2.5 控溫期間整倉糧溫變化

圖2為5月～7月IP 12號倉糧控溫期間，30 kW 水冷空調(diào)糧倉+3 kW環(huán)流機(jī)的控溫曲線。可以看出，在夏季高溫季節(jié)，使用糧面溫控技術(shù)以及內(nèi)環(huán)流技術(shù)，上層、中層、下層周均糧溫都低于20℃。在老倉庫倉頂圍護(hù)結(jié)構(gòu)不理想的情況下，很好地抑制了糧溫，達(dá)到低溫儲糧的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 IP 12號倉5月～7月控溫曲線

2.6 倉溫超20℃點(diǎn)比較

如圖3 IP 18號風(fēng)冷空調(diào)倉及IP 12號水冷空調(diào)倉的平均倉溫(指糧面溫度)都在20℃以下，其中IP 12號倉16.0℃～18.5℃之間，IP 18號倉17.7℃～18.8℃之間。而IP 12號倉結(jié)合使用四周內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)，超20℃呈緩步下降階段，控制在15個(gè)點(diǎn)之內(nèi)。而IP 18倉超20℃呈緩步上升階段，在30個(gè)點(diǎn)以上。此數(shù)據(jù)，對后期推廣低溫儲糧，采用水冷糧倉空調(diào)控溫結(jié)合周際內(nèi)環(huán)流控制技術(shù)具有很好的示范、推廣意義。

圖3 兩倉倉溫超過20℃的點(diǎn)位

2.7 糧食的失水率情況分析

水冷空調(diào)采用大風(fēng)量小焓差送風(fēng)，提高蒸發(fā)溫度的設(shè)計(jì)。本次稻谷入庫前糧倉濕度60%～70%，使用水冷空調(diào)后糧倉濕度55%～65%

2.8 噸糧耗電率分析

本次IP 12號水冷糧倉空調(diào)倉安裝30 kW冷量的主機(jī)一臺，包括輔材及安裝63000元，按年運(yùn)行5個(gè)月計(jì)算，高溫期間噸糧成本39.38元，平均每天耗電187 kW·h(不含環(huán)流機(jī))，噸糧運(yùn)行費(fèi)用16.83元。

3 結(jié)語

水冷空調(diào)在目前儲糧體系中應(yīng)用不多，但其高效、節(jié)能、環(huán)保的控溫方式，及運(yùn)行的低噪音，相比風(fēng)冷空調(diào)具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢，適用于糧倉控溫，且符合綠色儲糧的發(fā)展趨勢，具有很好的可復(fù)制、可推廣的意義。

經(jīng)過本次試驗(yàn)示范及后期優(yōu)化提高，水冷空調(diào)更容易達(dá)到低溫儲糧的標(biāo)準(zhǔn)，而低溫儲糧也是目前全世界公認(rèn)的最為安全、可靠、合理和符合綠色儲糧發(fā)展方向的儲糧技術(shù)，是確保糧食安全儲藏和品質(zhì)保鮮的最重要方式，也是最有發(fā)展前途的綠色生態(tài)低溫儲糧技術(shù)。