輻射制冷材料平房倉(cāng)控溫試驗(yàn)研究*

黃志軍 金建德 徐紹禹 劉林生 陳 汐 王會(huì)杰 魏永威 朱鎦琪 高藝書 林 濤 易知通 許偉平 袁 丹

(1 浙江省儲(chǔ)備糧管理有限公司 310006) (2 浙江省糧食局直屬糧油儲(chǔ)備庫(kù) 311112) (3 寧波瑞凌新能源科技有限公司 315500)

平房倉(cāng)70%左右熱量是經(jīng)由倉(cāng)頂傳導(dǎo)進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)，進(jìn)而引起倉(cāng)溫和表層糧溫的升高[1～3]。如何減少平房倉(cāng)倉(cāng)頂傳熱，是實(shí)現(xiàn)平房倉(cāng)節(jié)能控溫儲(chǔ)糧的關(guān)鍵[4,5]。輻射制冷材料具有高太陽(yáng)光反射比的特點(diǎn)，同時(shí)依靠特定波段(8 μm～13 μm)的高紅外線發(fā)射率，將熱量散發(fā)至外太空，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)降溫，整個(gè)過(guò)程中不額外消耗能量[6～8]。為探索輻射制冷技術(shù)在平房倉(cāng)上的控溫效果，我公司在直屬庫(kù)平房倉(cāng)開展控溫儲(chǔ)糧試驗(yàn)研究。

浙江省糧食局直屬糧油儲(chǔ)備庫(kù)地處第五儲(chǔ)糧生態(tài)區(qū)，儲(chǔ)糧倉(cāng)房主要為拱板平房倉(cāng)。高溫季節(jié)，倉(cāng)外氣溫高、太陽(yáng)輻照強(qiáng)，大量熱量通過(guò)倉(cāng)頂傳導(dǎo)進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)，引起倉(cāng)溫和表層糧溫的快速上升，(準(zhǔn))低溫儲(chǔ)糧期間，專用溫控設(shè)備控溫作業(yè)時(shí)長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)。為實(shí)現(xiàn)平房倉(cāng)(準(zhǔn))低溫儲(chǔ)糧控溫儲(chǔ)糧期間的節(jié)能降耗，試驗(yàn)通過(guò)在倉(cāng)頂鋪設(shè)輻射制冷卷材，倉(cāng)房檐墻金屬門窗上粘貼反射型輻射制冷膜，探究輻射制冷材料的實(shí)倉(cāng)控溫效果。

1 試驗(yàn)材料

1.1 試驗(yàn)倉(cāng)房和儲(chǔ)糧

直屬庫(kù)P25、P26號(hào)倉(cāng)倉(cāng)房建筑及維護(hù)結(jié)構(gòu)一致、且倉(cāng)房位置接近、原始糧溫基本相同。選取P26號(hào)倉(cāng)為試驗(yàn)倉(cāng)、P25號(hào)倉(cāng)為對(duì)照倉(cāng)。P25、P26號(hào)倉(cāng)倉(cāng)房和儲(chǔ)糧基本情況詳見表1。

表1 試驗(yàn)倉(cāng)房及儲(chǔ)糧基本情況

1.2 輻射制冷材料

試驗(yàn)用輻射制冷卷材、反射型輻射制冷薄膜均為寧波生產(chǎn)，具體指標(biāo)見表2和表3。

表2 輻射制冷卷材產(chǎn)品基本指標(biāo)

表3 反射型輻射制冷膜產(chǎn)品基本指標(biāo)

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

1.3.1 控溫系統(tǒng) P26號(hào)倉(cāng)安裝CZKI7.5型糧倉(cāng)專用溫控機(jī)4臺(tái)，功率3.1 kW、制冷量7500 W、COP=2.42；P25號(hào)倉(cāng)安裝KFI-72GW/DY型溫控機(jī)4臺(tái)，功率2.42 kW、制冷量7200 W、COP=3.1。

1.3.2 測(cè)溫系統(tǒng) 多參數(shù)糧情測(cè)控系統(tǒng)、ZW720型遠(yuǎn)程溫度自記儀(數(shù)據(jù)采集周期3 min/次，精度±0.3℃(-40℃～90℃)。

1.3.3 溫控機(jī)能耗測(cè)試系統(tǒng) 單相導(dǎo)軌2 P智能電表(帶RS485通訊)，電力數(shù)據(jù)采集周期1 h/次，精度1級(jí)(誤差在±1%以內(nèi))。

2 試驗(yàn)方法

2.1 輻射制冷材料施工情況

在P26號(hào)倉(cāng)倉(cāng)頂鋪設(shè)輻射制冷卷材，在倉(cāng)房檐墻金屬門窗上粘貼反射型輻射制冷膜，施工過(guò)程主要包含基層清理、鋪設(shè)材料、封邊處理3個(gè)步驟。

2.1.1 基層清理 基層清理是指使用水洗、沖刷等手段，去除原有防水材料表面的灰塵、臟污等附著物，保證其表面整潔，以滿足施工要求。

2.1.2 鋪設(shè)材料 基層清理完成后即可開始鋪設(shè)輻射制冷材料，因P26號(hào)倉(cāng)外頂為平面小波峰重復(fù)結(jié)構(gòu)，輻射制冷卷材鋪設(shè)采用平面整幅鋪設(shè)、波峰卷材搭接的方法。

2.1.3 封邊處理 輻射制冷卷材鋪設(shè)完成后，即可揭掉其外表面藍(lán)色的保護(hù)膜。卷材邊緣使用覆鋁膜丁基膠帶進(jìn)行封邊處理，反射型輻射制冷膜使用結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行封邊處理。

2.2 測(cè)溫點(diǎn)布置情況

溫度檢測(cè)設(shè)備按LS/T 1809-2017《糧油儲(chǔ)藏糧情測(cè)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》布點(diǎn)，上下、四周傳感器距離糧面、倉(cāng)壁、倉(cāng)底各0.3 m，東西向布置12排，南北向布置5排，分四層布置，糧堆內(nèi)共計(jì)布設(shè)傳感器240個(gè)；同時(shí)，為精準(zhǔn)反映應(yīng)用輻射制冷材料的實(shí)際效果，在倉(cāng)外頂、內(nèi)頂、架空層內(nèi)、倉(cāng)內(nèi)和糧堆內(nèi)(局部點(diǎn))新增了溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，見圖1和2。

圖1 測(cè)點(diǎn)布置側(cè)視圖(南北方向)

圖2 測(cè)點(diǎn)布置側(cè)視圖(東西方向)

2.3 施工后測(cè)試情況分析

P26號(hào)倉(cāng)于2020年7月30日完成輻射制冷材料施工。施工后連續(xù)采集102 d(7月31日～11月10日)的溫度數(shù)據(jù)，并與P25號(hào)倉(cāng)進(jìn)行對(duì)比分析研究。溫度檢測(cè)過(guò)程分為4個(gè)階段，見表4。

表4 施工后分階段測(cè)試情況

3 結(jié)果與分析

3.1 外頂溫度對(duì)比

整個(gè)試驗(yàn)期間(7月31日～11月10日)，氣溫最高達(dá)40.8℃，試驗(yàn)倉(cāng)外頂溫度最高達(dá)40.2℃，對(duì)照倉(cāng)外頂溫度最高達(dá)65.7℃。兩倉(cāng)外頂溫差主要受外界環(huán)境溫度影響，8月2日兩倉(cāng)外頂溫差最高可達(dá)27.1℃(39.4℃/65.3℃)。

由圖3可知，8月14日～8月15日持續(xù)高溫期間，外界最高氣溫為40.9℃，試驗(yàn)倉(cāng)外頂溫度最高為39.4℃，且始終低于氣溫，而對(duì)照倉(cāng)外頂溫度最高可達(dá)65.3℃；8月15日14：00，兩倉(cāng)外頂溫差最高達(dá)26.3℃；8月14日～8月15日期間，試驗(yàn)倉(cāng)外頂平均溫度33.2℃，對(duì)照倉(cāng)外頂平均溫度44.5℃，兩倉(cāng)平均溫差達(dá)11.3℃。

圖3 高溫條件下兩倉(cāng)外頂溫度逐時(shí)對(duì)比

3.2 架空層溫度對(duì)比

由圖4可知，試驗(yàn)期間，試驗(yàn)倉(cāng)架空層內(nèi)最高溫度為36.4℃，對(duì)照倉(cāng)架空層內(nèi)最高溫度為56.8℃；架空層內(nèi)溫差主要受氣溫影響，8月13日，架空層最高溫差可達(dá)20.6℃(36.1℃/56.7℃)。

圖4 高溫下兩倉(cāng)架空層溫度對(duì)比

由圖4可知，8月14日～8月15日持續(xù)高溫期間，外界最高氣溫為40.9℃，試驗(yàn)倉(cāng)架空層內(nèi)最高溫度為36.4℃，且始終低于氣溫，對(duì)照倉(cāng)架空層內(nèi)最高溫度為56.8℃；試驗(yàn)倉(cāng)和對(duì)照倉(cāng)最大溫差均發(fā)生在8月14日16:00附近，最大溫差可達(dá)20.4℃；8月14日～8月15日期間，試驗(yàn)倉(cāng)架空層平均溫度33.1℃，對(duì)照倉(cāng)架空層平均溫度44.2℃，平均溫差達(dá)11.1℃。

3.3 倉(cāng)溫對(duì)比

由圖5可知，8月3日，試驗(yàn)倉(cāng)較對(duì)照倉(cāng)倉(cāng)溫降低可達(dá)3℃。8月13日，倉(cāng)溫降低最高可達(dá)8.8℃。

圖5 高溫天氣且空調(diào)關(guān)閉條件下兩倉(cāng)倉(cāng)溫逐時(shí)對(duì)比

由圖5可知，8月12日～8月13日關(guān)閉溫控機(jī)階段，試驗(yàn)倉(cāng)較對(duì)照倉(cāng)倉(cāng)溫降低最高可達(dá)8.8℃；期間試驗(yàn)倉(cāng)倉(cāng)內(nèi)平均溫度30.7℃，對(duì)照倉(cāng)倉(cāng)內(nèi)平均溫度37.5℃，平均溫差達(dá)6.8℃。

由圖6可知，開啟糧倉(cāng)專用溫控機(jī)控溫期間，試驗(yàn)倉(cāng)僅需8 h就可將倉(cāng)溫降低至25℃以內(nèi)，而對(duì)照倉(cāng)卻需171 h。試驗(yàn)倉(cāng)可顯著降低糧倉(cāng)專用溫控機(jī)控溫作業(yè)時(shí)間，進(jìn)而有效降低控溫作業(yè)能耗。

圖6 空調(diào)關(guān)閉-開啟過(guò)程中P25、P26號(hào)倉(cāng)倉(cāng)溫變化

3.4 糧溫對(duì)比(短期)

試驗(yàn)期間，試驗(yàn)倉(cāng)最高糧溫為23.5℃，對(duì)照倉(cāng)為25.4℃。7月31日～9月14日糧溫上升期間，對(duì)照倉(cāng)上層糧溫上升4.3℃，上升速率0.1℃/d；試驗(yàn)倉(cāng)上層糧溫上升1.2℃，上升速率0.027℃/d。9月15日～11月10日，對(duì)照倉(cāng)上層糧溫下降3.2℃，下降速率0.056℃/d；試驗(yàn)倉(cāng)上層糧溫下降4.0℃，下降速率0.070℃/d。糧溫上升過(guò)程中，試驗(yàn)倉(cāng)上層糧溫上升幅度較對(duì)照倉(cāng)低3.1℃，上升速率是對(duì)照倉(cāng)的1/4；糧溫下降過(guò)程中，試驗(yàn)倉(cāng)上層糧溫下降較對(duì)照倉(cāng)高0.8℃，下降速率是對(duì)照倉(cāng)的1.25倍。

3.5 空調(diào)能耗對(duì)比

8月14日～8月27日期間，按設(shè)定溫度開啟糧倉(cāng)專用溫控機(jī)進(jìn)行控溫，并對(duì)試驗(yàn)倉(cāng)和對(duì)照倉(cāng)糧倉(cāng)專用溫控機(jī)每天的控溫能耗進(jìn)行對(duì)比分析。因P25、P26號(hào)倉(cāng)糧倉(cāng)專用溫控機(jī)型號(hào)不同，為準(zhǔn)確反映試驗(yàn)倉(cāng)的節(jié)能效果，需對(duì)試驗(yàn)倉(cāng)糧倉(cāng)專用溫控機(jī)的耗電量進(jìn)行等價(jià)計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如下：

對(duì)照倉(cāng)等價(jià)耗電量=對(duì)照倉(cāng)實(shí)測(cè)耗電量×COP對(duì)照倉(cāng)/COP試驗(yàn)倉(cāng)

P25、P26號(hào)倉(cāng)每日耗電量見表4。

表4 控溫期間P25、P26號(hào)倉(cāng)糧倉(cāng)空調(diào)能耗對(duì)比

因8月9日～8月14日試驗(yàn)期間，P25、P26號(hào)倉(cāng)關(guān)閉糧倉(cāng)專用溫控機(jī)，試驗(yàn)倉(cāng)與對(duì)照倉(cāng)倉(cāng)溫均有不同程度升高；8月15日～17日控溫作業(yè)期間，試驗(yàn)倉(cāng)專用溫控機(jī)節(jié)電率為11.3%～24.1%；8月18日～8月26日溫度維持階段，糧倉(cāng)專用溫控機(jī)節(jié)電率可達(dá)33.4%～43.3%，平均節(jié)電率為39.5%，平均每日節(jié)省電量約為100 kW·h。

4 結(jié)論與討論

4.1 試驗(yàn)期間，糧溫上升階段，試驗(yàn)倉(cāng)糧溫上升速率僅為對(duì)照倉(cāng)的1/4；糧溫下降階段，試驗(yàn)倉(cāng)糧溫下降速率卻是對(duì)照倉(cāng)的1.25倍。持續(xù)高溫天氣條件下，倉(cāng)房外頂溫度、架空層溫度、倉(cāng)溫和上層糧溫(局部)降幅最高分別可達(dá)27.1℃、20.6℃、8.8℃和3.1℃，降溫效果對(duì)比顯著。

4.2 關(guān)閉/開啟糧倉(cāng)專用溫控機(jī)過(guò)程中，試驗(yàn)倉(cāng)僅用8 h就能將倉(cāng)內(nèi)最高溫度降低至25℃以下，大大提升了溫控機(jī)關(guān)閉-開啟過(guò)程中倉(cāng)溫的“回溫速度”；開啟溫控機(jī)后，空調(diào)日節(jié)電率在33.4%～43.3%，平均節(jié)電率可達(dá)39.5%，節(jié)能降耗效果顯著。

4.3 試驗(yàn)應(yīng)用輻射制冷材料在平房倉(cāng)進(jìn)行節(jié)能控溫研究，對(duì)探索平房倉(cāng)新的節(jié)能控溫模式具有很好的促進(jìn)作用，試驗(yàn)主要收集高溫期間試驗(yàn)倉(cāng)和對(duì)照倉(cāng)的溫度變化數(shù)據(jù)，對(duì)全年的溫度變化情況還有待進(jìn)一步跟蹤和分析研究。