控溫儲(chǔ)糧技術(shù)的應(yīng)用研究

◎ 張瑞杰，張 璽，申好武，王 寧

（鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450001）

自2017年以來(lái)，糧食行業(yè)掀起了綠色儲(chǔ)糧的熱潮，并在全國(guó)各地得到大力推廣，大批優(yōu)質(zhì)糧食工程項(xiàng)目落地，綠色儲(chǔ)糧成為核心的關(guān)注點(diǎn)。其中，空調(diào)控溫技術(shù)是目前較為成熟的一種綠色儲(chǔ)糧技術(shù)，通過(guò)控制“溫度”這一物理因素，使糧食處于一定的準(zhǔn)低溫或低溫狀態(tài)，可極大程度地限制糧堆生物體的生命活力，增加糧食的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。該技術(shù)具有保鮮效果顯著、不用化學(xué)藥劑、避免食品污染、保持儲(chǔ)糧衛(wèi)生的特點(diǎn)，對(duì)減少儲(chǔ)糧損失，延緩糧食陳化起到較好的效果[1]。在我國(guó)，常將平均糧溫保持在15 ℃以下的糧倉(cāng)稱為低溫倉(cāng)，平均糧溫保持在20 ℃以下的糧倉(cāng)稱為準(zhǔn)低溫倉(cāng)[2]。20 ℃是控溫儲(chǔ)糧的上限要求，將糧堆平均糧溫控制在20 ℃以下，可基本保持糧食原有品質(zhì)半年以上[3]。

1 控溫技術(shù)

溫度、水分是影響儲(chǔ)糧安全的兩個(gè)關(guān)鍵因素。糧堆表層控溫技術(shù)主要用于糧面以上倉(cāng)溫的維持，一般控制平均倉(cāng)溫高于糧堆溫度3～5 ℃，以確保糧堆長(zhǎng)時(shí)間維持低溫冷芯狀態(tài)。有研究表明，自然條件下，各類糧食的安全水分一般在13%以下，當(dāng)降低儲(chǔ)糧溫度時(shí)，水分可適當(dāng)提高且不影響儲(chǔ)糧品質(zhì)[4]。另有報(bào)告指出，當(dāng)糧堆環(huán)境控制在干球溫度17～22 ℃，相對(duì)濕度為30%～65%的微氣候下，能有效抑制昆蟲的發(fā)育和繁殖；溫度進(jìn)一步降低，則蟲害可忽略不計(jì)[5]。

2 控溫方案設(shè)計(jì)

2.1 研究對(duì)象

本文以一棟高9.60 m平堆雙層頂散裝糧食平房倉(cāng)為研究對(duì)象，假定儲(chǔ)糧期間已通過(guò)谷物冷卻機(jī)或地上籠通風(fēng)系統(tǒng)將糧堆溫度降至安全溫度以下，僅利用糧面空調(diào)對(duì)倉(cāng)溫進(jìn)行維持。該項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于浙江省溫州市蒼南縣某糧庫(kù)內(nèi)，所屬儲(chǔ)糧生態(tài)區(qū)域?yàn)榈谖鍏^(qū)—中溫高濕儲(chǔ)糧區(qū)。

本文利用HDY恒綠建筑分析軟件對(duì)該散裝糧食平房倉(cāng)建立三維仿真模型，建筑參數(shù)及空調(diào)參數(shù)均參照項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)行設(shè)置。

2.2 建筑模型

該建筑平面尺寸為60.00 m×42.00 m，檐口高度為12.65 m，屋脊高度為19.47 m，裝糧高度為9.60 m，整個(gè)糧倉(cāng)均分為4個(gè)廒間。外墻采用490厚燒結(jié)頁(yè)巖普通磚（非粘土），綜合傳熱系數(shù)K為1.25 W/（m2·℃），熱惰性指標(biāo)D為6.09；外門及通風(fēng)窗采用保溫密閉門窗，傳熱系數(shù)K為2.50 W/（m2·℃）；屋面采用通風(fēng)隔熱雙層頂，傳熱系數(shù)K為0.56 W/（m2·℃）。

為簡(jiǎn)化模型，作如下假定。①在整個(gè)儲(chǔ)糧期間，倉(cāng)門及通風(fēng)窗保持絕對(duì)密閉，倉(cāng)內(nèi)無(wú)熱源、無(wú)照明、無(wú)人員進(jìn)入、無(wú)新風(fēng)輸入。②考慮到糧食為熱的不良導(dǎo)體，且控制糧堆表面與空氣溫差在5 ℃以內(nèi)，忽略糧面與倉(cāng)內(nèi)空氣的熱質(zhì)交換。本文基于以上假設(shè)，建立了該散裝糧食平房倉(cāng)的三維建筑模型。

2.3 空調(diào)模型

本文以室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為自變量，并保持其他各項(xiàng)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)及控制參數(shù)一致，共設(shè)計(jì)11種工況，分別對(duì)應(yīng)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度從25 ℃依次降至15 ℃，間隔為1 ℃。為避免倉(cāng)房?jī)?nèi)結(jié)露，設(shè)定空調(diào)送風(fēng)溫差恒定為3 ℃，室內(nèi)相對(duì)濕度為60%。

考慮到糧食忌水，空調(diào)設(shè)備選用市場(chǎng)上較為常見(jiàn)的直膨式倉(cāng)外空調(diào)一體式機(jī)組，機(jī)組的額定制冷量及送風(fēng)量根據(jù)制冷設(shè)計(jì)日負(fù)荷計(jì)算結(jié)果由軟件自動(dòng)匹配，機(jī)組制冷功率及送風(fēng)機(jī)功率根據(jù)設(shè)備廠家提供的部分負(fù)荷下擬合曲線經(jīng)計(jì)算得到?？照{(diào)運(yùn)行方案采用自動(dòng)啟停控制及部分負(fù)荷下自動(dòng)變頻控制策略，以利于節(jié)能運(yùn)行。

2.4 仿真模擬

本文結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件及實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，選取一年當(dāng)中4月1日—11月30日共計(jì)244 d為系統(tǒng)運(yùn)行周期，借助搭建好的仿真模型，依次改變室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，分別進(jìn)行全周期動(dòng)態(tài)仿真模擬，得到該散裝糧食平房倉(cāng)糧面控溫空調(diào)系統(tǒng)在整個(gè)制冷季的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 全年負(fù)荷

對(duì)不同工況下的全年負(fù)荷模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，繪制成散點(diǎn)折線圖，如圖1所示。分析圖1中數(shù)據(jù)，該散裝糧食平房倉(cāng)的全年冷負(fù)荷與室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度近似成線性負(fù)相關(guān)；以室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度25 ℃為基準(zhǔn)，每降低1 ℃，全年冷負(fù)荷約增加6.2%。負(fù)荷大小直接影響制冷設(shè)備的選型，當(dāng)降低室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，則設(shè)計(jì)冷負(fù)荷增大，相同規(guī)格型號(hào)的制冷設(shè)備配置數(shù)量相應(yīng)增加，導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)成本提高。

圖1 不同室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度下的全年冷負(fù)荷圖

3.2 全年制冷系統(tǒng)運(yùn)行能耗

對(duì)不同工況下的全年制冷系統(tǒng)運(yùn)行能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，繪制成散點(diǎn)折線圖，如圖2所示。分析圖2中數(shù)據(jù)，該散裝糧食平房倉(cāng)的全年制冷系統(tǒng)運(yùn)行能耗與室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度近似成線性負(fù)相關(guān)；以室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度25 ℃為基準(zhǔn)，每降低1 ℃，全年制冷系統(tǒng)運(yùn)行能耗約增加21.9%。制冷系統(tǒng)運(yùn)行能耗（空調(diào)運(yùn)行電耗）的高低，直觀反映出全年制冷系統(tǒng)的運(yùn)行成本，當(dāng)降低室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度時(shí)，全年制冷系統(tǒng)運(yùn)行能耗急劇增加，運(yùn)行成本大幅提高。

圖2 不同室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度下的全年制冷系統(tǒng)運(yùn)行能耗圖

4 結(jié)論與討論

（1）本研究結(jié)合實(shí)際工程案例，以HDY恒綠建筑分析軟件為平臺(tái)，建立了散裝糧食平房倉(cāng)的糧面控溫三維動(dòng)態(tài)仿真模型，通過(guò)對(duì)空調(diào)運(yùn)行周期的全過(guò)程模擬研究，得到了不同室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度下所研究散裝糧食平房倉(cāng)的全年負(fù)荷及全年制冷系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

（2）從保證安全儲(chǔ)糧的角度出發(fā)，降低倉(cāng)內(nèi)環(huán)境溫度有利于提高儲(chǔ)糧品質(zhì)，且環(huán)境溫度越低，在確保糧食原有品質(zhì)不降的前提下儲(chǔ)存周期越長(zhǎng)；但從控制儲(chǔ)糧成本的角度考慮，降低倉(cāng)內(nèi)環(huán)境溫度必然帶來(lái)初期投資成本和運(yùn)行成本的增加，且倉(cāng)內(nèi)溫度每下降1 ℃，運(yùn)行成本約增加21.9%。

（3）在實(shí)際的低溫或準(zhǔn)低溫儲(chǔ)糧設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理中，應(yīng)充分考慮不同糧食種類的儲(chǔ)糧特點(diǎn)，并根據(jù)糧庫(kù)的儲(chǔ)糧周期設(shè)定合理的儲(chǔ)糧環(huán)境溫度，在確保儲(chǔ)糧品質(zhì)的前提下兼顧儲(chǔ)糧成本，提高整個(gè)儲(chǔ)糧周期的綜合效益。