控溫儲(chǔ)糧技術(shù)探索與實(shí)踐*

金建德 盛林霞 劉林生 劉益云 林 濤 高藝書(shū) 余永紅 陳福明

(浙江省糧食局直屬糧油儲(chǔ)備庫(kù) 311112)

溫度作為儲(chǔ)糧生態(tài)系統(tǒng)中重要的非生物因子，對(duì)儲(chǔ)糧穩(wěn)定性有著很大影響。低溫不僅能降低糧食的呼吸強(qiáng)度，延緩糧食品質(zhì)劣變，還可抑制害蟲(chóng)的種群發(fā)展，甚至致其死亡[1]?？販貎?chǔ)糧主要是采取系列措施，控制儲(chǔ)糧溫度長(zhǎng)時(shí)間處于相對(duì)較低溫度狀態(tài)，通過(guò)抑制糧食的呼吸作用、抑制糧堆害蟲(chóng)的生物活性等[2]，保護(hù)儲(chǔ)糧生態(tài)，提高儲(chǔ)糧穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)綠色儲(chǔ)糧。我?guī)斓靥幍谖鍍?chǔ)糧生態(tài)區(qū)，年平均氣溫16℃左右，高溫季節(jié)平均溫度32℃左右，本文立足我?guī)靸?chǔ)糧實(shí)際，討論總結(jié)了多年來(lái)控溫儲(chǔ)糧的探索實(shí)踐和應(yīng)用研究。

1 隔熱控溫

隔熱控溫技術(shù)是基于對(duì)糧食“冷心”的保護(hù)而采取的一系列隔熱保溫措施，包括倉(cāng)房基礎(chǔ)改造、地坪隔熱、倉(cāng)頂隔熱處理及糧面隔熱壓蓋等。

1.1 結(jié)構(gòu)改造

我?guī)旖ㄓ?996年，多為拱板包裝倉(cāng)，倉(cāng)房尺寸54 m×18 m，檐口高度7 m，倉(cāng)壁墻體為240 mm 一磚墻，屋頂為預(yù)應(yīng)力鋼筋砼拱版屋蓋，地坪為堆載預(yù)壓沉降穩(wěn)定后再做永久地坪，整體防潮、隔熱、氣密性能等較差。為此，我?guī)旖Y(jié)合包改散項(xiàng)目對(duì)倉(cāng)房進(jìn)行了升級(jí)改造。

墻體及地坪改造：采用內(nèi)加固擋土墻式，按小麥堆高5.0 m進(jìn)行內(nèi)加固變載面鋼筋砼墻(厚度150 mm～350 mm)，地坪整體澆筑鋼筋砼進(jìn)行處理，以提高墻體抗側(cè)壓力和地坪承載力；鋼筋砼擋糧墻采用錨桿靜壓樁加固，待鋼筋砼擋糧墻澆筑完后開(kāi)始施工，鋼筋砼墻與原有墻體間設(shè)30 mm厚擠塑板保溫層，外墻的外露柱采用120 mm厚的磚砌體做平。內(nèi)墻堆糧線下粘貼聚氨酯保溫板，進(jìn)行隔熱一體化改造，經(jīng)測(cè)試改造后倉(cāng)房的平均糧溫隨氣溫的增長(zhǎng)幅度亦較對(duì)照倉(cāng)房偏低1℃～2℃。

倉(cāng)頂改造：鏟除倉(cāng)內(nèi)頂上的粉刷層直至拱板砼結(jié)構(gòu)層，先對(duì)拱板與山墻連接處和拱板間裂縫進(jìn)行密封處理，用專(zhuān)用膠水將PEF板粘貼倉(cāng)頂。

門(mén)窗改造：采用優(yōu)質(zhì)糧倉(cāng)專(zhuān)用保溫密閉門(mén)窗，更換原有的木質(zhì)門(mén)窗。減少窗戶數(shù)量，將原有南面的兩扇大門(mén)密封，留向陽(yáng)的一側(cè)窗戶由原來(lái)的4個(gè)調(diào)整為3個(gè)。此外，在倉(cāng)庫(kù)大門(mén)及檢查門(mén)內(nèi)側(cè)安裝保溫密閉門(mén)，通風(fēng)孔洞用圓柱形隔熱珍珠棉密閉隔熱，同時(shí)在窗框內(nèi)側(cè)制作安裝中間夾有隔熱材料的內(nèi)墻隔熱保溫窗。

經(jīng)改造后倉(cāng)房墻體傳熱系數(shù)大大降低(經(jīng)測(cè)試傳熱系數(shù)為0.37 W/m2·K)，氣密性-300 Pa→-150 Pa半衰期從(40～70)s提升至(200～320)s，隔熱密閉性能大幅提升。

1.2 太陽(yáng)能光伏屋頂

將太陽(yáng)能光伏跨界應(yīng)用到糧食行業(yè)，通過(guò)在倉(cāng)房拱形屋頂上安裝“人”字形光伏方陣鋼構(gòu)支架，鋪設(shè)單晶硅光伏陶瓷瓦片，形成一個(gè)完整的封閉式太陽(yáng)能光伏建筑屋頂，采用屋頂26.57°傾角南偏西+6°安裝方式，14列28行。倉(cāng)房改造后隔熱控溫效果顯著提升，其中改造倉(cāng)隔熱層溫度、倉(cāng)溫、上層糧溫分別較對(duì)照倉(cāng)分別低12℃～14℃、6℃～8℃、2℃～3℃。同時(shí)對(duì)倉(cāng)房進(jìn)行建筑太陽(yáng)能光電一體化改造，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)房屋面資源充分利用，獲得廉價(jià)清潔能源(發(fā)電量為40000 kW·h/年·倉(cāng))，為我?guī)旃?jié)能控溫儲(chǔ)糧和打造“零能耗”糧庫(kù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 通風(fēng)控溫

通風(fēng)控溫是利用自然冷源或糧堆自身冷源，通過(guò)氣體交換或循環(huán)達(dá)到排出積熱、控制溫度的目的。

2.1 自然通風(fēng)

夏秋季節(jié)，倉(cāng)溫或表層糧溫明顯高于外溫，適時(shí)開(kāi)窗通風(fēng)，及時(shí)排除倉(cāng)內(nèi)積熱，降低倉(cāng)溫和表層糧溫。

2.2 機(jī)械通風(fēng)

冬季利用自然冷源進(jìn)行通風(fēng)，降低糧堆溫度。春季溫度回升前，采用均溫補(bǔ)冷技術(shù)延緩糧溫回升，夏季高溫進(jìn)行膜下環(huán)流通風(fēng)，將糧堆內(nèi)蓄集的冷源與糧堆表皮在夏季形成的積熱進(jìn)行交換，均衡糧堆各部位溫度，以最小能耗達(dá)到控溫目的。

2.3 橫向通風(fēng)

2014年，我?guī)炻氏葘M向通風(fēng)技術(shù)用于儲(chǔ)糧實(shí)踐，先后進(jìn)行了一系列的探索和實(shí)踐。橫向風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)平面圖見(jiàn)圖1，在我?guī)斓腜21號(hào)倉(cāng)和P22號(hào)倉(cāng)進(jìn)行平房倉(cāng)橫向與豎向通風(fēng)系統(tǒng)的降溫效果研究，結(jié)果見(jiàn)表1，發(fā)現(xiàn)橫向通風(fēng)系統(tǒng)的單位空氣降溫速率是豎向通風(fēng)的1.3倍，通風(fēng)均勻性為77.45%，優(yōu)于豎向通風(fēng)系統(tǒng)的55.57%。

表1 橫豎向通風(fēng)效果對(duì)比

圖1 橫向風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)平面圖

3 制冷控溫

制冷控溫技術(shù)是利用外界冷源，結(jié)合通風(fēng)技術(shù)，達(dá)到換氣降溫的目的。常用的有谷物冷卻機(jī)制冷、空調(diào)制冷設(shè)備等。

3.1 谷物冷卻

基于我?guī)鞕M向通風(fēng)儲(chǔ)糧實(shí)際，從制冷時(shí)機(jī)、制冷方式、風(fēng)道風(fēng)網(wǎng)選擇或設(shè)計(jì)等方面著手，對(duì)不同的谷冷工藝進(jìn)行了探索和分析。一是在負(fù)壓分體谷冷時(shí)，采取直沖直排模式，氣溫較高時(shí)，很難獲取較低溫度冷源(谷冷機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度31℃時(shí)，出風(fēng)溫度為14℃)，降溫效率低；二是采用循環(huán)模式時(shí)，回風(fēng)阻力大，出風(fēng)溫度降至0℃，存在結(jié)露隱患；三是冷源部分回收負(fù)壓分體谷冷模式，通過(guò)分配谷冷機(jī)的進(jìn)風(fēng)，排風(fēng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，則可達(dá)到理想的效果。經(jīng)過(guò)測(cè)試，目前，單位能耗為0.36 kW·h/(℃·t)。

3.2 智能控溫

我?guī)斓闹悄苄椭评錅乜叵到y(tǒng)主要是在通風(fēng)降溫、隔熱密閉、排除積熱等基礎(chǔ)上，通過(guò)溫度探頭連接智控裝置啟閉溫控機(jī)，增加了控時(shí)裝置，錯(cuò)峰對(duì)糧堆空間溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)比二者均能達(dá)到準(zhǔn)低溫儲(chǔ)糧目的。選擇我?guī)霵8號(hào)倉(cāng)為試驗(yàn)倉(cāng)，P5號(hào)倉(cāng)為對(duì)照倉(cāng)，通過(guò)使用智能溫控設(shè)備，兩倉(cāng)最高糧溫均從7月初的22℃～23℃上升到8月底的24℃～25℃，之后開(kāi)始下降，變化趨勢(shì)基本相同。此外，試驗(yàn)倉(cāng)費(fèi)用減少657.6元/倉(cāng)，噸糧費(fèi)用減少0.53元，節(jié)約費(fèi)用達(dá)30%，有效實(shí)現(xiàn)了節(jié)能控溫儲(chǔ)糧。

3.3 基于橫向風(fēng)網(wǎng)的智能控溫

將智能溫控設(shè)備出風(fēng)口與橫向風(fēng)網(wǎng)的支風(fēng)道連接，使較低溫度空氣通過(guò)支風(fēng)道、主風(fēng)道并向四周糧堆擴(kuò)散，有效控制倉(cāng)房四周糧堆熱皮溫度，保持糧堆冷心。此外，在原有橫向通風(fēng)倉(cāng)風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)在儲(chǔ)糧倉(cāng)房山墻加裝機(jī)械制冷設(shè)備和送、回風(fēng)管道，進(jìn)而將四周靠墻體部位糧溫控制在相對(duì)較低范圍內(nèi)，更好確保準(zhǔn)低溫儲(chǔ)糧效果。具體布設(shè)情況見(jiàn)圖2。

圖2 基于橫向風(fēng)網(wǎng)的智能溫控管道布設(shè)情況

4 新型控溫技術(shù)探索

4.1 多維立體動(dòng)態(tài)控溫儲(chǔ)糧

多維立體動(dòng)態(tài)控溫儲(chǔ)糧是綜合利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目、雙層架空隔熱層排積熱、倉(cāng)頂粘貼PEF板、倉(cāng)內(nèi)空間智能溫控、糧面壓蓋等技術(shù)手段控制倉(cāng)溫及糧堆上層溫度，結(jié)合“多維立體動(dòng)態(tài)控溫儲(chǔ)糧技術(shù)”將制冷設(shè)備通過(guò)風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)與糧堆連接成閉合回路，通過(guò)開(kāi)展多種形式的膜下微環(huán)流冷卻通風(fēng)，控制或均勻降低“熱皮”溫度，通過(guò)糧堆四周控溫，建立動(dòng)態(tài)隔熱屏障，達(dá)到控溫或局部降溫的目的。制冷風(fēng)網(wǎng)與控溫管路布置見(jiàn)圖3。在采用溫控設(shè)備控制上層糧溫的基礎(chǔ)上，將溫控設(shè)備產(chǎn)生的低溫空氣通過(guò)基于橫向風(fēng)網(wǎng)的“五面控溫”系統(tǒng)輸入糧堆，形成內(nèi)部循環(huán)，控制糧堆四周“熱皮”溫度，解決糧堆“最后1 m溫度”控制難點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4，可知試驗(yàn)倉(cāng)降溫效果較對(duì)照倉(cāng)低1℃～2℃，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

圖3 多維立體動(dòng)態(tài)控溫管路布置圖

圖4 多維立體動(dòng)態(tài)控溫情況

4.2 輻射制冷控溫

輻射制冷[3]是利用紅外輻射“大氣窗口”波段(8 μm～13 μm)，將地表上的物體與溫度很低的外太空之間進(jìn)行輻射換熱，從而達(dá)到一定的制冷效果，通過(guò)發(fā)射該波段不被大氣吸收的紅外線，搭設(shè)一個(gè)高效熱量輸送通道，將地表物體熱量通過(guò)紅外電磁波持續(xù)傳遞至外太空低溫冷源，實(shí)現(xiàn)零耗能、24 h不間斷制冷，而不消耗電力。我?guī)爝x擇P26號(hào)倉(cāng)為試驗(yàn)倉(cāng)，P25號(hào)為對(duì)照倉(cāng)，進(jìn)行該技術(shù)的應(yīng)用試驗(yàn)。在卷材屋頂鋪設(shè)丁基膠型輻射制冷卷材，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5，對(duì)墻體金屬門(mén)窗采用反射型輻射制冷膜綜合應(yīng)用。據(jù)廠家數(shù)據(jù)，選用的輻射制冷膜應(yīng)用在金屬門(mén)、窗上，輻射制冷功率達(dá)到150 W/m2以上，大氣窗口發(fā)射率達(dá)到92%；輻射制冷卷材與PVC卷材比較，輻射制冷功率強(qiáng)勁，降溫效果顯著，對(duì)比原有PVC卷材表面溫度下降可達(dá)30℃～35℃，見(jiàn)圖6。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該材料降溫效果顯著，在我?guī)焖幍膬?chǔ)糧生態(tài)區(qū)，夏季典型高溫40℃條件下，可將倉(cāng)頂外層溫度降低25℃～30℃，拱板層內(nèi)溫度降低20℃左右，倉(cāng)溫降低5℃左右，有望在不耗能或少量耗能的情況下實(shí)現(xiàn)平均糧溫20℃，局部糧溫不超過(guò)25℃的準(zhǔn)低溫儲(chǔ)糧。

圖5 丁基膠型輻射制冷卷材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 2018年12月18日輻射制冷卷材與普通PVC卷材溫降對(duì)比

5 討論和展望

我?guī)鞆膫}(cāng)房的結(jié)構(gòu)改造隔熱控溫，將太陽(yáng)能光伏應(yīng)用到糧食行業(yè)，到橫向通風(fēng)、再到多維立體控溫和輻射制冷控溫，不斷探索新的控溫技術(shù)和工藝。機(jī)械通風(fēng)控溫簡(jiǎn)單易行且成本低，但效果受自然氣候的影響較大，有很大的局限性，谷物冷卻機(jī)和空調(diào)制冷控溫雖然能突破氣候的限制，但存在水分丟失及運(yùn)行費(fèi)用高等問(wèn)題。單一技術(shù)控溫存在不同程度的局限。適合各自儲(chǔ)糧生態(tài)環(huán)境的綜合控溫技術(shù)將成為綠色儲(chǔ)糧的關(guān)鍵。下一步，我們還將繼續(xù)加大新型設(shè)備、新興材料應(yīng)用力度，大膽嘗試，守正創(chuàng)新，為儲(chǔ)糧技術(shù)的發(fā)展提供更多實(shí)踐參考。