基于相變材料和空調制冷的組合式準低溫儲糧技術應用研究

任麗輝，趙學工,高樹成

(1．遼寧省糧食科學研究所，遼寧 沈陽 110032； 2．國家糧食-玉米干燥工程技術研究中心，遼寧 沈陽 110032)

基于相變材料和空調制冷的組合式準低溫儲糧技術應用研究

任麗輝1,2，趙學工1,2,高樹成1,2

(1．遼寧省糧食科學研究所，遼寧 沈陽 110032； 2．國家糧食-玉米干燥工程技術研究中心，遼寧 沈陽 110032)

基于相變材料的能量轉換機理，對相變材料與空調制冷組合控溫技術進行了研究。通過對現有糧倉進行技術改造，和對改造后的準低溫糧倉進行控溫儲糧應用試驗，結果表明，相變材料適合綠色生態儲糧的需要，具有降低能耗、均衡控溫的作用，為準低溫儲糧提供了一種新材料、新技術。

相變材料；空調制冷；儲糧技術；準低溫；應用研究

根據綠色生態儲糧需求，在糧食儲藏過程中，應盡量少用或不用化學藥劑，以調控儲糧生態因子為主要手段，從而達到保護環境，避免儲糧污染，確保儲糧安全，使人們吃到新鮮營養可口無毒的放心糧。綠色儲糧技術包括準低溫儲糧技術、氣調儲糧技術、非化學藥劑防蟲殺蟲技術等；其中，糧食準低溫儲藏技術是綠色生態儲糧技術推廣應用的首選方法和發展方向。綠色生態儲糧工程在實施糧食安全戰略中所起的作用與糧食生產和加工一樣，也是十分重要和不可替代的。

相變儲能技術主要是利用相變調溫機理，通過蓄能介質的相態變化實現對熱能的儲存和釋放[1]。當環境溫度低于一定值時，相變材料由液態凝結為固態，釋放熱量；當環境溫度高于一定值時，相變材料由固態熔化為液態，吸收熱量[2]。主要針對北方夏季高溫天氣，根據相變材料的能量轉換機理，研究相變材料與空調制冷組合式準低溫溫控技術。通過對現有儲糧倉進行改造，安裝相變儲能材料和空調，重點解決糧食在大型倉儲庫房內散儲過程中，存在的糧堆溫差變化大、倉房保溫隔熱效果差、溫度調控能源消耗大等突出問題。相變儲能材料適合綠色生態儲糧調控系統工藝，是一種經濟適用、能量轉化效率高、保溫隔熱效果好，適于綠色生態儲糧溫控技術的新材料。

1 試驗部分

1.1 試驗用材料

1.1.1 相變材料

試驗用相變材料產品型號為PH-22，熔點22℃，潛熱230 kJ/kg，用高密度滌綸復合PVC材料進行封裝，做成規格為57 cm×57 cm的相變儲能墊，單片封裝質量為2 kg，具有無毒、無味、無污染的特性，具體參數見表1。

表1 相變材料基本參數

1.1.2 空調機

兩臺型號為KFR-35GW/BP2DN1Y-DA400(B3)的美的變頻空調分別安裝于T30、T31倉中。

1.1.3 溫濕度儀

兩臺華圖S380溫濕度儀分別安裝于T30、T31倉中，記錄間隔時間設定為30 min。

1.1.4 電度表

兩只單相電度表分別安裝于T30、T31倉中，用于記錄試驗中的用電量。

1.2 試驗儲糧倉基本情況

試驗儲糧倉選擇編號為T29、T30、T31的立筒倉，均為2000-04交付使用。該立筒倉基本情況為：筒倉內徑9.21 m，圓柱體高14 m，圓錐體高2.9 m，檐高18.86 m，裝糧線高15.4 m，倉內體積996.63 m3，糧堆體積896.74 m3；筒倉外徑10 m，檐高19 m，頂高18.86 m，實際裝糧高15.4 m，外墻面積592 m2；設計容量720 t；隔熱措施：珍珠巖；通風方式：機械。立筒倉均為混凝土結構，倉內安裝糧情檢測系統，可實現自動檢溫功能。

1.3 試驗儲糧倉設置處理方案

準低溫儲糧是指在糧食安全水分的前提下，利用自然低溫條件，或采用機械通風、機械制冷等措施，使儲糧處于相對低溫的狀態[3]。為滿足準低溫儲糧條件，試驗結合原有倉房的基本結構，對T30和T31儲糧倉進行改造。

各立筒儲糧倉試驗設施處理方案見表2。

表2 各立筒儲糧倉試驗設施安排

T29對照倉：按糧庫原用方法進行處理。

T30對照倉：簡易密封+倉頂內部做聚氨酯發泡保溫處理+倉壁掛空調+倉內安裝溫濕度儀；

T31試驗倉：簡易密封+倉頂內部做聚氨酯發泡保溫處理+輕鋼龍骨吊頂+相變儲能墊+倉壁掛空調+倉內安裝溫濕度儀。

1.3.1 試驗儲糧倉門窗孔洞做保溫隔熱密封

T29、T30、T31三個儲糧倉的門、窗、進糧口、出糧口及通風口等孔洞分別用80 mm厚阻燃苯板、密封膠條、塑料布等進行保溫隔熱處理，使倉房內部處于密閉狀態，以防止倉內外冷熱空氣交換。

1.3.2 試驗儲糧倉倉頂噴涂聚氨酯發泡

倉內的熱量主要來源于頂部，倉頂改造好了，就等于做好倉房控溫工作的90%以上。在T30、T31兩個儲糧倉頂部內表面噴涂50 mm厚聚氨酯發泡，進行保溫(及密封)處理，增加隔熱效果。

1.3.3 試驗儲糧倉安裝空調

在T30、T31兩個儲糧倉內距倉頂約600 mm的倉壁上安裝空調，以防止從空調中吹出的冷風直接接觸糧面而產生結露?？照{用于夏季極熱溫度時補充冷量，夏季倉頂下方空間溫度超過20℃時，在夜間低谷時段啟動空調，降低倉溫及上層糧溫并完成相變能量轉換過程，控制倉內溫度在20℃以下?？照{在夜間低谷時段運行，既可降低相變材料的使用成本，又可大大降低系統的運行成本。

1.3.4 T31儲糧倉吊頂并安置相變材料

T31儲糧倉改造后結構見圖1。

圖1 T31儲糧倉改造后結構示意簡圖

在T31儲糧倉倉頂聚氨酯發泡保溫層下方300 mm處安裝輕鋼龍骨架吊頂，其主龍骨寬40 mm。為防止骨架下沉打兜，采用長螺絲連接輕鋼龍骨架做吊筋。在輕鋼龍骨架上放置560 mm×560 mm的實木板，將倉內空間進行合理分割，吊頂上方空間溫度相對較高，而吊頂下方空間溫度相對較低。將倉房空間分割成獨立空間便于溫度調控，同時起到保溫隔熱效果，并起到支撐相變儲能墊的作用。

在T31儲糧倉輕鋼龍骨架實木板上擺放PH-22相變儲能墊。在日均最高環境氣溫不超過30℃時，它能保持實木板上方空間溫度在1個月內不超過22℃，并可使實木板下方空間溫度不超過20℃，在相對較小的封閉空間及與室外相對較小的溫差時，可以大幅度降低材料成本。

2 結果與討論

夏季高溫季節，當糧溫高于15℃，且實木板下方空間溫度高于20℃時，在夜間低谷時段(23：00～次日6：00)通過無線模塊，自動下發控制空調的相關溫度參數以及制冷命令，啟動倉內空調，消耗低谷電力補充制冷量，將儲糧倉空間溫度降至20℃以下，同時降低上層糧溫，保持至糧面壓蓋相變材料完成相變能量轉換過程，使糧溫控制在15～19℃的準低溫范圍。

2.1 T29、T30和T31儲糧倉每日外溫、倉溫變化

5月下旬，當地氣溫開始升高，平均氣溫達到28℃以上。-05-20，T29倉溫達到23.4℃、T30倉溫達到20.1℃、T31倉溫則為19.5℃，T30倉空調溫度設為20℃并開始運行；-06-03，T31倉溫達到21℃，空調溫度設為20℃并開始運行，以保證儲糧倉內空間溫度控制在20℃以下；每天檢測外溫、倉溫和糧溫。

表3為-06-03—-06-18期間T29、T30和T31儲糧倉每日的外溫與倉溫，圖2為溫度變化曲線。從表3和圖2可以看出，試驗期間外溫變化較大，但T30和T31儲糧倉的倉溫變化不大，而未作處理的T29對照倉倉溫明顯高于T30和T31儲糧倉的倉溫，T30和T31儲糧倉的倉溫基本控制在20℃左右。

表3 T29、T30和T31儲糧倉每日外溫與倉溫 ℃

圖2 T29、T30、T31儲糧倉外溫與倉溫變化曲線圖

2.2 T31儲糧倉每日外溫、倉溫和糧溫的變化

表4為-06-03—-06-18期間T31試驗倉的外溫、倉溫和糧溫，圖3為溫度變化曲線。

圖3 T31試驗倉的外溫、倉溫與糧溫變化曲線圖

從表4和圖3可以看出,雖然外溫變化比較大，但T31試驗倉倉溫基本控制20℃左右，糧溫基本控制在16℃左右，達到準低溫儲糧的標準。

表4 T31儲糧倉每日外溫、倉溫和糧溫 ℃

2.3 T30和T31儲糧倉每日耗電量的變化

T30、T31儲糧倉啟動空調后，每天在9：00和16:00二次記錄電表讀數，從而計算出每天的用電量。

從表5和圖4可以看出，-06-03—-06-18，除-06-03(T31倉首日啟動)以外，其他時間，T31試驗倉的每日用電量均低于或等于T30對照倉的用電量。

表5 T30和T31儲糧倉每日用電量 kW·h

圖4 T30和T31儲糧倉每日用電量對比

2.4 T30和T31儲糧倉用電總量對比

根據表5數據，計算出T30和T31儲糧倉-06-03--06-18日用電總量，用電總量對比見圖5。

圖5 T30和T31儲糧倉用電總量對比

從圖5可以看出，T31試驗倉用電總量明顯低于T30對照倉。根據6月份當月兩個試驗倉耗電總量對比，可以計算出T31試驗倉比T30對照倉的耗電量節約了12%。

3 結論

經過試驗測試表明，應用相變材料與空調制冷組合式準低溫溫控技術后，儲糧倉的密閉、隔熱性能非常好，能有效將倉內的溫度控制在20℃以下，可以抑制害蟲的發生，達到準低溫綠色儲糧的標準。

采用相變材料的T31試驗倉用電量明顯小于T30對照倉，說明在溫度變化的過程中，相變儲能材料發揮了良好的溫度調節作用。

本次試驗的研究結果為相變儲能材料在準低溫綠色生態儲糧方面提供了新的研究方向。

[1] 張仁元.相變材料與相變儲能技術[M].北京：科學出版社，2009.

[2] 史 巍，王傳濤．相變材料研究綜述[J]．硅酸鹽通報，2015，34(12)：3 517-3 522.

[3] 劉 寅，王 薇，侯業茂．糙米準低溫倉制冷系統研究[J]．河南工業大學學報，2007，28(2)：63-65.

(責任編輯：俞蘭苓)

Combined quasi low temperature grain storage technology based on phase change material and air conditioning refrigeration

REN Li-hui1，2，ZHAO Xue-gong1,2，GAO Shu-cheng1,2

(1．Liaoning Grain Science Research Institute，Shenyang 110032，China； 2．National Grain-Corn Drying Engineering Research Center，Shenyang 110032，China)

According to the phase change material for energy conversion mechanism, we studied the phase change material and air conditioning refrigeration combined temperature control technology.By the technical reconstruction of existing storage silos,we carried on the quasi low temperature grain storage test. The results showed that the phase change energy storage material was suitable for green ecological grain storage, and energy consumption had reduced, with the effect of equilibrium temperature,which provided a kind of new material and technology for quasi low temperature storage .

phase change material; air conditioning refrigeration; grain storage; quasi low temperature; application research

2016-10-17；

2017-02-28

遼寧省自然科學基金資助項目(項目編號：2015020787)。

任麗輝(1970-)，女，工程師，碩士，主要從事糧油機械、儲藏、干燥等方面的科研和設計工作。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.03.004

S379.2

A

1003-6202(2017)03-0012-04