淺圓倉內環流控溫效果試驗*

袁 奎 曾凌沛 張小虎 吳曉東 袁紅斌 高 源 姜祖新 王舒欣 易知通

(1 中央儲備糧西安直屬庫有限公司 710600)(2 中儲糧成都儲藏研究院有限公司 610031)(3 中儲糧集團有限公司西安分公司 710076)(4 寧波瑞凌新能源科技有限公司 315502)

內環流控溫技術具有經濟性好、操作簡便、減少異常糧情發生等優點,是我國“三北”地區普遍推廣的綠色儲糧技術[2],但內環流技術在平房倉中應用較多,淺圓倉相關應用經驗較少,特別是陜西省內還沒用應用經驗。淺圓倉環流風機和管道配置直接影響環流效果[3],各生態區氣候條件不同,需要探索適合陜西省應用的內環流設備和運行工藝參數。本項目通過在中儲糧西安直屬庫有限公司庫區開展實倉試驗,測試內環流運行期間的糧情,評價技術應用的效果,為今后內環流技術在陜西規模應用提供參考。

1 試驗材料

1.1 試驗倉房

試驗選取中儲糧西安直屬庫岱王庫區內的4棟淺圓倉,4棟倉房排成1列,由西到東依次為Q3、Q4、Q5和Q6號倉,其中Q3、Q4、Q5為試驗倉,Q6為對照倉,皆為2021年交付使用的淺圓倉。所有倉房配備環形通風地槽,墻體為鋼筋混凝土,筒壁厚度26 cm,外壁白色涂料,直徑23 m,檐口高度27.2 m。倉頂屋蓋采用鋼筋混凝土和鋼結構屋面板,屋蓋均采用SBS改性瀝青防水卷材和聚氨酯防水涂膜,外做細石混凝土。2021年11月對試驗倉的墻體和屋面外表面采用輻射制冷材料進行隔熱改造。具體倉房改造對照見表1。

表1 倉房改造情況對照表

倉頂改造工藝流程為:基層清洗/清掃——界面劑施工——厚膠膜施工——密封膠封邊——完工檢查。倉頂圓形排風管道孔洞外壁也用厚膠膜包裹。厚膠膜是由反射型輻射制冷膜結合丁基膠制成。

1.2 試驗糧食

4棟倉房儲糧情況見表2。儲糧均為2021年秋季入倉的混合小麥,等級一等,入倉時雜質、水分含量都接近。2021年冬季各倉均采用7.5 kW離心風機壓入式通風,2021年底結束通風時,各倉糧情大體接近,倉內各部位糧溫在-3℃～12℃。

表2 儲糧情況對照表

1.3 內環流系統

淺圓倉外壁安裝了2臺小型離心風機,處于倉房的對稱位置。功率3 kW,環流管網系統最小管徑300 mm,最大管徑480 mm,環流管道為填充橡塑棉的雙層保溫管道,保溫棉3 cm厚,倉內中間設置溫濕度傳感器1個,內環流系統以倉溫作為啟停依據。

1.4 糧情測溫系統

倉內整倉測溫電纜共12層,分布如圖1,其中1～14號為外圈電纜,離墻約3 m,15～23號為內圈電纜,離墻約9 m。每根電纜上等距垂直排布12根測溫傳感器。

圖1 內測溫電纜分布圖

2 試驗方法

2.1 內環流系統參數設置

內環流系統于6月17日開始使用,第一周設置26℃開,24℃關,之后調整為25℃開,23℃關。Q3、Q6倉全天開,Q4倉隔天開,Q5倉是白天開晚上關。9月11號內環流作業結束。

2.2 數據采集

整倉測溫電纜測量時間為每周一、周四,并記錄;靠墻加密電纜測溫時間為7月13日開始,每周一、周五;所有的測溫數據導出Excel報表,采用Orgin軟件進行作圖分析。

3 數據分析

根據靠墻加密電纜的東南、西南、東北、西北4個方位,分方位分析各自靠墻“熱皮”糧溫;通過內圈電纜(15～25號)第5～10層計算“冷心”糧溫。

選取各倉內環流控溫作業前最近的6月13日、作業中期7月14日及作業剛結束9月12日的糧情數據匯總,見表3。

選取自5月20日至9月13日期間,每次上午9:00測得的Q3倉、Q5倉、Q6倉糧情數據進行作圖,如圖2～5所示。

圖2 Q3號倉糧堆“冷心”和各層均溫情況

3.1 內環流開啟前糧情分析

由表3可知,內環流開啟前(6月13日),各倉均呈現倉溫>表層糧溫>底層糧溫>“冷心”糧溫的現象。各倉倉溫在26℃～27℃,表層均溫在15℃～17℃,與第2層存在4℃～7℃的溫差,第2～4層溫度較均勻,各倉底層糧溫在8.0℃～13.8℃、8.9℃～14.5℃、8.3℃～16.3℃、12.1℃～14.3℃之間,底層均溫與倉溫存在15℃左右的溫差,“冷心”溫度分別在2.8℃～9.6℃、5.6℃～9.3℃、5.9℃～9.2℃、6.8℃～9.7℃之間。Q5號倉、Q6號倉“冷心”(平均值)較Q3號倉、Q4號倉高約1℃、Q6號倉底層均溫較Q3號倉、Q4號倉、Q5號倉高1℃～2℃,Q6號倉倉內溫度梯度較大,說明經過冬季通風后幾個月的密閉,至翌年度夏前,Q3倉隔熱效果最好,Q4號倉、Q5號倉次之,Q6號倉較差,因各倉未使用制冷設備,溫差現象與倉房隔熱性能直接相關,說明輻射制冷材料應用于倉墻與屋面隔熱,在冬季和春季常規儲藏有良好的隔熱效果。

3.2 內環流運行前期糧情分析(6月17日～7月上旬)

內環流開啟時至7月上旬有連續高溫天氣,氣溫最高達40℃。因環流時,倉內形成沿糧堆向下的氣流,糧堆底層冷能經過環形地槽、通風口和倉壁管道運送到糧面上方空間,降低倉溫,控制倉溫在設定的溫度范圍內波動。由于內環流開啟初期,表層糧溫遠低于初始和設定的倉溫,倉內氣流下行時,表層糧溫迅速上升,帶動第2層～第4層糧溫上升,由于第2層與表層糧溫存在較大溫差,第2層糧溫也上升迅速,從圖3～圖5看出,內環流開啟初期,Q3倉、Q5倉、Q6倉前四層平均糧溫上升明顯,且呈現升溫速度和幅度:表層>第2層>第3層>第4層的現象,而底層糧溫受“冷心”影響,前期底層糧溫下降;7月4日,如表3所示,3棟倉第1層平均糧溫均低于第2、3層,第4層均溫分別為13.1℃、13.3℃、15.5℃,Q5倉、Q6號倉底層糧溫較“冷心”分別高0.1℃、0.6℃,Q3號倉底層糧溫較“冷心”低0.1℃,底層糧溫和“冷心”平均糧溫已接近。

圖3 Q5號倉糧堆“冷心”和各層均溫情況

圖4 Q6號倉糧堆“冷心”和各層均溫情況

圖5 3棟倉倉溫和底層糧溫情況

3.3 內環流運行中期和后期糧情分析(7月中旬以后)

由圖6可知,隨著內環流運行,7月中旬后,3棟倉底層糧溫和“冷心”溫度均衡后,底層糧溫接近勻速上升;7月21日后,底層糧溫和“冷心”糧溫均持續勻速上升,但因倉內冷能下移到倉底,糧堆中部“冷心”糧溫高于底層糧溫,Q6號倉底層糧溫升幅明顯大于Q3號倉,說明Q6號倉冷能比Q3號倉消耗快。

由圖3～圖5可知,隨著內環流的運行,“冷心”消耗速度:Q6>Q5>Q3,Q3號倉“冷心”溫度從初始7.3℃上升至11℃用了41 d,Q6號倉從8.3℃上升至10℃以上用了25 d,Q5號倉從8.1℃上升至10℃以上用了36 d,8月8日,Q6號倉“冷心”溫度達15℃以上,Q3號倉、Q5號倉“冷心”溫度分別為13.8℃、14℃,至9月12日,Q3號倉、Q5號倉、Q6號倉“冷心”溫度分別為17.9℃、19.2℃、19.0℃,各倉“冷心”與糧堆4層溫差以及糧堆上層之間溫差大幅縮小,倉內溫度梯度較小,“冷心”基本消耗完。

Q3號倉東面無倉遮擋,相較其他倉夏季上午日照強度大,但內環流全天開啟情況下“冷心”消耗最慢,說明Q3號倉良好的倉房隔熱性能對減緩內環流運行時“冷心”消耗起到了明顯效果;Q5號倉“冷心”較Q6號倉消耗慢,但倉溫控制效果較Q6號倉好、較Q3號倉差(圖6),說明Q5號倉墻做輻射制冷涂料起到了良好的效果,倉頂額外做輻射厚膠膜效果對倉溫控制效果更好。

3.4 糧堆水分變化情況

根據春秋兩季和日常糧堆水分檢測結果,Q3號倉、Q4號倉、Q5號倉糧堆水分基本無變化,Q6號倉糧堆水分因受倉頂和外溫傳導的影響,濕熱擴散造成整倉糧堆水分出現一定程度的升高,Q6號倉倉內水分梯度較大,說明經過冬季通風后幾個月的密閉,至翌年內環流結束前,Q3號倉隔熱效果最好,Q4號倉、Q5號倉次之,Q6號倉稍差,說明輻射制冷材料應用于倉墻與屋面隔熱,對常規儲藏有良好的隔熱效果,對延緩儲糧品質變化和保水有良好的效果。

3.5 蟲害情況

自第一年入倉熏蒸后,至翌年內環流結束前,經日常扦樣篩選檢查,試驗倉和對照倉均未發現害蟲,全年實現免熏蒸。

3.6 電耗情況

內環流6月17日開始使用,9月11號內環流作業結束。Q3號倉、Q6號倉全天開,Q4號倉隔天開,Q5號倉是白天開晚上關,試驗結果表明,Q3號倉比Q6號倉節能30%以上,Q4號倉比Q5號倉節能10%左右。在實際應用中,根據當地氣候情況,結合糧情及倉內蓄冷情況,可以采取隔天開和晚上開相結合的方式,在確保效果的前期下,可以有效地降低能耗。

4 結果與討論

4.1 淺圓倉倉頂采用輻射制冷厚膠膜或倉墻采用輻射制冷涂料進行隔熱改造,對于春季保冷、延緩夏季內環流運行時倉內“冷心”消耗速率的效果明顯,倉頂和倉墻改造效果最佳。

4.2 夏季淺圓倉內環流運行的初期(約20 d),高大糧堆內部“冷心”向底層遷移,底層糧溫下降,實際倉溫高于設定參數,最高層糧溫從表層下移到第2～第4層,引起表層、上層糧溫上升;待底層糧溫穩定后,內環流運行的中期和后期(約45 d),倉溫控制在預期值,各倉糧堆“冷心”與4層溫差以及糧堆上層之間溫差大幅縮小,倉內溫度梯度較小,整倉糧溫均勻性提高。

4.3 本次淺圓倉內環流配置功率3 kW的離心風機和300 mm～480 mm的雙層保溫管道,系統運行工況正常,環流時起到良好的均溫效果,夏季設置23℃～25℃運行約3個月時間,糧堆“冷心”剛好夠用,無需額外補冷,實現了夏季不用制冷設備實現安全儲糧。