钢板仓竖向不同送风形式降温模拟试验

2019-09-10王昱博于志杰李昭陈雁邓可何东升

粮食科技与经济 2019年5期

王昱博于志杰李昭陈雁邓可何东升

[摘要]为了探究钢板仓竖向通风上进下出送风形式的可行性，本文对一栋模拟钢板仓进行冷气流上进下出、下进上出的机械通风降温对比试验。结果表明，上进下出通风形式与下进上出的通风形式相比，具有降温速度快、更加经济的特点，能够有效缓解钢板仓闷顶现象，但是在优化粮堆温度均匀度上，上进下出不如下进上出送风方式。

[关键词]钢板仓;机械通风;送风方式

中图分类号：TS213.3 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20190508

我国钢板仓在粮食行业应用与发展起步较晚，现存的大部分钢板仓作为中转仓、暂存仓使用，并不用于长期储藏粮食[1]。但随着仓储技术的发展，将现存钢板仓改造后用于长期储粮已成为现实。张来林等[2]给钢板仓添加配套仓储设备后实现了长达10年的安全储粮效果。

钢板仓由于粮层深、粮食导热系数差，造成粮堆温度梯度大，有粮堆结露的风险[3]。钢板仓都需要配备机械通风降温系统，以冷却粮温并消除粮堆内外温差防止粮堆结露。现阶段对钢板仓的机械通风多采用冷气流下进上出形式，对冷气流上进下出形式少有研究。本试验进行了冷空气上进下出与下进上出的对比研究，探究钢板仓选择冷气流上进下出的可行性，为钢板仓选择机械通风不同的送风形式提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

本试验使用由郑州工程学院机械厂定制生产的钢板仓。尺寸为长3 m、宽3 m，仓体高5.3 m，仓容40 m3。仓内壁进行20 mm厚的保温材料处理，底部分布有4个出料口。仓内底部正接十字形地上通风笼，在十字形地上通风笼中心开180 mm圆形风口与外部相接。仓顶处沿仓壁做正方形环形通风笼，侧壁处开有一与底部入口相同大小的风口与外部相接。试验仪器主要有制冷量3 kW的空调机组一台、电机功率1.5 kW的离心风机一台，以及配套的粮情检测系统。试验所选用材料为稻谷。

1.2 试验方法

将钢板仓上下端开口与空调机组、离心风机相连接组成环流通风系统[4]。这样做的优势在于当采用空调机组制冷时，仓内气温是低于环境气温的。利用仓内的一部分回风与全部采用外界空气相比更加节能，选择空调机组制冷量也可以相对低一些。

1.2.1 测温点布置

为了得到全面而具体的粮温数据，结合相关规范将试验仓由上至下布置5层测温点[5]。第一层位于粮面之上0.4 m，往下每层都距上层1 m。第一层到第四层平面，每层布置5个测温点，均匀分布于4个角落和中心位置。分布角落的测温点距离仓房两条边界均0.75 m。第五层布置4个测温点，位于底部4个出料口的中心位置。测温点布置见图1。

1.2.2 试验方案设计

本试验主要分两个阶段，第一阶段：下进上出式机械通风降温，将粮食处于高温状态，连接空调机组、离心风机、风道等，使冷风由下部风道进入试验仓。设定进风口风速为5 m/s，动态变化进风口风温，使风温与粮均温差值保持在7 ℃以内，防止粮食结露，观察稻谷降温情况，记录试验仓温度变化。第二阶段：上进下出式机械通风降温，改变空调机组、离心风机、风道等连接状况，使冷风由上部风道进入试验仓，其余处理与第一阶段相同[6]。

2 结果与讨论

综合各测点温度变化，处理后可得试验仓温度变化情况见表1。

2.1 粮均温结果分析

据表1可知，第一阶段试验粮均温从26.3 ℃下降到15.9 ℃，降温幅度为10.4 ℃;第二阶段试验粮均温从24 ℃下降到14.8 ℃，降温幅度为9.2 ℃。两个试验阶段降温幅度明显，降温效果显著。第一阶下进上出降温速率为0.8 ℃/d，第二阶段上进下出降温速率为0.92 ℃/d。这是因为冷气流上进下出时，除了风机提供给冷气流的驱动力之外，冷气流密度大，重力也會提供部分驱动力，使对流换热更加强烈。冷气流下进上出时，重力反而会成为冷气流上升的阻力，不利于对流换热[7]。

2.2 粮温均匀度结果分析

对粮温的均匀度进行分析，第一阶段粮温均匀度见图2，第二阶段粮温均匀度见图3。

据图1可知，实际测温点从第二层开始所测温度才为粮温值。取测温点第二层与第三层、第三层与第四层、第四层与第五层均温差值可做第一阶段粮温均匀度，同理可绘制第二阶段粮温均匀度示意图。所取温差值均为绝对值。

据图2可知，第一阶段试验开始时，第二三层、三四层粮温差值较小，四五层粮温差值较大，由上至下分别为1 ℃、0.6 ℃、5.1 ℃。随着试验的进行，层粮温差值经历波动后变小并稳定在0.8 ℃、0.8 ℃、0.9 ℃。这说明选择下进上出的送风方式可以很好地控制粮温均匀度。

据图3可知，第二阶段试验开始时，层均温差值较大，均匀度较差，由上至下分别为3.4℃、1.1℃、4.7 ℃，随着试验的进行，第三与第四层、第四与第五层粮均温差值波动后变小，稳定在0.5 ℃、0.5 ℃。第二层与第三层均温差值虽整体波动后变小，但是最后的稳定值较大为2.1 ℃。这说明上进下出的送风方式对下层粮温均匀度控制较好，对上层粮温均匀度控制较差。

2.3 仓顶温度分析

由于上进下出式通风，冷风直接由上层进入粮仓，因此该通风模式下仓顶温度较低。第二阶段试验后，仓顶均温10.5 ℃且为全仓温度最低层;第一阶段试验后，仓顶均温17.9 ℃且为全仓温度最高层。粮仓热负荷大部分源于太阳热负荷，在炎热的夏季，一方面仓内空气受热升温，热空气密度小从而上升密集在顶部空间;另一方面仓顶也直接受太阳热辐射影响，在仓顶至粮面区域形成密闭的热空气层，即闷顶现象。下进上出时，冷气流由粮层下层进入粮堆，推动粮堆中热空气在粮仓顶汇集，通风刚开始的一段时间对闷顶现象并没有缓解;上进下出时，冷空气由仓顶进入粮仓，冷气流直接与仓顶部空气层相接触，对仓顶部热空气有明显的冷却效果[8]。

2.4 经济效益分析

不同阶段制冷能耗情况见表2。

据表2可知，取0.6元/kW·h进行能耗分析，可得第一阶段降温费用为120×0.6=72元，第二阶段降温费用为100×0.6=60元;第一阶段降温幅度10.4 ℃，第二阶段降温幅度为9.2 ℃。由此可得第一阶段粮堆降温成本为0.29元/t，第二阶段粮堆降温成本为0.27元/t。与下进上出的机械通风形式相比，上进下出拥有更好的节能效果。

3 结论

本试验通过对下进上出和上进下出送风方式进行对比，结果表明，上进下出的送风方式也是可行的，两者都能起到降低粮温，满足低温储粮的要求。下进上出送风方式可以使粮堆拥有更好的粮温均匀度，但是不能较好地缓解闷顶现象，对此可以考虑利用风机在环境温度较低的时刻（例如夜晚）单独对顶层空间进行机械通风[9-10];上进下出送风方式拥有更好的降温速度，与下进上出的通风形式相比，是一种更经济的送风方式。但是对上层粮温均匀度控制较差，可以考虑采用勤翻粮面、单独对均匀度不良的粮堆部位通风等预防结露的方法来解决。不同的送风方式有不同的特点，要根据实际情况的不同，灵活选择送风方式，保持粮食品质。

参考文献

[1]张友春.谈我国钢板筒仓的储粮性能[J].粮油食品科技，2008（1）：14-18.

[2]张来林，吕建华，王彦超，等.鋼板立筒仓仓储工艺改造与储粮技术研究[J].粮食加工，2012（1）：64-68.

[3]章铖，田兴国，何荣，等.粮堆结露成因与预防处理研究进展[J].粮食储藏，2018（1）：1-5.

[4]LS/T 1202-2002.储粮机械通风技术规程[S].

[5]GB/T 26882.1-2011.粮油储藏粮情测控系统[S].

[6]谷玉有，张来林，史钢强.东北地区不同仓型储粮特性研究[J].粮食科技与经济，2008（6）：38-43.

[7]钟益彬.赤湾港老旧粮食筒仓系统升级改造研究[D].兰州：兰州大学，2018.

[8]王子嘉，张娟，陈雁，等.模拟钢板仓储存大米通风降温试验[J].粮食储藏，2019（1）：1-3+10.

[9]李明发.大型装配式钢板仓机械通风降温系统的设计与使用[J].粮食储藏，1999（2）：37-41.

[10]吕建华，史雅，张来林.中国钢板仓储粮的应用及发展趋势[J].粮食科技与经济，2011（5）：23-24.

收稿日期：2019-04-27