平房仓空调控温储藏稻谷应用工艺分析

2020-11-23王平坪王波胡玉林

粮食科技与经济 2020年8期

关键词：稻谷

王平坪王波胡玉林

[摘要]本文研究了两种类型空调在平房仓稻谷储藏中的应用效果、空调配置及空调运行参数的选择，结合仓房和粮面的隔热处理，浅析隔热+空调降温的空调控温应用工艺。由研究结果可知，两种空调在仓房中的配置合理，运行时段选择可行，但空调的开启和停用时间以及温度设置有待进一步优化，以提升其控温效果并降低能耗。

[关键词]平房仓;空调控温;稻谷;应用工艺

中图分类号：S379 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202008

湘潭位于湖南省中部偏东地区，地处湘江中游，是优质籼稻主产区，属中亚热带季风湿润气候区，暑热期长。中央储备粮湘潭直属库有限公司坐落在湘潭市岳塘区，按照中国储粮生态区域划分，属第五储粮区，该储粮生态区5—9月份为高温时段，7月份均温约为28℃，最高温可达40℃以上。目前湘潭直属库已全面开展空调控温储粮技术的应用，用于夏季高温时期的粮仓温度及粮堆表层温度的控制。笔者通过两年的实践应用，研究了不同类型空调的控温效果，分析了空调的数量及布置、空调启动时间、空调运行模式等空调控温储藏的技术参数，旨在为建立规范实用、经济有效的空调控温工艺奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 試验仓房

4栋试验仓均为普通平房仓，其中2号、5号、6号仓为空调控温试验仓，4号仓为对照仓。仓房墙体为砖混结构，混凝土折线型屋架，每个仓房有2个仓门、6个轴流风机口、4个通风口，仓顶采取吊顶的方式隔热。仓房基本情况见表1。

1.1.2 试验粮食

试验仓所储粮食均为2017年收获的籼稻，当年完成入库后，进行冬季通风降温作业，将试验仓的平均粮温控制在10.5℃以下。试验粮食的入库时间、入仓时的原始品质等情况见表2。

1.1.3 空调设备

根据仓内空间大小、粮堆大小、仓房隔热性能等具体情况，确定试验仓所需的总制冷量，结合所选设备的制冷量，确定空调数量。试验仓房的空调配置情况见表3。2号仓和5号仓的4台空调南北两侧仓墙各安装2台，呈对称分布;6号仓的风管机仓内出风口位于仓房南侧中部，通过埋于粮堆50cm以下的支风管将冷风送入双气囊内。

1.2 试验方法

1.2.1 仓房隔热保冷处理

在入粮前对2号、5号仓进行隔热改造，仓墙内壁四周用PEF板隔热，仓顶采用轻钢龙骨+保温材料吊顶，粮面采用30cm厚度散装谷壳压盖;6号仓试验期间未进行吊顶工艺处理，粮面采用双层薄膜冷气囊技术压盖保冷;4号仓（对照仓）粮面采用30cm谷壳散装压盖。

1.2.2 冬季机械通风降温

利用冬季低温条件，选择适宜的通风时机，使用FTA-60轴流风机（单机功率3.6kW）以上行式吸出的通风方式，分阶段进行通风降温，将全仓平均粮温降至10℃以下，为第二年的控温储藏蓄冷。

1.2.3 夏季空调控温应用

2018年在2号仓开展了空调运行模式的探索，设置了26℃的控温目标值，采用两种不同的运行模式，通过粮情变化情况分析参数设置的合理性。2019年在对空调运行参数优化的基础上，确定了3个空调控温试验仓的开机仓温、运行模式等参数，开展夏季空调控温储藏应用效果研究。空调运行参数见表4。

1.2.4 粮情检测

采用粮情检测系统对所有供试仓房的温度变化情况进行全程监测和记录，测温布点按照《粮油储藏技术规范》（GB/T 29890—2013）执行。使用普通温度计和数显式温湿度计对外温和仓温进行测定。粮情检测每周两次，每次测定选择在8：00—9：00时间段进行，注意观察各测温点的数据，出现较多温度异常点时，应尽快检查和更换温度传感器，以保证数据的准确性。

1.2.5 仓温均匀性测定

2019年空调运行期间，进行仓温均匀性测定。具体方法：在粮面上约1m的位置布置温度计用于测定仓温，分别测定白天（8：00—16：00）开机、夜晚（18：00—次日6：00）开机、24h连续开机三种模式下仓温的均匀性。

仓温检测点的布置方法：全仓共设置8个测温点，沿仓房长度方向每边布置3个点，将整个粮堆分成两个区，四角4个点距长度和跨度方向均距仓壁1.5～2m，中间2个点在跨度方向距仓壁1.5～2m，长度方向居中，余下2个测温点在两个分区的中心点位置。测温点布置示意图见图1。

2 结果与分析

2.1 空调控温应用效果分析

2.1.1 试验仓三温变化情况

4个试验仓2018年的粮情变化情况见图2～图3。因空调控温储藏是以控制仓温的方式实现对粮堆表层粮温的控制，进而降低全仓均温，因此，对试验仓的粮情变化主要通过表层均温和全仓均温来分析。

从4个试验仓2018年6月—9月的粮情变化曲线可以看出，2018年夏季高温阶段，4个试验仓的粮堆表层均温变化规律一致，8月下旬和9月中上旬达到温度高点（最高点表层均温分别为24.7℃、24.8℃、24.9℃和24.8℃），从9月下旬开始下降。试验仓的全仓均温最高点分别为21.8℃、21.8℃、22℃和22.9℃。

2号仓从8月1日开启空调运行了一个月，但控温期间表层均温与其他3个试验仓（未开启空调）的几乎没有差别，这是因为2号仓的空调开机时间和运行时段选择不够合理，8月份开机时仓温已经达到了35.6℃，气温又一直处在比较高的水平，空调仅开启了2台且运行时间短。空调开启的第一周，2号仓的仓温从7月30日的35.6℃降至8月6日的25.1℃，变化显著，虽然随后有所回升，但一直处于略低于其他试验仓的相对平稳状态。

4个试验仓2019年的三温变化曲线见图4～图5。5月份开始表层粮温呈现明显的上升趋势，9月下旬出现粮温高点，然后开始相对快速下降。空调运行期内，2号、5号、6号空调控温仓的全仓均温最高点分别是19.8℃、20.4℃、17.6℃，表层均温都在24℃以下，但3个试验仓的仓温都超过了控温目标值。

2019年空调启动时机选择在仓温达到26℃时，2号、5号、6号仓分别于6月6日、6月1日和6月4日开始启用空调。2号仓在基础表层均温高于其他试验仓的情况下，自空调开始运行后，表层均温的降幅明显大于其他仓，且升温趋势相对平缓。5号仓6月、7月份开启空调后表层粮温与4号对照仓的增幅一样，至8月份才明显低于对照仓，且8—9月份的仓温一直稳定在（23.7±0.2）℃的范围。6号仓基础表层粮温相对较高，6月4日至7月22日空调运行期间，表层粮温增幅减缓，空调停用后，表层均温幅度增大。

2.1.2 试验仓储粮品质变化分析

试验仓控温储粮期间稻谷水分及储存品质的变化情况见表5。经过两年的储藏，稻谷的水分都有一定程度的降低，脂肪酸值均有所升高，品尝评分值下降，但变化幅度没有明显差别。

与对照仓相比，2号空调控温试验仓的水分变化最小，5号仓与对照仓的变化幅度相同，由此可见，空调的使用并未导致表层水分大量损失，这可能是散装谷壳压盖发挥了作用。6号仓的水分降低幅度大于对照仓，这应该与6号仓使用的空调类型、粮面隔热保冷形式有一定的关系。

3个空调控温储藏试验仓脂肪酸值的变化基本相同，增加幅度在4.8～5.0mgKOH/100g，对照仓增加了5.4mgKOH/100g，说明空调控温储藏对储粮脂肪酸值的增加具有延缓作用。

2.2 空调配置的合理性分析

为了分析试验仓空调配置数量及安装位置的合理性，在3个空调仓设置了8个仓温检测点，对3种运行模式下仓温的均匀性进行了测定。仓温测定结果见表6，表中各点均温指的是某个测定时间点测定的8个布点仓温的平均值，高低温差指该时间点8个仓温的最高值和最低值之差。

2号仓白天8h、晚上12h、连续24h模式下仓温差值范围分别为0.5℃、0.9℃～1.5℃、0.3℃～0.9℃，8个点的仓温比较均匀，8h和24h模式下各时间点的仓温差别不大于1.3℃，12h模式因两个测温时间点间隔较远，两者温差相对较大。5号仓12h和24h模式下各点仓温比较均匀，8h模式下各点仓温差值变化在3.2℃～3.3℃，主要是因为8月20日正值高温时节，白天外温对仓温的影响较大。6号仓三种模式下仓温差值范围分别为0.7℃～1.1℃、1.1℃～1.2℃、0.6℃～1.1℃，仓温均匀。由此可见，三种模式下的仓温均匀性都比较好。均匀性测定试验中2号仓和5号仓空调为3P壁挂式单冷定频空调，运行数量为2台，6号仓为6P风管机，运行数量为1台，可见试验仓两种类型空调的数量和位置都比较合理。

2.3 空调运行参数的合理性分析

2.3.1 运行时段及控温目标的选择

2018年在2号仓进行了空调开机时段的试验，设定了8：00—16：00和18：00—次日10：00两种运行模式，控温目标值为26℃，空调运行数量为2台。以4号仓为对照仓，对空调运行期间的仓温及粮温进行测定，结果见表7。从测定结果看，空调试验仓的表层最高粮温、表层均温和仓温明显低于对照仓，但全仓均温与对照仓的差别不大。空调试验仓白天和晚上两种时段开机对表层粮温及仓温的控温效果基本一样。

2019年在3个试验仓都开展了空调运行试验。在2018年的经验基础上，将2号、5号、6号仓的控温目标分别设定为25℃、25℃、28℃，设置了不同的运行时段，空调开启期间按照1.2.5中的8个布点进行仓温测定，并记录每次运行的制冷消耗功率，对空调运行能耗进行分析，结果见表8。

2号仓和5号仓在6月份气温较低的情况下都实现了控温目标且平均仓温比控温目标低了3℃，但7月、8月份气温较高时两仓的仓温平均值都高于控温目标，可能是因为控温目标值设置偏低，也可能是试验中开启的2台空调制冷量不足。6号试验仓在6月份不同运行时段的平均仓温都低于控温目标值。根据上述结果，在实际应用中，不同的月份应该根据具体的气温情况调整控温目标值，否则可能会因仓内外温差过大导致粮食结露和空调高耗能。

对不同时段空调运行的制冷能效比（EER）计算结果显示，对于使用壁挂式单冷定频空调的试验仓，2号仓中8：00—次日8：00、18：00—次日6：00两个时段的运行能效比相同，而2019年8月13日8：00—16：00时段的运行能效比与8月2日相比，高约0.1;5号仓三种时段的运行能效比基本一致;使用1台风管机的6号仓，三个时段的运行能效比也基本相同。从空调单次运行的吨粮能耗来看，2台壁挂式单冷定频空调三种运行模式下的吨粮能耗均小于1台风管机的，且单次运行的吨粮电耗随着运行时间的增加呈近似等比增长趋势。

2.3.2 空调运行能耗的分析

2019年2号、5号、6号试验仓均从6月份开启空调，运行天数分别为78d、115d、49d，空调控温期间的3个示范仓的日均吨粮电耗分别为1.89kW·h/t、1.22kW·h/t、0.50kW·h/t。结合粮情曲线（见图3、图5）来看，2号仓和6号仓空调停用后表层均温仍在上升，至9月份出现最高点，5号仓空调在9月份高温时期仍在运行，空调停用后表层均温呈下降趋势。5号仓在开机仓温比2号仓低、运行时长比2号仓长的情况下，吨粮电耗反而低了0.67kW·h/t（见表9）。由此可见，开机时机、空调运行时长是影响空调控温目标的重要因素，应根据仓温及表层粮温判定合适的开机时间和停机时间。

3 應用效果及工艺的讨论

3.1 平房仓稻谷储藏的空调控温应用效果

3.1.1 仓温及表层粮温的控制效果

稻谷空调控温储藏的应用研究报道显示，空调在夏季高温时可以有效控温仓温和表层粮温的变化，并降低表层粮温的上升幅度。姜立均等[1]在41.5m（长）×17.5m（宽）平房仓内安装1台制冷量为22kW的专用空调开展试验，仓温大于25℃时开启空调，空调运行期间仓温基本可以控制在25℃以下。武汉直属库在高大平房仓（47.2m×22.8m×9.27m）应用空调控温技术储藏稻谷时，采用了非固定运行参数的模式，高温时根据当天气温等因素确定空调开机时长，运行期内空调控温仓的仓温低于25℃，表层平均粮温低于25.5℃。贵溪库和武汉库的空调控温运行参数选择比较合理，取得了比较理想的控温效果。

从空调运行期间的仓温和粮温变化来看，湘潭库2019年空调控温仓粮堆表层均温在高温时期增长趋势比对照仓要缓，发挥了一定的控温效果。但仓温未达到控温目标值，应该与空调运行参数（开机时机的选择、控温目标的设置以及空调运行的时长）以及仓房的隔热性能有关系，还需优化2019年运行参数，开展进一步的应用探索。

3.1.2 空调控温仓储粮品质的变化

空调控温技术在延缓稻谷品质变化方面的作用已得到普遍认可。杨雪花等[2]对高大平房仓空调控温储藏条件下稻谷的品质变化进行了分析，结果表明，空调控温仓粮面以下0.6m处的脂肪酸值升高幅度最大，随着深度的增加脂肪酸值升幅降低，储期内空调控温仓的脂肪酸值增幅比对照仓低2.0mgKOH/100g。赵旭等[3]得到了相似的结论，同时期测定的粮面脂肪酸值增幅试验仓比对照仓低3.8mgKOH/100g，研究还显示，夏季高温时对照仓粮堆表面稻谷水分的下降幅度大于空调仓。张富胜等[4]的空调控温储藏稻谷研究中，试验期间空调仓表层粮食脂肪酸值降幅比对照仓低1.0mgKOH/100g，但空调控温对粮食水分及品尝评分基本没有影响。本试验结果与上述研究报道一致，控温效果好的试验仓，其水分、脂肪酸值、品尝评分值的变化幅度均明显小于对照仓。

3.2 空调运行参数的优化

空调控温效果受多种因素的影响，主要是仓房的隔热性能、空调的合理配置以及空调运行参数的合理选择等。贵溪直属库探索高大平房仓空调控温作为夏季稻谷储藏补冷方式的工艺模式时，在高温时段根据表层粮温来设定空调控制温度，且灵活调整开机时间、运行时长及空调启用台数，在空调运行期间实现了粮温的小幅度平稳上升[5]。吳文强等[6]也认为在夏季高温季节应根据表层粮温连续或阶段开启专用空调。因此，空调控温应用中，特别是在气温较高时，应根据气温的变化调整空调设置温度，避免因内外温差大而导致结露[7]，开机时间宜选择夜间[8]。张来林等[9]通过试验认为空调控温宜采用连续运行方式避免仓温的大幅反弹。本研究中白天、晚上、24h连续开机三种模式下，同一类型空调的运行能效比基本相同，每小时的吨粮电耗是一样的，因此选择晚间运行时段开展实仓应用是合理且低耗的运行模式。

3.3 不同空调控温工艺的对比

空调控温储粮应用中出现了多种控温工艺，如表10所示，这些工艺的组成各有特点，控温效果也有差别，能耗相差显著[10-12]。本研究分别采用了粮面散装稻壳压盖和粮面双膜冷气囊两种压盖方式，前者空调仓的控温效果比后者要好，除了仓房隔热性能导致的差异，粮面压盖形式也有不小的影响。这些都是探索性的研究，结果基本能够保证仓温控制在25℃左右，还可以通过进一步改善仓房隔热性能和优化空调运行参数来达到更理想的控温效果，并建立规范的操作规程，降低空调运行能耗，从而保持较好的储粮品质。

4 结论

（1）湖南地区在高温季节稻谷储藏采用空调控温工艺，可以有效减缓仓温的上升趋势，将表层粮温控制在一个相对稳定的水平，降低脂肪酸值的增幅，延缓储粮的品质变化。

（2）2号、5号、6号试验仓的空调配置合理，运行时段可行，但空调开启和停用时间、空调温度设置有待进一步优化，以达到控温目标值。

（3）2号、5号仓壁挂式单冷空调的吨粮能耗要低于6号仓风管机的。因试验期间6号仓未做吊顶隔热处理，增大了空调运行能耗，待改善仓房隔热性能后，可进一步分析和改善其控温工艺。

参考文献

[1]姜立均，宋立新，彭里.空调控温准低温储粮技术实验探讨[J].粮食科技与经济，2018，43（11）：63-65.

[2]杨雪花，谢维治，杨菲，等.高大平房仓空调控温储存稻谷品质变化规律初探[J].粮食科技与经济，2011，36（6）：23-26.

[3]赵旭，林子木，赵海波.空调控温储粮对稻谷储藏品质的影响研究[J].粮食加工，2017，42（3）：33-36.

[4]张富胜，胡汉华，王平，等.高大平房仓应用空调控温技术储存稻谷效果研究[J].粮油仓储科技通讯，2017（6）：9-11.

[5]朱清峰，熊建仁，陈勇德，等.空调控温储粮低耗高效工艺模式探索[J].粮食加工，2019，44（2）：74-77.

[6]吴文强，黄明智，林小龙，等.粮仓专用空调结合内环流控温技术应用探析[J].粮食科技与经济，2018，43（6）：77-80.

[7]王西林，施怡良，钟武毅，等.高大平房仓膜下充氮气调与膜上空调控温储粮实仓应用[J].粮油仓储科技通讯，2018（5）： 37-40.