辐射制冷技术浅圆仓控温试验研究*

2021-04-16高彬彬季雪根张云峰孙沛灵柯诗春魏永威徐灵中许伟平徐静涛

粮食储藏 2021年1期

高彬彬沈波季雪根张云峰孙沛灵柯诗春魏永威何力徐灵中许伟平徐静涛袁丹

(1 浙江省储备粮管理有限公司 310006)(2 浙江衢州省级粮食储备库 324022)(3 宁波瑞凌新能源科技有限公司 315500)

浅圆仓仓壁、仓盖均为钢筋混凝土结构，在夏季持续高温天气、太阳照射强的情况下，仓温、粮温上升速度快，最高粮温可达30℃以上，对保持粮食品质和控制粮堆内害虫生长繁殖极为不利。目前浅圆仓控温储粮需求增加，控温储粮技术还不够成熟，需要探索新的有效控温途径[1～5]。

为探索辐射制冷材料对浅圆仓的控温效果，我公司在衢州库浅圆仓开展了辐射制冷材料控温储粮试验。

1 试验材料

1.1 仓房基本情况

浙江衢州省级粮食储备库的Q4仓、Q5仓均为2016年底完工的钢筋混凝土结构浅圆仓，内径23 m，装粮线高24 m，设计仓容为7500 t。Q4仓、Q5仓仓顶均为混凝土屋面，内含50 mm硬质发泡聚氨酯保温隔热层，40 mm混凝土防水层；仓壁为230 mm钢筋混凝土结构。试验选用浙江衢州省级粮食储备库的Q5号仓为试验仓，Q4号仓为对照仓。两仓储粮情况见表1。

表1 试验仓房基本情况

1.2 辐射制冷材料

反射型辐射制冷膜、辐射制冷卷材和辐射制冷涂料均为宁波生产。

1.2.1 反射型辐射制冷膜及辐射制冷卷材制冷原理反射型辐射制冷膜是利用辐射制冷的原理[6～9]，设计多层膜结构，使薄膜具备辐射制冷功能。通过在高分子基材中加入不吸收太阳能而又能对大气窗口红外辐射产生共振的微米级无机粒子，使薄膜在太阳能波段具有高反射率、在大气窗口具有高发射率的光谱选择性，可直接贴合于仓体金属门窗外表面。辐射制冷卷材是反射型辐射制冷膜与丁基胶复合加工而成。

1.2.2 辐射制冷涂料制冷原理辐射制冷涂料由高分子材料、无机功能材料、颜填料等构成。通过大气透射窗口波段(8 μm～13 μm)的高红外发射能力将热量源源不断向外太空冷源高效传递，同时利用涂层对太阳辐射能量的高反射能力将吸收热量降到最低，进而达到显著降温效果。从层状结构来看，辐射制冷涂料由表面预处理底漆、辐射制冷涂层和高耐候性能保护层组成，可直接应用于混凝土、金属等外表面。

1.3 测温系统及测点布置

Q4、Q5号仓原已配备有粮情测控系统，用于监测粮温变化，为更全面地验证本试验辐射制冷产品的降温效果，试验除粮情测控系统的检测点外，在外顶、内顶、外壁、粮堆贴壁及粮面新增部分表面温度检测点共21个。新增的测点采用ZW720型远程温度自记仪进行温度数据的采集，温度采集频率为1次/3 min，新增测点及粮情测控系统测点的位置布置如图1所示。

图1 粮情测控系统及试验新增测点示意图

2 试验方法

2.1 空白测试

试验开始前，用2周时间分别检测Q4、Q5号仓仓温和外壁温度受外温的影响情况，确保Q4、Q5号仓初始数据的一致性。

2.2 辐射制冷材料施工

辐射制冷材料的施工工艺包括仓体立面辐射制冷涂料施工、仓顶混凝土表面辐射制冷卷材施工及金属门表面反射型辐射制冷膜施工。

仓体立面施工主要包括脚手架搭建、基层处理和辐射制冷涂料施工。辐射制冷涂料施工工序分别为:①底漆层、中涂层三遍、面漆层一遍，罩面层一遍，采用喷涂工艺施工；②仓顶混凝土表面施工主要包含基层清理、涂刷界面剂、铺设辐射制冷卷材和封边处理4道工序；③金属门表面应用反射型辐射制冷膜主要包含基层清理、铺设反射型辐射制冷膜和封边处理3道工序。

2.3 数据收集与整理

辐射制冷材料于2020年8月16日在Q5号仓施工完毕，通过8月16日～11月11日的温度连续测试，并对数据进行收集整理，以便评估辐射制冷技术应用后的降温效果。

3 结果与分析

3.1 空白测试

经2周温度检测和数据对比，Q4、Q5号仓仓温变化受外温变化影响的差异较小，差幅在0.5℃以内，西外壁的温度受外温变化影响也较小，变化幅度在0.5℃以内；Q4、Q5号仓受外温的影响情况具有较好的一致性。

3.2 试验仓与对照仓数据分析

3.2.1 仓外顶温度对比由图2可知，外顶温度(外顶温度为所有检测点平均温度，下同仓内顶温度、粮面温度)试验仓比对照仓平均低4.3℃，温差可达22.2℃，最大温差出现在8月19日，对照仓和试验仓温度分别为57.9℃和35.7℃。试验仓与对照仓外顶(东南面)温度差异较大。

图2 仓外顶(所有测点平均)温度对比

由图3可知，8月22日～8月24日持续高温期间，外顶(东南面)温差高达26.1℃(8月23日，气温36.2℃)；另外，试验仓的外顶温度每天连续24 h低于环境温度，具有明显的制冷效果。

图3 持续高温天气条件下外顶(东南面)温度逐时分析

3.2.2 内顶温度对比由图4可知，仓内顶温度试验仓比对照仓平均低3.1℃，持续高温天气条件下(8月16日～8月26日)平均低5.5℃，内顶平均温差最高可达6.4℃；其中内顶(西南面)的温度差最高可达8.1℃，如图5所示，最大温差出现在8月22日，对应对照仓和试验仓内顶温度分别为40℃和31.9℃。

图4 仓内顶温度(所有测点平均)对比

图5 持续高温天气条件下内顶(西南面)温度逐时分析

3.2.3 仓温对比试验期间和持续高温天气条件下两仓仓温对比如图6和图7所示。由图可知，试验期间仓温平均降低2.8℃，持续高温天气条件下(8月16日～8月26日)平均降低4.8℃。最高时点低5.6℃(8月22日)，对应的对照仓和试验仓仓温分别为37.3℃和31.9℃。

图6 仓温对比

图7 持续高温条件下仓温对比

另外，8月16日～8月25日期间具有连续晴天、每日最高气温为37.8℃～38.6℃，该阶段对控制浅圆仓仓温具有较大挑战性。由图8可知，对照仓最高仓温由8月16日的36.4℃升至8月24日的37.2℃；而试验仓最高仓温由8月16日的32.5℃，降低至8月24日的31.7℃；由此可见，应用辐射制冷产品后，在持续高温天气条件下，试验仓仓温升温显著减缓，且总体呈下降趋势。

3.2.4 粮面温度对比图8为粮面温度的对比，由图8可知，试验仓与对照仓温差明显，在试验期间，试验仓与对照仓平均温差为2.4℃，持续高温天气条件下(8月16日～8月26日)平均温差为3.4℃，温差可达4℃。