控温储粮技术的应用研究

2021-11-16张瑞杰申好武

现代食品 2021年20期

◎ 张瑞杰，张玺，申好武，王宁

（郑州中粮科研设计院有限公司，河南郑州 450001）

自2017年以来，粮食行业掀起了绿色储粮的热潮，并在全国各地得到大力推广，大批优质粮食工程项目落地，绿色储粮成为核心的关注点。其中，空调控温技术是目前较为成熟的一种绿色储粮技术，通过控制“温度”这一物理因素，使粮食处于一定的准低温或低温状态，可极大程度地限制粮堆生物体的生命活力，增加粮食的储藏稳定性。该技术具有保鲜效果显著、不用化学药剂、避免食品污染、保持储粮卫生的特点，对减少储粮损失，延缓粮食陈化起到较好的效果[1]。在我国，常将平均粮温保持在15 ℃以下的粮仓称为低温仓，平均粮温保持在20 ℃以下的粮仓称为准低温仓[2]。20 ℃是控温储粮的上限要求，将粮堆平均粮温控制在20 ℃以下，可基本保持粮食原有品质半年以上[3]。

1 控温技术

温度、水分是影响储粮安全的两个关键因素。粮堆表层控温技术主要用于粮面以上仓温的维持，一般控制平均仓温高于粮堆温度3～5 ℃，以确保粮堆长时间维持低温冷芯状态。有研究表明，自然条件下，各类粮食的安全水分一般在13%以下，当降低储粮温度时，水分可适当提高且不影响储粮品质[4]。另有报告指出，当粮堆环境控制在干球温度17～22 ℃，相对湿度为30%～65%的微气候下，能有效抑制昆虫的发育和繁殖；温度进一步降低，则虫害可忽略不计[5]。

2 控温方案设计

2.1 研究对象

本文以一栋高9.60 m平堆双层顶散装粮食平房仓为研究对象，假定储粮期间已通过谷物冷却机或地上笼通风系统将粮堆温度降至安全温度以下，仅利用粮面空调对仓温进行维持。该项目建设地点位于浙江省温州市苍南县某粮库内，所属储粮生态区域为第五区—中温高湿储粮区。

本文利用HDY恒绿建筑分析软件对该散装粮食平房仓建立三维仿真模型，建筑参数及空调参数均参照项目实际进行设置。

2.2 建筑模型

该建筑平面尺寸为60.00 m×42.00 m，檐口高度为12.65 m，屋脊高度为19.47 m，装粮高度为9.60 m，整个粮仓均分为4个廒间。外墙采用490厚烧结页岩普通砖（非粘土），综合传热系数K为1.25 W/（m2·℃），热惰性指标D为6.09；外门及通风窗采用保温密闭门窗，传热系数K为2.50 W/（m2·℃）；屋面采用通风隔热双层顶，传热系数K为0.56 W/（m2·℃）。

为简化模型，作如下假定。①在整个储粮期间，仓门及通风窗保持绝对密闭，仓内无热源、无照明、无人员进入、无新风输入。②考虑到粮食为热的不良导体，且控制粮堆表面与空气温差在5 ℃以内，忽略粮面与仓内空气的热质交换。本文基于以上假设，建立了该散装粮食平房仓的三维建筑模型。

2.3 空调模型

本文以室内设计温度为自变量，并保持其他各项室内设计参数及控制参数一致，共设计11种工况，分别对应室内设计温度从25 ℃依次降至15 ℃，间隔为1 ℃。为避免仓房内结露，设定空调送风温差恒定为3 ℃，室内相对湿度为60%。

考虑到粮食忌水，空调设备选用市场上较为常见的直膨式仓外空调一体式机组，机组的额定制冷量及送风量根据制冷设计日负荷计算结果由软件自动匹配，机组制冷功率及送风机功率根据设备厂家提供的部分负荷下拟合曲线经计算得到。空调运行方案采用自动启停控制及部分负荷下自动变频控制策略，以利于节能运行。

2.4 仿真模拟

本文结合当地气候条件及实际运行经验，选取一年当中4月1日—11月30日共计244 d为系统运行周期，借助搭建好的仿真模型，依次改变室内设计温度，分别进行全周期动态仿真模拟，得到该散装粮食平房仓粮面控温空调系统在整个制冷季的运行数据。

3 结果与分析

3.1 全年负荷

对不同工况下的全年负荷模拟数据进行分析整理，绘制成散点折线图，如图1所示。分析图1中数据，该散装粮食平房仓的全年冷负荷与室内设计温度近似成线性负相关；以室内设计温度25 ℃为基准，每降低1 ℃，全年冷负荷约增加6.2%。负荷大小直接影响制冷设备的选型，当降低室内设计温度，则设计冷负荷增大，相同规格型号的制冷设备配置数量相应增加，导致整个项目的建设成本提高。

图1 不同室内设计温度下的全年冷负荷图

3.2 全年制冷系统运行能耗

对不同工况下的全年制冷系统运行能耗数据进行分析整理，绘制成散点折线图，如图2所示。分析图2中数据，该散装粮食平房仓的全年制冷系统运行能耗与室内设计温度近似成线性负相关；以室内设计温度25 ℃为基准，每降低1 ℃，全年制冷系统运行能耗约增加21.9%。制冷系统运行能耗（空调运行电耗）的高低，直观反映出全年制冷系统的运行成本，当降低室内设计温度时，全年制冷系统运行能耗急剧增加，运行成本大幅提高。