气凝胶绝热制品在粮仓的应用研究*

陈文强 李志刚 吴俊友

[1 华阳集团艾瑞格(山西)新材料科技有限公司 045000]

(2 中央储备粮海口直属库有限公司老城分公司 571900)

粮仓建设标准应根据国家宏观要求不断地改进，目前国家大力实施节能减排，因此提高粮仓保温隔热性能、提升其保粮和节能性能势在必行。推广应用控温储粮技术，有助于粮食产后减损，符合国家绿色发展方向。做好粮仓围护结构的隔热保温，减少粮仓内外热量交换，能够有效缓解仓温和粮温的剧烈波动，降低控温设备的开启时间和频次。一直以来，我国粮库仓房隔热性能普遍较差。新时期仓储行业面对控温保质、绿色储粮的要求，需要在建设完成后再进行粮仓的隔热改造。提升仓房的隔热性能也是实现控温储粮系统经济高效运行的关键。

SiO2气凝胶兼具“超轻、防火、防水、隔热、耐腐”等特性，应用于航空航天、石油化工、绿色建材等领域。作为一种新材料，气凝胶具有纳米多孔结构，兼具超轻、防火、防水、隔热、耐腐等特性[2]，被称为“蓝色烟雾”，作为一种高效保温隔热材料已成为研究热点[3]。

1 气凝胶绝热毡

气凝胶绝热毡是采用特殊纤维丝为基材，纳米复合工艺制备而成，能在650℃的温度下提供最佳的保温效果和节能经济价值。该材料具有超低的导热系数，厚度比同类产品薄75%，便于在空间狭小或易发生机械碰撞的区域内使用，安装快速、轻松，既节约时间又节省开支，是工业管道保温、储罐保温、汽车防火隔热和建筑保温等领域理想的隔热保温材料。

1.1 依据标准

GB/T 17430-2015《绝热材料最高使用温度的评估方法》。

1.2 试验设备

热面特性试验装置3-RMTX-202201。

1.3 试验温度

试验温度为(650±15)℃，恒温96 h。

1.4 试验步骤

1.4.1 试样名称为气凝胶绝热毡，为白色毡状纤维复合制品。系统共有8块试样，分为4组，编号分别为A、B、C、D，测量每组试样的长、宽以及系统的质量、厚度、密度。

1.4.2 将4组试样依次叠铺于热面特性装置的均热板上。各组试样位置见表1，在每组试样表面中心放置一支热电偶测量温度。热板从室温开始以2℃/min的速率升温，达到试验温度后，恒温96 h。在升温过程中观察试样是否有燃烧、闪火、阴燃和冒烟等现象。

表1 试样编号与相应位置

1.4.3 恒温96 h后，关掉电源，待整个装置自然冷却到室温后，取出试样，观察试样的颜色变化，有无翘曲、裂缝、熔融、烧结和降解等现象。测量试验后每组试样的长度、宽度以及质量、厚度、密度。

1.5 试验结果

1.5.1 在升温过程中，未见试样有燃烧、闪火、阴燃现象，未见有明显的冒烟现象；试验后试样未出现分层、裂缝、翘曲、熔融、烧结和降解等现象，试样颜色未发生改变。

1.5.2 测试前后试样的尺寸、质量和密度见表2。

表2 测试前后试样参数

1.5.3 在升温和恒温过程中，热板及各组试样上表面中心的温度曲线见图1。整个试验过程中，热板最高温度为653℃，平衡温度为650℃。A～D组试样上表面中心最髙温度分别为661℃、598℃、482℃、216℃。

图1 热板及各层试样上表面中心的温度曲线

1.5.4 试验过程中，试样内部出现超温现象。其中，A组试样上表面中心最高温度为661℃，超过同一时刻热面温度，最大值为9℃；B组、C组、D组试样未出现超温现象。每组试样上表面中心最高温度及超温情况见表3。

表3 试验过程中每组试样中心最高温度及超温情况

1.6 结论

升温过程中，未见试样有燃烧、闪火、阴燃现象，未见有明显的冒烟现象。

整个试验过程中，热板最高温度为653℃，平衡温度为650℃。A～D组试样上表面中心最高温度分别为661℃、598℃、482℃、216℃。

热面特性试验前后，系统的长度、宽度、厚度变化分别为0、0、3.6%，系统的质量、密度变化分别为0.8%、4.3%。

试验后，试样未出现熔融、烧结和降解等现象，验证了气凝胶绝热毡具有极佳的隔热性能。

2 气凝胶防水防火隔热板

气凝胶防水防火隔热板是将10 mm厚的气凝胶绝热毡和2 mm厚的轻质防潮装饰面板复合后的一体化板材，具有隔热性能优异、轻量化、防火阻燃、整体防水、气密性好等特点。为验证气凝胶防水防火隔热板在粮仓隔热防水保温等方面的应用效果，分析其在粮食储藏行业的推广前景，开展了气凝胶防水防火隔热板在控温粮仓试点应用研究项目。

2.1 材料

主材：气凝胶防水防火隔热板；主要辅材：吊筋、龙骨、吊件等所有相关配件。

2.2 吊顶板尺寸规格

长×宽×厚=200 cm(根据项目定制)×(50～120)cm×(1～5)cm(厚度根据热阻要求调整)。吊顶完成后，每平米重量不得超过13 kg/m2。

2.3 试验仓房

选择储藏品种一致、仓型一致、同一批次建设的高大平房仓。试验仓房情况如表4所示。

表4 气凝胶试验仓基本情况

2.4 试验方法

27号仓为进行隔热效果测试的试验仓，对照仓24号仓基本条件与试验仓相似，但未进行气凝胶隔热处理。

试验仓和对照仓改造方式如表5所示。

表5 试验仓和对照仓改造情况

2.4.1 防水防火隔热板施工流程 基层清理——弹线——安装吊杆——安装主龙骨——安装次龙骨——安装边龙骨——隐蔽检查——安装气凝胶防水防火隔热板——分项验收。

2.4.2 施工条件 基层要求平整、无杂质，如有可能影响吊顶施工的安装物。安装时操作工人须戴白手套，以免造成污染。

2.4.3 施工验收 气凝胶防水防火隔热板施工验收应检查的文件和记录主要包括：吊顶工程的施工图、设计说明及其他设计文件；材料的产品合格证书、性能检测报告、进场验收记录和复验报告；隐蔽工程验收记录及施工记录。

2.4.4 隔热效果测试方案

2.4.4.1 24号仓仓内采用温湿度传感器进行粮情检测。采用分区设点人工检测粮温，每区不超过100 m2，各区设中心与四角共5个点作为检测点，两区界线上的2个点为共有点。上层、下层检测点应分别设在距粮面、底部0.3 m处。中间层检测点垂直均等设置；四周检测点距墙壁0.3 m。

2.4.4.2 27号仓气凝胶隔热效果测试采用无线数字式粮情检测。

按照表6的安装位置，将测温电缆安装到各个试验仓和对照仓，测温电缆需固定牢固，温度传感器紧靠仓壁或仓顶内外；试验仓与对照仓的安装位置需保持一致，仓墙(仓顶)内外的安装位置也需保持一致。

表6 测温电缆安装位置

27号试验仓测温电缆配置情况见表6。

3 试验结果与分析

3.1 以粮面5 cm处粮温为表面粮温数据，每周一、周四上午检测粮情并记录。对2021年11月～2022年1月每次检测的数据进行分析，如图2所示。

图2 24、27号仓表面粮温走势图

2021年11月24日对24号对照仓进行谷冷降温，2021年12月2日对27号试验仓进行谷冷降温。故此时间段之后不做分析。

3.2 由图2可知，2021年11月8日～24日期间，27号试验仓表面粮温最高25.6℃，最低温24.8℃，波动幅度0.8℃；24号对照仓仓顶最高温29.3℃，最低温28.3℃，波动幅度1℃。27号试验仓与24号对照仓表面粮温最大温差3.7℃，平均温差3.4℃。

由于老城分库顶晒严重，仓内做气凝胶防水防火隔热板吊顶减少近一半仓内空间，隔热效果显著。

4 结论与展望

4.1 结论

4.1.1 节能分析 24号对照仓采用4台3.75 kW工业变频空调机制冷(24 h开启)，27号试验仓自气凝胶板材吊顶完成后采用2台3.75 kW工业变频空调机制冷(24 h开启)，在大幅降低仓温和表面粮温的同时，又减少50%的电耗。在粮仓内做气凝胶防水防火隔热板吊顶，在夏季尤其是外温高于30℃时可有效阻隔外部热量，大大降低空调能耗，减少碳排放。

4.1.2 隔热效果 27号试验仓与24号对照仓表面粮温最大温差3.7℃，平均温差3.4℃，隔热效果显著。

4.2 展望

气凝胶绝热毡具有A级防火、隔热、整体防水、重量载荷低、气密性好、不吸潮、不受环境温湿度影响、整体美观等优点。

当前，气凝胶作为隔热材料，已被应用于低温储粮技术，用以减少粮仓内外热量交换，延缓仓温和粮温的上升速度，降低粮食产后损失，为绿色生态储粮和低碳经济储粮提供了“方案”。