鋼板倉豎向不同送風形式降溫模擬試驗

王昱博 于志杰 李昭 陳雁 鄧可 何東升

[摘要]為了探究鋼板倉豎向通風上進下出送風形式的可行性，本文對一棟模擬鋼板倉進行冷氣流上進下出、下進上出的機械通風降溫對比試驗。結果表明，上進下出通風形式與下進上出的通風形式相比，具有降溫速度快、更加經濟的特點，能夠有效緩解鋼板倉悶頂現象，但是在優化糧堆溫度均勻度上，上進下出不如下進上出送風方式。

[關鍵詞]鋼板倉;機械通風;送風方式

中圖分類號：TS213.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20190508

我國鋼板倉在糧食行業應用與發展起步較晚，現存的大部分鋼板倉作為中轉倉、暫存倉使用，并不用于長期儲藏糧食[1]。但隨著倉儲技術的發展，將現存鋼板倉改造后用于長期儲糧已成為現實。張來林等[2]給鋼板倉添加配套倉儲設備后實現了長達10年的安全儲糧效果。

鋼板倉由于糧層深、糧食導熱系數差，造成糧堆溫度梯度大，有糧堆結露的風險[3]。鋼板倉都需要配備機械通風降溫系統，以冷卻糧溫并消除糧堆內外溫差防止糧堆結露。現階段對鋼板倉的機械通風多采用冷氣流下進上出形式，對冷氣流上進下出形式少有研究。本試驗進行了冷空氣上進下出與下進上出的對比研究，探究鋼板倉選擇冷氣流上進下出的可行性，為鋼板倉選擇機械通風不同的送風形式提供理論支持。

1? 材料與方法

1.1? 試驗材料與儀器

本試驗使用由鄭州工程學院機械廠定制生產的鋼板倉。尺寸為長3 m、寬3 m，倉體高5.3 m，倉容40 m3。倉內壁進行20 mm厚的保溫材料處理，底部分布有4個出料口。倉內底部正接十字形地上通風籠，在十字形地上通風籠中心開180 mm圓形風口與外部相接。倉頂處沿倉壁做正方形環形通風籠，側壁處開有一與底部入口相同大小的風口與外部相接。試驗儀器主要有制冷量3 kW的空調機組一臺、電機功率1.5 kW的離心風機一臺，以及配套的糧情檢測系統。試驗所選用材料為稻谷。

1.2? 試驗方法

將鋼板倉上下端開口與空調機組、離心風機相連接組成環流通風系統[4]。這樣做的優勢在于當采用空調機組制冷時，倉內氣溫是低于環境氣溫的。利用倉內的一部分回風與全部采用外界空氣相比更加節能，選擇空調機組制冷量也可以相對低一些。

1.2.1? 測溫點布置

為了得到全面而具體的糧溫數據，結合相關規范將試驗倉由上至下布置5層測溫點[5]。第一層位于糧面之上0.4 m，往下每層都距上層1 m。第一層到第四層平面，每層布置5個測溫點，均勻分布于4個角落和中心位置。分布角落的測溫點距離倉房兩條邊界均0.75 m。第五層布置4個測溫點，位于底部4個出料口的中心位置。測溫點布置見圖1。

1.2.2? 試驗方案設計

本試驗主要分兩個階段，第一階段：下進上出式機械通風降溫，將糧食處于高溫狀態，連接空調機組、離心風機、風道等，使冷風由下部風道進入試驗倉。設定進風口風速為5 m/s，動態變化進風口風溫，使風溫與糧均溫差值保持在7 ℃以內，防止糧食結露，觀察稻谷降溫情況，記錄試驗倉溫度變化。第二階段：上進下出式機械通風降溫，改變空調機組、離心風機、風道等連接狀況，使冷風由上部風道進入試驗倉，其余處理與第一階段相同[6]。

2? 結果與討論

綜合各測點溫度變化，處理后可得試驗倉溫度變化情況見表1。

2.1? 糧均溫結果分析

據表1可知，第一階段試驗糧均溫從26.3 ℃下降到15.9 ℃，降溫幅度為10.4 ℃;第二階段試驗糧均溫從24 ℃下降到14.8 ℃，降溫幅度為9.2 ℃。兩個試驗階段降溫幅度明顯，降溫效果顯著。第一階下進上出降溫速率為0.8 ℃/d，第二階段上進下出降溫速率為0.92 ℃/d。這是因為冷氣流上進下出時，除了風機提供給冷氣流的驅動力之外，冷氣流密度大，重力也會提供部分驅動力，使對流換熱更加強烈。冷氣流下進上出時，重力反而會成為冷氣流上升的阻力，不利于對流換熱[7]。

2.2? 糧溫均勻度結果分析

對糧溫的均勻度進行分析，第一階段糧溫均勻度見圖2，第二階段糧溫均勻度見圖3。

據圖1可知，實際測溫點從第二層開始所測溫度才為糧溫值。取測溫點第二層與第三層、第三層與第四層、第四層與第五層均溫差值可做第一階段糧溫均勻度，同理可繪制第二階段糧溫均勻度示意圖。所取溫差值均為絕對值。

據圖2可知，第一階段試驗開始時，第二三層、三四層糧溫差值較小，四五層糧溫差值較大，由上至下分別為1 ℃、0.6 ℃、5.1 ℃。隨著試驗的進行，層糧溫差值經歷波動后變小并穩定在0.8 ℃、0.8 ℃、0.9 ℃。這說明選擇下進上出的送風方式可以很好地控制糧溫均勻度。

據圖3可知，第二階段試驗開始時，層均溫差值較大，均勻度較差，由上至下分別為3.4℃、1.1℃、4.7 ℃，隨著試驗的進行，第三與第四層、第四與第五層糧均溫差值波動后變小，穩定在0.5 ℃、0.5 ℃。第二層與第三層均溫差值雖整體波動后變小，但是最后的穩定值較大為2.1 ℃。這說明上進下出的送風方式對下層糧溫均勻度控制較好，對上層糧溫均勻度控制較差。

2.3? 倉頂溫度分析

由于上進下出式通風，冷風直接由上層進入糧倉，因此該通風模式下倉頂溫度較低。第二階段試驗后，倉頂均溫10.5 ℃且為全倉溫度最低層;第一階段試驗后，倉頂均溫17.9 ℃且為全倉溫度最高層。糧倉熱負荷大部分源于太陽熱負荷，在炎熱的夏季，一方面倉內空氣受熱升溫，熱空氣密度小從而上升密集在頂部空間;另一方面倉頂也直接受太陽熱輻射影響，在倉頂至糧面區域形成密閉的熱空氣層，即悶頂現象。下進上出時，冷氣流由糧層下層進入糧堆，推動糧堆中熱空氣在糧倉頂匯集，通風剛開始的一段時間對悶頂現象并沒有緩解;上進下出時，冷空氣由倉頂進入糧倉，冷氣流直接與倉頂部空氣層相接觸，對倉頂部熱空氣有明顯的冷卻效果[8]。

2.4? 經濟效益分析

不同階段制冷能耗情況見表2。

據表2可知，取0.6元/kW·h進行能耗分析，可得第一階段降溫費用為120×0.6=72元，第二階段降溫費用為100×0.6=60元;第一階段降溫幅度10.4 ℃，第二階段降溫幅度為9.2 ℃。由此可得第一階段糧堆降溫成本為0.29元/t，第二階段糧堆降溫成本為0.27元/t。與下進上出的機械通風形式相比，上進下出擁有更好的節能效果。

3? 結? 論

本試驗通過對下進上出和上進下出送風方式進行對比，結果表明，上進下出的送風方式也是可行的，兩者都能起到降低糧溫，滿足低溫儲糧的要求。下進上出送風方式可以使糧堆擁有更好的糧溫均勻度，但是不能較好地緩解悶頂現象，對此可以考慮利用風機在環境溫度較低的時刻（例如夜晚）單獨對頂層空間進行機械通風[9-10];上進下出送風方式擁有更好的降溫速度，與下進上出的通風形式相比，是一種更經濟的送風方式。但是對上層糧溫均勻度控制較差，可以考慮采用勤翻糧面、單獨對均勻度不良的糧堆部位通風等預防結露的方法來解決。不同的送風方式有不同的特點，要根據實際情況的不同，靈活選擇送風方式，保持糧食品質。

參考文獻

[1]張友春.談我國鋼板筒倉的儲糧性能[J].糧油食品科技，2008（1）：14-18.

[2]張來林，呂建華，王彥超，等.鋼板立筒倉倉儲工藝改造與儲糧技術研究[J].糧食加工，2012（1）：64-68.

[3]章鋮，田興國，何榮，等.糧堆結露成因與預防處理研究進展[J].糧食儲藏，2018（1）：1-5.

[4]LS/T 1202-2002.儲糧機械通風技術規程[S].

[5]GB/T 26882.1-2011.糧油儲藏糧情測控系統[S].

[6]谷玉有，張來林，史鋼強.東北地區不同倉型儲糧特性研究[J].糧食科技與經濟，2008（6）：38-43.

[7]鐘益彬.赤灣港老舊糧食筒倉系統升級改造研究[D].蘭州：蘭州大學，2018.

[8]王子嘉，張娟，陳雁，等.模擬鋼板倉儲存大米通風降溫試驗[J].糧食儲藏，2019（1）：1-3+10.

[9]李明發.大型裝配式鋼板倉機械通風降溫系統的設計與使用[J].糧食儲藏，1999（2）：37-41.

[10]呂建華，史雅，張來林.中國鋼板倉儲糧的應用及發展趨勢[J].糧食科技與經濟，2011（5）：23-24.

收稿日期：2019-04-27

基金項目：國家重點研發計劃（2016YFD0401601）;糧食公益性行業科研專項（201513001）。

作者簡介：王昱博，男，碩士，研究方向為建筑節能。