平房倉空調控溫儲藏稻谷應用工藝分析

2020-11-23 01:40:47王平坪王波胡玉林

糧食科技與經濟 2020年8期

王平坪王波胡玉林

[摘要]本文研究了兩種類型空調在平房倉稻谷儲藏中的應用效果、空調配置及空調運行參數的選擇，結合倉房和糧面的隔熱處理，淺析隔熱+空調降溫的空調控溫應用工藝。由研究結果可知，兩種空調在倉房中的配置合理，運行時段選擇可行，但空調的開啟和停用時間以及溫度設置有待進一步優化，以提升其控溫效果并降低能耗。

[關鍵詞]平房倉;空調控溫;稻谷;應用工藝

中圖分類號：S379 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202008

湘潭位于湖南省中部偏東地區，地處湘江中游，是優質秈稻主產區，屬中亞熱帶季風濕潤氣候區，暑熱期長。中央儲備糧湘潭直屬庫有限公司坐落在湘潭市岳塘區，按照中國儲糧生態區域劃分，屬第五儲糧區，該儲糧生態區5—9月份為高溫時段，7月份均溫約為28℃，最高溫可達40℃以上。目前湘潭直屬庫已全面開展空調控溫儲糧技術的應用，用于夏季高溫時期的糧倉溫度及糧堆表層溫度的控制。筆者通過兩年的實踐應用，研究了不同類型空調的控溫效果，分析了空調的數量及布置、空調啟動時間、空調運行模式等空調控溫儲藏的技術參數，旨在為建立規范實用、經濟有效的空調控溫工藝奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗倉房

4棟試驗倉均為普通平房倉，其中2號、5號、6號倉為空調控溫試驗倉，4號倉為對照倉。倉房墻體為磚混結構，混凝土折線型屋架，每個倉房有2個倉門、6個軸流風機口、4個通風口，倉頂采取吊頂的方式隔熱。倉房基本情況見表1。

1.1.2 試驗糧食

試驗倉所儲糧食均為2017年收獲的秈稻，當年完成入庫后，進行冬季通風降溫作業，將試驗倉的平均糧溫控制在10.5℃以下。試驗糧食的入庫時間、入倉時的原始品質等情況見表2。

1.1.3 空調設備

根據倉內空間大小、糧堆大小、倉房隔熱性能等具體情況，確定試驗倉所需的總制冷量，結合所選設備的制冷量，確定空調數量。試驗倉房的空調配置情況見表3。2號倉和5號倉的4臺空調南北兩側倉墻各安裝2臺，呈對稱分布;6號倉的風管機倉內出風口位于倉房南側中部，通過埋于糧堆50cm以下的支風管將冷風送入雙氣囊內。

1.2 試驗方法

1.2.1 倉房隔熱保冷處理

在入糧前對2號、5號倉進行隔熱改造，倉墻內壁四周用PEF板隔熱，倉頂采用輕鋼龍骨+保溫材料吊頂，糧面采用30cm厚度散裝谷殼壓蓋;6號倉試驗期間未進行吊頂工藝處理，糧面采用雙層薄膜冷氣囊技術壓蓋保冷;4號倉（對照倉）糧面采用30cm谷殼散裝壓蓋。

1.2.2 冬季機械通風降溫

利用冬季低溫條件，選擇適宜的通風時機，使用FTA-60軸流風機（單機功率3.6kW）以上行式吸出的通風方式，分階段進行通風降溫，將全倉平均糧溫降至10℃以下，為第二年的控溫儲藏蓄冷。

1.2.3 夏季空調控溫應用

2018年在2號倉開展了空調運行模式的探索，設置了26℃的控溫目標值，采用兩種不同的運行模式，通過糧情變化情況分析參數設置的合理性。2019年在對空調運行參數優化的基礎上，確定了3個空調控溫試驗倉的開機倉溫、運行模式等參數，開展夏季空調控溫儲藏應用效果研究。空調運行參數見表4。

1.2.4 糧情檢測

采用糧情檢測系統對所有供試倉房的溫度變化情況進行全程監測和記錄，測溫布點按照《糧油儲藏技術規范》（GB/T 29890—2013）執行。使用普通溫度計和數顯式溫濕度計對外溫和倉溫進行測定。糧情檢測每周兩次，每次測定選擇在8：00—9：00時間段進行，注意觀察各測溫點的數據，出現較多溫度異常點時，應盡快檢查和更換溫度傳感器，以保證數據的準確性。

1.2.5 倉溫均勻性測定

2019年空調運行期間，進行倉溫均勻性測定。具體方法：在糧面上約1m的位置布置溫度計用于測定倉溫，分別測定白天（8：00—16：00）開機、夜晚（18：00—次日6：00）開機、24h連續開機三種模式下倉溫的均勻性。

倉溫檢測點的布置方法：全倉共設置8個測溫點，沿倉房長度方向每邊布置3個點，將整個糧堆分成兩個區，四角4個點距長度和跨度方向均距倉壁1.5～2m，中間2個點在跨度方向距倉壁1.5～2m，長度方向居中，余下2個測溫點在兩個分區的中心點位置。測溫點布置示意圖見圖1。

2 結果與分析

2.1 空調控溫應用效果分析

2.1.1 試驗倉三溫變化情況

4個試驗倉2018年的糧情變化情況見圖2～圖3。因空調控溫儲藏是以控制倉溫的方式實現對糧堆表層糧溫的控制，進而降低全倉均溫，因此，對試驗倉的糧情變化主要通過表層均溫和全倉均溫來分析。

從4個試驗倉2018年6月—9月的糧情變化曲線可以看出，2018年夏季高溫階段，4個試驗倉的糧堆表層均溫變化規律一致，8月下旬和9月中上旬達到溫度高點（最高點表層均溫分別為24.7℃、24.8℃、24.9℃和24.8℃），從9月下旬開始下降。試驗倉的全倉均溫最高點分別為21.8℃、21.8℃、22℃和22.9℃。

2號倉從8月1日開啟空調運行了一個月，但控溫期間表層均溫與其他3個試驗倉（未開啟空調）的幾乎沒有差別，這是因為2號倉的空調開機時間和運行時段選擇不夠合理，8月份開機時倉溫已經達到了35.6℃，氣溫又一直處在比較高的水平，空調僅開啟了2臺且運行時間短。空調開啟的第一周，2號倉的倉溫從7月30日的35.6℃降至8月6日的25.1℃，變化顯著，雖然隨后有所回升，但一直處于略低于其他試驗倉的相對平穩狀態。

4個試驗倉2019年的三溫變化曲線見圖4～圖5。5月份開始表層糧溫呈現明顯的上升趨勢，9月下旬出現糧溫高點，然后開始相對快速下降。空調運行期內，2號、5號、6號空調控溫倉的全倉均溫最高點分別是19.8℃、20.4℃、17.6℃，表層均溫都在24℃以下，但3個試驗倉的倉溫都超過了控溫目標值。

2019年空調啟動時機選擇在倉溫達到26℃時，2號、5號、6號倉分別于6月6日、6月1日和6月4日開始啟用空調。2號倉在基礎表層均溫高于其他試驗倉的情況下，自空調開始運行后，表層均溫的降幅明顯大于其他倉，且升溫趨勢相對平緩。5號倉6月、7月份開啟空調后表層糧溫與4號對照倉的增幅一樣，至8月份才明顯低于對照倉，且8—9月份的倉溫一直穩定在（23.7±0.2）℃的范圍。6號倉基礎表層糧溫相對較高，6月4日至7月22日空調運行期間，表層糧溫增幅減緩，空調停用后，表層均溫幅度增大。

2.1.2 試驗倉儲糧品質變化分析

試驗倉控溫儲糧期間稻谷水分及儲存品質的變化情況見表5。經過兩年的儲藏，稻谷的水分都有一定程度的降低，脂肪酸值均有所升高，品嘗評分值下降，但變化幅度沒有明顯差別。

與對照倉相比，2號空調控溫試驗倉的水分變化最小，5號倉與對照倉的變化幅度相同，由此可見，空調的使用并未導致表層水分大量損失，這可能是散裝谷殼壓蓋發揮了作用。6號倉的水分降低幅度大于對照倉，這應該與6號倉使用的空調類型、糧面隔熱保冷形式有一定的關系。

3個空調控溫儲藏試驗倉脂肪酸值的變化基本相同，增加幅度在4.8～5.0mgKOH/100g，對照倉增加了5.4mgKOH/100g，說明空調控溫儲藏對儲糧脂肪酸值的增加具有延緩作用。

2.2 空調配置的合理性分析

為了分析試驗倉空調配置數量及安裝位置的合理性，在3個空調倉設置了8個倉溫檢測點，對3種運行模式下倉溫的均勻性進行了測定。倉溫測定結果見表6，表中各點均溫指的是某個測定時間點測定的8個布點倉溫的平均值，高低溫差指該時間點8個倉溫的最高值和最低值之差。

2號倉白天8h、晚上12h、連續24h模式下倉溫差值范圍分別為0.5℃、0.9℃～1.5℃、0.3℃～0.9℃，8個點的倉溫比較均勻，8h和24h模式下各時間點的倉溫差別不大于1.3℃，12h模式因兩個測溫時間點間隔較遠，兩者溫差相對較大。5號倉12h和24h模式下各點倉溫比較均勻，8h模式下各點倉溫差值變化在3.2℃～3.3℃，主要是因為8月20日正值高溫時節，白天外溫對倉溫的影響較大。6號倉三種模式下倉溫差值范圍分別為0.7℃～1.1℃、1.1℃～1.2℃、0.6℃～1.1℃，倉溫均勻。由此可見，三種模式下的倉溫均勻性都比較好。均勻性測定試驗中2號倉和5號倉空調為3P壁掛式單冷定頻空調，運行數量為2臺，6號倉為6P風管機，運行數量為1臺，可見試驗倉兩種類型空調的數量和位置都比較合理。

2.3 空調運行參數的合理性分析

2.3.1 運行時段及控溫目標的選擇

2018年在2號倉進行了空調開機時段的試驗，設定了8：00—16：00和18：00—次日10：00兩種運行模式，控溫目標值為26℃，空調運行數量為2臺。以4號倉為對照倉，對空調運行期間的倉溫及糧溫進行測定，結果見表7。從測定結果看，空調試驗倉的表層最高糧溫、表層均溫和倉溫明顯低于對照倉，但全倉均溫與對照倉的差別不大。空調試驗倉白天和晚上兩種時段開機對表層糧溫及倉溫的控溫效果基本一樣。

2019年在3個試驗倉都開展了空調運行試驗。在2018年的經驗基礎上，將2號、5號、6號倉的控溫目標分別設定為25℃、25℃、28℃，設置了不同的運行時段，空調開啟期間按照1.2.5中的8個布點進行倉溫測定，并記錄每次運行的制冷消耗功率，對空調運行能耗進行分析，結果見表8。

2號倉和5號倉在6月份氣溫較低的情況下都實現了控溫目標且平均倉溫比控溫目標低了3℃，但7月、8月份氣溫較高時兩倉的倉溫平均值都高于控溫目標，可能是因為控溫目標值設置偏低，也可能是試驗中開啟的2臺空調制冷量不足。6號試驗倉在6月份不同運行時段的平均倉溫都低于控溫目標值。根據上述結果，在實際應用中，不同的月份應該根據具體的氣溫情況調整控溫目標值，否則可能會因倉內外溫差過大導致糧食結露和空調高耗能。

對不同時段空調運行的制冷能效比（EER）計算結果顯示，對于使用壁掛式單冷定頻空調的試驗倉，2號倉中8：00—次日8：00、18：00—次日6：00兩個時段的運行能效比相同，而2019年8月13日8：00—16：00時段的運行能效比與8月2日相比，高約0.1;5號倉三種時段的運行能效比基本一致;使用1臺風管機的6號倉，三個時段的運行能效比也基本相同。從空調單次運行的噸糧能耗來看，2臺壁掛式單冷定頻空調三種運行模式下的噸糧能耗均小于1臺風管機的，且單次運行的噸糧電耗隨著運行時間的增加呈近似等比增長趨勢。

2.3.2 空調運行能耗的分析

2019年2號、5號、6號試驗倉均從6月份開啟空調，運行天數分別為78d、115d、49d，空調控溫期間的3個示范倉的日均噸糧電耗分別為1.89kW·h/t、1.22kW·h/t、0.50kW·h/t。結合糧情曲線（見圖3、圖5）來看，2號倉和6號倉空調停用后表層均溫仍在上升，至9月份出現最高點，5號倉空調在9月份高溫時期仍在運行，空調停用后表層均溫呈下降趨勢。5號倉在開機倉溫比2號倉低、運行時長比2號倉長的情況下，噸糧電耗反而低了0.67kW·h/t（見表9）。由此可見，開機時機、空調運行時長是影響空調控溫目標的重要因素，應根據倉溫及表層糧溫判定合適的開機時間和停機時間。

3 應用效果及工藝的討論

3.1 平房倉稻谷儲藏的空調控溫應用效果

3.1.1 倉溫及表層糧溫的控制效果

稻谷空調控溫儲藏的應用研究報道顯示，空調在夏季高溫時可以有效控溫倉溫和表層糧溫的變化，并降低表層糧溫的上升幅度。姜立均等[1]在41.5m（長）×17.5m（寬）平房倉內安裝1臺制冷量為22kW的專用空調開展試驗，倉溫大于25℃時開啟空調，空調運行期間倉溫基本可以控制在25℃以下。武漢直屬庫在高大平房倉（47.2m×22.8m×9.27m）應用空調控溫技術儲藏稻谷時，采用了非固定運行參數的模式，高溫時根據當天氣溫等因素確定空調開機時長，運行期內空調控溫倉的倉溫低于25℃，表層平均糧溫低于25.5℃。貴溪庫和武漢庫的空調控溫運行參數選擇比較合理，取得了比較理想的控溫效果。

從空調運行期間的倉溫和糧溫變化來看，湘潭庫2019年空調控溫倉糧堆表層均溫在高溫時期增長趨勢比對照倉要緩，發揮了一定的控溫效果。但倉溫未達到控溫目標值，應該與空調運行參數（開機時機的選擇、控溫目標的設置以及空調運行的時長）以及倉房的隔熱性能有關系，還需優化2019年運行參數，開展進一步的應用探索。

3.1.2 空調控溫倉儲糧品質的變化

空調控溫技術在延緩稻谷品質變化方面的作用已得到普遍認可。楊雪花等[2]對高大平房倉空調控溫儲藏條件下稻谷的品質變化進行了分析，結果表明，空調控溫倉糧面以下0.6m處的脂肪酸值升高幅度最大，隨著深度的增加脂肪酸值升幅降低，儲期內空調控溫倉的脂肪酸值增幅比對照倉低2.0mgKOH/100g。趙旭等[3]得到了相似的結論，同時期測定的糧面脂肪酸值增幅試驗倉比對照倉低3.8mgKOH/100g，研究還顯示，夏季高溫時對照倉糧堆表面稻谷水分的下降幅度大于空調倉。張富勝等[4]的空調控溫儲藏稻谷研究中，試驗期間空調倉表層糧食脂肪酸值降幅比對照倉低1.0mgKOH/100g，但空調控溫對糧食水分及品嘗評分基本沒有影響。本試驗結果與上述研究報道一致，控溫效果好的試驗倉，其水分、脂肪酸值、品嘗評分值的變化幅度均明顯小于對照倉。

3.2 空調運行參數的優化

空調控溫效果受多種因素的影響，主要是倉房的隔熱性能、空調的合理配置以及空調運行參數的合理選擇等。貴溪直屬庫探索高大平房倉空調控溫作為夏季稻谷儲藏補冷方式的工藝模式時，在高溫時段根據表層糧溫來設定空調控制溫度，且靈活調整開機時間、運行時長及空調啟用臺數，在空調運行期間實現了糧溫的小幅度平穩上升[5]。吳文強等[6]也認為在夏季高溫季節應根據表層糧溫連續或階段開啟專用空調。因此，空調控溫應用中，特別是在氣溫較高時，應根據氣溫的變化調整空調設置溫度，避免因內外溫差大而導致結露[7]，開機時間宜選擇夜間[8]。張來林等[9]通過試驗認為空調控溫宜采用連續運行方式避免倉溫的大幅反彈。本研究中白天、晚上、24h連續開機三種模式下，同一類型空調的運行能效比基本相同，每小時的噸糧電耗是一樣的，因此選擇晚間運行時段開展實倉應用是合理且低耗的運行模式。

3.3 不同空調控溫工藝的對比

空調控溫儲糧應用中出現了多種控溫工藝，如表10所示，這些工藝的組成各有特點，控溫效果也有差別，能耗相差顯著[10-12]。本研究分別采用了糧面散裝稻殼壓蓋和糧面雙膜冷氣囊兩種壓蓋方式，前者空調倉的控溫效果比后者要好，除了倉房隔熱性能導致的差異，糧面壓蓋形式也有不小的影響。這些都是探索性的研究，結果基本能夠保證倉溫控制在25℃左右，還可以通過進一步改善倉房隔熱性能和優化空調運行參數來達到更理想的控溫效果，并建立規范的操作規程，降低空調運行能耗，從而保持較好的儲糧品質。

4 結論

（1）湖南地區在高溫季節稻谷儲藏采用空調控溫工藝，可以有效減緩倉溫的上升趨勢，將表層糧溫控制在一個相對穩定的水平，降低脂肪酸值的增幅，延緩儲糧的品質變化。

（2）2號、5號、6號試驗倉的空調配置合理，運行時段可行，但空調開啟和停用時間、空調溫度設置有待進一步優化，以達到控溫目標值。

（3）2號、5號倉壁掛式單冷空調的噸糧能耗要低于6號倉風管機的。因試驗期間6號倉未做吊頂隔熱處理，增大了空調運行能耗，待改善倉房隔熱性能后，可進一步分析和改善其控溫工藝。

參考文獻

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[3]趙旭，林子木，趙海波.空調控溫儲糧對稻谷儲藏品質的影響研究[J].糧食加工，2017，42（3）：33-36.

[4]張富勝，胡漢華，王平，等.高大平房倉應用空調控溫技術儲存稻谷效果研究[J].糧油倉儲科技通訊，2017（6）：9-11.

[5]朱清峰，熊建仁，陳勇德，等.空調控溫儲糧低耗高效工藝模式探索[J].糧食加工，2019，44（2）：74-77.

[6]吳文強，黃明智，林小龍，等.糧倉專用空調結合內環流控溫技術應用探析[J].糧食科技與經濟，2018，43（6）：77-80.

[7]王西林，施怡良，鐘武毅，等.高大平房倉膜下充氮氣調與膜上空調控溫儲糧實倉應用[J].糧油倉儲科技通訊，2018（5）： 37-40.