控溫儲糧技術的應用研究

◎ 張瑞杰，張 璽，申好武，王 寧

（鄭州中糧科研設計院有限公司，河南 鄭州 450001）

自2017年以來，糧食行業掀起了綠色儲糧的熱潮，并在全國各地得到大力推廣，大批優質糧食工程項目落地，綠色儲糧成為核心的關注點。其中，空調控溫技術是目前較為成熟的一種綠色儲糧技術，通過控制“溫度”這一物理因素，使糧食處于一定的準低溫或低溫狀態，可極大程度地限制糧堆生物體的生命活力，增加糧食的儲藏穩定性。該技術具有保鮮效果顯著、不用化學藥劑、避免食品污染、保持儲糧衛生的特點，對減少儲糧損失，延緩糧食陳化起到較好的效果[1]。在我國，常將平均糧溫保持在15 ℃以下的糧倉稱為低溫倉，平均糧溫保持在20 ℃以下的糧倉稱為準低溫倉[2]。20 ℃是控溫儲糧的上限要求，將糧堆平均糧溫控制在20 ℃以下，可基本保持糧食原有品質半年以上[3]。

1 控溫技術

溫度、水分是影響儲糧安全的兩個關鍵因素。糧堆表層控溫技術主要用于糧面以上倉溫的維持，一般控制平均倉溫高于糧堆溫度3～5 ℃，以確保糧堆長時間維持低溫冷芯狀態。有研究表明，自然條件下，各類糧食的安全水分一般在13%以下，當降低儲糧溫度時，水分可適當提高且不影響儲糧品質[4]。另有報告指出，當糧堆環境控制在干球溫度17～22 ℃，相對濕度為30%～65%的微氣候下，能有效抑制昆蟲的發育和繁殖；溫度進一步降低，則蟲害可忽略不計[5]。

2 控溫方案設計

2.1 研究對象

本文以一棟高9.60 m平堆雙層頂散裝糧食平房倉為研究對象，假定儲糧期間已通過谷物冷卻機或地上籠通風系統將糧堆溫度降至安全溫度以下，僅利用糧面空調對倉溫進行維持。該項目建設地點位于浙江省溫州市蒼南縣某糧庫內，所屬儲糧生態區域為第五區—中溫高濕儲糧區。

本文利用HDY恒綠建筑分析軟件對該散裝糧食平房倉建立三維仿真模型，建筑參數及空調參數均參照項目實際進行設置。

2.2 建筑模型

該建筑平面尺寸為60.00 m×42.00 m，檐口高度為12.65 m，屋脊高度為19.47 m，裝糧高度為9.60 m，整個糧倉均分為4個廒間。外墻采用490厚燒結頁巖普通磚（非粘土），綜合傳熱系數K為1.25 W/（m2·℃），熱惰性指標D為6.09；外門及通風窗采用保溫密閉門窗，傳熱系數K為2.50 W/（m2·℃）；屋面采用通風隔熱雙層頂，傳熱系數K為0.56 W/（m2·℃）。

為簡化模型，作如下假定。①在整個儲糧期間，倉門及通風窗保持絕對密閉，倉內無熱源、無照明、無人員進入、無新風輸入。②考慮到糧食為熱的不良導體，且控制糧堆表面與空氣溫差在5 ℃以內，忽略糧面與倉內空氣的熱質交換。本文基于以上假設，建立了該散裝糧食平房倉的三維建筑模型。

2.3 空調模型

本文以室內設計溫度為自變量，并保持其他各項室內設計參數及控制參數一致，共設計11種工況，分別對應室內設計溫度從25 ℃依次降至15 ℃，間隔為1 ℃。為避免倉房內結露，設定空調送風溫差恒定為3 ℃，室內相對濕度為60%。

考慮到糧食忌水，空調設備選用市場上較為常見的直膨式倉外空調一體式機組，機組的額定制冷量及送風量根據制冷設計日負荷計算結果由軟件自動匹配，機組制冷功率及送風機功率根據設備廠家提供的部分負荷下擬合曲線經計算得到。空調運行方案采用自動啟停控制及部分負荷下自動變頻控制策略，以利于節能運行。

2.4 仿真模擬

本文結合當地氣候條件及實際運行經驗，選取一年當中4月1日—11月30日共計244 d為系統運行周期，借助搭建好的仿真模型，依次改變室內設計溫度，分別進行全周期動態仿真模擬，得到該散裝糧食平房倉糧面控溫空調系統在整個制冷季的運行數據。

3 結果與分析

3.1 全年負荷

對不同工況下的全年負荷模擬數據進行分析整理，繪制成散點折線圖，如圖1所示。分析圖1中數據，該散裝糧食平房倉的全年冷負荷與室內設計溫度近似成線性負相關；以室內設計溫度25 ℃為基準，每降低1 ℃，全年冷負荷約增加6.2%。負荷大小直接影響制冷設備的選型，當降低室內設計溫度，則設計冷負荷增大，相同規格型號的制冷設備配置數量相應增加，導致整個項目的建設成本提高。

圖1 不同室內設計溫度下的全年冷負荷圖

3.2 全年制冷系統運行能耗

對不同工況下的全年制冷系統運行能耗數據進行分析整理，繪制成散點折線圖，如圖2所示。分析圖2中數據，該散裝糧食平房倉的全年制冷系統運行能耗與室內設計溫度近似成線性負相關；以室內設計溫度25 ℃為基準，每降低1 ℃，全年制冷系統運行能耗約增加21.9%。制冷系統運行能耗（空調運行電耗）的高低，直觀反映出全年制冷系統的運行成本，當降低室內設計溫度時，全年制冷系統運行能耗急劇增加，運行成本大幅提高。

圖2 不同室內設計溫度下的全年制冷系統運行能耗圖

4 結論與討論

（1）本研究結合實際工程案例，以HDY恒綠建筑分析軟件為平臺，建立了散裝糧食平房倉的糧面控溫三維動態仿真模型，通過對空調運行周期的全過程模擬研究，得到了不同室內設計溫度下所研究散裝糧食平房倉的全年負荷及全年制冷系統運行能耗。

（2）從保證安全儲糧的角度出發，降低倉內環境溫度有利于提高儲糧品質，且環境溫度越低，在確保糧食原有品質不降的前提下儲存周期越長；但從控制儲糧成本的角度考慮，降低倉內環境溫度必然帶來初期投資成本和運行成本的增加，且倉內溫度每下降1 ℃，運行成本約增加21.9%。

（3）在實際的低溫或準低溫儲糧設計及運行管理中，應充分考慮不同糧食種類的儲糧特點，并根據糧庫的儲糧周期設定合理的儲糧環境溫度，在確保儲糧品質的前提下兼顧儲糧成本，提高整個儲糧周期的綜合效益。