改造现有仓房、满足糙米低温储存试点工程

一种新的平房仓散装粮低温方式的探讨徐玉斌1（国家粮食储备局无锡科研设计院）摘要粮食低温仓是指粮温≤15℃的粮仓。超过15℃的储粮占仓内总储量的比例，可用不保证率B来表示。现有的低温方式主要有二种：（1）冬季利用仓外冷风通风将储粮降温，利用保温、封闭、粮面保温覆盖和粮面上部通风保持低温的方式，该方式在华北地区维持不保证率B低于15%和冬冷夏热地区保持粮食平均温度低于15℃是困难的，尽管该方式投资及运行费用最低，但是以不保证率B高为代价，有些地区甚至无法实现低温储粮。（2）采用谷物冷却机的低温方式，该方式虽然在短时间可降低不保证率B，但不能维持不保证率B，短时间内不保证率B仍会提高，且投资和能耗均较大。新的低温方式的工作原理是：冬季采用通风将储粮降温，在仓外气温高于15℃时，将传入仓内的热量即时的排出仓外，为此须设置固定制冷装置，并与相应的风道、控制等构成制冷系统。制冷系统不对仓内谷物降温，只是将进入粮堆的热量排除仓外，因此如果仓体维护结构保温较好，粮面用柔性的保温层覆盖，制冷量较小，相应的风量也较小。新的低温方式按不同的B有三种方法：（1）方法一，可实现不保证率B≤5%。（2）方法二，可实现不保证率B≤10%。（3）方法三，可实现不保证率B≥20%。新的低温方式可实现平房仓内散装粮的全年温度的控制，是更积极、主动的方式；可在冬冷夏热地区将粮食平均温度保持在15℃以下；新的低温方式与谷物冷却方式的功能不同，与采用谷物冷却机复冷相比，新的低温方式运行费用更低、效果更好、低温时间更长；新的低温方式在技术上难度不大；新的低温方式有三种不同的方法，可以根据不同的要求选择，形式灵活；制冷装置构成简单，制冷设备容量不大，投资较低。关键词低温储藏不保证率B新的低温方式低温储粮具有绿色环保、延缓储粮陈化、保质保鲜、防止虫害和微生物滋生等特点，可延长储藏时间，降低储粮保管费用，如采用自然低温获得的冷源，具有运行费用低、使用方便的优点，因此，低温储粮普遍受到重视，成为安全储粮的主要手段。特别是水稻、糙米、花生等耐储性差的品种，低温具有更重要的意义。随着人民生活水平的提高，对食品质量有了更高的要求。国家推行优良品种的种植和优质优价的政策，国际市场对环保、绿色、健康食品的需求，都为低温储藏提供了良好的前景。徐玉斌,国家粮食储备局无锡科研设计院,高级工程师,通风空调、制冷及仓储技术的设计与研究。江苏省无锡市惠河路186号，邮政编码：214035，Email：[e-mail]平房仓散装储粮方式是粮食储藏行业的主要方式，散装粮的低温储藏方式是许多粮食仓储企业使用的方法。现有的低温方式主要有二种：（1）冬季利用仓外冷风通风将储粮降温，利用保温、封闭、粮面保温覆盖和粮面上部通风保持低温的方式，简称为冬季降温+保温密闭方式。（2）采用谷物冷却机的降温方式，简称谷冷却机低温方式。这二种方式都有各自的特点，也存在不足和局限。1现有散装粮低温方式及特点1.1低温仓的是指粮温≤15℃的粮仓。超过15℃的储粮占仓内总储量的比例，可用不保证率B来表示。低温仓的衡量标准不仅指平均粮温的高低，还需看不保证率B的大小。B值的不同，对储藏的技术手段要求也不同。1．2冬季降温+保温密闭方式1.2.1蓄冷量对低温储藏的影响[3]冬季储藏的谷物,可利用仓外气温较低时用通风方式将谷物降低到较低温度。在冬冷夏热地区一般可将粮温降到5℃以下，“三北”地区的粮温可降的更低。对低温库平均粮温15℃，其蓄冷量Q可按下式计算：)15(tGCQp式中Q-蓄冷量，KJ；Cp-谷物比热，KJ/Kg.℃；G-谷物储存量，Kg；t-谷物平均粮温，℃；蓄冷量与谷物的品种、平均温度和储藏量有关。在同样温度和储存空间条件下，小麦比水稻蓄冷量大，温升速度更慢；粮温越低，蓄冷量越大。蓄冷量Q的意义为：在同样条件下（维护结构、气候、管理方法等）蓄冷量越大，储粮平均温度升幅就越小。在许可的情况下，适当降低粮温有利于低温储藏。对21m跨，廒间长30m，粮堆高6m的平房仓，稻谷储量约为1975t，稻谷比热约为1.84KJ/Kg.℃，平均粮温降至0℃的仓内蓄冷量为5.45x107KJ，相当于制冷量15140KW，蓄冷量很可观。1.2.2粮温变化规律按热力学规律，热量自动由高温向低温转移。当仓外气温高于仓内粮温时，仓内储粮温度会升高。储粮温度首先是与墙体接触部位和粮面开始升高的，由于粮食导热系数较低（稻谷约λ=0.11W/m.℃），储粮内外出现较大温差，形成“外热内冷”现象[1]。不同方向的墙体和粮面的储粮温度变化是不同的，这是因为作用在不同位置的综合温度tz及维护结构热阻R不同，tz可用下列公式计算：wpzJtt式中tz-考虑了气温、太阳辐射强度等因素的综合温度，℃；tp-日平均温度，℃；ρ-不同材料的外表面对太阳辐射热的吸收系数；J-太阳辐射强度，W/m²；αw-维护结构外表面与仓外空气间的换热系数。不同方向和时间的J是不同的。如北纬30°地区在透明度等级3的条件下，各方向日平均太阳辐射强度分别为:东面-183W/m²；南面-88W/m²；西面-183W/m²；北面-88W/m²；水平-355W/m²。水平方向太阳辐射强度比其它方向大的多，这解释了水平方向对粮面温度的影响要大的多。仓外气温对仓内储粮的影响是个复杂的过程，但粮温各变化趋势是明显的。仓内储藏的谷物是由粮粒和空气所组成，但不是谷物和空气影响的叠加，还有微气流的影响，特别是靠外墙侧微气流的影响较大。而微气流受维护结构、粮食品种和水分、温差的影响，因此，粮堆的传热较为复杂。四周和水平粮温的变化程度与仓外气温变化、维护结构、管理方式、蓄冷量等因素有关。对四周的墙体适当的保温，可降低墙体内表面的温度，减小粮温升幅。对粮面，粮面上的合理通风和保温层覆盖，可有效的减小粮温升幅。粮面的适当通风起减小太阳辐射等效温升ρJ/α的作用。按河北三河库的数据[4]，距外墙0.5m处，东、南、西、北面平均粮温高于15℃的天数分别为110天、110天、85天、90天，距粮面0.3m处的平均粮温高于15℃的天数为140天-170天，最高粮温可达29.5℃。在冬冷夏热地区四周和水平粮温高于15℃的时间会更长、区域会更大，距外墙的距离会更远。粮温超过15℃的区域有可能出现虫害和微生物的异常活动，对粮食品质的影响需进一步的研究。但超温的区域对粮食的储藏是不利的。对华北地区，如四周距外墙1m，水平方向距粮面1m处粮温超过15℃，对21m跨，廒间长30m，粮堆高6m的平房仓，其不保证率B约30%，对冬冷夏热地区如距外墙1.5m，水平方向距粮面1.5m处粮温超过15℃,其不保证率B约42%，占的比例都较大，虽然对华北地区在采取一定技术和管理措施后粮食平均温度可低于15℃，但不保证率B仍较高，而冬冷夏热地区一般只能达到准低温以上的平均温度。实践和理论计算均表明，仅靠冬季降温+保温密闭方式在华北地区维持不保证率B低于15%和冬冷夏热地区保持粮食平均温度低于15℃是困难的，尽管冬季降温+保温密闭方式投资最低，运行费用最低，但是以不保证率B高为代价，有些地区甚至无法实现低温储粮。1.3谷冷却机低温方式谷物冷却机为人工制冷用于谷物降温的专用设备[2]，一般用于仓外气温较高，仓内储粮需降温的应急场所，也可用于经冬季通风降温，周边及水平粮面储粮温升再复冷降温。该方式的优点是可在仓外气温较高条件下作业，但缺点是：（1）谷物冷却机一般是利用通风道对整仓进行降温作业，而外热内冷仅需对局部进行处理，所需风量较小。使用谷冷机降低了冷却效率，加大了空气循环量和动力消耗。（2）谷物冷却机是移动使用的，冷却作业后谷物粮温迅速上升，即不适合储粮需维持一定仓温的场合。如某仓在6月份用谷物冷却机降温试验[5]，平均降温4.32℃，单位能耗0.424KWh/t.℃，一个月后平均降温上升3℃，即近69.4%冷量散失，表层的温升幅度更高。另外由于仓外温度较高，为提高制冷效率，谷冷机一般不宜将粮温降的过低，四周的粮温很难维持低于15℃（3）投资和运行费用均较大。谷冷却机低温方式虽然在短时间可降低不保证率B，但不能维持不保证率B，短时间内不保证率B仍会提高，且投资和能耗均较大。2新的低温方式针对上述二种低温方式的不足，为最大限度的降低不保证率B，节省运行费用，并技术上可行，本文提出一种新的散装平房仓低温方式。2.1新的低温方式的工作原理及方法新的低温方式的工作原理是：冬季采用通风将储粮降温，在仓外气温高于15℃时，将传入仓内的热量即时的排出仓外，为此须设置固定制冷装置，并与相应的风道、控制等构成制冷系统。制冷系统不对仓内谷物降温，只是将进入粮堆的热量排除仓外，因此如果仓体维护结构保温较好，粮面用柔性的保温层覆盖[3]，制冷量较小，相应的风量也较小。根据不同的不保证率B，新的低温方式可有三种不同的做法：2.1.1方法一：实现不保证率B≦5%在仓壁四周设可承受粮食测压力的钢制风道，下送风，上回风；粮面上200mm处设多组送、回风PVC管道。由于送风温度较低，墙体需增加保温材料，粮面用柔性的保温层覆盖再盖塑料薄膜，以减少热量的传入。见图一该方法可将仓壁四周粮温完全控制在15℃以内，但粮面下约300mm粮温可能超过15℃，故不保证率约B≦5，可以认为是完全的散装低温仓。2.1.2方法二：实现不保证率B≦10%在仓壁四周设多组PVC风道，下送风，上回风；粮面上做法与方法一。见图二。按该方法仓壁四周300mm粮温和粮面下约300mm粮温可能超过15℃，故不保证率约B≦10%。2.1.3方法三：实现不保证率B≧20%仅在粮面设多组PVC送回风道，粮面上做法与方法一相同。按该方法仓壁四周超过1000mm粮温和粮面下约300mm粮温可能超过15℃，故不保证率约B≧20%。气温越高的地区，不保证率越高。江苏昆山在早些时候曾做过试验：在冬季将粮食温度降到5℃以下，在粮面上部安装空调器，平均粮温可维持在14℃。方法三与昆山接近，但效果更好，运行费用更低，其意义是在冬暖夏热地区按方法三可将平均粮温控制在15℃以内。三种方法由于不保证率B的不同，效果、投资和运行费用均不同。2.2新的低温方式的运行费用分析为便于分析，以21m跨，廒间长30m，粮堆高6m的拱板平房仓为例，以南京地区的气象资料为室外空气计算参数,对新的低温方式的运行费用作分析。2.2.1计算条件2.2.1.1按南京地区的气象条件，平均温度高于15℃的月份为5、6、7、8、9、10，共6个月。各月份平均温度见表一：表一5月6月7月8月9月10月平均温度(℃)19.924.528.027.822.716.92.2.1.2为减少制冷负荷，降低运行费用，对使用方法一、二墙体应保温。在外墙加50mm挤塑聚苯板，保温后外墙热阻值约为2.5m².℃/W。粮面上覆盖50mm阻燃聚乙烯板，再覆塑料薄膜，热阻值约为1.36m².℃/W。拱板仓顶一般建设时已有保温层，粮面上部设通风机，可即时排除粮面上部积热。2.2.2三种方法的运行费用2.2.2.1方法一制冷量及月用电量表二5月6月7月8月9月10月合计制冷量(KW)5.248.5511.0310.97.192.86月用电量(KWh)1813286336943772240899015740注：（1）为简化计算，仓外气温按平均综合温度计算。（2）太阳辐射强度（W/m²）按《民用建筑设计规范》（GB50176-93）中南京地区的气象气象资料选用，并对部分月份太阳辐射强度进行适当修正。（3）制冷能效比按2.15W/W。2.2.2.2方法二制冷量及月用电量表三5月6月7月8月9月10月合计制冷量(KW)4.316.849.068.625.952.59月用电量(KWh)14912290303429821993897126872.2.2.3方法三制冷量及月用电量表四5月6月7月8月9月10月合计制冷量(KW)3.025.116.656.574.311.73月用电量(KWh)1045171122272273144359992982.2.2.4表二、三、四数据由