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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作采用制冷空调控制稻谷表层粮温实践葛云瑞 葛云瑞，北京市粮食局，高级工程师，储藏技术应用，北京市宣武区枣林前街70号，100053。1 石红兵1 张启发2（1. 北京市粮食局储备处；2. 通州区粮油贸易总公司）摘要 冬季北京地区储粮单位普遍通过冷倒通风的方式降低粮堆温度，粮堆平均温度一般在10以下。夏季由于气温的回升，形成了粮堆周边温度高的“热皮”和内部温度低的“冷心”。高大平房仓仓房顶部是外部热量传入仓内的主要部位，粮堆上表面是粮堆最大的热皮，为控制高大平房仓稻谷粮堆表层粮温的上升，在粮堆上部使用制冷设备以降低仓温是一个很好的选择，当夏季气
2、温回升时，使用制冷设备控制仓温的上升和表层粮温的上升。通州永乐店粮库2005年在3号高大平房仓粮堆上部安装2台12000W的制冷空调机，当气温回升时，启用制冷空调机，用来控制仓温和表层粮温上升，改善了高大平房仓稻谷粮堆温度的不均衡状况，在未使用熏蒸药剂的情况下，实现了稻谷安全度夏。高大平房仓安装制冷设备的目的是控制稻谷粮堆表层温度的上升，是建立在粮堆中有一个巨大低温冷心基础上的，因此计算安装制冷设备的总耗冷量主要考虑抵消通过仓顶屋面传入的热量；再根据耗冷量，确定需要的制冷量；由此选择相应的制冷设备。在具备较好保温隔热和密闭性能的6000吨高大平房仓中安装2台额定制冷量12000w（相当于压缩机
3、5匹的功率）制冷空调机能满足控制稻谷粮堆表层粮温的要求。使用制冷空调机的主要支出在电费，根据2005年度夏期间的实际电费支出和2006年度夏期间推算的电费支出，通州永乐店粮库3号高大平房仓平均每吨稻谷用电费用不超过1.3元，这样的电费成本是可以承受的。关键词 稻谷 表层粮温 高大平房仓 制冷 冷心热皮北京市储存稻谷的仓房以高大平房仓为主，单个仓容约5000吨，储粮单位在冬季普遍通过冷倒通风的方式降低粮堆温度，粮堆平均温度一般在10以下。但随着夏季气温不断上升，高大平房仓粮堆表面和靠墙壁处的温度快速回升，形成了粮堆周边温度高的“热皮”和内部温度低的“冷心”。高大平房仓顶部面积大，仓内粮堆的上表面
4、是粮堆最大的一块热皮，要实现储存的稻谷安全度夏,就要控制住稻谷粮堆表层的粮温。1 实验稻谷仓房的基本情况1.1 通州区粮食收储库永乐店粮库，位于北京东南方向，属平原地区，该库总仓容达到12万吨规模。1.2 实验仓房为3号高大平房仓，2004年建设，设计装粮高度为6米，跨度为27米，长度为60米，使用保温密闭门窗。铺设4组、12道地上笼通风管道，仓房两侧墙上安装有2台轴流风机，具有粮情检测系统和环流熏蒸设备。1.2.1 仓房屋面结构，见图1。图1 仓房屋面结构图1.2.2 仓房墙体结构，见图2 。1.3 装仓粮食为2004年产东北晚粳稻谷，2005年1月入仓，入仓时进行了过筛除杂，指标符合国家标
5、准（GB1350-1999），质量和品质情况见表1。表1 3号高大平房仓稻谷质量和品质情况货位号数量(t)水分(%)黄粒米(%)整精米率(%)谷外糙米(%)色泽气味脂肪酸值(mgKOH/100g)品尝评分值(分)550311103s598614.750704正常16.185图2 仓房墙体结构图2 控制高大平房仓稻谷表层粮温的意义及耗冷量的计算2.1 北京地区气候特点北京的气候为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。年平均气温10-12，1月平均气温-7至-4，7月平均气温25-26。极端最低气温-27.4，极端最高气温43.5。全年无霜期180-200天，西
6、部山区较短。年平均降雨量600多毫米，为华北地区降雨最多的地区之一，降水季节分配很不均匀，全年降水的75%集中在夏季，7、8月常有暴雨。北京地区夏季通常是指从6月开始至9月底这段时间，白天平均气温在30左右，最高温度可达40以上。此外，从7月到8月份，北京地区出现高温高湿的天气。2.2 粮堆“冷心热皮”现象北京地区的储粮单位在冬季普遍通过冷倒的方式（机械通风或自然通风）降低粮堆温度，粮堆平均温度一般在10以下，并且粮堆这种整体低温状态一般能保持到三月底。进入到四月后，粮堆表层粮温会明显上升。所谓“冷心热皮”是指粮堆的表层和四周的粮温明显高于粮堆内部温度的现象。随着夏季的来临，气温不断上升，由于
7、高大平房仓高度和屋顶面积的增加1，仓房的隔热效果不理想，使粮堆表面和靠墙壁处的温度回升，又因为粮堆导热系数小，导热性不良，所以形成了粮堆周边温度高的“热皮”和内部温度低的“冷心”，在整个度夏期间会处于这种状态。2.3 控制稻谷粮堆表层粮温，消除粮堆上层的“热皮”永乐店3号高大平房仓宽27米，长60米，装粮高6米，储存稻谷约6000吨，仓容积为9720米3 ，仓顶面积约为1620米2 ，4面墙体面积约为1044米2 。储存粮食仓房的围护结构应具有好的隔热性能，永乐店3号高大平房仓墙体厚度达500毫米, 能大大减少热量通过墙体传入仓内。而仓房顶部成了外部热量传入仓内的主要部位。夏季受阳光的强烈照射
8、，热量会通过粮仓屋面向仓内传递，并在粮面上部聚集，进而使粮堆表层的温度升高。高大平房仓仓容量大的优势也体现在粮堆的冷心容积大上，因此，实现准低温稻谷储存的核心工作是保持住这个巨大的冷心，消除热皮。而热皮中，粮面上层热皮又占主要部分。所以控制住稻谷表层的粮温，就去除了粮堆最大的热皮，就为实现稻谷的安全度夏打下了基础，进而就可以争取实现稻谷粮堆基本处于准低温状态。在粮堆上部使用制冷设备以降低仓温是一个很好的选择。当夏季来临气温回升时，就启用制冷设备，控制仓温的上升和表层粮温的上升。2.4 耗冷量的计算高大平房仓安装制冷设备的目的是控制稻谷粮堆表层粮温的上升，是建立在粮堆中有一个巨大低温冷心基础上的
9、。因此计算耗冷量主要考虑控制稻谷粮堆表层粮温的要求，即主要考虑抵消通过仓顶屋面传入的热量；再根据耗冷量，确定需要的制冷量，由此选择相应的制冷设备。总耗冷量应等于各种原因引起的耗冷量的总和2。参照低温库耗冷量的计算方法，仓房总耗冷量等于围护结构传热、粮食冷却、粮食呼吸、降低库内空气温度、库房内通风换气、风机运行和操作管理产生的耗冷量的总和。 因为永乐店3号高大平房仓冬季进行冷倒通风后，粮堆整体处于冷心状况，还进行了粮面密封，并且屋面进行太阳热反光涂层的刷涂。所以为了控制高大平房仓稻谷粮堆表层粮温的目的，进行耗冷量的计算3，采用简化算法。即只计算仓顶围护结构传热引起的耗冷量，而粮食冷却、呼吸等产生
10、的耗冷量可忽略不计。在实际选取制冷设备时，将理论计算总耗冷量乘以一个安全系数即可（这里安全系数取1.3）。即：Q总= Q1 Q实= 1.3 Q总 Q1= nkft 式中：Q总 -仓房总耗冷量Q1 -屋面围护结构传热引起的耗冷量Q实 - 实际的仓房总耗冷量n - 库内外温差的修正系数，这里取1 k - 围护结构的总传热系数， kcal /m2h，根据查表得到：k= 0.5 kcal /m2h f 围护结构的面积，m2，这里：f按仓房长60m，跨27m计，粮面上部空间高按2m计， t仓房上部内外空气的温差，t外 ：根据北京地区的近10年最高温月份月平均温度和高温极值来定，取36；t内：仓房内部的温
11、度值，取20，则：t = t外-t内 = 16C求得总耗冷量： Q1 = 15744 kcal/h 则： Q总 = Q1 = 15744 kcal/h加上安全系数： Q实 = 1.3 Q总 = 20467 kcal/h所以，实际的耗冷量需求为20467 kcal/h，选择制冷设备时应满足这个要求。3 制冷设备的选用及运行3.1 制冷设备的选用要点空调机的选用要按照温度控制范围、投资、能耗、体积、安装等条件来选择，还要恰当地确定单台空调机的制冷量和空调机的台数。这里选择民用的柜式或壁挂式空调机即可满足使用要求，并且购买成本较低，在当地购置，也便于安装和维护。空调器的制冷量一般用功率单位（W）表示
12、，而仓房的耗冷量单位用千卡/小时(kcal/h)表示，因此要进行换算，公式为：1W = 0.86kcal/h 或 1kcal/h =1.16W 。一般要选择单台制冷量在7000w12000w之间的空调机。3.2 选型及安装制冷空调机型号：KFR-120 LWHS,额定制冷量12000w（相当于压缩机5匹的功率），共计2台，则总制冷量为24000w，（注：市场5匹功率空调机零售价在8000-10000元）。根据公式1w=0.86 kcal/h,计算出24000w = 20640 kcal/h。因为：空调机总制冷量 仓房总耗冷量，即： 20640 kcal/h 20，467 kcal/h所以安装2
13、台，12000w（折合制冷量10320 kcal/h）空调机应能满足控制稻谷表层粮温的要求。可以推出粮堆表层单位面积制冷量：单位面积制冷量 = 仓房总制冷量粮面总面积以通州永乐店粮库为例，粮堆上层表面面积为1620m2，由此得出：粮堆表层单位面积制冷量 = 24000w1620m2=14.8w/m2。3.3 运行模式及注意事项制冷空调机一般在夏季开启，并一直运行到秋初季节。在制冷空调机室内机的控制盘上，将运行模式设置于“自动”，温度值的设定要依仓温情况设定，一般在2026之间，3号仓制冷空调机的设定温度为23。制冷空调机的安装应由专业技术人员进行，使用单位应有专门的人员对制冷空调机进行维护和管
14、理。4 制冷空调机的运行效果及电费成本4.1 控制上层粮堆温度的效果制冷空调机的初次运行在2005年6月25日。此前3号仓房上层粮堆最高粮温达到29，最高仓温达到32。下图为永乐店粮库3号仓房度夏期间的温度变化曲线图，2005年6月25日制冷空调运行后，仓温逐步下降，上层粮温被控制在29以下。虽然空调的启用时机较迟，但也可以明显看出控制仓温和上层粮温的效果。图3为2005年6月25日至2005年9月底的气温、仓温、上层粮温曲线图，其中气温为当日的最高气温，仓温为当日仓内的最高仓温，粮温为粮堆上层测点的最高值。2006年是3号仓房稻谷第2年储存期。2006年6月16日制冷空调机开始运行，设定温度
15、23，截至2006年8月10日，稻谷粮情稳定，较好地保持了粮堆的冷心状态，仓温23，上层最高粮温24.5。42 度夏稻谷的品质因为3号仓的稻谷常年处于较低粮温的状态，所以截至2006年8月10日，未发现储粮害虫，未使用熏蒸药剂。根据稻谷品质指标监测(中部表层、中部表层下1米、西南表层、西南表层下1米等4个监测点)结果,储藏品质指标在宜存范围内，采用制冷空调机控制高大平房仓稻谷粮堆表层粮温的做法取得了较好的效果，3号高大平房仓2005年和2006年两年度夏期间的稻谷品质监测情况见表2。图3 3号仓房2005年度夏期间温度变化曲线表2 3号高大平房仓2005年和2006年两年度夏期间的稻谷监测品质
16、日期监测点位色泽气味黄粒米(%)脂肪酸值(mgKOH/100g)品尝评分值(分)2005.6点1正常0.217.375点2正常0.11780点3正常0.115.580点4正常0.317.6812005.7点1正常0.218.380点2正常0.218.583点3正常0.117.482点4正常0.017.5802005.8点1正常0.017.180点2正常0.418.273点3正常0.017.279点4正常0.017.1792005.9点1正常0.117.371点2正常0.418.775点3正常0.416.471点4正常0.516.9762005.10点1正常0.217.476点2正常0.518.
17、780点3正常0.317.375点4正常0.015.9762006.7点1正常0.520.877点2正常0.319.876点3正常0.018.477点4正常0.020.1762006.8点1正常0.320.375点2正常0.119.778点3正常0.118.576点4正常0.120.5744.3 采用制冷空调机的电费成本粮库所在通州地区电费：峰段1.06元/千瓦时，平段0.70元/千瓦时，谷段0.30元/千瓦时。制冷空调机每天的运行时间不等，可按平均每天运行20小时计。2005年从6月25日至9月21日，持续88天（未扣除检修停电时间），共计用电7823度。按仓容量5986吨，平均电费每度1元
18、钱计，则每吨稻谷用电1.3度，折合2005年度夏期间每吨稻谷用电费用1.3元。2006年从6月16日至8月10日，已运行55天，共计用电4306度。若假定2006年制冷空调机运行到9月21日，则运行98天，推算出度夏期间总用电7673度。仍按平均电费每度1元钱计，则每吨稻谷用电1.28度，折合2006年度夏期间每吨稻谷用电费用1.28元。5 结果与讨论5.1 安装制冷空调机适用的仓型和粮食品种长期储存稻谷的高大平房仓，屋面的面积大，夏季仓内积热不易排除，采用制冷空调机控制仓温和表层粮温可以收到明显的效果，能延缓稻谷品质劣变，减少储粮害虫的发生，减少熏蒸次数，并且投入的电费成本也是可以承受的。5
19、.2 保温密闭隔热条件安装制冷空调机的仓房应具备较好的保温隔热和密闭性能，仓房屋面和墙体都不可忽视，不具备条件的要进行改造，否则会出现电耗高，制冷设备负荷大等情况。若仓房墙体的保温隔热性能不佳，则粮堆四周的温度会比较高，使用在粮堆上部安装制冷空调机的方式可以控制稻谷表层粮温，但不能控制粮堆四周的温度。5.3 冷倒通风降低粮温高大平房中的稻谷粮堆要利用冬季进行充分的冷倒通风，使粮温降到10以下，在春季要采取措施延缓粮堆温度回升。5.4 制冷空调机功率的确定主要和仓房屋面的面积大小有关，但较高的粮堆高度和较大的仓容量却能够降低电费成本，保持好粮堆冷心状态。5.5 天气转热时，制冷空调机要适时开启运行。一般当粮堆表层粮温超过20时就应适时开启，以便控制稻谷粮堆表层粮温上升，从而维持粮堆在冬季形成的整体上的准低温储存状态。参考文献1 唐为民. 高大平房仓的隔热和密闭. 粮食流通技术,2004(3), 92 周景星 姜永嘉. 粮食储藏技术. 郑州：郑州粮食学院图书资料社，1988.4,56-613 王德学主编. 粮油储藏. 北京: 中国财政经济出版社, 2002.5, 132-134