谷物冷却机控制优化

郑泽顺

（广东吉荣空调有限公司，广东揭阳 522000）

谷物冷却机控制优化

郑泽顺

（广东吉荣空调有限公司，广东揭阳 522000）

介绍一种谷物冷却机及其控制原理，结合机组全天候运行特点提出节能方法，并对控制系统进行优化，达到降低运行能耗目的。

谷物冷却机；优化；节能

0 概述

低温储粮是一种国际通行的绿色储粮方式，可以抑制害虫和微生物生长，减少粮食损失，延缓粮食陈化。谷物冷却机是低温储粮的关键设备，1998年我国自主开发成功后并应用于500亿斤国家储备粮库项目。由于种种主、客观原因，谷物冷却机的应用效益未得到应有的发挥[1]。为提高我国粮食仓储技术，更好的应用谷物冷却机低温储粮技术，有关部门先后组织制订了谷物冷却机相关标准和规程[2-4]，为设备的考核、选型、运行提供依据和指导。由于粮食基数大，虽然设备性能指标达到标准要求，实际的用电量还是相当可观。GB/T 18835对名义工况性能指标提出要求，实际上设备的耗电量除跟设备本身效率、使用环境和使用方式密切相关。作为一种长时间连续使用的多功能全新风机组，要降低降温能耗，需要保持设备在各种使用环境下都能高效运行，这需要设备生产商、使用方共同努力。本文分析设备特点，从设备角度分析经济运行的可能性，并结合使用工艺特点对控制系统进行优化，使其更智能化，在保障出风温湿度前提下，提高设备的综合能效比，达到经济运行目的。

1 谷物冷却机的特点、工作原理和处理流程

图1 系统原理图

谷冷机为全新风低送风恒温恒湿机组，其功能是向粮仓提供高静压的温湿度恒定的空气，实现谷物的低温储藏、调湿保质。包括送风系统、制冷系统、再热调湿系统及控制系统（如图1）。控制系统包括可编程控制器、触摸屏、变频器、可控硅调节器、传感器、执行器等。

空气处理过程如下（图2）：新风（状态点A）经过高静压风机产生一定温升（状态点B），通过蒸发器后被降温除湿（状态点C），此时相对湿度可高达95%，通过冷凝热或电加热升温降低相对湿度（状态点D），使出风温湿度达到要求。

图2 空气处理流程

2 控制系统的配置及主要功能

为满足设备全天候可靠高效运行、精确送风（国家标准GB/T 18835规定出风温度最大变动幅±1℃，平均变动幅±0.3℃，相对湿度最大变动幅±5%，平均变动幅±3%[2]）、功能多样特点，选用高性能PLC控制器，包括主控单元（含RS485接口，可增加以太网接口）、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、触摸屏（见图3）。

控制功能包括：

（1）远近控开关机；

（2）温湿度自动控制：自动调节压缩机加卸载及再热系统，适应环境工况变化，控制蒸发后温度、出风温湿度达到要求；

（3）故障处理：实时监测设备运行状态并对故障进行处理，如制冷不良、风压异常（过高或过低）、制冷剂泄漏、电源故障、风机故障、变频故障、压缩机故障等，保护设备安全；

（4）机组功率显示；

（5）配置RS485接口、以太网接口方便与粮库监控系统进行数据交换；

（6）数据处理：参数设置、动态曲线、数据分析及保存。通过触摸屏可以方便的了解机组运行情况和各种参数设置。

图3 控制系统原理图

3 节能措施

3.1 风机变频控制

离心风机采用变频调速以满足不同粮仓类型风压要求，提高单位功率送风量，同时使机组能够更好的适用各种气候环境，提高出风控制精度。风机频率控制在传统的PID控制方法基础上，根据回风状态、谷仓类型及出风状态对初值进行预设，减少频率调节的收敛时间，使风机频率迅速达到要求。

为适用不同类型粮仓，谷物冷却机配置大功率送风机。以GLA78机型为例，名义工况输入功率39.8 kW，匹配风机功率达18.5 kW。通过变频调节风机转速，提供不同的风量风压，实际使用时应注意选择相应的谷仓类型，避免出风静压过高，造成不必要的温升和耗功。风机的耗功跟风量、出风静压成正比，风量增加1倍，粮仓阻力约为原来的2.5倍，风机耗功约为原来5倍[5]。实际使用证明，采用变频调节风机可以节能30%以上[6]。如果对降温速度要求不高，可以降低风压作业（相当降低堆粮的通风风速，不包括一机多口情况），从而提高单位功率送风量。

采用轴流风机通风比离心风机节能[7]，主要原因是由于小风量时阻力极小，对风机余压要求很低，还存在出风温度受环境温度影响不可控制的缺点。设备降频使用，同样可以达到降低出风余压目的，可以同时兼顾耗功和效率。

风机降频使用可降低整机消耗功率，在配电容量有限的情况下可以使用，但限幅不能过低，以免影响制冷系统的调节精度。

控制系统提供快速降温模式和节能运行模式供选择，最大风量和最大风压限定功能，可以通过触摸屏方便设置。

3.2 变冷量控制

为满足全新风机组负荷变化大使用要求，采用多个高效涡旋压缩机及旁通卸载混合使用方式，提高能量调节级数，适应环境温度变化。由于压缩机卸载时效率会降低[8]，采用多级制冷系统使机组在部分负荷时各个系统压缩机仍保持满载运行，冷凝风机启动台数直接受冷凝压力控制，使机组在部分负荷时仍能保持高效运行。

3.3 热回收及无级调节技术

谷冷机采用冷却除湿后再热办法降低出风相对湿度，系统采用回收冷凝热作为热源以节约能源。同时采用少量电加热作为补充，采用可控硅调功器无级调节，保障最少的加热量和控制精度。

再热降低相对湿度造成冷热量互相抵消，且机组效率随出风温度降低而下降。以名义工况为例，出风相对湿度要求为75%，再热量约为6 kW，制冷量损失约7%。低湿工况考虑限制再热，控制系统检测相对湿度，出风湿度过低时自动修正提高蒸发后温度，从而降低甚至取消再热，提高低湿工况控制精度。湿度超出预设范围可自动切换为再热控制模式。

3.4 防霜设计

结霜后机组效率会迅速降低，除霜时出风温度难免出现波动。增加蒸发压力检测功能，根据压力变化趋势判断是否结霜。相对简单采用热气旁通调节压力方式，更加准确。通常做法是低压压力低于设定值时旁通阀打开，相当损失压缩机机冷量方式保持机组正常运行。蒸发压力检测，蒸发压力低于设定值时优先调整风量，达到风量限值再考虑制冷系统卸载，避免蒸发压力过低并保持机组高效运行。

3.5 用户定制功能

自动开关机功能：根据预设温度值在环境温度高时停机、在夜间温度低时自动开机，适应粮堆间歇冷却要求。

降温曲线定制功能：冷却通风过程除了降温外，还对湿度产生影响，冷风经过堆粮后温度升高、相对湿度下降，吸湿能力也在变化，具体与堆粮的温度及含湿量、冷风温度及相对湿度有关。不同的冷却作业目的要求不同的冷却方式，并导致单位能耗不同。提高出风温度或湿度，均可提高机组效率：起始粮温越高时，谷物冷却机设定的出风温度可以相对较高，单位能耗就越低；在确保安全储藏的前提下，粮食水分越高，谷物冷却机设定的出风相对湿度就比较高，其冷风量也越大，降温速度越快，单位能耗越低[3]。堆粮降温是一个相对缓慢的过程，通常需要上百小时才能达到要求温度，固定出风参数时降温速度是前快后慢，单位能耗是前高后低[9]。合理分段设定谷物冷却机的送风参数，可以控制降温速度（如图4）、减少粮食水分损失、降低冷却通风能耗，还可以起到减小冷却通风中粮食水分损失的作用。提供的降温曲线定制功能满足此冷却工艺要求，机组配备的实时功率检测功能和数据存储功能，操作人员可以根据实际作业消耗电量情况选择最节能的降温方式。

图4 不同送风温度时堆粮降温趋势对比

4 结论

谷冷机作为一种长时间连续使用的多功能全新风机组，要降低降温能耗，需要保持设备在各种使用环境、各种使用模式下都能高效运行。通过分析各种经济运行的可能性，结合冷却工艺特点对控制系统进行优化，从而提高设备的综合能效，达到经济运行目的。

［1］邢勇.国家储备粮库项目谷物冷却机应用情况综述［J］.粮油食品科技，2003，11（5）：21-23.

［2］GB/T 18835-2002.谷物冷却机［S］.

［3］Q/ZCL T4-2007.谷物冷却机经济运行技术规程［S］.

［4］GB/T 29374-2012.粮油储藏谷物冷却机应用技术规程［S］.

［5］杨国锋，宋伟，杨大明.储粮机械通风中的节能，中国粮油学报［J］.2004，12（6）：67-70.

［6］张华昌，郭道林，杨龙德，等.谷物冷却机复冷降温储粮生产性试验报告［J］.粮食储藏，2001（5）：26-31.

［7］宋敏捷，李恩生，祈志明，等.储粮过程中粮食保水通风降温节能技术研究［J］.仓储技术，2010（2）：13-16.

［8］张秀平，田旭东，钟根仔，等.水冷冷水机组能效特性变化规律的研究［J］.建筑热能通风空调，2008，36（10）：54-57.

［9］曾卓，周延智，李松伟，等.华南地区浅圆仓谷冷降温试验［J］.粮食储藏，2010（1）：38-41.

Optimization Design of Grain Chiller Control System

ZHENG Ze-shun
（Guangdong Jirong Air-conditioning Co.，Ltd.，Jieyang522000，China）

This paper introduce a grain chiller and its control principle,put forward some energy saving methods combining with the characteristics of all-weather operation and optimize the control system to reduce power consumption.

grain chiller；optimization；energy-saving

TP29

A

1009－9492(2014)07－0134－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.039

郑泽顺，男，1976年生，广东揭阳人，大学本科，工程师。研究领域：制冷设备。已发表论文1篇。

(编辑：向 飞)

2014－03－07