浅圆仓气调控温储粮应用研究

◎ 李松伟，袁宝友，于文江，叶海军，赵 磊

（1.广东省储备粮管理总公司东莞直属库，广东 东莞 523145；2.广东省储备粮管理总公司，广东 广州 510030）

随着科学技术水平的提高和人们生活水平的提升，人们的食品安全意识逐渐加强，这就促使了粮食储藏技术由传统向绿色、低碳、生态无污染、无公害和健康安全的方向发展[1]。全面落实国家粮食安全战略，确保国家粮食安全是粮食部门的政治责任，使命光荣，责任重大。低温储粮具备绿色环保、保持储粮品质、减少虫霉损害等功能，是粮食行业重点推行的一项储粮技术[2]。而气调储粮技术是在倡导绿色环保，提质增效的背景下发展起来的一项绿色安全的储粮技术[3]，是一种集杀虫、抑霉、保鲜、储藏、安全、绿色环保等优点于一身，并易于实施的绿色储粮方法[4]。良好的储粮设施是保证储粮安全的基础条件，仓房保温隔热和仓房气密性能的优劣直接影响控温、气调储粮的效果[5]。

受制于仓房隔热、气密性及粉尘防爆等问题，制约了气调、控温绿色储粮技术在浅圆仓、大直径筒仓的推广和使用。为推进仓储工作高质量发展，根据总公司科技储粮工作部署，广东省储备粮管理总公司东莞直属库结合前期浅圆仓气密性改造取得的良好效果，率先开展浅圆仓“气调+控温”新工艺、新方法储粮技术的探索。

1 试验材料

1.1 试验仓房情况

广东省储备粮管理总公司东莞直属库一二期浅圆仓仓房单仓直径25 m，仓壁厚270 mm，仓顶为钢筋混凝土屋顶，有50 mm的隔热苯板；风道采用内中外三圈环形地槽风道，仓内配有中心减压管，仓顶设有4个自然通风口和4个机械通风口。其中一期Q4、Q6、Q8和Q13仓装粮高度30.4 m，仓容1.1万t；二期Q21、Q22仓设计装粮高度28.5 m，仓容1万t，仓房基本情况如表1所示。

表1 仓房基本情况表

1.2 试验粮食情况

仓内粮食基本情况，见表2。

表2 仓内粮食基本情况表

1.3 试验设备情况

空调型号及其主要性能参数，见表3。

表3 空调型号及其主要性能参数表

2 试验方法

2.1 空调安装方式

2.1.1 Q21仓安装情况

Q21仓为上海产1台制冷量33 kW专用粮仓控温空调机组，机组采用一体机模式安装在室外，并通过仓顶通风口与仓房互通，其中1号机械通风口为送风口，3号机械通风口为回风口，回风管道安装除尘风箱，每个通风口加装一个带气密阀门的三通（图1），管道选用材料采用PP管道，管道连接方式为热熔接，管道夹层为橡塑保温材料；管道外覆304不锈钢保护层。

图1 Q21仓空调安装布置图

2.1.2 Q22仓安装情况

Q22仓为2台珠海产制冷量22.4 kW变频空调，其安装形式一台通过仓顶2号机械通风口和2号自然通风口与仓房相通，一台通过4号机械通风口和4号自然通风口与仓房相通，机械通风口作为进风口，自然通风口为回风口，回风管道安装除尘风箱，每个通风口加装一个带气密阀门的三通（图2），管道选用材料采用PP管道，管道连接方式为热熔接，管道夹层为橡塑保温材料，管道外覆304不锈钢保护层。

图2 Q22仓空调安装布置图

2.1.3 Q4、Q6、Q8和Q13仓安装情况

Q4、Q6、Q8和Q13仓均为1台制冷量40 kW江苏永昇空调，其安装方式是选择2#机械通风口作为进风口，对角4#自然通风口作为回风口，2#机械通风口、4#自然通风口加装三通，三通管水平方向加装气密闸板，管道采用PPS材质，外包30 mm阻燃橡塑保温棉以及0.5 mm厚的304拉丝不锈钢板。并在前期试验的基础上，在散热器进风窗以及回风口三通处增加了方便拆卸的过滤网，避免粮库大气环境以及仓内高粉尘环境下粉尘吸附散热器及蒸发器，从而对机组换热能力造成影响。Q4、Q6、Q8和Q13仓安装情况见图3。

图3 Q6等仓空调安装布置图

2.2 氮气浓度

全仓共设置10个测气点，其中空间1个，粮堆内部7个，通风管道2个。粮面下1 m检测点采用不锈钢探头，内置过滤网进行防堵塞处理；深层检测点采用纱布包裹海绵进行防堵塞处理，采取深层扦样方式进行粮堆内部排布。各检测点与氮气智能控制系统检测装置相连，具有自动检测功能，气调期间每天定时检测仓内各点的氮气浓度；“气调+控温”试验期间，在仓房充氮及气调期间，开启空调设备进行同步控温，定期检测氮气浓度，分析空调控温效果及空调设备对氮气浓度和粮堆的影响；8月10日，Q6仓控温空调送风风机加装变频器，频率调整为35 Hz。检测点具体分布如图4所示。

图4 浅圆仓气调检测点布局图

2.3 温湿度检测

根据试验方案，设定25.0 ℃的仓温控制目标，自2020年5月5日开启空调控温，前期5月5日至6月27日采取定时控温模式（每天6:00开启，23:00关闭），6月28日以后采用自动控温模式。且每天定时检测气温、气湿，并通过粮面上方约2 m位置的测温电缆检测的温度代表仓温，以仓内湿度传感器监测的数据代表仓内湿度。

2.4 水分检测

在 Q21仓 内 圈 1#、 中 圈 4#、8#、 外 圈 16#、20#、24#和28#测温电缆附近选取7个点进行水分跟踪检测，跟踪控温前后粮堆表层及粮面下0.5 m、1 m的水分变化；试验期间做好各仓空调开关机记录、冷凝水搜集和电表运行数据的监测等工作。

3 结果与分析

3.1 控温情况

从图5、图6、图7可以看出，Q21仓采用1台空调，送风和回风选择对角机械通风，控温期间各点仓温在20.7～24.7 ℃，除送风口旁测温电缆外，其余各点温差最大为1.1 ℃，整体上各点仓温基本均衡；Q6仓1台空调控温期间各检测点仓温在23.7～25.0 ℃，各点仓温基本均衡；Q22仓2台空调控温期间各监测点的仓温在23.5～24.8 ℃，控温均匀性更好。综上所述，采用1台制冷量33 kW、1台制冷量40 kW粮仓专用控温空调或2台22.4 kW制冷量的控温空调均能够实现仓内温度分布均匀，粮面水平方向温差在2.0 ℃以内，且2台控温空调控温均匀性比一台空调更好，但安装成本较高。

图5 Q6仓空调控温云图（仓温）

图6 Q21仓空调控温云图（仓温）

图7 Q22仓空调控温云图（仓温）

3.2 湿度控制

通过跟踪分析，仓房湿度和粮面水分在空调运行期间，仓内湿度保持在35.5%～50.2%，比未开空调低20%～40%，其中Q21仓空调控温期间的仓内湿度在35.5%～40.2%，Q22仓在41.0%～47%，Q6、Q8仓江苏永昇空调湿度在45.1%～50.2%。其主要原因是为了达到快速控温目的，目前空调设备的蒸发温度一般在6～8 ℃，而仓温控制目标为25 ℃，回风温度和蒸发温度温差在17～19 ℃，致使控温期间仓内湿度下降明显，Q6、Q8机组因采用采用小焓差工作模式，以接近空气露点温度状态运行，以最大程度减少冷凝水析出，因此仓内相对湿度稍高。

3.3 水分变化

由图8可知，通过对Q21粮食表面水分跟踪检测，发现空调开启2周左右，粮面粮食水分下降较为明显，Q21仓水分从入库时的12.5%降低到12.0%，降低了0.5%；经过在Q21仓全仓选取7个扦样位置进行深层扦样，每个位置在不同深度各选择11个扦样点，共扦取样品77份，分别对其进行水分检测，发现空调控温对粮面1 m以下水分变化无明显影响。

3.4 “气调+控温”情况

由表4可知，3个空调仓气调期间Q22仓平均每天下降0.26%，影响最大；Q4仓平均每天下降0.14%，Q6仓平均每天下降0.111%，影响次之；Q21仓经过气密性改造后平均每天下降0.045%，影响最小，且气调控温期间，氮气浓度下降较静态气调较快。其主要原因是Q21仓气密性能好，空调机组蒸发器采取密闭处理，设备原送风机轴承部位漏气改进后气密性大幅提高，设备及管道机组气密性30 min以上，实仓气密性3 631 s，满足“气调+控温”的设备气密要求；Q4、Q6仓江苏永昇空调在前期试验的基础上，对蒸发器进行了气密改造，送风风机改为内置式风机，成功解决送风风机漏气问题，且设备出厂前和管道安装后均进行气密检测，未发现漏气现象。气调控温期间，氮气浓度下降较静态气调较快的主要原因为仓房本身气密性较差，空调运行期间仓内不同部位存在压力差，加大N2渗漏。

从表1、表4可以看出，相同机型及同一厂家的控温设备，气密性差Q4仓N2浓度下降速度比气密性稍好的Q6仓快。

表4 气调控温期间N2浓度变化情况表

由图9可知，气密性较高的Q21仓，设备经过气密改造后，6月5日充氮至99.1%，期间未进行补气，98%以上保持32 d，成功实现了“气调+控温”的储粮，其主要原因是。①仓房与设备气密性能较高，机组运行期间对仓房影响相对较小。②Q21仓送风风机采用变频形式，可根据控温情况自动调节风压和风量，降低仓内压差对N2浓度的影响。试验表明，在仓房气密性较好、控温设备气密性较好地情况下，可以实现浅圆仓夏季“气调+控温”绿色储粮。

图9 Q21仓氮气浓度变化曲线图

由图10可知，Q22仓5月15日前后氮气浓度下降速度略有不同，开启空调后N2浓度下降速度加快，其主要原因是Q22仓控温空调为普通工业空调，蒸发器为风管机，原设计安装在室内，未进行专门的气密处理，气密性能差，气调控温期间仓内氮气通过风管和机组产生漏气，从而造成仓内N2衰减较快（Q22未开启空调管道阀门气密性47 min，开启后降为22 min）。

图10 Q22仓氮气浓度变化曲线图

由图11可知，Q4仓充氮气调期间，5月空调开启后氮气浓度快于5月前未开启空调，其主要原因是该仓虽然设备达到了密闭效果，但仓房自身气密性较差（不足20 min），气调期间开启空调，控温机组送风风机产生的风压一定程度上加大了仓内漏气部位N2的渗漏。

图11 Q4仓氮气浓度变化曲线图

3.5 空调送风风机频率对N2的影响

从图9、图12可以看出，Q21仓N2浓度下降速度明显低于Q6仓N2浓度下降速率，其主要原因是Q21仓气密性能较好，另外Q21仓控温机组送风风机采用变频形式，其功率5.5 kW虽然高于Q6仓4 kW，但Q21控温期间在保证效果的情况下，实际送风机运行频率大多在25 HZ，其送风风机的风量和风压都大大降低，从而降低空调运行期间对仓内气流扰动和N2浓度的影响；Q6仓8月10日送风风机加装变频器，将送风风机频率从50 Hz降为35 Hz，后期仓内N2浓度下降速度明显低于改造之前的情况，证明送风机较大的风压、风量一定程度上加大仓内N2的渗漏。

图12 Q6仓氮气浓度变化曲线图

3.6 品质变化情况

由表5、表6可知，Q21、X3仓2019年入库玉米，经过一年储存和度夏，采用空调控温的Q21仓玉米的脂肪酸值上升了5.6，Q6仓玉米脂肪酸值上升了3.9，未采取空调控温的X3仓脂肪酸值上升了11.1，空调控温有效缓解玉米储藏期间的品质下降；Q6仓空调开启前2个月，玉米表层脂肪酸值上升5.7，开启空调后5个月，玉米表层脂肪酸值上升4.6，并在7—9月份高温季节，粮面脂肪酸值基本没有变化，通过气调和控温技术综合应用，达到较好的控温保鲜的效果。

表5 不同仓玉米脂肪酸值变化表

表6 Q6仓表层玉米脂肪酸值变化表

3.7 能耗情况

从不同仓型不同品牌空调控温对比情况看，3种不同形式的控温空调，按照控温25.0 ℃全天候开启自动控温，控温成本114.05～232.6 kW·h·d-1，且单位能耗均随着环境温度的升高而增加，定时开启期间能耗比全天候开启能耗降低了25%。

从全年控温情况看，截至2020年10月，不同机型Q21上海云傲空调机组能耗低于Q4、Q6仓江苏永昇空调，其主要原因是。①Q21仓顶平台较大，太阳直射面积小。②云傲空调装机制冷量33 kW相对小，且送风机为变频风机，在满足控温要求情况下可以自动变频调节，控温能耗低。相同机型Q4仓2.74 元/t高于Q6仓2.14 元/t，其主要原因是。①Q4仓空间体积较大。②屋顶上方太阳直射面积大，从而造成Q4控温成本较高。

此外，由表7可知，Q4、Q6仓江苏永昇和Q22仓珠海格力粮仓专用控温机组的单位能耗在10.6～11.97 kW·h-1，尽管Q22仓格力2台控温空调制冷量44.8 kW大于Q4、Q6仓江苏永昇粮仓专用空调40 kW，但实际运行期间珠海格力控温空调平均单位小时能耗较低。主要原因是Q4、Q6为定频空调，Q22仓为变频空调，变频空调相对更加节能。

表7 各品牌空调控温能耗情况表

在25.0 ℃控温目标不变情况下，Q6仓将送风风机频率从50 HZ降至35 Hz，设备运行期间每小时平均能耗从10.8 kW·h降至8.1 kW·h，每天能耗从263 kW·h·d-1降至204 kW·h·d-1，能耗降低25%。

4 结论

（1）在华南地区，对于直径25 m，空间体积2 500 m³左右的浅圆仓，单位制冷量按15～18 W·m-3计算，采用一台制冷量33 kW专用空调或1台制冷量40 kW控温机组均能够达到全年控制仓温25.0 ℃以下的目标，且制冷量大的空调机组降温效果快。

（2）从控温均匀性来看，3种空调安装方式均能达到仓内仓温基本均匀，粮面水平方向最大温差2.0 ℃，但2台空调安装方式比1台空调控温均匀性好。

（3）空调控温能有效降低仓内湿度，湿度比未开空调低20%～40%，同时会造成粮面粮食水分明显下降，但对粮面下1 m及以下粮食水分无明显影响。

（4）从“气调+控温”开展情况来看，进行密封设计的粮仓专用空调能减小气调期间控温对仓内N2浓度的影响，但仓房自身气密性的好坏也影响“气调+控温”的仓内N2浓度保持效果。

（5）浅圆仓“气调+控温”绿色储粮可以实现。从试验情况看，经过气密性改造的控温机组在气密性较好的仓房可以实现控温期间气调杀虫，且经过1～2次补气，可以实现N2浓度98%以上保持28 d杀虫目标，实现“气调+控温”绿色储粮。

5 相关建议

（1）控温期间仓内湿度在30%～50%，造成表层粮食水分失水严重，需进一步优化和改进空调控温保水功能，通过加装冷凝水回收及湿度调节装置（超声波雾化）降低控温期间的水分流失，减少储藏期间的损耗。

（2）空调控温的成本整体偏高，下一步建议一方面根据不同储粮品种设定目标温度，并且对粮面仓温提出要求，锥顶非粮食接触部位可降低控温要求。

（3）建议浅圆仓空调的配置根据仓房空间体积和隔热性能进行配置，并预留余量，避免不同品种或等级粮食装粮后空间体积差异较大，影响控温效果。

（4）建议进一步优化空调送风风机，通过调节送风风机频率，降低风机运行的风压、风量，减少空调运行对仓内气流的扰动和对仓内N2浓度的影响。

（5）建议开展“气调+控温”浅圆仓气密性不低于20 min，同时全面排查仓房渗漏部位，进行精准气密改造，提高“气调+控温”绿色储粮技术的应用效果。

（6）目前控温成本主要是根据设定目标温度自动控温，后期建议通过对仓房重点部位进行隔热改造、提高仓房气密性能和利用夜间低温时段开展控温等措施，进一步研究降低浅圆仓“气调+控温”绿色储粮能耗的方法和措施。