高彬彬 沈 波 季雪根 張?jiān)品?孫沛靈 柯詩(shī)春 魏永威 何 力 徐靈中 許偉平 徐靜濤 袁 丹

(1 浙江省儲(chǔ)備糧管理有限公司 310006)(2 浙江衢州省級(jí)糧食儲(chǔ)備庫(kù) 324022)(3 寧波瑞凌新能源科技有限公司 315500)

淺圓倉(cāng)倉(cāng)壁、倉(cāng)蓋均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在夏季持續(xù)高溫天氣、太陽(yáng)照射強(qiáng)的情況下，倉(cāng)溫、糧溫上升速度快，最高糧溫可達(dá)30℃以上，對(duì)保持糧食品質(zhì)和控制糧堆內(nèi)害蟲(chóng)生長(zhǎng)繁殖極為不利。目前淺圓倉(cāng)控溫儲(chǔ)糧需求增加，控溫儲(chǔ)糧技術(shù)還不夠成熟，需要探索新的有效控溫途徑[1～5]。

為探索輻射制冷材料對(duì)淺圓倉(cāng)的控溫效果，我公司在衢州庫(kù)淺圓倉(cāng)開(kāi)展了輻射制冷材料控溫儲(chǔ)糧試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)材料

1.1 倉(cāng)房基本情況

浙江衢州省級(jí)糧食儲(chǔ)備庫(kù)的Q4倉(cāng)、Q5倉(cāng)均為2016年底完工的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)淺圓倉(cāng)，內(nèi)徑23 m，裝糧線高24 m，設(shè)計(jì)倉(cāng)容為7500 t。Q4倉(cāng)、Q5倉(cāng)倉(cāng)頂均為混凝土屋面，內(nèi)含50 mm硬質(zhì)發(fā)泡聚氨酯保溫隔熱層，40 mm混凝土防水層；倉(cāng)壁為230 mm鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)選用浙江衢州省級(jí)糧食儲(chǔ)備庫(kù)的Q5號(hào)倉(cāng)為試驗(yàn)倉(cāng)，Q4號(hào)倉(cāng)為對(duì)照倉(cāng)。兩倉(cāng)儲(chǔ)糧情況見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)倉(cāng)房基本情況

1.2 輻射制冷材料

反射型輻射制冷膜、輻射制冷卷材和輻射制冷涂料均為寧波生產(chǎn)。

1.2.1 反射型輻射制冷膜及輻射制冷卷材制冷原理 反射型輻射制冷膜是利用輻射制冷的原理[6～9]，設(shè)計(jì)多層膜結(jié)構(gòu)，使薄膜具備輻射制冷功能。通過(guò)在高分子基材中加入不吸收太陽(yáng)能而又能對(duì)大氣窗口紅外輻射產(chǎn)生共振的微米級(jí)無(wú)機(jī)粒子，使薄膜在太陽(yáng)能波段具有高反射率、在大氣窗口具有高發(fā)射率的光譜選擇性，可直接貼合于倉(cāng)體金屬門窗外表面。輻射制冷卷材是反射型輻射制冷膜與丁基膠復(fù)合加工而成。

1.2.2 輻射制冷涂料制冷原理 輻射制冷涂料由高分子材料、無(wú)機(jī)功能材料、顏填料等構(gòu)成。通過(guò)大氣透射窗口波段(8 μm～13 μm)的高紅外發(fā)射能力將熱量源源不斷向外太空冷源高效傳遞，同時(shí)利用涂層對(duì)太陽(yáng)輻射能量的高反射能力將吸收熱量降到最低，進(jìn)而達(dá)到顯著降溫效果。從層狀結(jié)構(gòu)來(lái)看，輻射制冷涂料由表面預(yù)處理底漆、輻射制冷涂層和高耐候性能保護(hù)層組成，可直接應(yīng)用于混凝土、金屬等外表面。

1.3 測(cè)溫系統(tǒng)及測(cè)點(diǎn)布置

Q4、Q5號(hào)倉(cāng)原已配備有糧情測(cè)控系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)糧溫變化，為更全面地驗(yàn)證本試驗(yàn)輻射制冷產(chǎn)品的降溫效果，試驗(yàn)除糧情測(cè)控系統(tǒng)的檢測(cè)點(diǎn)外，在外頂、內(nèi)頂、外壁、糧堆貼壁及糧面新增部分表面溫度檢測(cè)點(diǎn)共21個(gè)。新增的測(cè)點(diǎn)采用ZW720型遠(yuǎn)程溫度自記儀進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集，溫度采集頻率為1次/3 min，新增測(cè)點(diǎn)及糧情測(cè)控系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)的位置布置如圖1所示。

圖1 糧情測(cè)控系統(tǒng)及試驗(yàn)新增測(cè)點(diǎn)示意圖

2 試驗(yàn)方法

2.1 空白測(cè)試

試驗(yàn)開(kāi)始前，用2周時(shí)間分別檢測(cè)Q4、Q5號(hào)倉(cāng)倉(cāng)溫和外壁溫度受外溫的影響情況，確保Q4、Q5號(hào)倉(cāng)初始數(shù)據(jù)的一致性。

2.2 輻射制冷材料施工

輻射制冷材料的施工工藝包括倉(cāng)體立面輻射制冷涂料施工、倉(cāng)頂混凝土表面輻射制冷卷材施工及金屬門表面反射型輻射制冷膜施工。

倉(cāng)體立面施工主要包括腳手架搭建、基層處理和輻射制冷涂料施工。輻射制冷涂料施工工序分別為:①底漆層、中涂層三遍、面漆層一遍，罩面層一遍，采用噴涂工藝施工；②倉(cāng)頂混凝土表面施工主要包含基層清理、涂刷界面劑、鋪設(shè)輻射制冷卷材和封邊處理4道工序；③金屬門表面應(yīng)用反射型輻射制冷膜主要包含基層清理、鋪設(shè)反射型輻射制冷膜和封邊處理3道工序。

2.3 數(shù)據(jù)收集與整理

輻射制冷材料于2020年8月16日在Q5號(hào)倉(cāng)施工完畢，通過(guò)8月16日～11月11日的溫度連續(xù)測(cè)試，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，以便評(píng)估輻射制冷技術(shù)應(yīng)用后的降溫效果。

3 結(jié)果與分析

3.1 空白測(cè)試

經(jīng)2周溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)對(duì)比，Q4、Q5號(hào)倉(cāng)倉(cāng)溫變化受外溫變化影響的差異較小，差幅在0.5℃以內(nèi)，西外壁的溫度受外溫變化影響也較小，變化幅度在0.5℃以內(nèi)；Q4、Q5號(hào)倉(cāng)受外溫的影響情況具有較好的一致性。

3.2 試驗(yàn)倉(cāng)與對(duì)照倉(cāng)數(shù)據(jù)分析

3.2.1 倉(cāng)外頂溫度對(duì)比 由圖2可知，外頂溫度(外頂溫度為所有檢測(cè)點(diǎn)平均溫度，下同倉(cāng)內(nèi)頂溫度、糧面溫度)試驗(yàn)倉(cāng)比對(duì)照倉(cāng)平均低4.3℃，溫差可達(dá)22.2℃，最大溫差出現(xiàn)在8月19日，對(duì)照倉(cāng)和試驗(yàn)倉(cāng)溫度分別為57.9℃和35.7℃。試驗(yàn)倉(cāng)與對(duì)照倉(cāng)外頂(東南面)溫度差異較大。

圖2 倉(cāng)外頂(所有測(cè)點(diǎn)平均)溫度對(duì)比

由圖3可知，8月22日～8月24日持續(xù)高溫期間，外頂(東南面)溫差高達(dá)26.1℃(8月23日，氣溫36.2℃)；另外，試驗(yàn)倉(cāng)的外頂溫度每天連續(xù)24 h低于環(huán)境溫度，具有明顯的制冷效果。

圖3 持續(xù)高溫天氣條件下外頂(東南面)溫度逐時(shí)分析

3.2.2 內(nèi)頂溫度對(duì)比 由圖4可知，倉(cāng)內(nèi)頂溫度試驗(yàn)倉(cāng)比對(duì)照倉(cāng)平均低3.1℃，持續(xù)高溫天氣條件下(8月16日～8月26日)平均低5.5℃，內(nèi)頂平均溫差最高可達(dá)6.4℃；其中內(nèi)頂(西南面)的溫度差最高可達(dá)8.1℃，如圖5所示，最大溫差出現(xiàn)在8月22日，對(duì)應(yīng)對(duì)照倉(cāng)和試驗(yàn)倉(cāng)內(nèi)頂溫度分別為40℃和31.9℃。

圖4 倉(cāng)內(nèi)頂溫度(所有測(cè)點(diǎn)平均)對(duì)比

圖5 持續(xù)高溫天氣條件下內(nèi)頂(西南面)溫度逐時(shí)分析

3.2.3 倉(cāng)溫對(duì)比 試驗(yàn)期間和持續(xù)高溫天氣條件下兩倉(cāng)倉(cāng)溫對(duì)比如圖6和圖7所示。由圖可知，試驗(yàn)期間倉(cāng)溫平均降低2.8℃，持續(xù)高溫天氣條件下(8月16日～8月26日)平均降低4.8℃。最高時(shí)點(diǎn)低5.6℃(8月22日)，對(duì)應(yīng)的對(duì)照倉(cāng)和試驗(yàn)倉(cāng)倉(cāng)溫分別為37.3℃和31.9℃。

圖6 倉(cāng)溫對(duì)比

圖7 持續(xù)高溫條件下倉(cāng)溫對(duì)比

另外，8月16日～8月25日期間具有連續(xù)晴天、每日最高氣溫為37.8℃～38.6℃，該階段對(duì)控制淺圓倉(cāng)倉(cāng)溫具有較大挑戰(zhàn)性。由圖8可知，對(duì)照倉(cāng)最高倉(cāng)溫由8月16日的36.4℃升至8月24日的37.2℃；而試驗(yàn)倉(cāng)最高倉(cāng)溫由8月16日的32.5℃，降低至8月24日的31.7℃；由此可見(jiàn)，應(yīng)用輻射制冷產(chǎn)品后，在持續(xù)高溫天氣條件下，試驗(yàn)倉(cāng)倉(cāng)溫升溫顯著減緩，且總體呈下降趨勢(shì)。

3.2.4 糧面溫度對(duì)比 圖8為糧面溫度的對(duì)比，由圖8可知，試驗(yàn)倉(cāng)與對(duì)照倉(cāng)溫差明顯，在試驗(yàn)期間，試驗(yàn)倉(cāng)與對(duì)照倉(cāng)平均溫差為2.4℃，持續(xù)高溫天氣條件下(8月16日～8月26日)平均溫差為3.4℃，溫差可達(dá)4℃。

圖8 糧面溫度(所有測(cè)點(diǎn)平均)對(duì)比

由于中心糧面的溫度差異相對(duì)較大，選取持續(xù)高溫天氣條件下糧面(中心)的溫差，如圖9所示。由圖10可知，中心糧面溫度的溫差最高4.7℃，8月22日～8月23日，對(duì)照倉(cāng)糧面最高溫度為36.3℃(在35.9℃～36.3℃波動(dòng))，試驗(yàn)倉(cāng)糧面溫度為31.8℃(在31.5～31.8℃波動(dòng))。

圖9 持續(xù)高溫條件下糧面(中心)溫度逐時(shí)分析

3.2.4 外壁溫度對(duì)比 由圖10可知，對(duì)于淺圓倉(cāng)的外壁(西面)溫度，試驗(yàn)期間平均低1.8℃，持續(xù)高溫天氣條件下(8月16日～8月22日)平均低2.4℃，試驗(yàn)倉(cāng)與對(duì)照倉(cāng)溫差可達(dá)7.9℃，該溫差發(fā)生于11月6日，對(duì)照倉(cāng)和試驗(yàn)倉(cāng)對(duì)應(yīng)的外壁溫度分別為27.7℃和19.8℃。

圖10 外壁(西)溫度對(duì)比

4 結(jié)論與討論

4.1 試驗(yàn)期間，在外界條件及倉(cāng)房設(shè)施相同的條件下，試驗(yàn)倉(cāng)較對(duì)照倉(cāng)倉(cāng)頂外表面平均溫度低4.3℃，最高值低26.1℃；內(nèi)頂平均溫度低3.1℃，最高值低8.1℃；倉(cāng)溫平均低2.8℃，最高值低5.6℃；糧面溫度平均低2.4℃，最高值低4.7℃，具有顯著的輻射制冷效果。

4.2 在Q5號(hào)倉(cāng)倉(cāng)頂、外壁及金屬門施用輻射制冷材料，不改變糧倉(cāng)固有結(jié)構(gòu)，不影響使用性能，易于實(shí)施。

4.3 輻射制冷技術(shù)可將物體表面溫度降至環(huán)境溫度以下，實(shí)現(xiàn)24 h零能耗被動(dòng)式降溫，可大幅度減小倉(cāng)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱，在高溫、太陽(yáng)輻照強(qiáng)等最需控溫階段，降溫效果顯著。