張雪琪 江文華 楊乾奎 梁煥球

(廣州市番禺糧食儲備有限公司 511400)

我?guī)斓靥幦A南地區(qū),高溫高濕天氣長,如何控制倉溫和糧溫是安全儲糧的關(guān)鍵[1],為積極推進(jìn)糧食節(jié)糧減損工作,以綠色環(huán)保為導(dǎo)向,全面推進(jìn)綠色生態(tài)智能儲糧技術(shù),降低糧食儲備損失損耗,大力推進(jìn)“四散化”作業(yè)和準(zhǔn)低溫倉房建設(shè)。我?guī)煸信鋫錅?zhǔn)低溫設(shè)備的倉房采用水冷卻塔式制冷系統(tǒng),由于能耗較高,常年閑置。經(jīng)調(diào)研對比空氣源、水冷和水源熱泵制冷等技術(shù),水源熱泵是目前空調(diào)系統(tǒng)中能效比(COP值)最高的制冷方式[2]。水源熱泵技術(shù)利用溫度較低的水體作為制冷設(shè)備的冷源,通過輸入少量電能,實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移,以達(dá)到空間制冷的目的[3]。為積極探索水源熱泵制冷技術(shù)在實倉儲藏保管中的應(yīng)用效果,我?guī)爝x定配有水源熱泵制冷系統(tǒng)的糧倉開展相關(guān)試驗研究。

1 試驗條件

1.1 試驗倉房

高大平房倉15倉A,倉房尺寸39 m×30 m×10 m,糧層高度5.6 m,倉容5000 t。散裝儲藏,墻體采用全新聚乙烯薄膜掛壁,地面薄膜墊底,鋪設(shè)地上籠,配備電子測溫,環(huán)流熏蒸,水源熱泵制冷系統(tǒng)。

1.2 試驗儲糧

試驗倉儲藏玉米約4579.76 t,產(chǎn)地內(nèi)蒙古,入庫時間2016年12月,容重705 g/L,不完善粒3.0%,生霉粒0.1%,雜質(zhì)0.6%,入庫水分13.6%

1.3 試驗設(shè)備

水源熱泵谷物冷卻機(jī)LBW-2J300WYH型,2臺,總功率53 kW,總單位用水量30 m3/h。

1.4 水源情況

庫區(qū)附近有出水管道,冷卻水取自附近蕉門水道河水,水溫25℃,利用與制冷設(shè)備配套的水泵輸送。

2 試驗方法

2.1 倉房改造

2.1.1 改造回風(fēng)口,于倉房四個角落設(shè)置固定回風(fēng)口,避免整倉降溫時發(fā)生走冷現(xiàn)象。

2.1.2 修改天花板設(shè)計方案,為增加倉房保溫效果,將原來設(shè)計的5 cm厚度天花板材料改為8 cm。

2.1.3 在山墻上部增添霧化水簾和負(fù)壓通風(fēng)裝置。

2.2 系統(tǒng)選型

目前國內(nèi)水源熱泵系統(tǒng)有地埋管熱泵、地下水熱泵、地表水熱泵三種[4]。地埋管熱泵循環(huán)水使用成本低、造價高,且要與土建相結(jié)合,局限性大;地下水熱泵,制冷減能耗效果最好,但我?guī)焖诘貐^(qū)禁止地下水開采。通過考察南京將軍山和常州城北糧食儲備庫的水源熱泵制冷設(shè)備應(yīng)用情況,確定地表水熱泵系統(tǒng)能夠結(jié)合儲糧需求配置系統(tǒng)設(shè)備,結(jié)合我?guī)煳恢铆h(huán)境,地表水熱泵基本適用。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計

結(jié)合糧庫倉房情況,對水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行改良,將水源熱泵制冷系統(tǒng)分為3個子系統(tǒng),分別為表層控溫制冷系統(tǒng)、整倉降溫(谷物冷卻)系統(tǒng)和水簾降積熱系統(tǒng)。通過一級水泵抽取河水進(jìn)行凈化進(jìn)入二級泵房水池,再由二級水泵提取水進(jìn)入制冷系統(tǒng)(如圖1)。

圖1 水源熱泵制冷系統(tǒng)

2.3.1 表層控溫制冷系統(tǒng) 單個厫間配套控溫外機(jī)2臺,單臺輸入功率12 kW,名義制冷量48 kW,控溫面積400 m2;配套控溫內(nèi)機(jī)4臺,單臺輸入功率0.85 kW,名義制冷量24 kW,氣流徑向到達(dá)距離15 m,最低出風(fēng)溫度13℃,可調(diào)節(jié)出風(fēng)濕度,主要用于降低糧面以上0.5 m至天花板溫度和空間濕度,以達(dá)到降溫保水效果。

2.3.2 整倉降溫(谷物冷卻)系統(tǒng) 通過鼓冷達(dá)到整倉降溫、調(diào)節(jié)濕度等效果,實現(xiàn)降溫保水。整倉降溫機(jī)組4臺,輸入功率33 kW,名義制冷量85 kW,無需電輔熱,流動水制冷原理同倉房固定制冷系統(tǒng)一致。

2.3.3 水簾降積熱系統(tǒng) 倉房倉頂采用彩瓦,倉內(nèi)采用巖棉天花吊頂,倉頂和天花板之間的積熱易滲入倉內(nèi),故通過水簾降積熱系統(tǒng),利用水簾將河水霧化,在水簾對向用風(fēng)機(jī)將積熱抽出,以降低空間溫度(如圖2)。配置水簾系統(tǒng)負(fù)壓風(fēng)機(jī)0.75 kW,風(fēng)量32000 m3/h;水簾面積18 m2,厚度20 cm,循環(huán)水泵0.75 kW。

圖2 水簾降積熱系統(tǒng)

3 試驗結(jié)果

3.1 全年控溫儲藏費(fèi)用

玉米入庫后2016年12月27日至12月29日連續(xù)通風(fēng)降溫,將平均糧溫由15.5℃降至13.2℃,入庫至出庫僅熏蒸一次,于3月下旬采用膜下環(huán)流熏蒸,劑量6.261 g/m3,最高平均濃度800 mL/m3左右,主要用于防霉。2017年6月14日揭膜散氣,散氣后開啟表層控溫制冷系統(tǒng)和水簾降積熱系統(tǒng),控制表層溫度,待平均糧溫上升至20.5℃左右,采用整倉降溫(谷物冷卻)系統(tǒng)將糧堆整體降溫后平均梯度溫差降至19.5℃,保持表層控溫制冷系統(tǒng)和水簾降積熱系統(tǒng)開啟以控制糧溫。

通過對玉米保管的全年能耗計算可知,全年內(nèi)糧堆溫度控制在21℃以下的總耗電量約為15000 kW·h,按0.8元/kW·h計,噸糧保管成本費(fèi)用約為2.62元/t。

3.2 整倉通風(fēng)降溫能耗

如表1所示,采用谷物冷卻系統(tǒng)進(jìn)行整倉通風(fēng)降溫,2017年8月2日至8月4日,通風(fēng)時長33 h,通風(fēng)前后平均糧溫由20.4℃下降至19.4℃,總電耗2049 kW·h,單位能耗0.45 kW·h/℃·t。2017年8月17日至8月18日,通風(fēng)時長30 h,通風(fēng)前后平均糧溫由19.1℃下降至18.3℃,總電耗1860 kW·h,單位能耗0.51 kW·h/℃·t。

表1 整倉谷冷通風(fēng)前后糧溫變化和能耗

3.3 玉米儲存品質(zhì)

由表2可知,玉米控溫儲藏一年后水分含量由13.6%下降至12.9%,脂肪酸值由42.8(KOH/干基)/(mg/100g)升高至45(KOH/干基)/(mg/100g),處于宜存范圍(GB/T 20570-2015中≤65 mg/100g),且黃曲霉毒素、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇和玉米赤霉烯醇等在儲藏結(jié)束時均未檢出。綜上所述,利用水源熱泵制冷技術(shù)對玉米進(jìn)行控溫儲藏,可以明顯減緩其品質(zhì)劣變速率,保證糧食安全。

表2 玉米儲存一年后品質(zhì)變化

4 結(jié)論

利用水源熱泵制冷系統(tǒng)進(jìn)行控溫儲糧效果良好,與傳統(tǒng)風(fēng)冷和水冷機(jī)相比,該系統(tǒng)通過抽取溫度較低的河水于制冷設(shè)備進(jìn)行熱交換,有利于降溫保水,降低能源消耗,減少制冷劑的使用污染。全年玉米儲藏期間僅熏蒸一次,且品質(zhì)指標(biāo)保持良好,說明控溫儲藏有利于降低熏蒸用藥量,減緩糧食品質(zhì)劣變速率,保證儲糧安全。

需注意和改進(jìn)方面:水源熱泵制冷系統(tǒng)采用抽取地表水方式,對水質(zhì)要求高,需建立完善的凈化系統(tǒng),保證水質(zhì)穩(wěn)定和制冷設(shè)備的使用壽命及制冷效果。由于表層控溫制冷系統(tǒng)的控溫內(nèi)機(jī)安裝于倉內(nèi),為避免磷化氫氣體腐蝕設(shè)備,采用膜下熏蒸最佳,不適宜全倉熏蒸。