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        氣凝膠絕熱制品在糧倉的應(yīng)用研究*

        2023-07-08 08:57:32陳文強(qiáng)李志剛吳俊友
        糧食儲(chǔ)藏 2023年2期

        陳文強(qiáng) 李志剛 吳俊友

        [1 華陽集團(tuán)艾瑞格(山西)新材料科技有限公司 045000]

        (2 中央儲(chǔ)備糧海口直屬庫有限公司老城分公司 571900)

        糧倉建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)國家宏觀要求不斷地改進(jìn),目前國家大力實(shí)施節(jié)能減排,因此提高糧倉保溫隔熱性能、提升其保糧和節(jié)能性能勢(shì)在必行。推廣應(yīng)用控溫儲(chǔ)糧技術(shù),有助于糧食產(chǎn)后減損,符合國家綠色發(fā)展方向。做好糧倉圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫,減少糧倉內(nèi)外熱量交換,能夠有效緩解倉溫和糧溫的劇烈波動(dòng),降低控溫設(shè)備的開啟時(shí)間和頻次。一直以來,我國糧庫倉房隔熱性能普遍較差。新時(shí)期倉儲(chǔ)行業(yè)面對(duì)控溫保質(zhì)、綠色儲(chǔ)糧的要求,需要在建設(shè)完成后再進(jìn)行糧倉的隔熱改造。提升倉房的隔熱性能也是實(shí)現(xiàn)控溫儲(chǔ)糧系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。

        SiO2氣凝膠兼具“超輕、防火、防水、隔熱、耐腐”等特性,應(yīng)用于航空航天、石油化工、綠色建材等領(lǐng)域。作為一種新材料,氣凝膠具有納米多孔結(jié)構(gòu),兼具超輕、防火、防水、隔熱、耐腐等特性[2],被稱為“藍(lán)色煙霧”,作為一種高效保溫隔熱材料已成為研究熱點(diǎn)[3]。

        1 氣凝膠絕熱氈

        氣凝膠絕熱氈是采用特殊纖維絲為基材,納米復(fù)合工藝制備而成,能在650℃的溫度下提供最佳的保溫效果和節(jié)能經(jīng)濟(jì)價(jià)值。該材料具有超低的導(dǎo)熱系數(shù),厚度比同類產(chǎn)品薄75%,便于在空間狹小或易發(fā)生機(jī)械碰撞的區(qū)域內(nèi)使用,安裝快速、輕松,既節(jié)約時(shí)間又節(jié)省開支,是工業(yè)管道保溫、儲(chǔ)罐保溫、汽車防火隔熱和建筑保溫等領(lǐng)域理想的隔熱保溫材料。

        1.1 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

        GB/T 17430-2015《絕熱材料最高使用溫度的評(píng)估方法》。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)備

        熱面特性試驗(yàn)裝置3-RMTX-202201。

        1.3 試驗(yàn)溫度

        試驗(yàn)溫度為(650±15)℃,恒溫96 h。

        1.4 試驗(yàn)步驟

        1.4.1 試樣名稱為氣凝膠絕熱氈,為白色氈狀纖維復(fù)合制品。系統(tǒng)共有8塊試樣,分為4組,編號(hào)分別為A、B、C、D,測(cè)量每組試樣的長、寬以及系統(tǒng)的質(zhì)量、厚度、密度。

        1.4.2 將4組試樣依次疊鋪于熱面特性裝置的均熱板上。各組試樣位置見表1,在每組試樣表面中心放置一支熱電偶測(cè)量溫度。熱板從室溫開始以2℃/min的速率升溫,達(dá)到試驗(yàn)溫度后,恒溫96 h。在升溫過程中觀察試樣是否有燃燒、閃火、陰燃和冒煙等現(xiàn)象。

        表1 試樣編號(hào)與相應(yīng)位置

        1.4.3 恒溫96 h后,關(guān)掉電源,待整個(gè)裝置自然冷卻到室溫后,取出試樣,觀察試樣的顏色變化,有無翹曲、裂縫、熔融、燒結(jié)和降解等現(xiàn)象。測(cè)量試驗(yàn)后每組試樣的長度、寬度以及質(zhì)量、厚度、密度。

        1.5 試驗(yàn)結(jié)果

        1.5.1 在升溫過程中,未見試樣有燃燒、閃火、陰燃現(xiàn)象,未見有明顯的冒煙現(xiàn)象;試驗(yàn)后試樣未出現(xiàn)分層、裂縫、翹曲、熔融、燒結(jié)和降解等現(xiàn)象,試樣顏色未發(fā)生改變。

        1.5.2 測(cè)試前后試樣的尺寸、質(zhì)量和密度見表2。

        表2 測(cè)試前后試樣參數(shù)

        1.5.3 在升溫和恒溫過程中,熱板及各組試樣上表面中心的溫度曲線見圖1。整個(gè)試驗(yàn)過程中,熱板最高溫度為653℃,平衡溫度為650℃。A~D組試樣上表面中心最髙溫度分別為661℃、598℃、482℃、216℃。

        圖1 熱板及各層試樣上表面中心的溫度曲線

        1.5.4 試驗(yàn)過程中,試樣內(nèi)部出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。其中,A組試樣上表面中心最高溫度為661℃,超過同一時(shí)刻熱面溫度,最大值為9℃;B組、C組、D組試樣未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。每組試樣上表面中心最高溫度及超溫情況見表3。

        表3 試驗(yàn)過程中每組試樣中心最高溫度及超溫情況

        1.6 結(jié)論

        升溫過程中,未見試樣有燃燒、閃火、陰燃現(xiàn)象,未見有明顯的冒煙現(xiàn)象。

        整個(gè)試驗(yàn)過程中,熱板最高溫度為653℃,平衡溫度為650℃。A~D組試樣上表面中心最高溫度分別為661℃、598℃、482℃、216℃。

        熱面特性試驗(yàn)前后,系統(tǒng)的長度、寬度、厚度變化分別為0、0、3.6%,系統(tǒng)的質(zhì)量、密度變化分別為0.8%、4.3%。

        試驗(yàn)后,試樣未出現(xiàn)熔融、燒結(jié)和降解等現(xiàn)象,驗(yàn)證了氣凝膠絕熱氈具有極佳的隔熱性能。

        2 氣凝膠防水防火隔熱板

        氣凝膠防水防火隔熱板是將10 mm厚的氣凝膠絕熱氈和2 mm厚的輕質(zhì)防潮裝飾面板復(fù)合后的一體化板材,具有隔熱性能優(yōu)異、輕量化、防火阻燃、整體防水、氣密性好等特點(diǎn)。為驗(yàn)證氣凝膠防水防火隔熱板在糧倉隔熱防水保溫等方面的應(yīng)用效果,分析其在糧食儲(chǔ)藏行業(yè)的推廣前景,開展了氣凝膠防水防火隔熱板在控溫糧倉試點(diǎn)應(yīng)用研究項(xiàng)目。

        2.1 材料

        主材:氣凝膠防水防火隔熱板;主要輔材:吊筋、龍骨、吊件等所有相關(guān)配件。

        2.2 吊頂板尺寸規(guī)格

        長×寬×厚=200 cm(根據(jù)項(xiàng)目定制)×(50~120)cm×(1~5)cm(厚度根據(jù)熱阻要求調(diào)整)。吊頂完成后,每平米重量不得超過13 kg/m2。

        2.3 試驗(yàn)倉房

        選擇儲(chǔ)藏品種一致、倉型一致、同一批次建設(shè)的高大平房倉。試驗(yàn)倉房情況如表4所示。

        表4 氣凝膠試驗(yàn)倉基本情況

        2.4 試驗(yàn)方法

        27號(hào)倉為進(jìn)行隔熱效果測(cè)試的試驗(yàn)倉,對(duì)照倉24號(hào)倉基本條件與試驗(yàn)倉相似,但未進(jìn)行氣凝膠隔熱處理。

        試驗(yàn)倉和對(duì)照倉改造方式如表5所示。

        表5 試驗(yàn)倉和對(duì)照倉改造情況

        2.4.1 防水防火隔熱板施工流程 基層清理——彈線——安裝吊桿——安裝主龍骨——安裝次龍骨——安裝邊龍骨——隱蔽檢查——安裝氣凝膠防水防火隔熱板——分項(xiàng)驗(yàn)收。

        2.4.2 施工條件 基層要求平整、無雜質(zhì),如有可能影響吊頂施工的安裝物。安裝時(shí)操作工人須戴白手套,以免造成污染。

        2.4.3 施工驗(yàn)收 氣凝膠防水防火隔熱板施工驗(yàn)收應(yīng)檢查的文件和記錄主要包括:吊頂工程的施工圖、設(shè)計(jì)說明及其他設(shè)計(jì)文件;材料的產(chǎn)品合格證書、性能檢測(cè)報(bào)告、進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收記錄和復(fù)驗(yàn)報(bào)告;隱蔽工程驗(yàn)收記錄及施工記錄。

        2.4.4 隔熱效果測(cè)試方案

        2.4.4.1 24號(hào)倉倉內(nèi)采用溫濕度傳感器進(jìn)行糧情檢測(cè)。采用分區(qū)設(shè)點(diǎn)人工檢測(cè)糧溫,每區(qū)不超過100 m2,各區(qū)設(shè)中心與四角共5個(gè)點(diǎn)作為檢測(cè)點(diǎn),兩區(qū)界線上的2個(gè)點(diǎn)為共有點(diǎn)。上層、下層檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)分別設(shè)在距糧面、底部0.3 m處。中間層檢測(cè)點(diǎn)垂直均等設(shè)置;四周檢測(cè)點(diǎn)距墻壁0.3 m。

        2.4.4.2 27號(hào)倉氣凝膠隔熱效果測(cè)試采用無線數(shù)字式糧情檢測(cè)。

        按照表6的安裝位置,將測(cè)溫電纜安裝到各個(gè)試驗(yàn)倉和對(duì)照倉,測(cè)溫電纜需固定牢固,溫度傳感器緊靠倉壁或倉頂內(nèi)外;試驗(yàn)倉與對(duì)照倉的安裝位置需保持一致,倉墻(倉頂)內(nèi)外的安裝位置也需保持一致。

        表6 測(cè)溫電纜安裝位置

        27號(hào)試驗(yàn)倉測(cè)溫電纜配置情況見表6。

        3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

        3.1 以糧面5 cm處糧溫為表面糧溫?cái)?shù)據(jù),每周一、周四上午檢測(cè)糧情并記錄。對(duì)2021年11月~2022年1月每次檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,如圖2所示。

        圖2 24、27號(hào)倉表面糧溫走勢(shì)圖

        2021年11月24日對(duì)24號(hào)對(duì)照倉進(jìn)行谷冷降溫,2021年12月2日對(duì)27號(hào)試驗(yàn)倉進(jìn)行谷冷降溫。故此時(shí)間段之后不做分析。

        3.2 由圖2可知,2021年11月8日~24日期間,27號(hào)試驗(yàn)倉表面糧溫最高25.6℃,最低溫24.8℃,波動(dòng)幅度0.8℃;24號(hào)對(duì)照倉倉頂最高溫29.3℃,最低溫28.3℃,波動(dòng)幅度1℃。27號(hào)試驗(yàn)倉與24號(hào)對(duì)照倉表面糧溫最大溫差3.7℃,平均溫差3.4℃。

        由于老城分庫頂曬嚴(yán)重,倉內(nèi)做氣凝膠防水防火隔熱板吊頂減少近一半倉內(nèi)空間,隔熱效果顯著。

        4 結(jié)論與展望

        4.1 結(jié)論

        4.1.1 節(jié)能分析 24號(hào)對(duì)照倉采用4臺(tái)3.75 kW工業(yè)變頻空調(diào)機(jī)制冷(24 h開啟),27號(hào)試驗(yàn)倉自氣凝膠板材吊頂完成后采用2臺(tái)3.75 kW工業(yè)變頻空調(diào)機(jī)制冷(24 h開啟),在大幅降低倉溫和表面糧溫的同時(shí),又減少50%的電耗。在糧倉內(nèi)做氣凝膠防水防火隔熱板吊頂,在夏季尤其是外溫高于30℃時(shí)可有效阻隔外部熱量,大大降低空調(diào)能耗,減少碳排放。

        4.1.2 隔熱效果 27號(hào)試驗(yàn)倉與24號(hào)對(duì)照倉表面糧溫最大溫差3.7℃,平均溫差3.4℃,隔熱效果顯著。

        4.2 展望

        氣凝膠絕熱氈具有A級(jí)防火、隔熱、整體防水、重量載荷低、氣密性好、不吸潮、不受環(huán)境溫濕度影響、整體美觀等優(yōu)點(diǎn)。

        當(dāng)前,氣凝膠作為隔熱材料,已被應(yīng)用于低溫儲(chǔ)糧技術(shù),用以減少糧倉內(nèi)外熱量交換,延緩倉溫和糧溫的上升速度,降低糧食產(chǎn)后損失,為綠色生態(tài)儲(chǔ)糧和低碳經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)糧提供了“方案”。

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