基于相变材料和空调制冷的组合式准低温储粮技术应用研究

任丽辉，赵学工,高树成

(1．辽宁省粮食科学研究所，辽宁 沈阳 110032； 2．国家粮食-玉米干燥工程技术研究中心，辽宁 沈阳 110032)

基于相变材料和空调制冷的组合式准低温储粮技术应用研究

任丽辉1,2，赵学工1,2,高树成1,2

(1．辽宁省粮食科学研究所，辽宁 沈阳 110032； 2．国家粮食-玉米干燥工程技术研究中心，辽宁 沈阳 110032)

基于相变材料的能量转换机理，对相变材料与空调制冷组合控温技术进行了研究。通过对现有粮仓进行技术改造，和对改造后的准低温粮仓进行控温储粮应用试验，结果表明，相变材料适合绿色生态储粮的需要，具有降低能耗、均衡控温的作用，为准低温储粮提供了一种新材料、新技术。

相变材料；空调制冷；储粮技术；准低温；应用研究

根据绿色生态储粮需求，在粮食储藏过程中，应尽量少用或不用化学药剂，以调控储粮生态因子为主要手段，从而达到保护环境，避免储粮污染，确保储粮安全，使人们吃到新鲜营养可口无毒的放心粮。绿色储粮技术包括准低温储粮技术、气调储粮技术、非化学药剂防虫杀虫技术等；其中，粮食准低温储藏技术是绿色生态储粮技术推广应用的首选方法和发展方向。绿色生态储粮工程在实施粮食安全战略中所起的作用与粮食生产和加工一样，也是十分重要和不可替代的。

相变储能技术主要是利用相变调温机理，通过蓄能介质的相态变化实现对热能的储存和释放[1]。当环境温度低于一定值时，相变材料由液态凝结为固态，释放热量；当环境温度高于一定值时，相变材料由固态熔化为液态，吸收热量[2]。主要针对北方夏季高温天气，根据相变材料的能量转换机理，研究相变材料与空调制冷组合式准低温温控技术。通过对现有储粮仓进行改造，安装相变储能材料和空调，重点解决粮食在大型仓储库房内散储过程中，存在的粮堆温差变化大、仓房保温隔热效果差、温度调控能源消耗大等突出问题。相变储能材料适合绿色生态储粮调控系统工艺，是一种经济适用、能量转化效率高、保温隔热效果好，适于绿色生态储粮温控技术的新材料。

1 试验部分

1.1 试验用材料

1.1.1 相变材料

试验用相变材料产品型号为PH-22，熔点22℃，潜热230 kJ/kg，用高密度涤纶复合PVC材料进行封装，做成规格为57 cm×57 cm的相变储能垫，单片封装质量为2 kg，具有无毒、无味、无污染的特性，具体参数见表1。

表1 相变材料基本参数

1.1.2 空调机

两台型号为KFR-35GW/BP2DN1Y-DA400(B3)的美的变频空调分别安装于T30、T31仓中。

1.1.3 温湿度仪

两台华图S380温湿度仪分别安装于T30、T31仓中，记录间隔时间设定为30 min。

1.1.4 电度表

两只单相电度表分别安装于T30、T31仓中，用于记录试验中的用电量。

1.2 试验储粮仓基本情况

试验储粮仓选择编号为T29、T30、T31的立筒仓，均为2000-04交付使用。该立筒仓基本情况为：筒仓内径9.21 m，圆柱体高14 m，圆锥体高2.9 m，檐高18.86 m，装粮线高15.4 m，仓内体积996.63 m3，粮堆体积896.74 m3；筒仓外径10 m，檐高19 m，顶高18.86 m，实际装粮高15.4 m，外墙面积592 m2；设计容量720 t；隔热措施：珍珠岩；通风方式：机械。立筒仓均为混凝土结构，仓内安装粮情检测系统，可实现自动检温功能。

1.3 试验储粮仓设置处理方案

准低温储粮是指在粮食安全水分的前提下，利用自然低温条件，或采用机械通风、机械制冷等措施，使储粮处于相对低温的状态[3]。为满足准低温储粮条件，试验结合原有仓房的基本结构，对T30和T31储粮仓进行改造。

各立筒储粮仓试验设施处理方案见表2。

表2 各立筒储粮仓试验设施安排

T29对照仓：按粮库原用方法进行处理。

T30对照仓：简易密封+仓顶内部做聚氨酯发泡保温处理+仓壁挂空调+仓内安装温湿度仪；

T31试验仓：简易密封+仓顶内部做聚氨酯发泡保温处理+轻钢龙骨吊顶+相变储能垫+仓壁挂空调+仓内安装温湿度仪。

1.3.1 试验储粮仓门窗孔洞做保温隔热密封

T29、T30、T31三个储粮仓的门、窗、进粮口、出粮口及通风口等孔洞分别用80 mm厚阻燃苯板、密封胶条、塑料布等进行保温隔热处理，使仓房内部处于密闭状态，以防止仓内外冷热空气交换。

1.3.2 试验储粮仓仓顶喷涂聚氨酯发泡

仓内的热量主要来源于顶部，仓顶改造好了，就等于做好仓房控温工作的90%以上。在T30、T31两个储粮仓顶部内表面喷涂50 mm厚聚氨酯发泡，进行保温(及密封)处理，增加隔热效果。

1.3.3 试验储粮仓安装空调

在T30、T31两个储粮仓内距仓顶约600 mm的仓壁上安装空调，以防止从空调中吹出的冷风直接接触粮面而产生结露。空调用于夏季极热温度时补充冷量，夏季仓顶下方空间温度超过20℃时，在夜间低谷时段启动空调，降低仓温及上层粮温并完成相变能量转换过程，控制仓内温度在20℃以下。空调在夜间低谷时段运行，既可降低相变材料的使用成本，又可大大降低系统的运行成本。

1.3.4 T31储粮仓吊顶并安置相变材料

T31储粮仓改造后结构见图1。

图1 T31储粮仓改造后结构示意简图

在T31储粮仓仓顶聚氨酯发泡保温层下方300 mm处安装轻钢龙骨架吊顶，其主龙骨宽40 mm。为防止骨架下沉打兜，采用长螺丝连接轻钢龙骨架做吊筋。在轻钢龙骨架上放置560 mm×560 mm的实木板，将仓内空间进行合理分割，吊顶上方空间温度相对较高，而吊顶下方空间温度相对较低。将仓房空间分割成独立空间便于温度调控，同时起到保温隔热效果，并起到支撑相变储能垫的作用。

在T31储粮仓轻钢龙骨架实木板上摆放PH-22相变储能垫。在日均最高环境气温不超过30℃时，它能保持实木板上方空间温度在1个月内不超过22℃，并可使实木板下方空间温度不超过20℃，在相对较小的封闭空间及与室外相对较小的温差时，可以大幅度降低材料成本。

2 结果与讨论

夏季高温季节，当粮温高于15℃，且实木板下方空间温度高于20℃时，在夜间低谷时段(23：00～次日6：00)通过无线模块，自动下发控制空调的相关温度参数以及制冷命令，启动仓内空调，消耗低谷电力补充制冷量，将储粮仓空间温度降至20℃以下，同时降低上层粮温，保持至粮面压盖相变材料完成相变能量转换过程，使粮温控制在15～19℃的准低温范围。

2.1 T29、T30和T31储粮仓每日外温、仓温变化

5月下旬，当地气温开始升高，平均气温达到28℃以上。-05-20，T29仓温达到23.4℃、T30仓温达到20.1℃、T31仓温则为19.5℃，T30仓空调温度设为20℃并开始运行；-06-03，T31仓温达到21℃，空调温度设为20℃并开始运行，以保证储粮仓内空间温度控制在20℃以下；每天检测外温、仓温和粮温。

表3为-06-03—-06-18期间T29、T30和T31储粮仓每日的外温与仓温，图2为温度变化曲线。从表3和图2可以看出，试验期间外温变化较大，但T30和T31储粮仓的仓温变化不大，而未作处理的T29对照仓仓温明显高于T30和T31储粮仓的仓温，T30和T31储粮仓的仓温基本控制在20℃左右。

表3 T29、T30和T31储粮仓每日外温与仓温 ℃

图2 T29、T30、T31储粮仓外温与仓温变化曲线图

2.2 T31储粮仓每日外温、仓温和粮温的变化

表4为-06-03—-06-18期间T31试验仓的外温、仓温和粮温，图3为温度变化曲线。

图3 T31试验仓的外温、仓温与粮温变化曲线图

从表4和图3可以看出,虽然外温变化比较大，但T31试验仓仓温基本控制20℃左右，粮温基本控制在16℃左右，达到准低温储粮的标准。

表4 T31储粮仓每日外温、仓温和粮温 ℃

2.3 T30和T31储粮仓每日耗电量的变化

T30、T31储粮仓启动空调后，每天在9：00和16:00二次记录电表读数，从而计算出每天的用电量。

从表5和图4可以看出，-06-03—-06-18，除-06-03(T31仓首日启动)以外，其他时间，T31试验仓的每日用电量均低于或等于T30对照仓的用电量。

表5 T30和T31储粮仓每日用电量 kW·h

图4 T30和T31储粮仓每日用电量对比

2.4 T30和T31储粮仓用电总量对比

根据表5数据，计算出T30和T31储粮仓-06-03--06-18日用电总量，用电总量对比见图5。

图5 T30和T31储粮仓用电总量对比

从图5可以看出，T31试验仓用电总量明显低于T30对照仓。根据6月份当月两个试验仓耗电总量对比，可以计算出T31试验仓比T30对照仓的耗电量节约了12%。

3 结论

经过试验测试表明，应用相变材料与空调制冷组合式准低温温控技术后，储粮仓的密闭、隔热性能非常好，能有效将仓内的温度控制在20℃以下，可以抑制害虫的发生，达到准低温绿色储粮的标准。

采用相变材料的T31试验仓用电量明显小于T30对照仓，说明在温度变化的过程中，相变储能材料发挥了良好的温度调节作用。

本次试验的研究结果为相变储能材料在准低温绿色生态储粮方面提供了新的研究方向。

[1] 张仁元.相变材料与相变储能技术[M].北京：科学出版社，2009.

[2] 史 巍，王传涛．相变材料研究综述[J]．硅酸盐通报，2015，34(12)：3 517-3 522.

[3] 刘 寅，王 薇，侯业茂．糙米准低温仓制冷系统研究[J]．河南工业大学学报，2007，28(2)：63-65.

(责任编辑：俞兰苓)

Combined quasi low temperature grain storage technology based on phase change material and air conditioning refrigeration

REN Li-hui1，2，ZHAO Xue-gong1,2，GAO Shu-cheng1,2

(1．Liaoning Grain Science Research Institute，Shenyang 110032，China； 2．National Grain-Corn Drying Engineering Research Center，Shenyang 110032，China)

According to the phase change material for energy conversion mechanism, we studied the phase change material and air conditioning refrigeration combined temperature control technology.By the technical reconstruction of existing storage silos,we carried on the quasi low temperature grain storage test. The results showed that the phase change energy storage material was suitable for green ecological grain storage, and energy consumption had reduced, with the effect of equilibrium temperature,which provided a kind of new material and technology for quasi low temperature storage .

phase change material; air conditioning refrigeration; grain storage; quasi low temperature; application research

2016-10-17；

2017-02-28

辽宁省自然科学基金资助项目(项目编号：2015020787)。

任丽辉(1970-)，女，工程师，硕士，主要从事粮油机械、储藏、干燥等方面的科研和设计工作。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.03.004

S379.2

A

1003-6202(2017)03-0012-04