水冷空调在浙北低温储粮技术应用实践*

方志杰 范承平 段家俊 邹亚年 朱 润 丁鹏辉 曾 诚 叶 放 陈松立

(1 埃美圣龙(宁波)机械有限公司315104)(2 湖州市储备粮管理有限公司 313000)(3 宁波科信华正工程咨询股份有限公司 315103)(4 宁波市建筑设计研究院 315012)

现有平房仓在夏秋两季，因外部高气温以及阳光辐射,热量通过仓房围护结构进入上层空间，使上层粮面空间温度升高从而影响粮温。

按《粮油储藏技术规范》(GB/T 29890-2013)要求，低温储藏要求粮堆平均温度常年保持15℃以下，局部最高温度不高于20℃。通过粮温控制可有效预防和减弱“热皮”现象，提高粮食储藏稳定性，降低粮食呼吸作用，延缓粮食品质劣变。并且低温环境，抑制了虫害的发生和蔓延，降低微生物繁殖感染的可能性，减少了化学药剂的使用，符合绿色、科学储粮的新理念。

地处浙北的湖州市位于长江中下游，属亚热带季风气候带，四季分明，年平均温度15.9℃。夏季受副热带高压区的影响，较为炎热，极端最高温度达到41℃，1月最冷，极端最低温度达-5℃，作为浙江省乃至全国的试点，为提升湖州市今后的“优粮优储”服务环节，积极建设“低温粮库”，实现低温绿色储粮目标，温控项目将重点围绕“绿色节能”理念设计。

1 设备与方法

1.1 水冷粮仓空调特点

水冷粮仓空调属水环热泵机组的一款机型，而水环热泵产品稳定、技术成熟，应用范围广，具有低噪、节能、环保、远程的特点。

水冷粮仓空调是集压缩、水冷、高效冷凝、蒸发制冷、送风、过滤、控制等功能于一体。通过风管对仓内粮堆上方空间送风冷、进行温度调节，以保证储粮所需温度，确保粮食高品质储存的特种水环热泵机组。其特性满足了粮食储藏环节的抗失水、抗粉尘、抗腐蚀、抗堵塞。

1.2 系统原理

系统由粮面空调机、冷却塔、冷却泵三部分组成。夏季通过冷却塔做为冷凝器(取代风冷的氟路冷凝器)，冷凝器以水为介质通过冷却进行散热，由于采用冷却水冷却，机组具有冷凝温度低、能效高的优点。相比风冷空调具有明显的节能优势，运行噪音低，符合绿色储粮的发展趋势。

1.3 技术应用方法

本次研究2个试验仓，粮库长28.4 m，宽17.2 m，粮堆高4.3 m，粮面高度2 m。分别安装水冷空调(IP12号仓)及风冷空调(IP18号仓)在夏季进行温度、能耗、工艺及效果的运行对比分析，得出不同控温技术组合及运行工艺参数。粮面控温目标15℃～18℃。

结合水冷各种源测系统的比较，选择如下：

(1)不推荐地埋管系统：由于粮库只需要制冷，存在先天的土壤冷热不平衡，会造成土壤温度升高，地埋管出水温度升高，能耗升高，严重时造成空调系统失效，无法正常运行。

(2)不推荐地下水系统：从政策、环保角度考虑。

(3)不推荐开式地表水系统：考虑水质因素、维护方便性及二次换热增加能耗等。

(4)不建议闭式地表水系统：即河道抛管，需考虑最低枯水期、河道通航、清淤等。

(5)最终择优选择冷却塔方式的水冷粮面空调：可以随时开启、关闭，不同仓设置不同温度，灵活、节能。

IP12号仓水冷空调布置如下：西侧靠近外墙边，安装粮面空调机、冷却塔、冷却泵，送风管、回风管采用20 mm的单面彩钢复合风管，用风管直接接入厫间粮面上，再利用墙周内环流机控制热皮温度。于2020年4月底完成安装及调试。

2 结果及分析

2.1 运行数据反馈及优化对策

运行一个月，5月最高气温32℃，最高温度平均27℃。经过粮面控温与四周环流风机结合，平均仓温维持在15℃～17℃。经过数据分析，当仓内热负荷过大(主要为仓顶热量)，温度波动使设备频繁启停、水塔进水温度高等几个因素叠加，使运行能耗增加，最高可达11 kW·h，电流20 A～22 A。后期进行了优化改正，如表1。

由表1可知：①改造后电流16 A～19 A，改造前电流为20 A～22 A，平均耗能降15.7%～25%。②改造后停机时间比改造前延长2倍以上。③改造后出风温度可达到7℃～8℃，粮面空间温度可达到14℃。14℃时机组各参数满足设计初衷(表2数据取自6月12日当地气象，最高外温32℃)。④通过内环流机对墙体1 m内的热皮进行控温循环时，当外温较高或仓温设定过低时，基本不停机。从开、停机的时间表明仓内积热及围护结构对粮温上升影响较明显，需通过连续制冷有效抑制热皮层粮温的过快上升。

表1 运行中发现的问题及解决对策

表2 6月12日水冷空调运行参数

2.2 围护结构对粮温影响的实测

6月12日高温天采集温度数据如表3，仓温在17℃～19℃。

IP12号仓仓顶无保温、无砻糠压盖等措施。由表3数据对比分析表明，仓内与围护结构存在着较明显的热传递和热辐射。其中仓顶比粮面高5℃～6℃，仓顶比墙边高5℃，是主要热辐射源。这与理论上粮仓内的热源70%来源于仓顶结论相符。故做好仓顶的保温及通风，能有效对粮仓内进行保冷。比如仓顶增加保温层，增加机械排风，在新建粮库采用“自呼吸屋顶”、增加墙面喷淋等措施。

表3 6月12日IP12仓各温度点温度变化情况 (单位:℃)

2.3 风冷系统对照仓制冷方式及仓库情况

IP 18号仓粮面用2台3 P空调，粮堆用5 P风冷机对仓内进行降温，控温目标18℃～20℃。仓顶架空层有砻糠压盖，平时仓内温度比IP 12号仓低2℃～3℃。6月12日，实测粮面2 m处温度23℃。

2.4 水冷与风冷能耗初步测算比较

2.4.1 6月16日，利用IP12号仓的外风管，将同冷量的30 kW的风冷空调接入，测试相同条件下的能耗，进行对比。

2.4.2 风冷机进、出风口用保温风管分别对应接入至送风、回风管，通过金属板将回风口隔离，使风冷的送、回风不短路。

2.4.3 开机50 min，在数据采集过程时，因风冷正压过大。回风不畅，设备出风风速很小，运行期间出现停机3次重启，出风温度未达到15℃以下。数据整理如表4。

表4 风冷系统与水冷空调运行数据对比

由表4可知：

①相同运行条件下：压缩机大小一致，初步测算，水冷粮仓空调相对风冷机组单位小时节能27.4%。(外温30℃测得，此时水温29℃。若外温>35℃时，或仓温要求19℃以下，即采用低温储藏技术时，节能效果会更明显)。

②水冷空调粮仓的风量为6000 m3/h；风冷机的循环风机风量3000 m3/h，小风量使廒间送风温度低，温差大，减湿严重，易造成粮食失水过多。

③大功率风冷机能耗大，运行噪音大。使用水冷粮仓空调，有效降低整个库区的用电负荷及降低库区整体运行噪音。

2.5 控温期间整仓粮温变化

图2为5月～7月IP 12号仓粮控温期间，30 kW 水冷空调粮仓+3 kW环流机的控温曲线。可以看出，在夏季高温季节，使用粮面温控技术以及内环流技术，上层、中层、下层周均粮温都低于20℃。在老仓库仓顶围护结构不理想的情况下，很好地抑制了粮温，达到低温储粮的标准。

图2 IP 12号仓5月～7月控温曲线

2.6 仓温超20℃点比较

如图3 IP 18号风冷空调仓及IP 12号水冷空调仓的平均仓温(指粮面温度)都在20℃以下，其中IP 12号仓16.0℃～18.5℃之间，IP 18号仓17.7℃～18.8℃之间。而IP 12号仓结合使用四周内环流控温技术，超20℃呈缓步下降阶段，控制在15个点之内。而IP 18仓超20℃呈缓步上升阶段，在30个点以上。此数据，对后期推广低温储粮，采用水冷粮仓空调控温结合周际内环流控制技术具有很好的示范、推广意义。

图3 两仓仓温超过20℃的点位

2.7 粮食的失水率情况分析

水冷空调采用大风量小焓差送风，提高蒸发温度的设计。本次稻谷入库前粮仓湿度60%～70%，使用水冷空调后粮仓湿度55%～65%

2.8 吨粮耗电率分析

本次IP 12号水冷粮仓空调仓安装30 kW冷量的主机一台，包括辅材及安装63000元，按年运行5个月计算，高温期间吨粮成本39.38元，平均每天耗电187 kW·h(不含环流机)，吨粮运行费用16.83元。

3 结语

水冷空调在目前储粮体系中应用不多，但其高效、节能、环保的控温方式，及运行的低噪音，相比风冷空调具有明显的节能优势，适用于粮仓控温，且符合绿色储粮的发展趋势，具有很好的可复制、可推广的意义。

经过本次试验示范及后期优化提高，水冷空调更容易达到低温储粮的标准，而低温储粮也是目前全世界公认的最为安全、可靠、合理和符合绿色储粮发展方向的储粮技术，是确保粮食安全储藏和品质保鲜的最重要方式，也是最有发展前途的绿色生态低温储粮技术。