谷物空調(diào)的設(shè)計(jì)與運(yùn)維優(yōu)化探究

溫素珍，袁 杰，金阿龍，麻林海，周德強(qiáng)，金賢松，劉斌斌

（浙江青風(fēng)環(huán)境股份有限公司，浙江 麗水 323000）

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布數(shù)據(jù)顯示，2021年全國(guó)糧食總產(chǎn)量6 828.5萬(wàn)噸，比上年增加133.5萬(wàn)噸，增長(zhǎng)2.0%，全年糧食產(chǎn)量再創(chuàng)新高，連續(xù)7年保持在6 500萬(wàn)噸以上。其中，秋糧產(chǎn)量5 089萬(wàn)噸，比上年增加95.5萬(wàn)噸，增長(zhǎng)1.9%。近年來(lái)我國(guó)糧食產(chǎn)量較高，整體呈現(xiàn)供大于需的形勢(shì)，且在國(guó)家戰(zhàn)略中歷年均有糧油收購(gòu)計(jì)劃，由此出現(xiàn)了大量?jī)?chǔ)糧需求。隨著社會(huì)生活水平的提升，人們?cè)陲嬍秤^念上提出了更高的要求，為了提高儲(chǔ)糧的安全性和營(yíng)養(yǎng)性，對(duì)于儲(chǔ)存技術(shù)的要求也相應(yīng)提高。谷物空調(diào)的產(chǎn)生，對(duì)于控制儲(chǔ)糧溫度、水分和空氣環(huán)境等方面功能顯著，可以進(jìn)行技術(shù)調(diào)整以滿足對(duì)不同害蟲和霉菌抑制等需求。

1 谷物空調(diào)的設(shè)計(jì)需求分析

1.1 成本需求

在節(jié)能環(huán)保理念下，谷物空調(diào)的設(shè)計(jì)應(yīng)重視控制以下成本：（1）生產(chǎn)成本?？照{(diào)設(shè)計(jì)最終應(yīng)轉(zhuǎn)化為實(shí)物并進(jìn)行大面積的使用推廣，生產(chǎn)成本越高則儲(chǔ)備糧食的基礎(chǔ)建設(shè)成本相應(yīng)增高，不利于和諧理念的貫徹落實(shí)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)需要選擇環(huán)保型的、低廉型的材料，并且材料應(yīng)當(dāng)滿足環(huán)保節(jié)能和適宜批量化生產(chǎn)的條件。（2）運(yùn)維成本。谷物空調(diào)在使用過(guò)程中，應(yīng)盡量避免特殊化的運(yùn)維策略和技術(shù)，降低運(yùn)維難度和人工消耗，空調(diào)的運(yùn)行應(yīng)參照國(guó)家和行業(yè)節(jié)能指標(biāo)，降低能源消耗，由此減少后期成本支出。

1.2 功能需求

谷物空調(diào)是儲(chǔ)糧的關(guān)鍵設(shè)備，空調(diào)的功能須與被儲(chǔ)藏糧食的質(zhì)量特性相匹配，即能夠高效保障糧食的基本溫度，降低或消除季節(jié)性溫濕差對(duì)糧堆的影響，主要表現(xiàn)為：（1）對(duì)糧堆生態(tài)的控制。強(qiáng)化谷物空調(diào)的溫度、水分和氣體等控制功能，將糧堆溫度控制在保險(xiǎn)溫度內(nèi)，抑制酶促反應(yīng)，抑制糧食呼吸，保持糧堆干燥，延緩糧堆品質(zhì)變質(zhì)周期。通過(guò)精準(zhǔn)的溫度控制，抑制害蟲、微生物生長(zhǎng)，同時(shí)加強(qiáng)通風(fēng)功能，降低糧堆內(nèi)部溫濕度。（2）糧食品質(zhì)需求。谷物存放需要保證其基本質(zhì)量，除生態(tài)條件控制外，遵循谷物的生長(zhǎng)條件，抑制有害物質(zhì)或不良質(zhì)量變化，其中，發(fā)芽率是衡量谷物質(zhì)量的關(guān)鍵性指標(biāo)。依據(jù)生長(zhǎng)條件，谷物常溫狀態(tài)中每年12月至次年3月發(fā)芽變化基本不見，但谷物內(nèi)部活力依舊健在，3月至8月份為發(fā)芽活躍期，谷物種子發(fā)芽與環(huán)境溫度之間的關(guān)系明顯，如何能將谷物溫度恒定保持在安全溫度就是谷物空調(diào)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。（3）糧倉(cāng)配置需求?，F(xiàn)有谷物糧倉(cāng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)雖然具備較高的水平，但受糧倉(cāng)建造技術(shù)、施工細(xì)節(jié)、材料科技和建設(shè)地環(huán)境等因素的影響，糧倉(cāng)的綜合功能有所欠缺，如自然通風(fēng)條件不理想、糧倉(cāng)所處環(huán)境晝夜溫差過(guò)大以及糧倉(cāng)規(guī)格較大內(nèi)部溫濕度不易控制等。谷物空調(diào)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮應(yīng)用糧倉(cāng)的具體情況，實(shí)現(xiàn)技術(shù)互補(bǔ)[1]。

1.3 環(huán)保需求

為進(jìn)一步貫徹可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)發(fā)展理念，谷物空調(diào)設(shè)計(jì)必須考慮環(huán)保工藝，其中制冷劑的選擇尤為關(guān)鍵，應(yīng)考慮減少直接有害物質(zhì)的排放，也要考慮制作制冷劑原材料生產(chǎn)中有害物質(zhì)的排放，也包含自然環(huán)境熱量交換技術(shù)、自動(dòng)控制變頻技術(shù)以及智能識(shí)別與自檢技術(shù)等的運(yùn)用。從多個(gè)方面提升空調(diào)運(yùn)行和控制系統(tǒng)的效率與穩(wěn)定性，保證空調(diào)基本功能優(yōu)化效果。

2 谷物空調(diào)的設(shè)計(jì)優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)途徑

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

對(duì)儲(chǔ)藏谷物的基本特性進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合調(diào)查檔案資料對(duì)比現(xiàn)有谷物空調(diào)或同類儲(chǔ)藏設(shè)備的特點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。例如稻谷在相同水分條件中，溫度與脂肪酸值上升速度成反比，脂肪酸數(shù)值升高或降低稻谷品質(zhì)，若水分比例14.5%，儲(chǔ)藏時(shí)間90 d，脂肪酸最終值儲(chǔ)藏溫度40℃比儲(chǔ)藏溫度5℃高了數(shù)倍；谷物中的害蟲，如谷象蟲、面象蟲以及螨類害蟲，其生長(zhǎng)、繁殖和生存條件也與溫度直接相關(guān)，大部分儲(chǔ)糧害蟲所能承受的低溫限度為17℃，一旦溫度在17℃以下則害蟲可能出現(xiàn)生育受阻、冷麻痹等狀態(tài)。其中螨類害蟲在5℃以上還能進(jìn)行繁殖，但長(zhǎng)期在5℃以下則無(wú)法生存，由此可以通過(guò)空調(diào)的冷控效果實(shí)現(xiàn)對(duì)害蟲的控制。常見谷物倉(cāng)儲(chǔ)害蟲生長(zhǎng)與溫度關(guān)系如圖1所示。

圖1 常見谷物倉(cāng)儲(chǔ)害蟲生長(zhǎng)與溫度關(guān)系

此外，常見的空調(diào)故障問(wèn)題也應(yīng)作為谷物空調(diào)的參考依據(jù)，以提高空調(diào)運(yùn)行的效率降低運(yùn)維成本。如空調(diào)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，散熱效果不足，通信系統(tǒng)中斷，甚至引發(fā)集控中心故障?？照{(diào)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，管路過(guò)長(zhǎng)、中轉(zhuǎn)點(diǎn)較多、坡度過(guò)小將導(dǎo)致排水不暢。另外，空調(diào)機(jī)房積水、元件受潮故障等，需要在設(shè)計(jì)環(huán)境綜合考慮和優(yōu)化。

2.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.2.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)旨在增強(qiáng)谷物空調(diào)的基礎(chǔ)出行和運(yùn)行穩(wěn)定性，參照常見空調(diào)故障和質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)：（1）防腐蝕設(shè)計(jì)。如一般空調(diào)采取的銅質(zhì)蒸發(fā)器，在磷化氫類熏蒸氣體的作用下容易受到腐蝕，考慮使用鋁質(zhì)材料制作蒸發(fā)器，并對(duì)相應(yīng)部件浸涂防腐蝕保護(hù)劑；（2）防塵設(shè)計(jì)。對(duì)空調(diào)蒸發(fā)器翅片進(jìn)行優(yōu)化，增加翅片間距，可有效防止大功率和超時(shí)長(zhǎng)運(yùn)行下，灰塵堆積阻塞問(wèn)題，同時(shí)考慮使用大功率風(fēng)機(jī)送風(fēng)，防止自然送風(fēng)情況下的灰塵堵塞問(wèn)題；（3）加大空調(diào)送風(fēng)功率。通過(guò)擴(kuò)大送風(fēng)量增加空調(diào)的工作效果，確?？照{(diào)能滿足大規(guī)模倉(cāng)庫(kù)的儲(chǔ)糧需求[2]。

2.2.2 參數(shù)控制

根據(jù)國(guó)家相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)適用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式，對(duì)空調(diào)及其運(yùn)行環(huán)境內(nèi)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果作為空調(diào)設(shè)計(jì)的依據(jù)，關(guān)鍵公式如下：

（1）儲(chǔ)藏倉(cāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)（K）

式中：αw為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外表?yè)Q熱系數(shù)，αn為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表?yè)Q熱系數(shù)，δi為圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料厚度，λi為圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料導(dǎo)熱系數(shù)，i為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的層數(shù)。

（2）風(fēng)量計(jì)算（φ）

式中：S1為風(fēng)量系數(shù)，取值1.16；ρ為風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率；Qd為日最大冷負(fù)荷；cp為空氣比熱容，取值1.005，ΔT為倉(cāng)內(nèi)與倉(cāng)外的溫度差。

（3）負(fù)荷計(jì)算（Q）

a.啟動(dòng)冷負(fù)荷（Q）式中：ε為計(jì)算系數(shù)，取值1.2±0.1；Q1為圍護(hù)結(jié)構(gòu)與環(huán)境熱交互形成的冷負(fù)荷；Q2為糧食降溫冷負(fù)荷；Q3為糧食呼吸冷負(fù)荷；Q4為糧倉(cāng)內(nèi)空氣溫度降低的冷負(fù)荷；K為圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的熱導(dǎo)系數(shù)；w為糧倉(cāng)外面積；（T1-T2）為糧倉(cāng)內(nèi)外溫度差；（T3-T4）為空氣初始溫度與預(yù)期溫度差；G為糧食質(zhì)量；C1為糧食比熱容；q取值0.37 W/t；C2為空氣比熱容；M為糧倉(cāng)內(nèi)空氣質(zhì)量。

b.日常冷負(fù)荷（Q常）

日常冷負(fù)荷為糧倉(cāng)空調(diào)長(zhǎng)期正常運(yùn)行下的冷負(fù)荷值，可忽略其他因素進(jìn)行計(jì)算，參見式1。

2.2.3 技術(shù)優(yōu)化

谷物空調(diào)設(shè)計(jì)參考當(dāng)前業(yè)內(nèi)先進(jìn)主流技術(shù)，或在設(shè)計(jì)中進(jìn)行改良優(yōu)化，或在糧倉(cāng)設(shè)計(jì)和建設(shè)中進(jìn)行技術(shù)互補(bǔ)，以提高儲(chǔ)糧效果。（1）自然通風(fēng)降溫技術(shù)。包括負(fù)壓式通風(fēng)系統(tǒng)等，利用溫差促進(jìn)空氣流動(dòng)，依靠自然空氣的流通實(shí)現(xiàn)糧倉(cāng)內(nèi)部與外部溫度交換，尤其是在低溫干燥的季節(jié)效果顯著，該技術(shù)的應(yīng)用可以降低谷物空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)壓力。（2）機(jī)械通風(fēng)降溫技術(shù)。其一，與自然通風(fēng)降溫技術(shù)的原理相近，只是改由風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)備保障糧倉(cāng)高效率通風(fēng)；其二，冷卻機(jī)補(bǔ)冷，由冷卻機(jī)或冷卻機(jī)組制冷，將冷風(fēng)輸送進(jìn)糧倉(cāng)中，達(dá)到通風(fēng)降溫的目的；其三，空調(diào)制冷，由谷物空調(diào)直接補(bǔ)冷。（3）其他降溫技術(shù)。包括屋面噴淋降溫技術(shù)、屋面反光隔熱技術(shù)和壓蓋密封隔熱技術(shù)等。

2.3 實(shí)物展示

傳統(tǒng)民用空調(diào)的送風(fēng)風(fēng)程設(shè)計(jì)一般為5~12 m，這樣的風(fēng)程設(shè)計(jì)能夠滿足民用住宅及樓宇廳堂的使用要求，但是不能滿足在糧倉(cāng)的使用要求，因近年來(lái)隨著建筑技術(shù)的不斷提高糧倉(cāng)的建設(shè)跨度也越來(lái)越大，目前我國(guó)糧倉(cāng)的建筑跨度在24~30 m之間，5~12 m的設(shè)計(jì)風(fēng)程顯然不能夠滿足使用要求。谷物空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)風(fēng)程能夠到達(dá)30 m左右，這樣的風(fēng)程設(shè)計(jì)可以把所有空調(diào)機(jī)組安裝在糧倉(cāng)的背陰面，經(jīng)過(guò)測(cè)算空調(diào)機(jī)組安裝在背陰面相對(duì)于日光暴曬的運(yùn)行環(huán)境，能夠節(jié)能10%左右，所以大風(fēng)量送風(fēng)設(shè)計(jì)在節(jié)能高效運(yùn)行的同時(shí)又能夠保證倉(cāng)內(nèi)溫度均衡。目前，市場(chǎng)上糧庫(kù)空間降溫采用傳統(tǒng)家用空調(diào)，存在冷凝水隱患，以及消毒防護(hù)需求；而青風(fēng)糧庫(kù)空調(diào)一體機(jī)，專用設(shè)計(jì)，無(wú)冷凝水隱患，運(yùn)行能效比高，還可在夜間室外溫度低時(shí)自動(dòng)通風(fēng)，降低能耗[3]，設(shè)計(jì)特點(diǎn)如圖2所示。

圖2 整倉(cāng)降溫設(shè)備——谷物空調(diào)設(shè)計(jì)基本特點(diǎn)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)依據(jù)包括：GB/T 17758—2010《單元式空氣調(diào)節(jié)機(jī)》、GB/T 18836—2017《風(fēng)管送風(fēng)式空調(diào)(熱泵)機(jī)組》、GB/T 24855—2010《糧油機(jī)械 裝配通用技術(shù)條件》、GB/T 24857—2010《糧油機(jī)械 板件、板型鋼構(gòu)件通用技術(shù)條件》、GB/T 25218—2010《糧油機(jī)械 產(chǎn)品涂裝通用技術(shù)條件》、GB/T 29890—2013《糧油儲(chǔ)藏技術(shù)規(guī)范》、LS 1207—2005《糧食倉(cāng)庫(kù)機(jī)電設(shè)備安裝技術(shù)規(guī)程》、JB 8655—1997《單元式空氣調(diào)節(jié)機(jī) 安全要求》以及JB/T 9066—1999《柜式風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組》。

產(chǎn)品主要性能：制冷系統(tǒng)各部分不應(yīng)有制冷劑泄漏；各種閥門動(dòng)作靈敏、可靠，保證空調(diào)設(shè)備正常工作；實(shí)測(cè)名義工況制冷量大于名義制冷量的95%；實(shí)測(cè)名義工況制冷消耗功率小于名義制冷消耗功率的110%；當(dāng)空調(diào)機(jī)出口溫度設(shè)定7～18℃時(shí)，控制精度：平均±0.3℃，最高±1℃；相對(duì)濕度設(shè)定在65%～90%時(shí)，控制精度：平均±30%，最高±6%；室內(nèi)機(jī)具有排除凝結(jié)水的能力，沒(méi)有水從空調(diào)機(jī)終端溢出或吹出；空調(diào)機(jī)的噪聲小于85 dBA；制冷性能系數(shù)≥名義制冷性能系數(shù)的95%；蒸發(fā)器采用能減小或者避免粉塵對(duì)設(shè)備影響的制造工藝和材料進(jìn)行加工，內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器采取措施防止粉塵附著；空調(diào)機(jī)采用能減少或降低濾網(wǎng)孔堵塞的工藝或材料加工；空調(diào)機(jī)性能在糧倉(cāng)正常熏蒸后繼續(xù)滿足基本性能要求；空調(diào)機(jī)有方便操作的控制系統(tǒng)，宜安裝遠(yuǎn)程控制模塊。

產(chǎn)品防熏蒸、大風(fēng)量送風(fēng)，可針對(duì)糧倉(cāng)的糧溫，變風(fēng)量送風(fēng)送冷，實(shí)現(xiàn)了溫濕度可調(diào)，從而為糧食品質(zhì)提供了保證。

3 谷物空調(diào)的運(yùn)維優(yōu)化建議

3.1 工作環(huán)境優(yōu)化

對(duì)谷物空調(diào)的運(yùn)行工作環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，一方面需要提高空調(diào)控制系統(tǒng)的可靠性，空調(diào)中加裝智能化和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在既有空調(diào)自動(dòng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，融入智能控制的相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)設(shè)備雙機(jī)智能切換，兩臺(tái)設(shè)備或兩套空調(diào)系統(tǒng)交替工作，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)切換、自動(dòng)停啟等，優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)；另一方面，融入環(huán)境監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，根據(jù)空調(diào)工作環(huán)境和工作參數(shù)設(shè)置警報(bào)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)出現(xiàn)空調(diào)溫度過(guò)高、雙機(jī)交互異常導(dǎo)致環(huán)境溫度過(guò)低、內(nèi)機(jī)漏水、通風(fēng)異常、運(yùn)行故障和系統(tǒng)通信不暢等進(jìn)行實(shí)時(shí)警報(bào)，在大規(guī)模糧倉(cāng)中設(shè)集控后臺(tái)，利用智能系統(tǒng)為警報(bào)事項(xiàng)提供決策和遠(yuǎn)程控制。此外，需要優(yōu)化空調(diào)設(shè)備的綜合環(huán)境，如糧倉(cāng)保溫系統(tǒng)的建設(shè)與日常檢查、空調(diào)外機(jī)的防護(hù)和檢修等。

3.2 運(yùn)維工作優(yōu)化

建立谷物空調(diào)運(yùn)維管理制度，開展定期巡查工作，制作檢查筆錄，并由相關(guān)人員簽字負(fù)責(zé)，依據(jù)空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)制定檢查關(guān)鍵項(xiàng)目，具體包括：（1）對(duì)空調(diào)的元器件進(jìn)行清理，去除表面灰塵；（2）對(duì)通風(fēng)散熱通道進(jìn)行檢查，清除積累的污垢和灰塵；（3）檢查各個(gè)接口、插頭，確保各個(gè)元器件、構(gòu)件的穩(wěn)定牢固，電路接觸無(wú)異常；（4）檢查各類閥門、啟停器、控制器和開關(guān)的工作狀態(tài)，查看是否受潮、失靈；（5）檢查變壓器的輸出電壓是否與需求電壓一致，是否處于安全值域內(nèi)；（6）檢查風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)和皮帶等運(yùn)動(dòng)件的磨損狀態(tài)，是否存在不良運(yùn)作；（7）檢查空調(diào)排水系統(tǒng)，排水管孔是否存在堵塞、變形和破損等問(wèn)題，并定期對(duì)其進(jìn)行清洗。對(duì)于發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要及時(shí)進(jìn)行處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

低溫技術(shù)的運(yùn)用為糧食存儲(chǔ)帶來(lái)了保障，大量的實(shí)踐和研究工作證明，谷物空調(diào)作為專用的儲(chǔ)糧設(shè)備，在儲(chǔ)糧工作中發(fā)揮重要作用，因此對(duì)谷物空調(diào)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。從現(xiàn)有理論經(jīng)驗(yàn)看，谷物空調(diào)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)參考儲(chǔ)藏物的基本特點(diǎn)，在反復(fù)研究和試驗(yàn)下優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，保障谷物空調(diào)的節(jié)能、環(huán)保、實(shí)用功能，減少后期運(yùn)維壓力。