氣凝膠絕熱制品在糧倉的應(yīng)用研究*

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]

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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 測試前后試樣的尺寸、質(zhì)量和密度見表2。

表2 測試前后試樣參數(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、性能檢測報(bào)告、進(jìn)場驗(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。采用分區(qū)設(shè)點(diǎn)人工檢測糧溫，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、下層檢測點(diǎn)應(yīng)分別設(shè)在距糧面、底部0.3 m處。中間層檢測點(diǎn)垂直均等設(shè)置；四周檢測點(diǎn)距墻壁0.3 m。

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

按照表6的安裝位置，將測溫電纜安裝到各個(gè)試驗(yàn)倉和對(duì)照倉，測溫電纜需固定牢固，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 測溫電纜安裝位置

27號(hào)試驗(yàn)倉測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、周四上午檢測糧情并記錄。對(duì)2021年11月～2022年1月每次檢測的數(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”。