一種基于相變材料的準(zhǔn)低溫儲糧倉組合式溫控系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種基于相變材料的準(zhǔn)低溫儲糧倉組合式溫控系統(tǒng)及方法，屬于糧食儲藏領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]“民以食為天”，糧食是人類社會生存與發(fā)展的基本生活資料，是穩(wěn)定市場、保證國計(jì)民生的特殊戰(zhàn)略物資。糧食安全是全世界關(guān)注的焦點(diǎn)之一，是關(guān)系到國計(jì)民生的大事，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定和國家安全的重要基礎(chǔ)。我國是一個(gè)擁有13億人口、9億農(nóng)民的農(nóng)業(yè)大國，也是糧食生產(chǎn)和消費(fèi)大國，糧食安全對我國有著更深刻的內(nèi)涵。我國自古就把糧食視為“國之重寶”、“天下之大計(jì)”，十分重視糧食的積蓄和儲備。黨中央、國務(wù)院更是一直對糧食安全問題高度重視，早在中國共產(chǎn)黨十七大報(bào)告中就明確提出了“確保國家糧食安全”的要求，近年來，出臺了一系列強(qiáng)有力的扶持政策，促進(jìn)糧食連年增產(chǎn)，為經(jīng)濟(jì)社會大局起到了基礎(chǔ)保障作用。2014年國務(wù)院確定建立健全糧食安全省長責(zé)任制，明確省級人民政府的糧食安全責(zé)任，要求各省(區(qū)、市)人民政府必須切實(shí)承擔(dān)起保障本地區(qū)糧食安全的主體責(zé)任，全面加強(qiáng)糧食生產(chǎn)、儲備和流通能力建設(shè)。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，搞好糧食生態(tài)儲藏管理，讓糧食損失降低到最低限度，滿足人們對糧食質(zhì)量越來越高的要求是十分迫切和必要的。
[0003]世界各發(fā)達(dá)國家在糧食生態(tài)儲藏方面已進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用，如美國、加拿大、法國等國家利用自然低溫降溫結(jié)合谷物冷卻技術(shù)，基本實(shí)現(xiàn)了生態(tài)儲糧。
[0004]我國在生態(tài)儲糧方面已進(jìn)行了較深入的研究。低溫儲糧代表著未來糧食儲藏技術(shù)的發(fā)展方向，因?yàn)榈蜏貎Z不僅可抑制糧食的呼吸代謝，延緩糧食品質(zhì)陳化，有效地保持糧食的生命力及新鮮度，降低儲糧損耗，還可有效控制儲糧害蟲和微生物的活動、危害，不使用或減少使用化學(xué)藥劑，有利于保持糧食衛(wèi)生，減少環(huán)境污染。
[0005]長期以來，我國糧食科技工作者對低溫儲糧進(jìn)行了大量的研究工作，如低溫糧倉的設(shè)計(jì)和改造，采用倉房外部噴涂反光材料、倉房吊頂、加裝隔熱材料等方法改善倉房的隔熱性能，通過各種糧面壓蓋措施控制糧溫的回升，各地利用自然環(huán)境條件通過自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)降低糧溫，特別是近年來在新建糧倉中引入和應(yīng)用了谷物冷卻機(jī)，這些都為在我國不同地區(qū)實(shí)現(xiàn)更為安全、經(jīng)濟(jì)、有效的低溫儲糧技術(shù)奠定了重要的基礎(chǔ)。但這些低溫儲糧技術(shù)普遍存在的問題有:一是夏秋季倉溫高，糧堆上層易結(jié)露、發(fā)熱；二是上層糧食食用品質(zhì)下降明顯;三是儲糧能耗高、投資大、處理難度大。其中:糧倉改造成本大、受限制多;倉房外部噴涂反光材料或成本高、或效果差、或使用年限短;倉房吊頂、加裝隔熱材料等方法倉房隔熱性能改善不太理想;糧面壓蓋措施有一定限制；自然低溫儲藏利用自然冷源，限制較大，效果差;機(jī)械通風(fēng)低溫儲藏自然冷源、機(jī)械作用，有限制，費(fèi)用高;儲糧倉自然低溫通風(fēng)降溫結(jié)合谷物冷卻技術(shù)儲藏和機(jī)械制冷及空調(diào)低溫儲藏機(jī)械制冷，倉房密封性要求高，費(fèi)用高。因而低溫儲糧技術(shù)的推廣應(yīng)用受到了限制，應(yīng)用還較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明創(chuàng)造要解決的技術(shù)問題是提供一種基于相變材料的準(zhǔn)低溫儲糧倉組合式溫控系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)將相變材料熱量轉(zhuǎn)換機(jī)理應(yīng)用到儲糧倉內(nèi)，將倉房吊頂、隔熱材料、糧面壓蓋、自然低溫、機(jī)械通風(fēng)及空調(diào)低溫儲藏進(jìn)行分區(qū)、分層有機(jī)組合，不同的溫度區(qū)放置不同熔點(diǎn)的相變材料，利用相變材料的相變潛熱對冷能量的儲存與釋放，保證了在氣溫較高的夏季將糧溫控制在15°C?20°C(<20°C)，使儲糧溫度始終保持在準(zhǔn)低溫狀態(tài)，達(dá)到安全過夏的要求，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)低溫儲糧倉高效、低成本組合式隔離控溫。
[0007]為解決以上問題，本發(fā)明創(chuàng)造的具體技術(shù)方案如下:一種基于相變材料的準(zhǔn)低溫儲糧倉組合式溫控系統(tǒng)，包括工控機(jī)控制系統(tǒng)、糧情檢測系統(tǒng)、機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)窗，工控機(jī)控制系統(tǒng)分別與糧情檢測系統(tǒng)、機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)窗連接實(shí)現(xiàn)自動控制，儲糧倉孔洞采用保溫隔熱密封處理，使儲糧倉內(nèi)部達(dá)到密閉狀態(tài);在儲糧倉頂?shù)南虏吭O(shè)有輕鋼龍骨吊頂，輕鋼龍骨吊頂將儲糧倉內(nèi)部空間分割為上部高溫區(qū)和下部常溫區(qū)的兩個(gè)獨(dú)立的空間，在輕鋼龍骨吊頂上表面鋪設(shè)相變材料儲能板;在儲糧倉內(nèi)的糧食上表面鋪設(shè)相變材料儲能墊;在靠近輕鋼龍骨吊頂下方的儲糧倉壁的內(nèi)壁上設(shè)有空調(diào)機(jī)，空調(diào)機(jī)與工控機(jī)控制系統(tǒng)連接。
[0008]所述的儲糧倉頂?shù)耐獗砻嬖O(shè)置熱反射隔熱涂料，儲糧倉頂?shù)膬?nèi)表面設(shè)置聚氨酯保溫層。
[0009]所述的相變材料儲能板的熔點(diǎn)為22°C；相變材料儲能墊的熔點(diǎn)為18°C。
[0010]采用基于相變材料的準(zhǔn)低溫儲糧倉組合式溫控系統(tǒng)對儲糧倉溫度控制的方法，包括以下步驟:
1)工控機(jī)通過糧情檢測系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)糧溫、上部高溫區(qū)的倉溫、下部常溫區(qū)的倉溫和環(huán)境氣溫；
2)對獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，形成溫度歷史數(shù)據(jù)庫，對實(shí)時(shí)的糧溫、倉溫和環(huán)境氣溫進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算與分析，分別對多組糧溫、倉溫和環(huán)境氣溫?cái)?shù)據(jù)取平均值，計(jì)算出當(dāng)時(shí)的平均溫度；
3)驅(qū)動工控機(jī)中的時(shí)鐘模塊，讀取當(dāng)前時(shí)鐘的值，進(jìn)行時(shí)間的判斷，依據(jù)糧溫和倉溫的數(shù)值控制通風(fēng)窗、機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)或者空調(diào)機(jī)運(yùn)行；
3.1)通風(fēng)降溫:當(dāng)糧溫低于151、下部常溫區(qū)溫度在181?20°〇間時(shí)，若一天中最低環(huán)境氣溫低于18°C，則在夜晚環(huán)境氣溫低于18°C的時(shí)間段，打開儲糧倉通風(fēng)窗通風(fēng)，讓相變儲能板、相變儲能墊吸收并儲存空氣中的冷能量，完成相變材料能量存儲熱交換過程，而在白天氣溫上升時(shí)則釋放已儲存的冷能量，利用相變材料的相變潛熱對空氣冷能量的儲存與釋放，將倉溫控制在18°C以下，使糧溫全天低于15°C;
3.2)制冷控溫:當(dāng)糧溫高于15°C，且下部常溫區(qū)溫度高于20°C時(shí)，在夜間用電低谷時(shí)段，通過工控機(jī)控制系統(tǒng)啟動倉內(nèi)空調(diào)機(jī)消費(fèi)低谷電力補(bǔ)充冷能量，將儲糧倉下部常溫區(qū)溫度降至15°C以下，同時(shí)也降低上部高溫區(qū)的溫度，相變材料板、相變材料墊吸收并儲存空調(diào)機(jī)提供的冷能量，直至完成相變材料能量存儲熱交換，而在空調(diào)機(jī)停止工作的時(shí)間段相變材料板、相變材料墊釋放已儲存的冷能量，利用相變材料的相變潛熱對冷能量的儲存與釋放，使糧溫控制在20°C以下的準(zhǔn)低溫的溫度范圍； 3.3)在其他環(huán)境下，根據(jù)實(shí)際需求通過工控機(jī)控制系統(tǒng)的人機(jī)交互界面進(jìn)行人工手動控制，啟動機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)或空調(diào)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)、降溫；
4)工控機(jī)控制系統(tǒng)采用的是一個(gè)閉環(huán)控制，通過糧情檢測系統(tǒng)實(shí)時(shí)的監(jiān)控糧溫、倉溫和環(huán)境氣溫，根據(jù)各溫度值來進(jìn)行相關(guān)的控制，如果糧溫和倉溫達(dá)到預(yù)定溫度，關(guān)閉通風(fēng)窗、機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)或者空調(diào)機(jī)，持續(xù)維持步驟I)至3)的監(jiān)測與控制。
[0011]所述的步驟3.3)的其他情況包括:一年兩次的糧食通風(fēng)，一次是糧食入倉后開啟機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)，平衡糧食溫度和水分，另一次是12月份左右開啟機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)，將糧溫降到0°C以下。
[0012]該基于相變材料的準(zhǔn)低溫儲糧倉組合式溫控系統(tǒng)基于相變材料熱轉(zhuǎn)換機(jī)理，在儲糧倉內(nèi)設(shè)置輕鋼龍骨吊頂，并在輕鋼龍骨吊頂上表面和糧面放置不同熔點(diǎn)的相變材料，實(shí)現(xiàn)儲糧倉的分區(qū)、分層有機(jī)組合，并通過通風(fēng)窗、機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)降溫及和空調(diào)機(jī)制冷，完成相變材料冷能量的儲存與釋放，保證了在氣溫較高的夏季將糧溫控制在15°C?20°C(<20°C)，使儲糧溫度始終保持在準(zhǔn)低溫狀態(tài)，達(dá)到安全過夏的要求，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)低溫儲糧倉高效、低成本組合式隔離控溫。
[0013]在儲糧倉外設(shè)置熱反射隔熱涂料，不僅低成本、高環(huán)保、隔熱效果好、而且兼具防水防腐功能，可有效地控制倉溫和表層糧溫隨氣溫上升的幅度，為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)低溫儲糧創(chuàng)造良好的條件;儲糧倉頂?shù)膬?nèi)表面設(shè)置聚氨酯保溫層，進(jìn)一步增加隔熱效果，防止儲糧倉內(nèi)與外界熱量的熱交換。
[0014]所述的相變材料儲能板的熔點(diǎn)為22°C、過冷度<4°C，相變材料儲能板的相變潛熱吸收儲糧倉高溫區(qū)空間的熱量，保持該空間溫度<22°C，并保證常溫區(qū)溫度<20°C;相變材料儲能墊的熔點(diǎn)為18°C、過冷度<4°C，吸收常溫區(qū)空間的熱量，保持該空間溫度<18°C，相變材料的能量存儲熱交換確保整個(gè)儲糧倉處于準(zhǔn)低溫儲糧范圍，同時(shí)大幅降低夏季高溫時(shí)制冷設(shè)備的冷能量補(bǔ)充，大大降低儲糧倉的材料成本和運(yùn)行成本。
[0015]采用所述的基于相變材料的準(zhǔn)低溫儲糧倉組合式溫控系統(tǒng)對儲糧倉溫度控制的方法，采用工控機(jī)控制系統(tǒng)通過對糧情檢測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動開閉通風(fēng)窗、自動運(yùn)行機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)或空調(diào)機(jī)對糧食進(jìn)行降溫，實(shí)現(xiàn)了智能化，節(jié)約了能源，降低了運(yùn)行成本和勞動強(qiáng)度，提高了勞動生產(chǎn)率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，保證了儲糧溫度始終保持在準(zhǔn)低溫狀態(tài)(<20°C)，達(dá)到安全、綠色儲糧的要求，走出一條適合我國國情的有普遍推廣意義的低溫儲糧新路子。
【附圖說明】
[0016]圖1為基于相變材料的準(zhǔn)低溫儲糧倉組合式溫控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0017]圖2為準(zhǔn)低溫溫控系統(tǒng)及方法的實(shí)施步驟流程。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，一種基于相變材料的準(zhǔn)低溫儲糧倉組合式溫控系統(tǒng)，包括工控機(jī)控制系統(tǒng)、糧情檢測系統(tǒng)、機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)窗7，工控機(jī)控制系統(tǒng)分別與糧情檢測系統(tǒng)、機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)窗7連接實(shí)現(xiàn)自動控制，將儲糧倉孔洞進(jìn)行保溫隔熱密封處理，具體的將儲糧倉的門窗孔洞1、進(jìn)出糧口 13及通風(fēng)口等孔洞分別用80mm厚阻燃苯板、密封膠條、塑料布等措施進(jìn)行保溫隔熱處理，使倉房內(nèi)部處于密閉狀態(tài)，以防止倉內(nèi)外冷熱空氣交換，使儲糧倉內(nèi)部達(dá)到密閉狀態(tài);在儲糧倉頂3的下部設(shè)有輕鋼龍骨吊頂6，輕鋼龍骨吊頂6將儲糧倉內(nèi)部空間分割為上部高溫區(qū)和下部常溫區(qū)的兩個(gè)獨(dú)立的空間，在輕鋼龍骨吊頂6上表面鋪設(shè)相變材料儲能板5;在儲糧倉內(nèi)的糧食11上表面鋪設(shè)相變材料儲能墊10，其中相變材料儲能板5的熔點(diǎn)為22°C ；相變材料儲能墊10的熔點(diǎn)為18°C ；該溫控系統(tǒng)采用儲糧倉內(nèi)糧面上方空間進(jìn)行吊頂分割，儲糧倉頂下方300mm處進(jìn)行輕鋼龍骨石膏板吊頂6，將倉內(nèi)空間進(jìn)行合理分割，石膏板上方空間溫度相對較高、而石膏板下方空間溫度相對較低，將倉房空間分割成獨(dú)立空間便于溫度調(diào)控，同時(shí)起到保溫隔熱效果，并做相變儲能板的支撐。輕鋼龍骨石膏板吊頂上下方分別擺放不同熔點(diǎn)的相變材