谷物冷卻機控制優化

鄭澤順

（廣東吉榮空調有限公司，廣東揭陽 522000）

谷物冷卻機控制優化

鄭澤順

（廣東吉榮空調有限公司，廣東揭陽 522000）

介紹一種谷物冷卻機及其控制原理，結合機組全天候運行特點提出節能方法，并對控制系統進行優化，達到降低運行能耗目的。

谷物冷卻機；優化；節能

0 概述

低溫儲糧是一種國際通行的綠色儲糧方式，可以抑制害蟲和微生物生長，減少糧食損失，延緩糧食陳化。谷物冷卻機是低溫儲糧的關鍵設備，1998年我國自主開發成功后并應用于500億斤國家儲備糧庫項目。由于種種主、客觀原因，谷物冷卻機的應用效益未得到應有的發揮[1]。為提高我國糧食倉儲技術，更好的應用谷物冷卻機低溫儲糧技術，有關部門先后組織制訂了谷物冷卻機相關標準和規程[2-4]，為設備的考核、選型、運行提供依據和指導。由于糧食基數大，雖然設備性能指標達到標準要求，實際的用電量還是相當可觀。GB/T 18835對名義工況性能指標提出要求，實際上設備的耗電量除跟設備本身效率、使用環境和使用方式密切相關。作為一種長時間連續使用的多功能全新風機組，要降低降溫能耗，需要保持設備在各種使用環境下都能高效運行，這需要設備生產商、使用方共同努力。本文分析設備特點，從設備角度分析經濟運行的可能性，并結合使用工藝特點對控制系統進行優化，使其更智能化，在保障出風溫濕度前提下，提高設備的綜合能效比，達到經濟運行目的。

1 谷物冷卻機的特點、工作原理和處理流程

圖1 系統原理圖

谷冷機為全新風低送風恒溫恒濕機組，其功能是向糧倉提供高靜壓的溫濕度恒定的空氣，實現谷物的低溫儲藏、調濕保質。包括送風系統、制冷系統、再熱調濕系統及控制系統（如圖1）。控制系統包括可編程控制器、觸摸屏、變頻器、可控硅調節器、傳感器、執行器等。

空氣處理過程如下（圖2）：新風（狀態點A）經過高靜壓風機產生一定溫升（狀態點B），通過蒸發器后被降溫除濕（狀態點C），此時相對濕度可高達95%，通過冷凝熱或電加熱升溫降低相對濕度（狀態點D），使出風溫濕度達到要求。

圖2 空氣處理流程

2 控制系統的配置及主要功能

為滿足設備全天候可靠高效運行、精確送風（國家標準GB/T 18835規定出風溫度最大變動幅±1℃，平均變動幅±0.3℃，相對濕度最大變動幅±5%，平均變動幅±3%[2]）、功能多樣特點，選用高性能PLC控制器，包括主控單元（含RS485接口，可增加以太網接口）、數字量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、觸摸屏（見圖3）。

控制功能包括：

（1）遠近控開關機；

（2）溫濕度自動控制：自動調節壓縮機加卸載及再熱系統，適應環境工況變化，控制蒸發后溫度、出風溫濕度達到要求；

（3）故障處理：實時監測設備運行狀態并對故障進行處理，如制冷不良、風壓異常（過高或過低）、制冷劑泄漏、電源故障、風機故障、變頻故障、壓縮機故障等，保護設備安全；

（4）機組功率顯示；

（5）配置RS485接口、以太網接口方便與糧庫監控系統進行數據交換；

（6）數據處理：參數設置、動態曲線、數據分析及保存。通過觸摸屏可以方便的了解機組運行情況和各種參數設置。

圖3 控制系統原理圖

3 節能措施

3.1 風機變頻控制

離心風機采用變頻調速以滿足不同糧倉類型風壓要求，提高單位功率送風量，同時使機組能夠更好的適用各種氣候環境，提高出風控制精度。風機頻率控制在傳統的PID控制方法基礎上，根據回風狀態、谷倉類型及出風狀態對初值進行預設，減少頻率調節的收斂時間，使風機頻率迅速達到要求。

為適用不同類型糧倉，谷物冷卻機配置大功率送風機。以GLA78機型為例，名義工況輸入功率39.8 kW，匹配風機功率達18.5 kW。通過變頻調節風機轉速，提供不同的風量風壓，實際使用時應注意選擇相應的谷倉類型，避免出風靜壓過高，造成不必要的溫升和耗功。風機的耗功跟風量、出風靜壓成正比，風量增加1倍，糧倉阻力約為原來的2.5倍，風機耗功約為原來5倍[5]。實際使用證明，采用變頻調節風機可以節能30%以上[6]。如果對降溫速度要求不高，可以降低風壓作業（相當降低堆糧的通風風速，不包括一機多口情況），從而提高單位功率送風量。

采用軸流風機通風比離心風機節能[7]，主要原因是由于小風量時阻力極小，對風機余壓要求很低，還存在出風溫度受環境溫度影響不可控制的缺點。設備降頻使用，同樣可以達到降低出風余壓目的，可以同時兼顧耗功和效率。

風機降頻使用可降低整機消耗功率，在配電容量有限的情況下可以使用，但限幅不能過低，以免影響制冷系統的調節精度。

控制系統提供快速降溫模式和節能運行模式供選擇，最大風量和最大風壓限定功能，可以通過觸摸屏方便設置。

3.2 變冷量控制

為滿足全新風機組負荷變化大使用要求，采用多個高效渦旋壓縮機及旁通卸載混合使用方式，提高能量調節級數，適應環境溫度變化。由于壓縮機卸載時效率會降低[8]，采用多級制冷系統使機組在部分負荷時各個系統壓縮機仍保持滿載運行，冷凝風機啟動臺數直接受冷凝壓力控制，使機組在部分負荷時仍能保持高效運行。

3.3 熱回收及無級調節技術

谷冷機采用冷卻除濕后再熱辦法降低出風相對濕度，系統采用回收冷凝熱作為熱源以節約能源。同時采用少量電加熱作為補充，采用可控硅調功器無級調節，保障最少的加熱量和控制精度。

再熱降低相對濕度造成冷熱量互相抵消，且機組效率隨出風溫度降低而下降。以名義工況為例，出風相對濕度要求為75%，再熱量約為6 kW，制冷量損失約7%。低濕工況考慮限制再熱，控制系統檢測相對濕度，出風濕度過低時自動修正提高蒸發后溫度，從而降低甚至取消再熱，提高低濕工況控制精度。濕度超出預設范圍可自動切換為再熱控制模式。

3.4 防霜設計

結霜后機組效率會迅速降低，除霜時出風溫度難免出現波動。增加蒸發壓力檢測功能，根據壓力變化趨勢判斷是否結霜。相對簡單采用熱氣旁通調節壓力方式，更加準確。通常做法是低壓壓力低于設定值時旁通閥打開，相當損失壓縮機機冷量方式保持機組正常運行。蒸發壓力檢測，蒸發壓力低于設定值時優先調整風量，達到風量限值再考慮制冷系統卸載，避免蒸發壓力過低并保持機組高效運行。

3.5 用戶定制功能

自動開關機功能：根據預設溫度值在環境溫度高時停機、在夜間溫度低時自動開機，適應糧堆間歇冷卻要求。

降溫曲線定制功能：冷卻通風過程除了降溫外，還對濕度產生影響，冷風經過堆糧后溫度升高、相對濕度下降，吸濕能力也在變化，具體與堆糧的溫度及含濕量、冷風溫度及相對濕度有關。不同的冷卻作業目的要求不同的冷卻方式，并導致單位能耗不同。提高出風溫度或濕度，均可提高機組效率：起始糧溫越高時，谷物冷卻機設定的出風溫度可以相對較高，單位能耗就越低；在確保安全儲藏的前提下，糧食水分越高，谷物冷卻機設定的出風相對濕度就比較高，其冷風量也越大，降溫速度越快，單位能耗越低[3]。堆糧降溫是一個相對緩慢的過程，通常需要上百小時才能達到要求溫度，固定出風參數時降溫速度是前快后慢，單位能耗是前高后低[9]。合理分段設定谷物冷卻機的送風參數，可以控制降溫速度（如圖4）、減少糧食水分損失、降低冷卻通風能耗，還可以起到減小冷卻通風中糧食水分損失的作用。提供的降溫曲線定制功能滿足此冷卻工藝要求，機組配備的實時功率檢測功能和數據存儲功能，操作人員可以根據實際作業消耗電量情況選擇最節能的降溫方式。

圖4 不同送風溫度時堆糧降溫趨勢對比

4 結論

谷冷機作為一種長時間連續使用的多功能全新風機組，要降低降溫能耗，需要保持設備在各種使用環境、各種使用模式下都能高效運行。通過分析各種經濟運行的可能性，結合冷卻工藝特點對控制系統進行優化，從而提高設備的綜合能效，達到經濟運行目的。

［1］邢勇.國家儲備糧庫項目谷物冷卻機應用情況綜述［J］.糧油食品科技，2003，11（5）：21-23.

［2］GB/T 18835-2002.谷物冷卻機［S］.

［3］Q/ZCL T4-2007.谷物冷卻機經濟運行技術規程［S］.

［4］GB/T 29374-2012.糧油儲藏谷物冷卻機應用技術規程［S］.

［5］楊國鋒，宋偉，楊大明.儲糧機械通風中的節能，中國糧油學報［J］.2004，12（6）：67-70.

［6］張華昌，郭道林，楊龍德，等.谷物冷卻機復冷降溫儲糧生產性試驗報告［J］.糧食儲藏，2001（5）：26-31.

［7］宋敏捷，李恩生，祈志明，等.儲糧過程中糧食保水通風降溫節能技術研究［J］.倉儲技術，2010（2）：13-16.

［8］張秀平，田旭東，鐘根仔，等.水冷冷水機組能效特性變化規律的研究［J］.建筑熱能通風空調，2008，36（10）：54-57.

［9］曾卓，周延智，李松偉，等.華南地區淺圓倉谷冷降溫試驗［J］.糧食儲藏，2010（1）：38-41.

Optimization Design of Grain Chiller Control System

ZHENG Ze-shun
（Guangdong Jirong Air-conditioning Co.，Ltd.，Jieyang522000，China）

This paper introduce a grain chiller and its control principle,put forward some energy saving methods combining with the characteristics of all-weather operation and optimize the control system to reduce power consumption.

grain chiller；optimization；energy-saving

TP29

A

1009－9492(2014)07－0134－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.039

鄭澤順，男，1976年生，廣東揭陽人，大學本科，工程師。研究領域：制冷設備。已發表論文1篇。

(編輯：向 飛)

2014－03－07