地上及地下糧倉儲糧能耗對比分析

中圖分類號：S379.3；F324.9 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2025）12-0088-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.12.017

Comparative Analysis of Energy Consumption of Grain Storage in Aboveground and Underground Granary

LIU Yang12NIE Yanjun2ZHOU Shengqi2LIU Yuefang1CAO Ligang1 （1.Henan University of Technology Design And Research Academy，Zhengzhou 45Ooo7，China; 2.Henan Universityof Technology，Zhengzhou 45ooO1，China）

Abstract：[Purposes] This study aims to explore and analyze the energy consumption diferences between aboveground and underground grain storage facilities，highlighting theadvantages of underground storage in energy conservation and carbon reduction.It provides theoretical support for the development of low-energy consumption grain storage technologies and promotes the green development of the grain storage industry.[Methods] Through field research，energy consumption data from various regional grain storage facilities were collected.Theoretical analysis methods from heat transfer theory were employed to calculate the annual electricity consumption per ton of grain stored，followed by a comparative analysis with the collcted data.[Findings] The results from field research and theoretical calculations indicate that，compared to aboveground grain granary，underground grain granary significantly reduces energy consumption and carbon emissions in static temperature-controlled grain preservation，thereby facilitating green and sustainable societal development.[Conclusions] The study of energy saving in underground grain storage notonly contributes to the realization of the goal of“double-carbon”，but also reduces energy consumption and costs while improving grain preservation quality. Moreover，this study provides a theoretical basis for the development of energy-saving grain storage technology and the nationwide adoption of underground grain granary.

Keywords： underground granary; computational modeling; energy saving; environmental protection grain storage

0 引言

1現場調研

我國具有悠久的地下儲糧歷史，從原始社會仰韶文化時期的地下糧窖到唐宋時期初具規模的地下倉窖，再到新中國成立后推廣的喇叭形地下倉群，已有6000多年的歷史。地下糧倉作為一種利用地下空間進行糧食儲存的古老而有效的糧食儲存設施，在節能減排和環保方面具有巨大優勢。

近年來，地下糧倉因其在節能減碳和環保可持續發展等方面的顯著優勢，引起學術界的廣泛關注和深入研究。許多學者開始探索其在糧食儲存中的應用潛力，以及對生態環境的積極影響。李偉等進行了地下儲糧安全性能的研究，發現地下倉內的糧食不易受外界不利因素的影響，糧溫常年穩定在 15～20°C ，可有效地抑制儲糧害蟲和微生物的繁殖和危害，控制糧食呼吸強度，延緩儲糧品質陳化劣變速度。李德富等進行了地下糧倉綠色儲糧的研究，得出地下倉由于長期處于低溫狀態，可以完成抑制蟲害發生、繁殖，減少甚至避免使用化學藥劑進行熏蒸，從而實現綠色儲糧。金立兵等[3]進行了地下生態糧倉中糧食溫度場的試驗與數值仿真，研究發現地下倉受外界溫度、濕度影響很小，傳熱速度慢，倉內糧堆溫度變化幅度小，可保持常年處于低溫狀態，實現低溫儲糧；邢玉巧[4進行了地下糧倉全生命周期研究。王振清[5、熊曉莉和程亨華等進行了地下糧倉結構設計和倉型方面的研究。這些研究有助于深入了解地下糧倉的技術發展進程，并且證明了地下糧倉的應用對糧食儲存、國家經濟和戰略等方面具有重要意義。目前的研究主要集中在傳熱、結構領域，但關于地下糧倉節能方面的研究數量較少，并且缺乏具體數據，難以為地下糧倉的推廣提供有效支撐。

本研究通過調研全國各地企業，分析了地上和地下2種類型糧倉在靜態控溫儲糧方面的節能減碳差異，為糧食儲藏行業的節能減排提供科學依據。同時，結合傳熱學理論，建立數學模型，對2種類型糧倉的節能數據進行預測，并與調研數據對比，驗證模型有效性。研究結果表明，地下糧倉在節能減碳和綠色環保儲糧方面具有顯著優勢。本研究為其推廣應用提供了理論支持，為政府相關政策制定提供了參考，助力糧食儲藏行業的綠色發展。

本研究對海南、廣東、浙江、河南等4個省份的4家糧倉企業進行調研。主要步驟包括：收集相關資料和規范、整理調研內容、準備調研表格、與相關企業溝通、督促完善表格并提供附件材料、核算數據合理性、分類整理數據、優化數據并進行分析總結。具體的調研對象為：海南洋浦糧庫、浙江衢州省級糧食儲備庫、中央儲備糧惠州直屬庫有限公司、河南國家糧食儲備庫。

根據4家糧倉企業的8個糧倉的調研數據匯總，在制冷方式方面，2個糧倉采用谷物冷卻與糧面控溫結合，3個糧倉僅采用糧面控溫，3個糧倉未使用制冷設備僅靠機械設備通風進行降溫；在保溫方面，洋浦糧儲庫5倉采用多層保溫結構，洋浦糧儲庫9-3倉和衢州糧儲庫-P5倉等糧倉采用基礎保溫結構 + 特定材料，惠州直屬庫H201倉等糧倉無專門保溫措施；所有糧倉均采用機械通風。此外，還對每個糧倉的每噸糧食年均電量進行了統計分析，具體數據見表1。

2理論模型建立及計算

2.1建立計算模型

糧倉的冷負荷是指在保持糧倉的熱濕環境和所要求的室內溫度時，必須由制冷或者通風系統從房間帶走的熱量。糧倉的冷負荷計算包括圍護結構、糧食降溫、通風換氣、糧食呼吸熱、倉內設備和照明產生的熱量等，糧倉冷負荷內容如下。

① 糧倉圍護結構傳熱而產生的冷負荷 Q₁ ，主要來源于倉頂、倉壁和地坪，不同地區建筑各方向太陽平均輻射照度，可根據GB50019—2015《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》獲得，墻表面的太陽輻射吸收系數和表面換熱系數按照青灰水泥材料計算，此項地下糧倉不產生。

② 地上糧倉庫內風機運行產生的冷負荷 Q₂ ，穩定儲糧狀態下，地下糧倉不需要額外使用糧倉降溫的設備，因此，此項地下糧倉不產生。

③ 糧食入庫的冷負荷 Q₃ ，地上和地下儲糧都需要冷卻糧食，因此，此項均產生，相互抵消，并且入庫能耗不在本項目考慮范圍內，本項目研究階段為穩定階段。

④ 地上糧倉因通風換氣而產生的冷負荷 Q₄ ，在各地糧倉的數據調研中發現，各地糧倉的通風的月份主要為1月份、11月份、12月份，通風溫度均低于 ，因此，因換氣產生的負荷可不考慮。

⑤ 糧食呼吸而產生的冷負荷 Q_s ，考慮地上和地下儲糧的糧倉均維持在準低溫條件，此項都存在，可互相抵消。

⑥ 照明產生的冷負荷 Q₆ ，考慮糧庫無人值守不開燈時可取0。

以上分析證明，在穩定儲糧狀態下，地下糧倉相比地上儲糧，主要可節約冷負荷為地上糧倉圍護結構傳熱產生的冷負荷 Q₁ 和庫內風機運行產生的冷負荷 Q_2^°

可根據 Q₁ 和 Q₂ 計算結果得到圍護結構節約的電量 E₁ 和倉內風機運行節約的電量 E₂ 號

圍護結構傳熱產生的冷負荷 Q₁ 包括：外墻傳熱產生的冷負荷 Q_q 、屋頂傳熱產生的冷負荷 Q_f 和地坪傳熱產生的冷負荷 Q_d ，計算公式為式（1）。

Q₁=Q_q+Q_f+Q_d

Q_q 和 Q_f 計算公式為式（2）。

式中： K 為外墻傳熱系數， W/（m²?^°C） ，根據該倉的實際保溫情況，結合文獻[8]數據參考； F 為傳熱面積，按朝向分別計算，包括東、西、南、北外墻、屋面； t_wp 為夏季室外平均溫度； J_P 為太陽平均輻射強度，與地理位置及墻的朝向有關，取值根據GB50019—2015《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》； ρ 為材料外表面對太陽輻射熱的吸收系數；

α_w 為墻外表面換熱系數， W/（m²?^°C），α_w 取值根據文獻[9]中經驗公式取值； t_n 為低溫庫內要求的溫度。

地坪傳熱產生的冷負荷，GB50019—2015規范規定距外墻 2m 范圍內的地面宜計算傳熱形成的冷負荷， Q_d 計算公式為式（3）。

式中： K_d，F_d 分別是按照距外墻 0～2m 區域的傳熱系數和地坪面積。

圍護結構節約電量 E₁ 計算公式為式（4）。

E₁=Q₁t

式中： Φ_t 為設備運行時間，h。

Q₂ 根據所調研糧倉所采用的風機電機功率 P 和數量 n 進行確定，計算公式為式（5）。

Q₂=Pn

倉內風機運行節約的電量 E₂ 計算公式為式（6）。

E₂=Q₂t

式中： Φ_t 為設備運行時間，h。

節約總電量 E 計算公式為式（7）。

E=E₁+E₂

糧倉每噸糧食每年用電量U的計算公式為式（8）。

式中： M 為糧倉存糧噸數， t

2.2 數據計算處理

以海南洋浦9-3倉（A型）為計算模型，所計算糧倉幾何尺寸與該糧倉幾何尺寸一致，該平房倉尺寸長 × 寬 × 高為 30m×24m×7.5m ，裝糧高度 6.8m 所存儲糧食為小麥。

2.2.1圍護結構傳熱產生的冷負荷 Q_?1 圍護結構傳熱產生的冷負荷 Q₁ 包括：外墻傳熱產生的冷負荷 Q_q 、屋頂傳熱產生的冷負荷 Q_f 和地坪傳熱產生的冷負荷 Q_d^°

Q_q 和 Q_f 計算公式為式（9）。

式中： K 為外墻傳熱系數， ，根據該倉的實際保溫情況，結合文獻[8]數據參考，下同，取值為 0.58W/（m²?^°C）; F 為傳熱面積，按朝向分別計算，包括東、西、南、北外墻、屋面，傳熱面積分別為 180，180，225，225，720m²;Q_wp 為夏季室外平均溫度，取值為 30^°C;J_p 為太陽平均輻射強度，與地理位置及墻的朝向有關，取值根據GB50019—2015《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》，東向輻射照度 164W/m² 、西向輻射照度 164W/m² 、南向輻射照度 63W/m² 北向輻射照度 104W/m² 水平輻射照度 330W/m²;ρ 為材料外表面對太陽輻射熱的吸收系數，青灰色水泥屋面與墻面 ρ 取值 0.7;α_?w 為墻外表面換熱系數， W/（μ_m²?^°C） ， α_w 取值根據文獻[9]中經驗公式取值，下同，室外平均風速 3m/s 時 α_w= 5 t_n 為低溫庫內要求的溫度，取15^°C 。經計算：外墻傳熱產生的冷負荷 Q_q=2240.46+ ，屋頂傳熱產生的冷負荷 Q_f=11692.56W_? 0

地坪傳熱產生的冷負荷 Q_d ，GB50019—2015規范規定距外墻 2m 范圍內的地面宜計算傳熱形成的冷負荷，計算公式為式（10）。

式中： K_d，F_d 分別是按照距外墻 0～2m 區域的傳熱系數和地坪面積，非保溫地面，傳熱系數取值為 0.47W/（m²?^°C） ），面積為 344m² ，經計算： Q_d =1410W 。

圍護結構冷負荷： Q₁=Q_q+Q_f+Q_d=9254.41+11 692.56+1410=22356.97W=22.36kW

2.2.2倉內風機運行產生的冷負荷 Q₂ 計算。通風方式主要采用機械通風，臺數為2臺，功率為7.5kW，實際運行時2臺設備同時工作。倉內風機運行產生的冷負荷 Q₂=7.5×2=15kW. 。

因此，在6、7、8、9、10、11月份共 180d ，按白天^12h 計算，圍護結構節約電量 E₁=Q₁×12×180= 22.36×12×180=48297.6kW?h_?

通風設備每年運行的月份包括1、2、12月；通風設備每年運行約 192h ，倉內風機運行節約的電量 E_?2=Q_?2×192=2880kW?h

節約總電量： E=E₁+E₂=48297.6+2880 =51177.6kW?h

該糧倉實際儲糧為 3847t ，因此，該糧倉每噸糧食每年用電量 （20

2.3不同儲糧溫度條件下能耗對比分析

地下溫度受到地理位置、地下深度、地質結構、水文條件，以及氣候條件的影響。本研究設定地下所建糧倉可以達到低溫 15^°C 和準低溫 20°C 的儲糧條件，在低溫儲糧條件和準低溫條件下能耗進行分析（其余地區糧倉能耗數據計算同上），計算結果直觀展示了4個地區不同儲糧溫度條件下，地下糧倉比地上糧倉所節約的預計用電量。具體數據如圖1所示。

由圖1可知。地下比地上糧倉儲糧所節約用電量隨糧倉儲糧溫度的升高而降低，這是由于儲糧溫度越高，地上糧倉需要消耗更少的電能對糧倉環境進行制冷，維持儲糧溫度。數據表明，海南1倉、海南2倉、廣東1倉、廣東2倉等4個地下糧倉在儲糧節能方面有優異表現，其每噸糧食每年節約電量均超過 8kW?h ，這一數據揭示了地下糧倉在節能方面的潛力。儲糧溫度在 15^°C 和 20°C 時的能耗差異分別是 1.37kW?h.1.43kW?h （河南1倉、2倉），

1.55kW?h，1.51kW?h （浙江1倉、2倉） ，2.89kW?h /2.76kW?h （廣東1倉、2倉）， 2.75kW?h.3.24kW?h （海南1倉、2倉），當設定儲糧溫度不同時，當地平均氣溫越高（地理緯度越低），地下、地上糧倉儲糧能耗差異越大，即南方城市在建立地下糧倉節能方面的潛力要高于北方城市。

當糧倉的整體的保溫措施相對薄弱，保溫性能 欠佳時，其對外界溫度波動的敏感度較高，導致制 冷設備不得不頻繁啟動和關閉以維持糧食所需的 恒定儲存溫度，進而造成電量的較大消耗。而保溫 措施較好的糧倉則能夠保持較為穩定的儲糧溫度， 電量損耗較小，常見的保溫措施有利用保溫隔熱材 料添加保溫層等，因此，糧倉的保溫隔熱性能也是 影響儲糧節能效果的重要因素。

研究發現，浙江、廣東、河南地區地下淺圓倉每噸糧食每年降溫用節約電量的理論計算值均低于同地區的平房倉每噸糧食每年降溫用節約電量理論計算值。這是由于淺圓倉的儲糧穩定性能較好，平房倉受外界環境氣溫的影響非常明顯，特別是平房倉的上層糧溫。相當一部分平房倉的密閉隔熱效果較淺圓倉較差，房頂和外墻面積大，吸收太陽輻射熱較多；而淺圓倉密閉好，倉頂隔熱措施完善，太陽輻射熱投入倉內相對較少，糧堆受外界氣溫影響較小，并且淺圓倉的單位儲糧的占地面積小，與地表接觸面積小，受地溫的影響比平房倉也要小，因此，糧溫相對于平房倉要穩定，整體的降溫所需電量也較低。但海南地區淺圓倉每噸糧食每年降溫用節約電量的理論計算值要略高于平房倉每噸糧食每年降溫用節約電量的理論計算值。原因在于淺圓倉在結構上具有一定的優勢，但該淺圓倉的保溫措施較薄弱，倉房墻體的保溫系數較大，導致吸收太陽輻射熱增多，進而降溫所需電量較高。

2.4理論模型和調研數據對比

不同地區地下、地上糧倉對比節約能耗數據與對應糧倉實測數據進行比較，結果見表2。

由表2可知，海南1倉、海南2倉和浙江1倉對應倉型調研實測電量數據與理論計算值非常接近，這進一步驗證了理論模型的有效性與準確性。其中，浙江2倉、河南1倉及河南2倉所對應倉型在2023年度采取了全機械通風方式進行糧食冷卻，這一方法與理論計算所使用的制冷及通風兩種降溫儲糧方式不同，因此存在差距。

此外，廣東1倉與廣東2倉的每噸糧食年用電量同樣保持在較低水平，約為 2kW?h ，這一現象主要歸因于兩倉在2022年度剛使用過谷冷機降溫，由于兩倉的倉容較大，糧倉內部形成的冷芯較大，對糧倉的溫度控制更有利；在2023年數據統計中，僅使用了空調進行糧面控溫，合理設置空調降溫參數，并且從全年糧溫監測數據來看，這兩倉所維持的倉溫標準相對較高，減少了制冷需求，因此整體用電量較低。

經理論分析和實地調研計算，地下生態糧倉相較于采用制冷與通風兩種方式儲糧的地上糧倉，在達到低溫或準低溫儲藏條件下，每噸糧食每年可以節省約 4～14kW?h 的用電量。這是由于與傳統的地上糧倉相比，地下糧倉因其出色的保溫性能，在安全儲藏期間，能源消耗方面展現出了顯著的優勢，更加省電。這主要歸功于地下糧倉獨特的保溫特性，糧倉四周被厚實的土層所包圍，這種天然的保溫層有效地隔絕了外界溫度的影響，使得糧倉內部溫度相對穩定。這種穩定性減少了糧倉對外部環境的依賴，降低了調節倉內溫度所需的能耗。尤其在炎熱的夏季，土層能夠阻擋太陽輻射產生的熱量，防止其穿透并加熱糧倉內部，從而減少了空調或冷卻系統的使用。

綜上所述，地下糧倉作為一種創新的儲糧解決方案，憑借其利用地下空間固有的低溫特性及卓越的保溫性能，有效阻隔了外界溫度變化對糧倉內部環境的干擾，不僅在降低能耗方面展現出顯著優勢，還極大提升了糧食儲存的品質。因此，推廣生態地下糧倉為糧食儲存領域的可持續發展開辟了新路徑。

3結論

本研究通過對河南、廣東、浙江、海南等地現場調研數據與理論計算數據進行對比分析，對地下糧倉相對于地上糧倉在制冷和通風方面的能源消耗進行了研究，并得出以下結論。

① 地下糧倉在節能減碳方面具有顯著優勢。通過調研和理論模型計算，地下糧倉相較于地上糧倉在靜態控溫儲糧方面能夠顯著節約能源、減少碳排放。具體表現為每噸糧食每年可以節省約4＼～14kW?h 的用電量，尤其在低緯度地區，地下糧倉的節能效果更為突出。

② 理論模型驗證有效。結合傳熱學理論建立的數學模型，對2種類型糧倉的節能數據進行預測，并與實際調研數據進行對比，結果顯示理論模型計算值與實測值非常接近，驗證了模型的有效性和準確性。

放，還能提升糧食儲存品質，為糧食儲藏行業的可持續發展開辟新路徑，也為政府相關政策制定提供了參考，助力糧食儲藏行業的綠色發展。

③ 地下糧倉推廣助力糧食儲藏行業綠色發展。地下糧倉憑借其卓越的保溫性能和節能效果，在糧食儲藏領域具有廣闊的應用前景。推廣生態地下糧倉不僅能夠降低糧食儲存過程中的能耗和碳排

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