[01381354]利用变温带地能实现浅埋仓准低温/低温储粮的研究

1、任务来源 国家十二五科技计划项目（2011BAD03B00） 2、应用领域和技术原理 本课题属于浅层地热能利用方向的应用基础研究。以变温带地下仓为研究对象,采用数据调研、理论推导与建模分析相结合的研究方法,通过正确、合理的系统建模,以及传热学、热力学和数学最优化方法的计算分析,在考虑粮食呼吸热、气温及不同冷却方式的前提下,对我国不同气候区域地下仓内粮堆温度变化规律及储仓埋深的选择和优化进行了深入的研究,为解决地下仓储粮的关键技术问题提供理论依据和技术支持。 3、性能指标 （1）建立了不考虑地下水流动的土壤传热模型,模型中考虑了环境温度变化、岩土导热系数和储粮时间周期等因素,通过对模型的积分求解,提出了适用于不同气候区域（全国25个代表城市）、不同埋深的地下仓储粮的变温带表征地温。对比地上仓储粮的温度标准,即低温储粮（15℃）、准低温储粮（20℃）和常温储粮（20℃以上）,针对我国五大气候区域的25个代表城市,该参数可反映某地区地下建仓储粮的温度适宜程度。 （2）根据郑州市中牟金地粮食物流园区地下实仓的埋藏条件,建立了地下仓系统瞬态传热模型,并对模型进行了求解,通过实测数据对理论模型的有效性与正确性进行了验证。在此基础上,根据五个气候代表城市的具体条件,研究了不同气温、不同埋深、储粮前的不同冷却模式等条件对粮堆温度的影响。以粮堆最高温度为优化目标,以气温、埋深等参数为独立变量,采用约束变尺度方法对地下仓系统进行了优化研究,得到了考虑粮食呼吸热等条件的最佳埋深变化规律。 4、与国内外同类技术比较,成果的创造性、先进性 上世纪50年代,英法等西方国家相继对低温储粮进行了研究,特别是高水分粮冷藏;70年代,日本对含水量14.5%-15%的糙米过夏,主要采用低温仓（15℃）、准低温仓（20℃）和常规仓（23℃）三种方式储藏。国外地下仓库主要用来储存水、原油和天然气、零售物品、档案材料、太阳能和各种车辆等。例如芬兰在岩层中已建的油料仓库;瑞典、挪威、法国、美国和前苏联都建有岩石洞库;美国最著名的地下粮仓库是堪萨斯城与地下空间委员会联合修建的,作为仓库和工业联合体工厂;前苏联的洞库用来储存粮食和农产品,法国和其他酒类生产国用地下仓库贮存葡萄酒已有几百年的历史。由于体制不同,我国粮食生产、储藏和供应体系与西方国家有较大差异,国外尚无针对大型地下粮仓的专门研究可供我们借鉴。地下储粮是一种古老的储粮方式,上世纪70年代起利用地下洞库储藏我国军队用粮和战备用粮的成功实践。但是,在现阶段采用地下仓储粮,要使粮食达到长期高品质储存的目的,仍缺乏针对储粮所需地温等相关内容的深入研究。 本项目成果的创造性、先进性主要在于： （1）初步提出了适用于不同气候区域、不同埋深的地下仓储粮的变温带表征地温。对比地上仓储粮的温度标准,即低温储粮（15℃）、准低温储粮（20℃）和常温储粮（20℃以上）,针对我国五大气候区域的25个代表城市,该参数可反映某地区地下建仓储粮的温度适宜程度。 （2）根据五个气候代表城市的具体条件,研究了不同气温、不同埋深、储粮前的不同冷却模式等条件对粮堆温度的影响,得到了考虑粮食呼吸热等条件下地下仓粮堆温度随埋深变化的规律。 5、作用意义 本课题以变温带地下仓为研究对象,采用数据调研、理论推导与建模分析相结合的研究方法,通过正确、合理的系统建模,以及传热学、热力学和数学最优化方法的计算分析,在考虑粮食呼吸热、气温及不同冷却方式的前提下,对我国不同气候区域地下仓内粮堆温度变化规律及储仓埋深的选择和优化进行了深入的研究,为解决地下仓储粮的关键技术问题提供理论依据和技术支持。 采用地下仓储粮,以稻谷为例,每年可节约用于粮堆通风降温的运行费用大约6.44万元/万吨。我国粮食年产量在57000万吨以上,以半数计,在粮食储藏过程中,该课题研究成果如能在不同地区粮食储仓等项目中的得到推广应用,将产生18亿元的经济效益。同时,由于减少了常规能源的消耗,降低了CO2的排放。如果按1000万m3粮仓建筑转化为地下仓计算,采用这种储粮方式每年可节约标准煤12万吨,减少烟气排放量1亿m3,有着巨大社会效益和显著的环境效益,对社会经济发展意义十分重大。 6、推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见 粮食储存于地下仓内,利用地下自然低温、低湿和密闭缺氧环境达到抑制虫霉危害和延缓陈化的目的,是利用地下岩土特有的相对恒温密闭效应,使仓内粮食符合低温、环保、绿色储藏要求。在全球节能减排大背景环境下,积极发挥地下仓储粮环境优势,利用自然生态资源,依靠科学的地下储粮技术,有着广阔的发展前景和开发利用空间。同时在保证储粮安全的前提下,可有效降低费用、节约能源、减少污染、降低消耗。