Термодинамічні розрахунки при зберігання зерна

Думка експерта

Сьогодні, 09:01

6

На сайті Elevatorist.com 22.07.26 року була надрукована моя стаття по новій концепції будівництва підлогових складів для зберігання зерна. 

Але, нова концепція будівництва підлогових складів, для зберігання зерна, в стадії динамічного розвитку, і є можливість продовжити обговорення цього питання. Стиль викладання матеріалу такий же, як і перша публікація, «все відоме — але побачене під іншим ракурсом».

Коли я почав розвивати тему будівництва зернових складів з використанням сучасних будівельних технологій, зокрема монолітного залізобетонного каркасу, у мене було тільки відчуття, що це перспективний напрямок, але не було ще жодних розрахунків по цій концепції. А коли почав моделювати фізичні процеси, які відбуваються при збереженні зерна в металевих силосах, та процеси, які будуть відбуватись, якщо використати запропоновану мною концепцію будівництва підлогових складів, мене вразили несподівані для мене результати.

Одразу хочу зауважити, що я не прихильник конфліктного сценарію, та не ставлю за мету за рахунок критики існуючого, просувати свій проект. Тут я повторюю те, про що вже писав. В Україні, в питаннях збереження зерна, є умовно два паралельних процеси, один з них — це зерно, яке йде на експорт. Другий — це зерно, яке йде на переробку в межах країни. Експортне зерно зараз зберігають в металевих силосах, і це на сьогодні економічно доцільний варіант, бо він задовольняє сьогоденні потреби експортерів та імпортерів. Але все пізнається в порівнянні. До того ж про те, що буде надано далі, і мені не все раніше було відомо, можу припустити, що я в цьому був не один.

Почнем зі збереження зерна в металевих силосах. З перших чисел серпня в цьому році, в Україні була температура повітря на два градуси вище ніж за звичай, а в абсолютних цифрах, це до +34ºC, а в окремих регіонах до +38ºC. Подібний температурний стрес ми вже пережили в липні цього року. В Європі та ж сама картина, але в межах +40ºC та більше цього. По прогнозах синоптиків, тенденція підвищення температури повітря на Землі буде мати стійкий характер і в наступні роки.   

Тепер, як це впливає на збереження зерна в металевих силосах. При температурі зовнішнього повітря +30ºC, сонячна сторона металевого оцинкованого силосу нагрівається до +70ºC і таку ж температуру отримує зерно, яке торкається стінки металевого силосу.

Якщо стіни силосу покриті пилом, а цинкове покриття від часу потемніло, а при цьому температура зовнішнього повітря буде вище +30ºC, тоді нагрів стіни силосу буде рухатись в сторону +80ºC та більше цього.

Дослідим, як буде змінюватись температура зерна, в середині металевого силоса, якщо початкова температура зерна була +25ºC.

Денатурація білка в зерні починається з температури +48ºC. Для того, щоб розуміти, куди рухатись, потрібно розуміти де знаходимось, це по-перше. По-друге, є над чим замислитись переробникам, кінцевий продукт яких залежить від якості зерна (сировини). Так, дехто може сказати, працювали і горя не знали, а тут почали залякувати. А можна сказати по-іншому, це ще не використаний резерв. А що з цим резервом чинити, кожен вирішить самостійно.

Тепер повертаємося до підлогових складів з використанням монолітно-каркасної технології будівництва. Візьмемо для прикладу одно-модульний склад з неповною механізацією. Про можливі варіанти конструкцій підлогових складів надана інформація в попередній публікації, тому пропускаю опис конструкції, та інші її характеристики. 

В наданій конструкції є чотири варіанти конструкції стіни, але більше 70% площі приходиться на прямокутні осередки, які утворюються між горизонтальними балками та вертикальними колонами. Тому, розглянемо цей варіант стіни складу докладніше. Поперечний розріз такої стіни буде наступний:

• Оцинкований профлист, з товщиною - 0,45 мм;
• Повітряний прошарок — майже 750 мм;
• Металева ґрунтована внутрішня стіна зернового складу — 4 мм.
• Далі буде знаходитись зерно.

Маючи повітряний прошарок майже 750 мм, я рахував що я «на коні», що при зовнішній температурі повітря +30ºC, температура внутрішньої стінки складу буде в межах + 25ºC, але розрахунок повернув мене «на землю».

Як бачимо, температура внутрішньої стіни складу, при зовнішньому нагріві профлиста до +70ºC, може бути в межах +(42 – 45)ºC.

Якщо при цьому, зерно в складі мало початкову  температуру приблизно +25ºC, тоді зона нагріву зерна від сонячного випромінювання, буде в межах, як показано на малюнку. Так, +(42 – 45)ºC — це менше температури ніж +48ºC, при якій зерно «живе», стає зерном «мертвим», але це не те що хотілось би мати.

Висновок очевидний, повітряний прошарок зменшує температуру, але цього недостатньо, треба ще додаткова термоізоляція.

Тоді я розглянув оптимальний температурний режим для збереження зерна в складі. Припустим, температура зерна в складі +10ºC, тоді яку треба мати термоізоляцію стіни складу, щоб зовнішня температура +30ºC, не впливала на зерно, яке знаходиться в складі.

Згідно розрахунку, товщина термоізоляції має бути в межах 80 мм. В якості утеплювача, в розрахунку використовувалась мінеральна вата. В підсумку ідеально, але хотілось би дешевше. Для спрощення сприйняття інформації, я зараз пропускаю опис розрахунків на наявних ще трьох варіантах конструкції стіни складу. Там ситуація краща, але тенденції такі ж.

Подальший аналіз варіантів конструкції складу привів до трьох можливих варіантів, з правом Замовника вибирати на свій розсуд.

1. Залишити початковий варіант конструкції складу:

• крашений в світлі кольори (!) профлист -Δ 0,45 мм;
• повітряний прошарок, в межах 650 мм;
• внутрішня стіна складу з оцинкованого металу Δ 4 мм;
• далі зерно.

2. В конструкції складу використати утеплювач (мінеральна вата). Тоді конструкція стіни буде наступна:

• крашений в світлі кольори (!) профлист -Δ 0,45 мм;
• повітряний прошарок, в межах 570 мм;
• утеплювач внутрішньої стіни складу Δ 80 мм;
• внутрішня стіна складу з оцинкованого металу Δ 4 мм;
• далі зерно.

3. В конструкції складу використати сендвіч панелі. Тоді конструкція стіни буде наступна:

• сендвіч панелі – Δ 50 мм;
• повітряний прошарок – 590 мм;
• внутрішня стіна складу з оцинкованого металу Δ 4 мм;
• далі зерно.

Кожний з трьох наданих варіантів має право на життя. Якщо порівнювати по вартості другий  та третій варіанти, то вартість будівництва, в варіанті матеріали + робота, буде майже в одному ціновому діапазоні, з мінімальною перевагою в більшу сторону для сендвіч панелей, але по термінах виконання робіт, по кількості застосовуваних матеріалах, по наявному «головному болю», по якості готового продукту - сендвіч краще, але це вирішує Замовник. 

Сьогодні була суцільна фізика, розділ – термодинаміки, але це те «яйце», з якого має вирости «курка». Повертаючись до того що вже сказав, для того щоб щось робити, потрібно розуміти які є варіанти, та що з цього вийде.

Дмитро Шкорупеєв, керівник проектів по будівництву, технолог, конструктор, аналітик

Думка експерта