國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中木質(zhì)包裝熱處理最低溫度的判定

摘要 [目的]解決WTO《SPS協(xié)議》下植物檢疫措施ISPM15標(biāo)準(zhǔn)中熱處理指標(biāo)判定科學(xué)性的問題，避免因判定產(chǎn)生的誤區(qū)導(dǎo)致該標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行過程中處理結(jié)果無效，降低有害生物疫情傳播的風(fēng)險(xiǎn)。[方法]設(shè)計(jì)了不同采樣點(diǎn)樣本溫度試驗(yàn)，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)SN/T2371-2009中提及的美國(guó)森林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室Simpson等人的預(yù)測(cè)模型理論公式，對(duì)木質(zhì)包裝堆放的樣本內(nèi)部溫度分布進(jìn)行理論推導(dǎo)，探討樣木內(nèi)部溫度分布對(duì)溫度判定的影響、木質(zhì)包裝的堆放對(duì)最低溫度判定的影響、窯體內(nèi)溫度場(chǎng)對(duì)溫度判定的影響。[結(jié)果] 提出了一種科學(xué)判定標(biāo)準(zhǔn)中最低溫度的方法和原則，即具有代表性的樣木溫度判定位置只需要控制在中心點(diǎn)附近即可，但建議將判定溫度提高5%;最低溫度的判定樣木的厚度不是與最厚的木質(zhì)包裝一致，而是應(yīng)該選擇整窯包裝中堆放緊密的總厚度最大值作為樣本（如樣本厚度是5 cm時(shí)，使用木材中心溫度記錄儀6 cm樣木;若樣本厚度是6 cm，使用木材中心溫度記錄儀8 cm樣木）;樣木的位置需要根據(jù)窯體實(shí)測(cè)溫度場(chǎng)的情況選擇低溫點(diǎn)放置;所有的影響因素中樣木的厚度對(duì)溫度判定的影響最大。[結(jié)論]在這個(gè)原則和方法下，樣木的指示溫度可以作為整批處理對(duì)象是否符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的判定依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ISPM15 標(biāo)準(zhǔn);指標(biāo)溫度;判定;木質(zhì)包裝;熱處理

中圖分類號(hào) S784 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）33-11983-03

Judgment of Minimum Temperature in Heat Treatment of Wood Packaging in International Standards

SONG Jie

（Nanjing Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau， Nanjing， Jiangsu 210001）

Abstract [Objective] To improve the scientificity of heat treatment judgement indicators mentioned in ISPM15 standard， avoid invalid execution results and reduce the risk of pest outbreak. [Method] Temperature experiments were conducted in various sample plots， using prediction model theory formula provided by Simpson from USA Forest Products Laboratory mentioned in SN/T2371-2009， theoretical derivation was conducted on inner temperature of wood packaging stacking. Effects of inner temperature， wood packaging stacking and temperature field on judgement of temperature were discussed. [Result] A scientific method and principle for judging minimum temperature was proposed， namely representative judgement position should be fixed around the central point， it was suggested that the judgement temperature should be improved by 5%; width of sample wood is not consistancy with the thickest wood packaging（for example， when wood width is 5 cm， wood center temperature recorder is 6 cm; when wood width is 6 cm， temperature recorder is 8 cm）; minimum temperature position for sample wood was selected according to measured temperature field; wood width has the most significant influence to temperature judgement. [Conclusion] Under this principle and method， the indicated temperature of sample wood can be used as judgment evidence of whether the whole batch of objects are in accordance with international standards.

Key words ISPM15 standard; Indicated temperature; Judgment; Wood packaging; Heat treatment

基金項(xiàng)目 國(guó)家質(zhì)檢總局基金項(xiàng)目（2012IK277）新型太陽能應(yīng)用于熱處理技術(shù)的基礎(chǔ)研究;江蘇出入境檢驗(yàn)檢疫局項(xiàng)目（2009KJ47）環(huán)境參數(shù)數(shù)學(xué)模型在木質(zhì)包裝熱處理中的應(yīng)用研究;中美合作子課題。

作者簡(jiǎn)介 宋杰（1978-），男，山東掖縣人， 工程師，碩士，從事植物檢疫等方面研究。*通訊作者，吳晶，女，河南新鄉(xiāng)人， 農(nóng)藝師，碩士，從事植物檢疫研究。

收稿日期 2014-07-28

WTO《SPS協(xié)議》下植物檢疫措施ISPM15標(biāo)準(zhǔn)中提及的最低溫度如何判定一直是企業(yè)與監(jiān)管部門的困惑，如何保證樣木的指示溫度能作為整批處理對(duì)象的判定指標(biāo)目前還沒有科學(xué)論證。在以往的研究中認(rèn)為檢驗(yàn)檢疫熱處理與木材干燥的主要區(qū)別在于熱處理升溫階段溫度的要求較木材干燥高，熱處理在升溫階段要求木心溫度最低達(dá)到 56 ℃，但在處理中經(jīng)常出現(xiàn)諸多問題。在研究熱處理失效因素的過程中，有學(xué)者認(rèn)為可能是中心溫度或持續(xù)時(shí)間沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，或者是原材料經(jīng)打捆熱處理而不是做成卡板一塊一塊堆放在一起處理的問題;也有人認(rèn)為打孔放置溫度探頭記錄熱處理過程中的材心溫度存在技術(shù)缺陷，熱處理過程中控制系統(tǒng)的溫度探頭無法準(zhǔn)確測(cè)量材心溫度等等[1-5]。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中的確發(fā)現(xiàn)了處理效果不能達(dá)到實(shí)際要求的現(xiàn)象，因此認(rèn)為實(shí)際操作中木質(zhì)材料熱處理除害的關(guān)鍵在于如何確定木材的中心溫度[6]，為此研究人員設(shè)計(jì)了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型以及科學(xué)試驗(yàn)[7-8]。

現(xiàn)行的方法對(duì)所測(cè)木質(zhì)包裝溫度能夠準(zhǔn)確指示，但作為整批處理的包裝不具有實(shí)際判定意義，或者說不能科學(xué)地代表整批被處理包裝的結(jié)果。該文通過理論公式的推導(dǎo)并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出在整批處理過程中如何科學(xué)地判定標(biāo)準(zhǔn)中所述的最低溫度，同時(shí)對(duì)樣木的溫度判定提出了溫度指示合理區(qū)域的假設(shè)。通過溫度指示合理區(qū)域可以判定樣木的最低溫度，根據(jù)理論公式和試驗(yàn)提出主要參數(shù)影響規(guī)律，根據(jù)這個(gè)規(guī)律科學(xué)選擇樣木并放置在同批處理的木質(zhì)包裝的具有代表性的位置，就能根據(jù)樣木的溫度讀數(shù)，科學(xué)地判定整批包裝的處理是否符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣就可以減少因判定方法不科學(xué)而導(dǎo)致的處理效果無效的情況，同時(shí)降低有害生物隨之傳播的風(fēng)險(xiǎn)。

1 材料與方法

1.1 樣木溫度試驗(yàn) 采用厚度為16 cm的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)方體樣木，橫截面為16 cm×16 cm，長(zhǎng)度40 cm，在側(cè)面距離橫截面14 cm處中間位置每間隔2 cm依次鉆孔Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，深度依次為14、12、10和8 cm，埋置溫度記錄儀（杭州澤大ZDR系列多通道溫度記錄儀），放置在恒溫恒濕箱中約加熱24 h，預(yù)熱溫度25 ℃，以保持木材初溫一致，加熱溫度設(shè)置65 ℃，試驗(yàn)重復(fù)3次，各點(diǎn)溫度最高值取平均。

1.2 木質(zhì)包裝堆放影響推導(dǎo) 研究木質(zhì)包裝堆放產(chǎn)生的差異，使用標(biāo)準(zhǔn)SN/T2371-2009中提及的美國(guó)森林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室Simpson等人的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行理論推導(dǎo)計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣木內(nèi)部的溫度分布 樣木不同厚度位置達(dá)到的最高溫度不同，最低溫度在Ⅳ點(diǎn)位置，Ⅲ、Ⅳ兩點(diǎn)溫度差0.1 ℃，厚度差異比25%;Ⅱ、Ⅳ兩點(diǎn)溫度差1.01 ℃，厚度差異比50%;Ⅰ、Ⅳ兩點(diǎn)溫度差1.74 ℃，厚度差異比75%。圖1為多通道溫度記錄儀記錄下來的4個(gè)位置溫度變化情況。

表1 加熱過程中木塊不同位置達(dá)到的最高溫度

圖1 木塊加熱過程溫度曲線

2.2 堆放方式使用公式計(jì)算差異 單個(gè)木質(zhì)包裝A厚度為d，木材中心位置如圖2上所示，樣木厚度為A，溫度探頭的埋置深度應(yīng)為d/2處，記錄溫度為TA;當(dāng)兩個(gè)同樣的木質(zhì)包裝A層疊擺放后，其總厚度為應(yīng)為2 d，木材中心溫度如圖2下所示，樣木厚度應(yīng)設(shè)定為B，探頭的埋置深度應(yīng)為d處，

記

錄溫度為TB，兩種情況在相同的加熱條件下達(dá)到的溫度完

全不同。

假定：t、Tht，Tinit，M，G均為固定值，則

t=45.36（Tht）-2.954（Tctr）2.996（Tinit）-0.261 6（D）2M-0.094 6G0.215 8（1）

式中：t——到達(dá)目標(biāo)溫度預(yù)計(jì)的時(shí)間（min）;Tht——加熱溫度（℉）;Tctr——目標(biāo)溫度（℉），文中所求的中心溫度;Tinit——木材初溫（℉）;D——正方形邊長(zhǎng)（in），文中為木材厚度d;M——木材含水率，%;G——基本比重 （g/ cm3）。

得出：TA/TB=4-2.996=1.588 4，即同樣相同的木質(zhì)包裝疊加后，木材中心的溫度差值高達(dá)1.588 4倍。

圖2 木塊疊加對(duì)溫度測(cè)量點(diǎn)影響的示意圖

2.3 風(fēng)場(chǎng)對(duì)溫度場(chǎng)的影響 熱處理窯內(nèi)的溫度場(chǎng)受熱源與風(fēng)場(chǎng)的影響。如圖3所示，垂直方向的溫度高低順序依次為①>②>③>④;水平方向的溫度高低順序?yàn)棰?⑧，⑥>⑨，⑦>⑩。根據(jù)SN/T2371-2009附錄A中熱處理庫(kù)的技術(shù)要求，熱處理庫(kù)投入使用前溫度場(chǎng)各點(diǎn)溫度差異不得≥2 ℃，但如果木包裝堆放后改變了風(fēng)場(chǎng)必然會(huì)影響溫度場(chǎng)分布，因此在實(shí)際處理中溫度差異可能會(huì)超過2 ℃。

圖3 熱處理窯風(fēng)場(chǎng)示意圖

3 討論

3.1 樣木內(nèi)部溫度分布對(duì)判定的影響 加熱過程中木材中心點(diǎn)溫度可能不是最低溫度。在持續(xù)加熱模式下（熱處理窯未發(fā)生異常情況下），木材中心點(diǎn)與鄰近位置（25%差異范圍內(nèi)）達(dá)到的最終溫度差異不大（一般在0.16%以內(nèi)），并且在理論上最低溫度點(diǎn)常常在偏離中心點(diǎn)位置。所以，認(rèn)為這與木材的熱傳導(dǎo)性能有關(guān)，木材在由外向內(nèi)加熱時(shí)，熱傳導(dǎo)速率與內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接相關(guān)。只有在木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全均勻且外部參數(shù)一致的情況下，熱傳導(dǎo)速率才能相同，最低溫度才有可能在木材中心點(diǎn)。但在實(shí)際中木材內(nèi)部的結(jié)構(gòu)完全不是均勻的，外部環(huán)境也可能完全相同，因此熱傳導(dǎo)速率一定存在差異。這樣一來，木材中心點(diǎn)的溫度就與中心點(diǎn)發(fā)生偏離。如此看來，ISPM15號(hào)出版物在2009年修訂時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題，所以將“木材中心溫度”的表述改為“木料整體達(dá)到最低溫度”。

3.2 木質(zhì)包裝的堆放對(duì)最低溫度判定的影響 木材堆放方式對(duì)加熱過程產(chǎn)生顯著影響，通風(fēng)導(dǎo)熱良好的單層木質(zhì)包裝的加熱速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于通風(fēng)不良堆放緊密的木質(zhì)包裝。堆放方式影響溫度認(rèn)為有兩個(gè)方面：第一，堆放緊密等同與加熱對(duì)象的厚度增加，而厚度是影響加熱溫度的最主要因素之一;第二，堆放緊密影響加熱環(huán)境通風(fēng)，導(dǎo)致加熱對(duì)象下風(fēng)向方向受熱面明顯偏低，進(jìn)而影響升溫速率。

3.3 窯體內(nèi)溫度場(chǎng)對(duì)溫度判定的影響 窯內(nèi)溫度場(chǎng)是不均勻的，排除包裝堆放的影響，窯內(nèi)溫度場(chǎng)受循環(huán)風(fēng)速的影響呈現(xiàn)一定規(guī)律，一般情況下以熱源為溫度的最高點(diǎn)，按照風(fēng)的循環(huán)方向呈下降趨勢(shì)，若窯內(nèi)風(fēng)向?yàn)殡p向循環(huán)，溫度隨風(fēng)向改變也會(huì)發(fā)生變化，雙向循環(huán)的熱處理窯內(nèi)溫度場(chǎng)受包裝擺放的影響而呈現(xiàn)不規(guī)則情況，這對(duì)樣木的擺放制造了難度。不過一般來說，窯內(nèi)的溫度場(chǎng)內(nèi)的幾個(gè)特征點(diǎn)基本上可以代表著最高與最低溫度，分別是循環(huán)風(fēng)口方向的近地面與頂部，中心位置近地面、中心點(diǎn)與頂部，兩側(cè)的底部、中心與頂部。不同窯體受地面、墻面、庫(kù)門等保溫條件以及循環(huán)風(fēng)機(jī)等影響因素，溫度場(chǎng)會(huì)有差異，這需要企業(yè)自己通過實(shí)測(cè)后對(duì)特征進(jìn)行記錄，在實(shí)際生產(chǎn)中摸索。

4 結(jié)論

（1）樣木溫度的測(cè)定。根據(jù)“3.1”中討論結(jié)果得出具有代表性的樣木溫度判定位置只需要控制在中心點(diǎn)附近即可，但建議將判定溫度提高5%，以確保處理過程和結(jié)果能夠符合要求。

（2）樣木厚度的選擇。根據(jù)“3.2”中的討論，建議最低溫度的判定樣木不是與最厚的木質(zhì)包裝一致，而是應(yīng)該選擇整窯包裝中堆放緊密的總厚度最大值作為樣本，在厚度確定后還應(yīng)該適當(dāng)考慮含水率，材種密度等因素，這里可以參照使用該研究設(shè)計(jì)的木材中心溫度記錄儀向上取偶數(shù)的方法使用（即樣本厚度是5 cm時(shí)，使用木材中心溫度記錄儀6 cm樣木;若樣本厚度是6 cm，使用木材中心溫度記錄儀8 cm樣木）。

（3）樣木位置的要求。樣木的位置需要企業(yè)根據(jù)窯體實(shí)測(cè)溫度場(chǎng)的情況選擇低溫點(diǎn)放置，這樣才能保證在樣木的最低溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，窯內(nèi)所有處理對(duì)象均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，使得樣木的讀數(shù)具有實(shí)際判定意義。

（4）判定方法的原則。樣木厚度的選擇是至關(guān)重要的，樣木選擇厚度超過單一或者堆放緊密的厚度最大值向上取整或適當(dāng)增加，在取整或適當(dāng)增加后對(duì)木材的含水率、材種密度等參數(shù)可以忽略。當(dāng)然最好選擇材種密度大的作為樣木，這樣將更具有代表性;樣木溫度的測(cè)定探頭放置在中心點(diǎn)附近即可，合理的誤差范圍顯示的指示溫度對(duì)處理的結(jié)果沒有影響;樣木放置的位置必須選擇窯內(nèi)風(fēng)場(chǎng)的最低值處，這點(diǎn)非常重要，如果不能完全確定，可以在風(fēng)場(chǎng)的基本特征點(diǎn)均放置樣木，以溫度最低的樣木作為判定指示。

5 結(jié)語

對(duì)木質(zhì)包裝熱處理最低溫度判定提出了基本原則。在該原則下，樣木的指示溫度可以作為整批處理對(duì)象是否符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的判定依據(jù)，可以認(rèn)為處理的結(jié)果會(huì)是令人滿意的。如果原則中提到的幾個(gè)方面有未達(dá)到，則認(rèn)為樣木的指示溫度可以代表整批對(duì)象的處理結(jié)果是不科學(xué)的。因此，

建議企業(yè)和監(jiān)管部門應(yīng)該重視國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行過程中的判定方法和原則，這將對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行起到重要的作用，同時(shí)也希望國(guó)際植物保護(hù)組織（IPPC）秘書處在制定標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候能一并考慮到結(jié)果判定的原則和方法。

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