不同橫向通風方式降溫保水效果對比研究

許建雙，王學正，安超楠，白國偉，彭超遠，李喜洋，陳 峰，張 杰

（1. 中央儲備糧南陽直屬庫有限公司，河南 南陽 473000；2. 中國儲備糧管理集團有限公司河南分公司，河南 鄭州 450000；3. 中國儲備糧管理集團有限公司河南分公司質檢中心，河南 鄭州 450000）

目前，橫向通風是一種新型的平房倉儲糧通風技術[1-2]，主要由固定于平房倉檐墻兩側的通風口、主風道、豎向支風道及其他附件組成。作業時，在糧面覆膜形成的密閉糧堆，氣流由一側通風口吸入并橫向穿過糧堆后從另一側通風口排出，從而對糧堆進行通風作業，實現通風目的。

近年，橫向通風技術應用的糧食品種主要是小麥[3]和稻谷[4]，而玉米和大豆鮮見報道。多數研究者對橫向通風技術從理論和實倉做了大量的探索研究，Thorpe G R[5]、王遠成[6]等假設糧堆是連續性、均勻分布的多孔介質，糧堆內部滿足局部熱濕平衡原理，建立了儲糧通風過程中糧堆內部流動及熱濕耦合傳遞的數學模型，張波[7]等采用計算流體動力學方法對房式倉糧堆建立了描述糧堆內部熱濕傳遞的數學模型并對橫向谷冷通風過程進行三維數值模擬，得到平房倉橫向谷冷通風過程中溫度和水分變化的規律，均為橫向通風奠定了理論依據。許多研究者對谷物冷卻、環流熏蒸、通風效果、充氮氣調、惰性粉殺蟲在實倉橫向通風系統應用中做了探索研究，祝祥坤[8]等在儲藏稻谷的高大平房倉中應用橫向通風系統，發現橫向通風具有風量分配均勻，通風均勻性好，單位糧層阻力小于豎向通風；沈邦灶，王飛[9]研究環流熏蒸在橫向通風系統中的應用，發現橫向通風系統可使磷化氫氣體在糧堆內快速而均勻地形成有效濃度；沈波[10]等用移動式膜分離制氮機對具有橫向通風系統的糧堆進行富氮低氧實驗，結果表明，橫向通風系統適合富氮低氧工藝。目前，關于不同橫向通風方式的對比分析的研究文獻鮮見報道，本文采用兩種不同橫向通風方式進行實倉實驗，對比分析通風降溫效果、均勻性，為實倉更好的應用橫向通風技術提供一些參考。

1 材料和方法

1.1 試驗倉房和糧食

根據糧食入庫時間、產地、品質、糧溫、倉房等條件，選擇號11倉和15號倉為試驗倉房，均為雙T板高大平房倉，雙側通風，倉庫跨度30 m，長36 m，裝糧高度6 m，全部儲存小麥。具體數量和質量情況見表1。

表1 供試糧食情況

1.2 橫向通風系統

風道口：雙側各 2個風口，設置在倉房雙側檐墻底部，長寬50*50 cm；主風道：分置于倉房雙側檐墻內壁底部，橫截面為斜面梯形，寬40 cm；支風道：固定于雙側檐墻內壁，倉門兩側支風道間距為480 cm，倉門中間支風道間距為240 cm，均勻分布，兩端支風道離墻70 cm左右，通風途徑比1.11～1.16，支風道開豎向橋式孔，開孔率不大于30%，見圖1。

圖1 橫向通風裝置示意圖

1.3 主要設備

橫向通風專用離心風機，型號CFLH–7.5A：河南未來機電有限公司；糧情電子測溫系統，主機型號 XS–CIII：鄭州鑫勝電子科技有限公司；電熱烘箱，型號FXB–101–1：上海樹立儀器儀表有限公司；聚氯乙烯薄膜，厚度12 mm：鄭州糧好倉儲設備有限公司。

1.4 方法

1.4.1 覆膜式橫向通風工藝方法

冬季通風期間，嚴格按照機械通風技術規范的要求（LS/T 1202—2002 儲糧機械通風技術規程），選擇適合通風的溫濕度條件，在 11號倉東側兩個通風口對接11 Kw專用離心風機，西側兩個通風口全部打開，糧面用聚氯乙烯薄膜全部覆蓋并密封嚴實，進行橫向通風降溫作業，見圖 2。

圖2 覆膜式橫向通風示意圖

1.4.2 揭膜式橫向通風工藝方法

冬季通風期間，嚴格按照機械通風技術規范的要求（LS/T 1202—2002 儲糧機械通風技術規程），選擇適合通風的溫濕度條件，在15號倉東西兩側4個通風口對接11 Kw專用離心風機，糧面采用分段揭膜方法，將糧溫由倉房中央向東西兩側分步實施通風降溫。第一階段倉房中段糧堆寬度10 m，每次揭膜寬度1 m，東西兩段糧堆各寬10 m用聚氯乙烯薄膜密封嚴實，直至倉房中段糧溫降至目標糧溫；第二階段倉房東西兩段糧堆各寬10 m糧堆每次均保持揭膜寬度1 m，倉房中段糧堆用聚氯乙烯薄膜密封嚴實，直至倉房兩側糧溫降至目標糧溫，見圖3。

1.4.3 檢測方法

在通風作業前后，按照扦樣規定要求，定點定層對 11、15#倉進行扦樣，每倉 5個樣品，混倉1份，分層樣品4份，全倉分4層，每層距離糧面0.5、1.5、3.0、4.5 m、混倉樣品一份，水分按照GB/T 5497—1985的方法進行測定。

1.5 數據處理

用糧溫均勻度來衡量通風均勻性，即用100%減去糧堆所有溫度檢測點實測溫度變異系數的百分數。

式中Jt—糧溫均勻度，其值越接近100%，均勻度越好；Ct—糧堆溫度的方差變異系數，即結束通風后所有測溫點的溫度標準方差與糧溫平均值加上 50 ℃的比值，反映了各檢測點糧溫與平均糧溫離散程度的相對大小，值越小均勻性越好；

St—稱為樣本標準差，反映了樣本離散程度的相對大小，在此為所有檢測點溫度的標準差：

ti—任一檢測點的溫度實測值；i—檢測點的序號，i=1,2,3,??,n；—所有檢測點糧溫的平均值n—檢測點總數量。

用糧食平衡水分均勻度來衡量糧堆全部水分檢測點水分分布均勻程度，即用100%減去糧堆所有水分檢測點實測水分變異系數的百分數。

式中Jm—糧堆平衡水分均勻度，其值越接近100%，均勻度越好；Cm—糧堆水分變異系數，即結束通風后所有檢測點的水分標準差與平均水分的比值，反映了各檢測點糧食平衡水分與平均水分的離散程度的相對大小，值越小則均勻性越好。

Sm—稱為樣本標準差，反映了樣本離散程度的相對大小，在此為所有檢測點溫度的標準差：

式中mi—任一檢測點的糧食水分實測值；i—檢測點的序號，i=1,2,3,??,n；—所有檢測點糧食水分的平均值n—檢測點總數量。

2 結果與分析

2.1 兩種橫向通風方式降溫效果和能耗比較

在冬季通風降溫期間，11號倉采用覆膜式橫向通風，15號倉采用揭膜式橫向通風，兩個倉的通風糧溫變化情況見表2。

表2 兩種橫向通風方式下整倉平均糧溫變化及能耗情況表

上表可知，在相同的通風條件下，覆膜式和揭膜式橫向通風分別通過240 h和100 h通風降溫，平均糧溫均降至8 ℃左右，基本實現了通風降溫目的。通過比對兩種橫向的通風時長、單位能耗，降溫幅度，發現揭膜式通風時長少于覆膜式通風 140 h，單位能耗少了 0.009 Kw?h/(℃·t)，降溫幅度高了 0.5 ℃，均表明揭膜式通風降溫效果稍好于覆膜式通風。這主要與覆膜式通風2個進風口進風量小，風機數量比揭膜式通風少2臺，導致通風時進風量與單位通風量偏小，通風時間增加了 1.8倍有關，同時覆膜式比揭膜式通風氣流路程長約2倍，通風總阻力大于揭膜式通風，導致通風單位能耗偏高。

2.2 兩種橫向通風方式下糧溫均勻性的比較

在通風降溫作業結束24 h后，用電子測溫系統檢測兩倉糧溫。用糧堆溫度檢測點的均勻度來評價通風降溫的均勻度。具體情況見表3。

表3 兩種橫向通風方式下糧溫變化及糧溫均勻度情況表

由表 3，圖 4可知，冬季通風降溫季節，在相同的通風條件下，覆膜通風倉的上層、中上層、中下層平均糧溫與下層平均糧溫相差較小，揭膜通風倉的上層、中上層、中下層平均糧溫與下層平均糧溫相差較大，同時覆膜通風倉的糧溫均勻度明顯高于揭膜通風，均表明覆膜通風均勻性明顯好于揭膜通風。覆膜通風倉下層平均糧溫明顯低于揭膜通風5 ℃，這可能主要是揭膜通風時容易形成通風短路，風量大多經過糧堆的中下層以上部位，而經過糧堆底層量的較少，造成底層糧溫下降緩慢，甚至出現通風死角現象。

圖4 兩種橫向通風方式下糧堆各層平均糧溫變化

2.3 兩種橫向通風方式下通風水分損失和均勻性的比較

兩倉在通風前后，按照扦樣規定要求進行分層和混倉取樣，采用 105 ℃恒質法測定糧食水分，具體情況如表4。

表4 兩種橫向通風方式下糧食水分變化情況 %

通過冬季通風降溫，覆膜通風倉和揭膜通風整倉糧食水分均有所下降，表明機械通風降溫會引起糧食水分下降，這可能是冬季大氣絕對濕度小于糧堆內氣體絕對濕度造成的。通過測算水分均勻度，覆膜式通風水分均勻度為97.51，揭膜式通風水分均勻度為93.91，覆膜式通風水分均勻性明顯高于揭膜式通風；由表4和圖5可知，覆膜式通風：通風前后糧堆各層水分變化小，揭膜式通風：通風前后糧堆各層水分變化大，覆膜式通風糧堆水分損失小于揭膜式通風，這可能與揭膜通風的通風量大，通風容易引起短路，底層通風不徹底有關。

圖5 兩種橫向通風方式下糧堆各層和整倉平均水分變化

2.4 分析討論

2.4.1 覆膜式通風降溫均勻性好

本文通過測算覆膜式通風與揭膜式通風降溫均勻度，發現覆膜式降溫均勻度高于揭膜式9.9%，同時發現揭膜式通風存在通風死角，有可能造成糧堆內部濕熱轉移，會影響糧食安全儲存。

2.4.2 覆膜式通風保水效果好

通過檢測比較覆膜式通風和揭膜式通風糧堆各層水分、整倉通風前后水分，發現覆膜式通風糧食水分損失小，整倉平均水分小了0.1%，同時糧堆水分分層變化小，水分均勻度好，糧堆水分梯度小，減少了水分分層的可能性，有利于糧食安全儲存。

3 結論

3.1 不同橫向通風方式對降溫時間和能耗的影響

不同通風方式對通風降溫時間和通風降溫能耗有不同的影響，通常采用小功率的風機進行通風降溫時，通風時間會延長，但通風用電少，能耗低，水分損失小。本文覆膜式通風所用風機數量少，通風風程長，冷空氣濕熱交換充分，造成通風時間比揭膜式通風時間長了140 h，但總耗電量和單位能耗均較低，總體上，可以得出覆膜式通風通風能耗低，有利于通風成本的控制。這對不同地區根據冬季通風有利時間長短不一，選擇合理有效的橫向通風方式提供了參考。

3.2 不同橫向通風方式下降溫均勻性的對比分析

近年來，冬季通風降溫作業可采用豎向通風包括軸流風機通風、離心風機通風、混流風機通風、橫向通風等多種方式，均可實現降低糧溫，儲備冷源的目的，但不同通風方式下降溫均勻性有所不同，總體上橫向通風均勻性要好于豎向通風。本文通過測算通風后糧溫均勻度，覆膜式通風的糧溫均勻度為 85.4，揭膜式通風的糧溫均勻度為 75.5，表明覆膜式通風降溫均勻性明顯好于揭膜式通風均勻性。

3.3 不同橫向通風降溫方式對糧食水分損失和均勻性的影響

大量實踐研究表明，在冬季糧食通風降溫過程中，無論何種通風方式和通風風機均會引起糧食水分不同程度下降，這是由于在冬季通風時，天氣干燥，大部分時間大氣絕對濕度小于糧堆內氣體絕對濕度所引起的。已有研究發現豎向通風系統使用小風量風機可以減少儲糧通風水分損失[11-12]，沈波[13]通過對比平房倉豎向和橫向通風系統降溫能效，發現冬季降溫通風過程中橫向風網系統的通風失水率，優于豎向風網系統，保水作用明顯。本文通過測定兩種不同橫向通風降溫糧食水分變化，表明覆膜橫向通風方式由于通風路程長，通風量小，糧堆風速低，通風時間增加，糧堆內濕熱交換充分，糧食水分損失低于揭膜式通風0.1%。通過測算兩種不同橫向通風糧食水分均勻度，對比通風前后糧堆各層水分變化，均表明覆膜式橫向通風水分均勻度好，糧堆水分梯度小，減少了水分分層的可能性，這一結果對于通風降溫過程中保持糧堆水分，減少儲糧損失，減少糧堆水分梯度，提高糧堆安全穩定性，合理選擇不同橫向通風方式具有重要實際應用意義和參考價值。

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