高溫高濕地區平房倉橫向分區谷冷技術應用研究

李倩倩，楊冬平，黃呈兵，石天玉，劉惠標

（1. 國家糧食和物資儲備局科學研究院，北京 100037；2. 北京東方孚德技術發展中心，北京 100037；3. 福建省儲備糧管理有限公司漳州直屬庫，福建 漳州 363000）

低溫儲糧作為我國糧食儲藏的有效技術手段，可以減少糧食顆粒的呼吸作用，延緩品質劣變的速度，減少儲糧害蟲的活動并抑制其繁殖，減少熏蒸氣體的用量，減緩糧食的脂肪酸值增加速度，防止糧粒發霉[1]。我國常用的低溫儲糧技術包括隔熱保冷、谷物冷卻、空調制冷和內循環等技術[2]。為了綠色生態儲糧保鮮技術發展，實現我國低溫儲糧，谷冷通風工藝已成為必要儲糧手段。谷物冷卻技術是指采用谷冷機對空氣進行冷卻降溫和調濕，并將恒溫恒濕的空氣吹入糧堆，對糧堆進行冷卻降溫的一項先進適用的控溫和低溫儲藏技術[3]。

隨著橫向通風儲糧技術開發應用，橫向負壓谷冷通風技術也被同步開發應用，環境適應性強，尤其在南方高溫高濕地區，均可以對糧堆進行快速冷卻通風降溫，基本不受環境氣候條件的影響，可實現糧堆長期保持在低溫或準低溫狀態。

橫向谷冷通風技術是在配置有橫向通風系統的平房倉，采用分體式谷冷機的制冷機組與吸風系統分置在倉房兩側，分別連接倉房兩側對應的通風口，冷風通過橫向通風管道被吸風系統吸入，橫向穿過糧面覆膜下的糧堆進行熱交換，達到降低糧溫的目的[4]。橫向谷物冷卻技術可以減少能量損失，提高降溫效率，降低儲糧成本。

目前橫向谷物冷卻技術已在部分倉房應用，但是適用于大跨度平房倉糧堆橫向制冷通風工藝研究薄弱和設備缺少。本文采用了新研制的專用橫向谷冷設備，對高溫高濕地區24 m大跨度平房倉的儲藏稻谷進行了應用研究，采用分區域谷冷通風方式，探討橫向谷冷通風技術的應用效果，為我國低溫儲糧技術提供應用基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗糧種優質晚秈稻：安徽徐州。實驗糧種基本信息見表1。

表1 實驗糧種基本糧情表Table 1 Basic situation of experimental grains

1.2 實驗儀器與設備

1.2.1 實驗倉房

福建省儲備糧管理有限公司漳州直屬庫的P3號倉，實驗倉東西向，規格42 m*24 m，設計倉容4 600 t、堆糧線高6 m，實際散裝稻谷3 400 t、糧堆高度5.82 m，倉房氣密性93 s。安裝有糧情檢測系統和橫向通風系統，倉墻為混磚結構，厚度0.49 m，糧面用PE五層共擠復合尼龍薄膜雙槽管單面密封。

1.2.2 通風系統

采用橫向通風系統，南北檐墻每側布置主風道和14條呈梳形對稱固定的支風道，通風系統示意圖見圖1。主風道規格2 200*580*420 mm，橫截面為直角梯形，位于檐墻內壁底部。支風道規格1 000*400*260 mm，開有豎向條形孔，位于檐墻內壁。支風道底部距地面高5.7 m，距離山墻1 m，倉門中間的支風道間距3.2 m，其余支風道間距2.4 m，通風途徑比1∶1.06。檐墻南北側各設置有4個通風口，直徑500 mm。

圖1 橫向通風系統示意圖Fig. 1 Schematic diagram of transverse ventilation system

1.2.3 通風設備

2臺GLA 55f分體式谷冷機，標準工況制冷量55 kW，標準工況風量3 500 m3/h，制冷系統功率20 kW，風機功率15 kW：北京東方孚德技術發展中心生產。

1.2.4 糧情檢測系統

嘉華糧情檢測系統，分4層，每層60個點，共 240個測點，檢測精度為±0.2 ℃，參照 GB/T 26882.1—2011[5]、GBT29890—2013[6]布點，布點方式見圖2。具體情況如下：分四層、六個垂直截面，布點表層距糧面0.5 m，下層距倉底0.3 m，層層之間1.67 m。糧堆水平截面四周的溫度檢測點距墻 1.0 m，其余各點等距離設置，每行間距4.40 m，每列間距4.44 m。

圖2 谷冷機和糧情測溫系統檢測點布置示意圖Fig. 2 Layout of detection points of grain cooler and grain condition temperature measurement system

1.3 實驗方法

檢測糧面和倉門氣密性，記錄倉外及糧堆溫度糧情數據、風機電表讀數，并進行通風前糧情分析。在糧倉東側兩通風口分別連接2臺分體式谷冷機，對東側糧堆進行通風。設置谷冷機出風濕度85%。間隔4 h采集糧情數據，3 h測試記錄谷冷機進出風的溫濕度等參數。當東側區域糧堆的平均溫度降到 15 ℃以下，冷卻峰面已移出出風口，暫停冷卻通風實驗，記錄電表讀數。更換分體式谷冷機到倉房西側兩個通風口，重復上述步驟對西側糧堆進行通風。通風前后分層取樣，檢測糧堆水分。

本次通風從2020年12月16日開始，期間檢查糧面和倉門密封情況及環境溫度過低等情況停機，其它時間保持通風，2020年12月23日結束通風。谷冷機出風溫度：谷冷通風前40 h設置為14 ℃、谷冷通風41～51 h設置為11 ℃、谷冷通風52～85 h設置為10 ℃。總計通風時長85 h，總耗電量 3 068.5 kW·h。通風期間環境溫度 13.3～23.7 ℃，相對濕度52.4%～95.5%。

1.4 數據分析

文章中數據采用Microsoft Excel軟件進行統計和分析。

2 結果與分析

2.1 實驗倉水平層及糧堆溫度變化

通風前后整倉各水平層及糧堆溫度如表2所示，通風期間整倉各水平層及糧堆溫度變化情況如圖3所示。本次谷冷通風，第一層溫度平均降低4.5 ℃，第二層平均溫度降低9.9 ℃，第三層溫度平均降低10.2 ℃，第四層溫度平均降低10.9 ℃，全倉平均溫度降低 8.9 ℃。通風結束后水平截面之間的溫度梯度差不大于 1.38 ℃/m，符合 LS/T 1202—2002[7]的規范要求。四層的糧溫均隨通風時間的增加而逐漸下降，1層糧溫降溫速度較慢，2、3、4層和整倉糧溫降溫速率變化基本一致。1層糧溫高于其他3層糧溫，原因是1層糧面離糧堆表層較近，糧面只用塑料薄膜覆蓋，沒有采用其他保溫隔熱措施，受環境氣候影響較大。

表2 通風前后整倉各水平截面及糧堆溫度Table 2 Temperature of each horizontal section and grain pile before and after ventilation ℃

圖3 整倉各水平截面及糧堆溫度變化圖Fig. 3 Temperature variation of each horizontal section and grain pile in the whole warehouse

通風后東半倉和西半倉各水平層及糧堆溫度如表3所示，通風期間東半倉各水平層及糧堆溫度變化情況如圖4所示，通風期間西半倉各水平層及糧堆溫度變化情況如圖5所示。本次谷冷是分區域進行通風，東半倉通風51 h后西半倉通風34 h。從表3、圖4和圖5分析可知，各層糧溫及糧堆溫度均隨通風時間的延長而下降，通風前期51 h東半倉的降溫速率0.000 104 ℃/(t·h)、西半倉的降溫速率0.000 050 ℃/(t·h)，通風后期34 h東半倉的降溫速率0.000 017 ℃/(t·h)、西半倉的降溫速率0.000 059 ℃/(t·h)。通風前期東半倉糧溫下降速率明顯高于西半倉，通風后期東半倉糧溫下降速率明顯低于西半倉，這與谷冷機與倉房連接位置有直接關系。通風結束后，東半倉和西半倉的各水平截面和糧堆的溫差不大于 0.5 ℃，糧堆平均溫度在 15 ℃以內，說明東西半倉水平層糧溫相對均勻，分區域谷冷通風已達到降溫目的。

表3 通風后東半倉和西半倉各水平截面及糧堆溫度Table 3 Temperature of each horizontal section and grain pile in East and West silos after ventilation ℃

圖4 東半倉各水平截面及糧堆溫度變化圖Fig. 4 Temperature change of each horizontal section and grain pile in east half warehouse

圖5 西半倉各水平截面及糧堆溫度變化圖Fig. 5 Temperature change of each horizontal section and grain pile in west half warehouse

2.2 實驗倉垂直面糧溫變化

通風前后整倉各垂直截面糧溫如表4所示，通風期間整倉各垂直截面糧溫變化情況如圖6所示。本次谷冷通風，冷風從北側的谷冷機端向南側的風機端逐漸推進。從表4和圖6分析，各垂直截面的糧溫均隨通風時間的增加而逐漸下降，冷鋒面從北向南逐漸推移，降溫效果：北1截面>北2截面>北3截面>南3截面>南2截面>南1截面。北1截面溫度平均降低7.4 ℃，北2截面溫度平均降低10.9 ℃，北3截面溫度平均降低9.6 ℃，南3截面溫度平均降低8.8℃，南2截面溫度平均降低8.5 ℃，南1截面溫度平均降低8.0 ℃。通風目標溫度設定(15±3) ℃，當截面平均溫度降到18 ℃時，通風時間：北 1截面 5 h、北 2截面18.3 h、北3截面30.5 h、南3截面45 h、南2截面60 h、南1截面74.5 h。設定冷鋒面的降溫效果是18 ℃，冷鋒面的遷移距離L(m)與通風時間T(h)的擬合方程為：L = –0.000 5T2+ 0.355 6T–0.788 1 (R2= 0.999 7)。通風后各垂直截面之間的溫度梯度差不大于 0.23 ℃/m，通風效果相對均勻。其中北1截面在通風38～42 h之間溫度回升0.2 ℃，可能是受外界氣溫影響。

表4 通風前后整倉糧堆各垂直截面溫度Table 4 Temperature of each vertical section of whole grain pile before and after ventilation ℃

圖6 整倉糧堆各垂直截面及整倉平均溫度變化圖Fig. 6 Vertical sections and average temperature variation of the whole warehouse

通風后東半倉和西半倉各垂直截面糧溫如表5所示，通風期間東半倉各垂直截面糧溫變化情況如圖7所示，通風期間西半倉各垂直截面糧溫變化情況如圖8所示。從表5、圖7和圖8分析可知，東半倉各垂直截面的降溫速率高于西半倉各垂直截面的降溫速率，冷鋒面的推移方向均是由北向南推移。各垂直截面通風效果從北向南截面逐漸降低。通風結束后，東西半倉各截面溫差≤1.3 ℃，東半倉各截面溫度梯度差最高為0.20 ℃/m，西半倉各截面溫度梯度差最高為0.26 ℃/m，通風均勻性較好。

表5 通風后東半倉和西半倉各垂直截面溫度Table 5 Temperature of each vertical section of East and West silos after ventilation ℃

圖7 東半倉各垂直截面溫度變化圖Fig. 7 Temperature variation of each vertical section in east half warehouse

圖8 西半倉各垂直截面溫度變化圖Fig. 8 Temperature variation of each vertical section in west half warehouse

2.3 實驗倉各監測點水分變化

水分取樣布點按照距通風口處檐墻2 m及中間位置取點，每層取點9個；分上中下3層，上層距糧面0.5 m，中層距糧面2.9 m，下層距底層糧面0.5 m；每點混樣測水。通風前后的糧食水分數據如表6所示。

表6 通風前后糧堆水分數據Table 6 Moisture data of grain pile before and after ventilation %

從表6分析可知，通風前糧堆平均水分是13.6%，通風后糧堆平均水分是13.5%，通風后通風失水率為 0.1%，通風單位水耗為 0.011%/℃，通風失水速率為 0.001%/h，郭輝[8]等豎向谷冷通風試驗通風失水率不低于 0.16%，表明橫向谷冷通風保水效果好。通風后整個糧堆水分的變異系數不大于2%，說明糧堆水分非常均勻。

2.4 能耗評價

本次橫向谷冷通風總計通風時長85 h，總耗電量 3 068.5 kW·h。根據 GB/T 29374—2012[9]規程公式，本次谷冷通風的單位能耗為0.1 kw·h/(t·℃)，低于于素平[10]、楊冬平[11]、陳昌勇[12]等橫向整倉谷冷通風試驗結果，僅為規程中限定的最大能耗指標0.5 kw·h/(t·℃)的20%。通過對稻谷平房倉豎向谷冷通風研究，郭輝[8]等試驗結果表明谷冷通風能耗不低于 0.172 kw·h/(t·℃)，周又杰[13]等試驗結果表明谷冷通風能耗不低于0.143 kw·h/(t·℃)，朱清峰[14]等試驗結果表明谷冷通風能耗不低于1.790 kw·h/(t·℃)。通過以上對比，說明橫向谷冷通風能耗低，新研制的橫向通風專用谷冷設備的應用效果理想。

3 結論與討論

通過本次橫向谷冷通風，糧堆均溫由23.6 ℃下降到14.7 ℃，下降幅度8.9 ℃，冷風推進方向糧堆之間的溫度梯度差不大于0.23 ℃/m，通風失水率 0.1%，單位能耗為 0.1 kw·h/(t·℃)，僅為規程中限定的最大能耗指標0.5 kw·h/(t·℃)的20%，說明橫向谷冷通風具有降溫速率快、通風均勻性好、保水效果顯著和能耗低等特點，分區域橫向谷冷通風工藝應用于 24 m跨度稻谷高大平房倉是可行的。

橫向谷冷通風是在負壓狀態下進行，通風作業前應仔細檢查風道、糧面和倉門密封情況，保證倉房的氣密性。通風期間糧面表層糧溫較高，建議通風初期糧面應采用保溫隔熱毯壓蓋或開啟空調等措施。提高倉房的氣密性和保溫隔熱效果，可更好的保證降溫效果、降低儲糧成本，使橫向谷冷通風技術在綠色生態儲糧發揮更大作用。