◎ 耿憲洲，劉新濤，任 芳，章天嬋，晏曉旭

（1.德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 德州 253000；2.中央儲(chǔ)備糧鎮(zhèn)江直屬庫有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212006；3.中央儲(chǔ)備糧新鄉(xiāng)直屬庫有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453200；4.河南工業(yè)大學(xué)，河南 鄭州 450001）

糧庫儲(chǔ)備糧安全的主要影響因素是溫度、水分、微生物等。儲(chǔ)備糧通風(fēng)可以調(diào)節(jié)溫度、控制水分、抑制微生物生長，具有操作簡便、作業(yè)費(fèi)用低的特點(diǎn)，是儲(chǔ)糧日常管理中應(yīng)用最多、效果最好的儲(chǔ)糧技術(shù)之一[1]。儲(chǔ)糧通風(fēng)缺點(diǎn)是能耗較高、通風(fēng)存在死角、設(shè)備前期投資較高等，因此選用科學(xué)合理的通風(fēng)裝置和通風(fēng)參數(shù)是降低通風(fēng)成本，提高儲(chǔ)糧通風(fēng)效率的重要舉措。本文對(duì)現(xiàn)有的儲(chǔ)備糧通風(fēng)方面的有關(guān)文獻(xiàn)加以總結(jié)，對(duì)相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為儲(chǔ)糧通風(fēng)提供參考。

1 儲(chǔ)備糧通風(fēng)技術(shù)概論及其研究方向

糧庫機(jī)械通風(fēng)是在糧堆產(chǎn)生不穩(wěn)定的影響糧食安全的因素（異常糧溫、水分變化以及病蟲微生物滋生等）時(shí)，通過人工向糧堆中引入冷空氣及其他介質(zhì)與糧堆內(nèi)部的濕熱空氣等進(jìn)行物質(zhì)交換，以確保糧食儲(chǔ)存安全的作業(yè)。適時(shí)合理的選擇機(jī)械通風(fēng)，對(duì)保證儲(chǔ)糧安全起到了重要作用[2]。

可將糧堆機(jī)械通風(fēng)效果的影響因素分為兩大類：一類為自然因素（糧食種類、空隙率等），另一類為人工控制因素。自然因素是無法改變的，因此研究人工控制因素成為提高通風(fēng)儲(chǔ)糧效率的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)研究人員不斷運(yùn)用實(shí)倉實(shí)驗(yàn)和電腦模擬實(shí)驗(yàn)來選擇通風(fēng)裝置和優(yōu)化通風(fēng)參數(shù)，以期減少通風(fēng)能耗和實(shí)現(xiàn)通風(fēng)效率最大化。

2 儲(chǔ)備糧通風(fēng)技術(shù)研究進(jìn)展

我國從20世紀(jì)50年代開始研究儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)，對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)，前期的研究工作以可行性為主，并不注重節(jié)能和高效，后續(xù)的實(shí)驗(yàn)工作者開始圍繞以節(jié)能和高效為中心的通風(fēng)裝置和通風(fēng)參數(shù)的選擇及優(yōu)化研究上。

2.1 通風(fēng)裝置的選擇及優(yōu)化研究

糧庫機(jī)械通風(fēng)裝置主要由風(fēng)機(jī)和風(fēng)道組成。糧庫一般在設(shè)計(jì)儲(chǔ)糧時(shí)會(huì)根據(jù)糧種、糧倉、當(dāng)?shù)丨h(huán)境等各方面影響因素進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。當(dāng)然，也會(huì)在儲(chǔ)糧工作中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化。

2.1.1 風(fēng)道選擇

儲(chǔ)糧通風(fēng)風(fēng)道是由孔板和篩網(wǎng)構(gòu)成，安裝在糧堆中的管道，該管道對(duì)于風(fēng)機(jī)出入糧堆內(nèi)的氣流起著均勻分配和防止局部阻力過大的作用，達(dá)到送風(fēng)高效的目的[3]。好的風(fēng)道設(shè)計(jì)具有死角少、氣流均勻、阻力小的特點(diǎn)，為此研究人員做了大量實(shí)驗(yàn)。

昆山縣西門糧庫在20世紀(jì)80年代，利用存氣箱吸氣通風(fēng)，雖有投資少，減少間隙霉變等特點(diǎn)，但通風(fēng)效果并不理想，因此并未推廣成功[4]。同時(shí)期，江蘇省江都縣糧食局做了“Y”型風(fēng)道對(duì)大豆整倉循環(huán)式通風(fēng)干燥的降水實(shí)驗(yàn)，證明了其經(jīng)濟(jì)性和可行性。1997年，哈爾濱香坊糧庫制粉車間的大型鋼板倉經(jīng)李明發(fā)等人的設(shè)計(jì)，其通風(fēng)系統(tǒng)采用了環(huán)形與圓型風(fēng)道相結(jié)合的方式，大大降低了經(jīng)濟(jì)損失[5]。2001年沈曉明等人對(duì)應(yīng)用較多的“U”型風(fēng)道加以改進(jìn)，內(nèi)部加裝改變風(fēng)向的調(diào)節(jié)器，使氣流可以隨時(shí)根據(jù)糧情需要，人工調(diào)節(jié)為“I”型或“U”型通風(fēng)，使通風(fēng)選擇更合理、高效[6]。在其他風(fēng)道的實(shí)倉研究方面，楊國峰等人利用江蘇新沂國家糧食儲(chǔ)備庫進(jìn)行了儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)試驗(yàn)，探討了在高大平房倉中不同風(fēng)道布置和不同類型的風(fēng)機(jī)通風(fēng)效率問題[7]。周景星等人通過對(duì)9種機(jī)械通風(fēng)降水系統(tǒng)的研究，優(yōu)選出了全敞式地槽鼓風(fēng)降水系統(tǒng)、地上風(fēng)道鼓風(fēng)降水系統(tǒng)、排風(fēng)扇等負(fù)壓通風(fēng)降水系統(tǒng)等通風(fēng)降水系統(tǒng)[8]。張海紅等人為研究大風(fēng)道通風(fēng)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，采用CFD方法，對(duì)高大平房倉分別采用U型、E型、土型和主型4種風(fēng)道系統(tǒng)的通風(fēng)降溫過程進(jìn)行了模擬，綜合比較了4種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為研究人員開發(fā)新的風(fēng)道提供了一定的數(shù)值參考[9]。吳德明等人利用竹籠做的“米”字型和“目”字型風(fēng)道對(duì)谷包堆進(jìn)行通風(fēng)降溫對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得到“米”字型風(fēng)道通風(fēng)、降溫、熏蒸效果最好[10]。顧巍對(duì)設(shè)計(jì)的環(huán)形回流通風(fēng)地槽做了仿真模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示其壓力和風(fēng)量分布更加合理，且有效的降低了通風(fēng)阻力和能耗，減少了通風(fēng)死角提高了通風(fēng)效率[11]。

2.1.2 風(fēng)道的優(yōu)化

儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)風(fēng)道的優(yōu)化是在原風(fēng)道基礎(chǔ)上，加以修改，避免重新開發(fā)、重新建設(shè)，降低糧庫投資成本，同時(shí)又能使糧庫通風(fēng)效果更加高效、節(jié)能的技術(shù)方案。

河南工業(yè)大學(xué)的張海紅等人對(duì)糧庫地上籠通風(fēng)的普通U型風(fēng)道和小U型風(fēng)道分別做了計(jì)算機(jī)仿真模擬研究，得出小U型風(fēng)道通風(fēng)更加均勻、有利于消除通風(fēng)死角且降低了能量損失[12]。袁越錦等人做了倉內(nèi)谷物通風(fēng)干燥孔道網(wǎng)絡(luò)數(shù)值模擬與驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)，得出配位數(shù)越大谷物干燥速度越快的結(jié)論，因此風(fēng)道在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須盡量提高配位數(shù)[13]。糧庫地槽、地上籠通風(fēng)系統(tǒng)氣流調(diào)節(jié)裝置是不能在糧庫入糧后進(jìn)行通風(fēng)調(diào)節(jié)的，周興明針對(duì)這一情況，創(chuàng)新介紹了一種新穎的多功能氣流調(diào)節(jié)閥，可以有效針對(duì)風(fēng)道中的風(fēng)量和風(fēng)壓等做出調(diào)節(jié)[14]。張?bào)慵t等人利用竹籠方便獲得、開孔容易設(shè)置、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，在糧庫通風(fēng)實(shí)驗(yàn)中將竹籠作為風(fēng)道，達(dá)到了相應(yīng)的通風(fēng)降溫目的，也降低了成本，但是缺點(diǎn)也很明顯，竹籠重復(fù)使用次數(shù)少、易損害，另外，如果竹籠霉變、水分高等，易侵染糧食[15]。陳淑清等人根據(jù)流體力學(xué)原理，采用等靜壓計(jì)算方法，設(shè)計(jì)加工了全開孔的安裝拆卸收藏較方便的縮節(jié)式圓形風(fēng)道，該風(fēng)道既方便又具有降溫均勻、無死角、效率高的特點(diǎn)，是對(duì)普通圓形風(fēng)道較好的改進(jìn)優(yōu)化[16]。張華昌等人[17]在內(nèi)江直屬庫采用冷風(fēng)回流的方法，以及一機(jī)四道的風(fēng)道設(shè)計(jì)，既達(dá)到了通風(fēng)均勻的目的，又節(jié)約了能耗，結(jié)果表明有很好的節(jié)能降溫效果[17]。郭中澤采用在空氣分配器處設(shè)阻力體、改變風(fēng)道截面積、風(fēng)道上開面積逐漸變化的孔口等的方法，使糧庫達(dá)到了節(jié)能均勻通風(fēng)的目的，總結(jié)了該地區(qū)的通風(fēng)經(jīng)驗(yàn)[18]。張安云等人提出采用全鋼組合式風(fēng)道，統(tǒng)一模塊化，可根據(jù)糧庫實(shí)際通風(fēng)要求，自行組裝風(fēng)道，提高通風(fēng)效率和效果[19]。

2.1.3 風(fēng)機(jī)的選擇和優(yōu)化

風(fēng)機(jī)為儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)提供動(dòng)力，合理的風(fēng)機(jī)選擇能夠在保證通風(fēng)效果的前提下，減少能源消耗，降低糧庫成本，提高收益。當(dāng)前，變頻和計(jì)算機(jī)控制的風(fēng)機(jī)正逐步推廣應(yīng)用，由于一次性成本較高，所以研究人員也在低成本風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上做大量實(shí)驗(yàn)，幫助指導(dǎo)我國的儲(chǔ)糧工作。

上文提到的楊國峰等人[7]探討過對(duì)于“土”字形和“主”字形兩種風(fēng)道，在高大平方倉機(jī)械通風(fēng)中配軸流風(fēng)機(jī)或混流風(fēng)機(jī)的可行性。對(duì)于不同功率的風(fēng)機(jī)選擇性問題，劉萼華等人[20]做了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，將兩種不同功率的風(fēng)機(jī)分別對(duì)高大平房倉采用壓入式降溫通風(fēng)，結(jié)果表明用2.2 kW的軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)具有大功率離心風(fēng)機(jī)的降溫效果，且具有較多優(yōu)點(diǎn)，很適合湖南邵陽地區(qū)糧庫進(jìn)行通風(fēng)降溫儲(chǔ)糧。周景星在不同類型風(fēng)機(jī)對(duì)稻谷通風(fēng)的對(duì)比試驗(yàn)中，得出采用軸流風(fēng)機(jī)比離心風(fēng)機(jī)通風(fēng)降水具有明顯的節(jié)能效應(yīng)的結(jié)論[21]。同時(shí)其另一個(gè)通風(fēng)降水系統(tǒng)類型選擇實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)稻谷而言，排風(fēng)扇負(fù)壓通風(fēng)降水，具有能耗低、成本低、降水均勻等優(yōu)點(diǎn)。漢中地區(qū)糧油公司總結(jié)了儲(chǔ)糧通風(fēng)技術(shù)在當(dāng)?shù)亟Y(jié)合實(shí)際儲(chǔ)糧環(huán)境的應(yīng)用狀況，詳細(xì)闡述了在風(fēng)機(jī)選擇以及使用配套風(fēng)道方面的經(jīng)驗(yàn)，值得當(dāng)?shù)亟梃b[22]。張會(huì)民做了高大平房倉使用3 kW、7.5 kW、15 kW不同功率風(fēng)機(jī)降溫通風(fēng)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，用7.5 kW的離心風(fēng)機(jī)通風(fēng)具有降溫效果明顯、水分損耗低、降溫均勻及耗電低的優(yōu)勢(shì)，適合應(yīng)用于北方糧庫[23]。針對(duì)華南地區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)，林春華等人試驗(yàn)后推薦糧庫通風(fēng)使用GKJ56-Z400型軸流風(fēng)機(jī)[24]。顧根來等人做了軸流風(fēng)機(jī)與離心風(fēng)機(jī)通風(fēng)效果的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出大型離心風(fēng)機(jī)有助于快速降溫降濕，但是單位能耗較高，而小型軸流風(fēng)機(jī)雖然降溫降濕較慢，但能耗只占離心風(fēng)機(jī)的三分之一左右，因此小型軸流風(fēng)機(jī)可以多時(shí)段多次對(duì)糧堆通風(fēng)降溫[25]。陸群等人[26]對(duì)普通型軸流式風(fēng)機(jī)、可逆轉(zhuǎn)式強(qiáng)力軸流風(fēng)機(jī)和離心式風(fēng)機(jī)對(duì)平房倉儲(chǔ)藏小麥的通風(fēng)效果進(jìn)行比較，得出在糧堆溫度不太高時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)的通風(fēng)保水效果較好，同時(shí)能耗較低。冷本好等人選用山墻軸流風(fēng)機(jī)對(duì)糧庫進(jìn)行通風(fēng)降溫實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示對(duì)比大功率離心風(fēng)機(jī)，此法更有益于降溫保水且能耗較低，是準(zhǔn)低溫綠色儲(chǔ)糧的風(fēng)機(jī)首選[27]。

2.2 通風(fēng)參數(shù)的優(yōu)化研究

糧庫的機(jī)械通風(fēng)參數(shù)是指通風(fēng)方式、通風(fēng)風(fēng)速、通風(fēng)時(shí)間以及通風(fēng)配位數(shù)等眾多能夠影響現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備輸出效果的人工設(shè)定數(shù)值。對(duì)通風(fēng)參數(shù)數(shù)值根據(jù)儲(chǔ)糧實(shí)際情況做出合理的設(shè)定，既可以實(shí)現(xiàn)理想通風(fēng)效果，又能減少支出。

2.2.1 通風(fēng)方式的優(yōu)化

通風(fēng)方式的選擇極為重要，河南工業(yè)大學(xué)的張來林等人做了4種糧種橫向通風(fēng)和豎向通風(fēng)的比較實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明豎向壓入式通風(fēng)好于橫向吸出式通風(fēng)（大豆除外），橫向通風(fēng)在單位糧層阻力方面并不比豎向通風(fēng)更具優(yōu)勢(shì)[28]。董元堂等人做了高大平房倉機(jī)械通風(fēng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，得出由于房式倉內(nèi)堆糧高、體積大、蓄冷能力強(qiáng)及中上層糧溫比下層偏高，所以采用壓入式通風(fēng)較好[29]。王遠(yuǎn)成等人做了橫向谷冷通風(fēng)過程的數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明相對(duì)于地上籠垂直通風(fēng)而言，橫向通風(fēng)時(shí)糧堆內(nèi)部風(fēng)速分布均勻、溫度梯度較小，且具有降溫速度快，冷卻效率高的特點(diǎn)[30]。李波等人應(yīng)用橫向通風(fēng)后得出，橫向通風(fēng)確實(shí)具有降溫速率快、均衡糧溫分布的特點(diǎn)；另外，橫向通風(fēng)的能耗、水分損耗要優(yōu)于豎向通風(fēng)，有很好的推廣價(jià)值[31]。何興華等人在杭州地區(qū)做了嵌入式風(fēng)機(jī)不同通風(fēng)方式效果及能耗對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得出在內(nèi)外溫差較小時(shí)，采用倉墻上部的軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)；當(dāng)冬季溫度較低時(shí)，把握時(shí)機(jī)，采用嵌入式軸流風(fēng)機(jī)，進(jìn)行上行壓入式通風(fēng)，這樣分時(shí)段的通風(fēng)方式選擇，降溫和節(jié)能效果俱佳，適合杭州地區(qū)的儲(chǔ)備庫運(yùn)用[32]。丁江濤等人還做了冬季壓入式、吸出式、壓入與吸出相結(jié)合的通風(fēng)降溫對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得出壓入式對(duì)處理高水分糧效果較明顯；吸入式降溫的同時(shí)糧食水分損失少；壓入式與吸出式相結(jié)合的通風(fēng)方式有利于糧堆整體降溫[33]。

2.2.2 其他類通風(fēng)參數(shù)的優(yōu)化

關(guān)于具體的儲(chǔ)糧保水降溫通風(fēng)的物理參數(shù)，崔忠艾等人做了模型預(yù)測，并通過實(shí)倉實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所得通風(fēng)參數(shù)（工藝參數(shù)和操作條件）的準(zhǔn)確性[34]。易世孝等人針對(duì)儲(chǔ)糧通風(fēng)工作中經(jīng)常出現(xiàn)的結(jié)露、通風(fēng)道漏糧、降溫不勻衡、水分下降太大等問題，做了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，明確了具體的通風(fēng)工藝參數(shù)[35]。張來林等人對(duì)不同樣式的風(fēng)道分配器的通風(fēng)阻力做了研究，得出表觀風(fēng)速越快，風(fēng)阻越大，與分配器樣式關(guān)系較小，合理表觀風(fēng)速設(shè)定宜在0.15 m·s-1以下[36]。陳桂香等人以計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，某實(shí)際平房倉為研究對(duì)象，對(duì)提高機(jī)械通風(fēng)效果，減少能耗的通風(fēng)風(fēng)量進(jìn)行研究，得出降溫時(shí)間與單位通風(fēng)量大小大致呈反比，但非絕對(duì)的線性關(guān)系，各地區(qū)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境選擇合理的通風(fēng)風(fēng)量，不要單純追求降溫速度[37]。黃宗偉針對(duì)新疆地區(qū)高大平房倉機(jī)械通風(fēng)中出現(xiàn)的問題，經(jīng)分析、實(shí)驗(yàn)后，提出糧庫應(yīng)在天氣良好的情況下，采取連續(xù)壓入式通風(fēng)，并增加吸出式單管風(fēng)機(jī)以解決通風(fēng)死角問題[38]。張成等人做了高大平房倉插管機(jī)械通風(fēng)的數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)，得出插管可使管底部平均風(fēng)速提升40%，同時(shí)給出了插管提升通風(fēng)效果的原理和插管優(yōu)化設(shè)計(jì)的方向[39]。王廣等人采用“一機(jī)兩口”的方式通風(fēng)降溫，彌補(bǔ)了風(fēng)機(jī)的不足，也取得了良好的通風(fēng)效果[40]。樊衛(wèi)鵬等人通過增加風(fēng)道數(shù)量、改變糧堆底層地上籠鋪設(shè)方式來提高通風(fēng)降溫速率和幅度，但是此種方法增加了能耗，且不代表未來發(fā)展趨勢(shì)[41]。

3 結(jié)語

糧庫通風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)的選擇和優(yōu)化、風(fēng)道的選擇和優(yōu)化以及各通風(fēng)參數(shù)的選擇和優(yōu)化，目前已經(jīng)在糧庫通風(fēng)工作中做到了最優(yōu)和最合理化，影響通風(fēng)效率和效果的因素只剩下人為控制因素。當(dāng)前隨著計(jì)算機(jī)、軟件和傳感器等技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代儲(chǔ)備糧通風(fēng)正在由人為控制通風(fēng)走向智能化通風(fēng)。由計(jì)算機(jī)、機(jī)械通風(fēng)器械、檢測系統(tǒng)組成的智能化糧庫通風(fēng)系統(tǒng)正初步運(yùn)用到我國的糧庫中，其大大節(jié)省了人力成本，也初步做到了精確通風(fēng)，在糧食降溫、降水、糧倉排積熱等方面已取得一定進(jìn)展。但是智能化通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)還不完善，主要表現(xiàn)在：①傳感器精度還不夠好。②無線傳感技術(shù)發(fā)展還不夠成熟，糧庫依然需要大量鋪設(shè)電纜等檢測線路。③整個(gè)糧庫糧堆生態(tài)系統(tǒng)的檢測還處于起步階段，眾多生態(tài)參數(shù)還無法融入糧情智能檢測系統(tǒng)。因此，糧庫智能通風(fēng)系統(tǒng)還不能完全脫離人工控制，未來的糧庫通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)展一定是智能化和無人化的，各基層工作者應(yīng)該大量收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，科技工作者應(yīng)從大數(shù)據(jù)出發(fā)、分析，找到數(shù)據(jù)規(guī)律，開發(fā)出更加強(qiáng)大的智能系統(tǒng)，為我國儲(chǔ)糧行業(yè)做出貢獻(xiàn)。