閆恩峰 ，姜玉山 ，薛德軍 ，李興軍

（1.山東平原龍門糧食儲備庫，山東 平原 253100；2.國家糧食和物資儲備局科學研究院昌平中試基地，北京 102209）

谷物糧堆孔隙率35%～55%、熱絕緣特性造就其能夠傳遞和保持低溫低濕的空氣特性[1-3]。干糧堆平衡相對濕度范圍30%～65%可以抑制螨類和微生物生長，儲糧昆蟲安全管理糧堆微氣候17～22℃[1]。糧堆降溫通風目的就是形成糧粒被低溫低濕空氣所包圍[1-3]。國內目前對糧堆籽粒間隙空氣特性研究相對較少。

空氣/水汽系統的研究領域叫濕測量學（psy-chrometry）。 在給定壓強下，空氣和水汽混合物的所有特性是已知的。氣象臺報道的是大氣干球溫度，而糧食儲藏學常常采用空氣的濕球溫度，它對確定糧堆通風的條件很重要[4]。濕球溫度采用干濕球溫度計測定。糧食儲藏常用的空氣特性是露點溫度，露點溫度是水蒸汽開始濃縮為液態(tài)水的溫度，可利用露點濕度計準確測定空氣的濕度[4]。國內缺乏糧堆露點溫度的計算機軟件分析方法。

在國內，不同目的糧堆機械通風操作一般比較糧堆與大氣的溫度差、平衡絕對濕度、露點溫度[5-6]，而對糧粒間隙空氣的參數變化報道有限。糧堆通風操作中需要確定通風空氣的相對濕度（RH），通常將糧堆測溫電纜測定的各點溫度和糧堆扦樣測定的含水率代入吸附平衡水分方程就可以確定。本研究采用牛頓和拉弗遜迭代法編程計算的方法，求解糧堆籽粒間隙空氣的露點溫度，并分析白小麥糧堆通風期間糧粒間隙空氣RH、含濕量和露點溫度的變化規(guī)律，以期為我國小麥糧堆精準化智能通風提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 實倉降溫通風試驗

本試驗在山東平原龍門糧食儲備庫20號高大平房倉進行。倉房長36.52 m、寬23.22 m，裝糧高度5.98 m。儲存的小麥，產地是山東平原縣，品種是白色硬質冬小麥，數量 4 131.7 t。倉房通風系統組成是，單邊4個通風口，采用一機兩道地上籠通風方式，風網途徑比為1:1.41。采用軸流風機通風，單側軸流風機兩臺，風機型號 YS90S-4，功率1.1kW，風壓220Pa，風量7433 m3/h，送風方式是吸出上行式。

通風時間段是2019年12月4～29日。通風條件設置是智能控制間歇式通風，2019年12月4～15日，通風條件：溫度≤12℃，濕度條件65%～85%；12月16～29日，通風條件：溫度≤6℃，濕度條件65%～85%。風機運行總計時間286 h。

1.2 分析指標

1.2.1 糧堆水分:9個扦樣點在糧面分布如圖1。每點再縱深4個扦樣點，共36份樣品。水分含量測定采用采用LDS-1G谷物水分測定儀。

圖1 白小麥糧堆降溫通風水分測定扦樣點分布

1.2.2 糧堆溫度：糧面布置有54根測溫電纜，每根4個測溫點，共216個溫度傳感器。

1.2.3 糧粒間隙空氣的相對濕度、含濕量及露點溫度分析

1.2.3.1 糧粒間隙空氣相對濕度和含濕量

式中，RH為糧粒間隙空氣的相對濕度 （%），M為糧食水分（%），T 為糧食溫度（℃），a、b、c 為測定的白麥 MCPE 方程系數[7－8]。

式中，W 為糧粒間隙空氣的含濕量（kg/kg），Patm為101 325 Pa，Ps為糧食溫度T（℃）時的飽和水蒸汽壓。

1.2.3.2 糧粒間隙空氣露點溫度

如果已知露點溫度Tdp對應的含濕量Wdp，鑒于飽和蒸汽壓強也是溫度的函數[4,9]，方程（5）左邊是露點溫度Tdp的函數，可表達為:

目標是求解Tdp值，方程（6）滿足f(Tdp)=0。利用牛頓迭代法解方程（6），代數式：

方程（7）的唯一變量是Tdp，其它都是恒值。飽和水汽壓僅是Tdp的函數，f(Tdp)對Tdp的依賴來自表達式Ps(Tdp)。

將方程（9）和（10）代入方程（8），將代數式方程（8）按照牛頓迭代法編程進行運算。當連續(xù)濕球溫度Tw之間的差值絕對值小于特定誤差10－6，即：，這個迭代過程就被停止。

1.2.4 降溫通風效果評價

通風作業(yè)單位能耗采用方程（11）計算[10]：

其中δ為單位冷卻通風效率kW·h/(t·℃);Tf為風機運轉時數;P為風機的額定功率 （kW）;W為糧食的噸數;ΔT為降溫通風前后糧堆溫度差（°C）。

理論降溫通風時數算法參考Navarro和Calder-son方法[11]，考慮的因素包括糧食噸數、比熱、溫度差及校正因子，以及單位通風量、糧粒間空氣比重變化、焓值差及校正因子。

1.2.5 數據分析

采用隨機區(qū)組試驗設計，數據以平均值±標準差表示。LSD（最小顯著差異法）檢驗中同一列不相同小寫字母表示樣品之間差異顯著（p＜0.05）。

2 結果分析

2.1 通風期間糧堆最高糧溫、最低糧溫及平均糧溫的變化

從圖2A看出，在一個月的上行吸出式降溫通風作業(yè)中，前72 h降溫通風中，糧堆一層最高糧溫線性升高，二層最高糧溫保持不變，三層和四層最高糧溫持續(xù)降低，在72 h之后，它們都快速降低。如圖2B，在前7 d降溫通風中，一層最低糧溫先升高再保持不變，而二層最低糧溫緩慢減少，三層最低糧溫快速減少，四層最低糧溫先快速減少，然后反彈。之后，一、二、三層最低糧溫持續(xù)降低，而四層最低糧溫持續(xù)反彈。如圖2C，全倉最高糧溫與平均糧溫近似線性減少，全倉最低糧溫前72 h持續(xù)減少，之后11 d反彈，然后再降低。極差溫度是糧堆最高溫度減去最低溫度。全倉極差溫度在前72 h先增加、然后持續(xù)降低。

圖2 通風期間小麥糧堆最高、最低、平均糧溫的變化

2.2 糧堆最高、最低、平均溫度對應的相對濕度、含濕量及露點溫度的變化

從圖3看出，從糧堆最高溫度解析的對應相對濕度、含濕量及露點溫度變化趨勢是相似的。全倉平均的最高糧溫對應的這些指標的變化是，RH由61.1%降低到 56.4%（圖 3A），含濕量由 14.9 g/kg 降低到 5.8 g/kg （圖 3B）， 露點溫度由 20.2 ℃降低到6.2 ℃（圖 3C）。

圖3 糧堆最高溫度對應的相對濕度、含濕量及露點溫度的變化

從圖4看出，從糧堆最低溫度解析的對應相對濕度、含濕量及露點溫度變化趨勢也是相似的。全倉平均的最低糧溫對應的這些指標的變化是，RH由53.7%降低到50.4%（圖4A），含濕量由3.5g/kg降低到2.0g/kg(圖4B)，露點溫度由-0.8℃降低到-8.4℃(圖 4C)。

圖4 糧堆最低溫度對應的相對濕度、含濕量及露點溫度的變化

從圖5看出，從糧堆平均溫度解析的對應相對濕度、含濕量及露點溫度變化趨勢是相似的。全倉平均糧溫對應的這些指標的變化是，RH由58.9%降低到53.4%(圖5A)，含濕量由9.5 g/kg降低到3.4 g/kg(圖 5B)，露點溫度 13.3℃降低到-1.5℃(圖 5C)。

圖5 糧堆平均溫度對應的相對濕度、含濕量及露點溫度的變化

2.3 降溫通風效果評價

從表1看出，對中溫帶地區(qū)4 132 t小麥平房倉，采用2臺1.1 kW的軸流風機進行上行吸出式通風，糧堆平均溫度降低了14.3℃，糧堆水分不丟失，實際通風時數為286 h，而理論通風時數為279.4 h（焓值差校正因子取為1.0），單位能耗為0.0085 kW·h/（t·℃）， 遠遠低于 LS/T 1202-2002 儲糧機械通風技術規(guī)程規(guī)定的地上籠通風單位能耗界限值0.040 kW·h/（t·℃），與同條件下非間歇式通風降溫相比節(jié)約能耗40%。

表1 白小麥高大平房倉降溫通風效果評價

3 討論

糧堆通風調控的兩個關鍵因子是糧堆內溫度和含水率[1-6]。這兩個變量完全依賴通風所用空氣的溫度和濕度以及通風時糧食的含水率。我國儲糧機械通風技術規(guī)程LS/T 1202-2002中，糧食不同目的通風作業(yè)中，通過比較糧堆與大氣的溫度、含濕量、露點溫度[5，12]。 LS/T 1202-2002 中含濕量以 mm Hg 表示，而國外通用的單位是kg水/kg干空氣 （濕度比率）。糧食儲藏常用的空氣濕特性是露點溫度，露點溫度是濕蒸汽開始濃縮為液態(tài)水的溫度，對通風空氣和糧面上空空氣可利用露點濕度計準確測定空氣的濕度。但是，對于糧粒間隙空氣的露點溫度很難采用露點濕度計測定。本研究基于糧食平衡水分原理，假定降溫通風期間糧堆水分不丟失，分析降溫通風期間糧堆各層的RH和含濕量。同時采用牛頓和拉弗遜迭代的方法編著計算機軟件解出了糧堆各層的露點溫度。

本研究顯示，糧堆通風降溫過程中全倉平均最高糧溫對應的RH由61.1%降低到56.4%，含濕量由14.9 g/kg降低到5.8 g/kg，露點溫度由20.2℃降低到6.2℃；全倉平均最低糧溫對應的RH由53.7%降低到50.4%，含濕量由3.5 g/kg降低到2.0 g/kg，露點溫度由-0.8℃降低到-8.4℃；全倉平均糧溫對應的RH由58.9%降低到53.4%，含濕量由9.5 g/kg降低到3.4 g/kg，露點溫度13.3℃降低到-1.5℃。

4 結論

（1）對中溫帶地區(qū)小麥平房倉，采用2臺1.1 kW的軸流風機進行上行吸出式通風，實際通風時數為286 h，而理論通風時數為279.4 h（焓值差校正因子為1.0），糧堆平均溫度降低了14.3℃，糧堆水分不丟失，可以利用理論降溫通風時數進行秋冬季通風時科學選擇風機，合理化糧堆通風作業(yè)方案，提高通風效果。

（2）通風過程中全倉平均糧溫對應的RH由58.9%降低到53.4%，含濕量由9.5 g/kg降低到3.4 g/kg，露點溫度13.3℃降低到-1.5℃。這些參數對我國糧食智能化精準通風控制具有一定的參考價值。