李倩倩，楊冬平，黃呈兵，石天玉，劉惠標(biāo)

（1. 國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院，北京 100037；2. 北京東方孚德技術(shù)發(fā)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(shù)手段，可以減少糧食顆粒的呼吸作用，延緩品質(zhì)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(fā)霉[1]。我國常用的低溫儲糧技術(shù)包括隔熱保冷、谷物冷卻、空調(diào)制冷和內(nèi)循環(huán)等技術(shù)[2]。為了綠色生態(tài)儲糧保鮮技術(shù)發(fā)展，實現(xiàn)我國低溫儲糧，谷冷通風(fēng)工藝已成為必要儲糧手段。谷物冷卻技術(shù)是指采用谷冷機對空氣進行冷卻降溫和調(diào)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(shù)[3]。

隨著橫向通風(fēng)儲糧技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，橫向負壓谷冷通風(fēng)技術(shù)也被同步開發(fā)應(yīng)用，環(huán)境適應(yīng)性強，尤其在南方高溫高濕地區(qū)，均可以對糧堆進行快速冷卻通風(fēng)降溫，基本不受環(huán)境氣候條件的影響，可實現(xiàn)糧堆長期保持在低溫或準低溫狀態(tài)。

橫向谷冷通風(fēng)技術(shù)是在配置有橫向通風(fēng)系統(tǒng)的平房倉，采用分體式谷冷機的制冷機組與吸風(fēng)系統(tǒng)分置在倉房兩側(cè)，分別連接倉房兩側(cè)對應(yīng)的通風(fēng)口，冷風(fēng)通過橫向通風(fēng)管道被吸風(fēng)系統(tǒng)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(shù)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(shù)已在部分倉房應(yīng)用，但是適用于大跨度平房倉糧堆橫向制冷通風(fēng)工藝研究薄弱和設(shè)備缺少。本文采用了新研制的專用橫向谷冷設(shè)備，對高溫高濕地區(qū)24 m大跨度平房倉的儲藏稻谷進行了應(yīng)用研究，采用分區(qū)域谷冷通風(fēng)方式，探討橫向谷冷通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用效果，為我國低溫儲糧技術(shù)提供應(yīng)用基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗糧種優(yōu)質(zhì)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(shè)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(guī)格42 m*24 m，設(shè)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(tǒng)和橫向通風(fēng)系統(tǒng)，倉墻為混磚結(jié)構(gòu)，厚度0.49 m，糧面用PE五層共擠復(fù)合尼龍薄膜雙槽管單面密封。

1.2.2 通風(fēng)系統(tǒng)

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

圖1 橫向通風(fēng)系統(tǒng)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of transverse ventilation system

1.2.3 通風(fēng)設(shè)備

2臺GLA 55f分體式谷冷機，標(biāo)準工況制冷量55 kW，標(biāo)準工況風(fēng)量3 500 m3/h，制冷系統(tǒng)功率20 kW，風(fēng)機功率15 kW：北京東方孚德技術(shù)發(fā)展中心生產(chǎn)。

1.2.4 糧情檢測系統(tǒng)

嘉華糧情檢測系統(tǒng)，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(shè)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(tǒng)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(shù)據(jù)、風(fēng)機電表讀數(shù)，并進行通風(fēng)前糧情分析。在糧倉東側(cè)兩通風(fēng)口分別連接2臺分體式谷冷機，對東側(cè)糧堆進行通風(fēng)。設(shè)置谷冷機出風(fēng)濕度85%。間隔4 h采集糧情數(shù)據(jù)，3 h測試記錄谷冷機進出風(fēng)的溫濕度等參數(shù)。當(dāng)東側(cè)區(qū)域糧堆的平均溫度降到 15 ℃以下，冷卻峰面已移出出風(fēng)口，暫停冷卻通風(fēng)實驗，記錄電表讀數(shù)。更換分體式谷冷機到倉房西側(cè)兩個通風(fēng)口，重復(fù)上述步驟對西側(cè)糧堆進行通風(fēng)。通風(fēng)前后分層取樣，檢測糧堆水分。

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

1.4 數(shù)據(jù)分析

文章中數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel軟件進行統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 實驗倉水平層及糧堆溫度變化

通風(fēng)前后整倉各水平層及糧堆溫度如表2所示，通風(fēng)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(fēng)，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(fēng)結(jié)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(guī)范要求。四層的糧溫均隨通風(fēng)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(huán)境氣候影響較大。

表2 通風(fēng)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(fēng)后東半倉和西半倉各水平層及糧堆溫度如表3所示，通風(fēng)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(fēng)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(qū)域進行通風(fēng)，東半倉通風(fēng)51 h后西半倉通風(fēng)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(fēng)時間的延長而下降，通風(fēng)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(fēng)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(fēng)前期東半倉糧溫下降速率明顯高于西半倉，通風(fēng)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(guān)系。通風(fēng)結(jié)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(nèi)，說明東西半倉水平層糧溫相對均勻，分區(qū)域谷冷通風(fēng)已達到降溫目的。

表3 通風(fēng)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(fēng)前后整倉各垂直截面糧溫如表4所示，通風(fēng)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(fēng)，冷風(fēng)從北側(cè)的谷冷機端向南側(cè)的風(fēng)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(fēng)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(fēng)目標(biāo)溫度設(shè)定(15±3) ℃，當(dāng)截面平均溫度降到18 ℃時，通風(fēng)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(shè)定冷鋒面的降溫效果是18 ℃，冷鋒面的遷移距離L(m)與通風(fēng)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(fēng)后各垂直截面之間的溫度梯度差不大于 0.23 ℃/m，通風(fēng)效果相對均勻。其中北1截面在通風(fēng)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(fēng)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(fēng)后東半倉和西半倉各垂直截面糧溫如表5所示，通風(fēng)期間東半倉各垂直截面糧溫變化情況如圖7所示，通風(fēng)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(fēng)效果從北向南截面逐漸降低。通風(fēng)結(jié)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(fēng)均勻性較好。

表5 通風(fēng)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(jiān)測點水分變化

水分取樣布點按照距通風(fēng)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(fēng)前后的糧食水分數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 通風(fēng)前后糧堆水分數(shù)據(jù)Table 6 Moisture data of grain pile before and after ventilation %

從表6分析可知，通風(fēng)前糧堆平均水分是13.6%，通風(fēng)后糧堆平均水分是13.5%，通風(fēng)后通風(fēng)失水率為 0.1%，通風(fēng)單位水耗為 0.011%/℃，通風(fēng)失水速率為 0.001%/h，郭輝[8]等豎向谷冷通風(fēng)試驗通風(fēng)失水率不低于 0.16%，表明橫向谷冷通風(fēng)保水效果好。通風(fēng)后整個糧堆水分的變異系數(shù)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(fēng)總計通風(fēng)時長85 h，總耗電量 3 068.5 kW·h。根據(jù) GB/T 29374—2012[9]規(guī)程公式，本次谷冷通風(fēng)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(fēng)試驗結(jié)果，僅為規(guī)程中限定的最大能耗指標(biāo)0.5 kw·h/(t·℃)的20%。通過對稻谷平房倉豎向谷冷通風(fēng)研究，郭輝[8]等試驗結(jié)果表明谷冷通風(fēng)能耗不低于 0.172 kw·h/(t·℃)，周又杰[13]等試驗結(jié)果表明谷冷通風(fēng)能耗不低于0.143 kw·h/(t·℃)，朱清峰[14]等試驗結(jié)果表明谷冷通風(fēng)能耗不低于1.790 kw·h/(t·℃)。通過以上對比，說明橫向谷冷通風(fēng)能耗低，新研制的橫向通風(fēng)專用谷冷設(shè)備的應(yīng)用效果理想。

3 結(jié)論與討論

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

橫向谷冷通風(fēng)是在負壓狀態(tài)下進行，通風(fēng)作業(yè)前應(yīng)仔細檢查風(fēng)道、糧面和倉門密封情況，保證倉房的氣密性。通風(fēng)期間糧面表層糧溫較高，建議通風(fēng)初期糧面應(yīng)采用保溫隔熱毯壓蓋或開啟空調(diào)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(fēng)技術(shù)在綠色生態(tài)儲糧發(fā)揮更大作用。