王文越 ，趙會義 ，周 剛 ，楊雪峰 ，曹 晶

（1.新疆糧油科學研究所，烏魯木齊 830000；2.國家糧食和物資儲備局科學研究院，北京 100037；3.新疆喀什國家糧食儲備庫，新疆 喀什 844000）

在糧食儲存過程中， 通風是一種最常用的保糧技術(shù)手段，通過通風可達到保質(zhì)、降溫、保水、降水等效果。通風按風道排布形式又可分為橫向通風，豎向通風；按方法可分為自然通風和機械通風。儲糧通風系統(tǒng)用于糧食降溫時， 主要是在低溫季節(jié)進行通風以降低糧溫，或者用于處理發(fā)熱糧和高溫糧。儲糧機械通風系統(tǒng)是由倉房、糧堆、風網(wǎng)、風機及檢測控制設(shè)備等組成，除用于儲糧機械通風作業(yè)外，機械通風系統(tǒng)還可以用于谷物冷卻、環(huán)流熏蒸、氣調(diào)、惰性粉噴施等相關(guān)儲糧工藝作業(yè)[1-2]。

新疆南疆環(huán)塔里木盆地處于北緯36°~42°之間北溫帶，夏季高溫，冬季寒冷，夏季日照時間較長，各地年日照時數(shù)2 450~3 450 h[3]。夏至秋季高溫時，每天自早晨6 點日出~晚上21 點日落，日照時間長達15 h， 其中從上午12 時至晚上21 時是持續(xù)高溫時段，高溫時段可達9~10 h。 長時間日照很容易導致倉溫升高、糧溫升高，表層糧面最易受高溫影響，形成熱皮現(xiàn)象。 長時間日照也會造成散裝糧庫內(nèi)南側(cè)-西南側(cè)-西側(cè)墻面靠墻體處，自糧面往下至70cm左右深的小麥溫度較高， 通常情況下高于東北側(cè)墻及北側(cè)墻2~4 ℃，局部溫度高則倉內(nèi)易爆發(fā)蟲害。收儲企業(yè)收糧入庫過程中， 皮帶機拋投時易造成雜質(zhì)的自然聚集， 雜質(zhì)聚集區(qū)在儲藏過程中極易出現(xiàn)局部發(fā)熱現(xiàn)象，且這種現(xiàn)象較為普遍。南疆農(nóng)戶有存糧習慣，新糧收獲后將往年陳糧賣到糧庫，農(nóng)戶儲糧保管不善易生蟲，會導致儲糧害蟲隨糧入庫，在適宜的溫度條件時便大量繁衍。 以往解決局部發(fā)熱問題的辦法是利用整倉通風或單點風機降低局部糧溫，但存在通風降溫能耗大， 耗費人工及冷芯等問題。 因此，亟需尋找一種能降低局部糧溫，防治蟲害大范圍爆發(fā)的通風方法。

1 傳統(tǒng)豎向通風存在的問題

目前新疆地區(qū)常用的機械通風方式為豎向通風。建倉時普遍是在倉下北側(cè)預留風機洞口，倉上設(shè)軸流風機洞口。入倉前在倉內(nèi)地面鋪設(shè)通風地籠，倉上安裝軸流風機， 糧食入完倉后需要通風時打開地籠通風口，同時打開倉上軸流風機向外抽，進行倉上通風；或在地籠處接離心風機將風向倉內(nèi)壓，同時打開倉上窗戶將風向外排，是一種上行式通風方式，如圖1 所示。 這種通風方式無法針對局部糧溫升高處定向通風控溫， 每次局部溫度高時都是以支風道為單位進行通風，整個南側(cè)-西側(cè)墻面處通風后，整倉將近1/3 的風道都要被用上， 不利于糧食儲藏期間的節(jié)能降耗， 且頻繁的整倉通風會對糧食水分及糧食品質(zhì)造成一定的影響。

圖1 上行式通風示意圖

2 材料與方法

2.1 實驗方法

本次實驗選點在新疆喀什國家糧食儲備庫進行。喀什地區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，地處東經(jīng) 71.39'～79.52'、北緯 35.28'～40.16'之間，夏季季日照時數(shù)950~1 000 h[4]，日照時間長，是中國每天最后一個日落的城市。且喀什東臨塔克拉瑪干大沙漠，南依喀喇昆侖山與西藏阿里地區(qū)為鄰， 西靠帕米爾高原，夏季平均氣溫在33 ℃以上[5]。 夏季氣溫高、日照時間長，不利于糧食儲藏，因此選擇新疆喀什國家糧食儲備庫進行橫向通風實驗很具有代表性。

實驗計劃通過改變4 號倉通風風道排布方式，將主風道和支風道分別布置在倉內(nèi)兩邊檐墻上，將南北延墻內(nèi)側(cè)底部都安裝主風道，墻面安裝支風道。將原設(shè)計南側(cè)延墻已有三個通風口保留， 作為工藝通風補充的一部分，北側(cè)延墻新開4 個通風口，作為通風工藝主要通道；北面主籠安裝三組隔斷閥，供不同通風工藝使用， 南面延墻的支籠頂部加裝可開啟式擋糧網(wǎng)和擋風蓋， 以滿足不同通風工藝及投藥的需要；倉房內(nèi)墻四角增加角籠，避免出現(xiàn)墻角通風死角；采用混流風機，參數(shù)按照單位通風量3 m3/(h·t)來計算確定；糧面采用多幅搭接的覆膜方式，便于靈活揭膜通風。

實驗采集4 號倉進倉所需工時與進倉時間，與同條件對比倉1 號倉進倉所需工時與時長做對比分析；采集實驗倉從2018 年10 月~2018 年12 月進糧完成后通風降溫的數(shù)據(jù)， 分析4 號倉改為橫向通風后，在秋冬季實現(xiàn)對局部糧溫升高處定向通風降溫，探索利用橫向通風局部揭膜精確解決糧面熱皮問題的方法； 并對4 號倉進行橫向通風改造后做改造效果評估。

2.2 實驗材料

在新疆喀什國家糧食儲備庫選擇裝滿小麥的4號散裝小麥倉庫作為改造試驗倉， 同樣條件的1 號倉作為對比倉，兩個倉都是坐北朝南方向。實驗倉及對比倉都采用鋼筋砼折線型屋架及裝配式屋面板結(jié)構(gòu)，屋面貼100 厚保溫層；圍護結(jié)構(gòu)為500 厚黏土磚墻，無外墻保溫；倉長54 m，跨度24 m，坐北面南，倉容5 000 t。 實驗倉原設(shè)計為豎向通風形式，倉房南側(cè)開了三個通風口，一機四道形式，支風道在進糧時鋪設(shè)到倉內(nèi)地面。

本次在4 號實驗倉改造的橫向通風系統(tǒng)， 主風道采用770 mm 高梯形風道，板厚1.5 mm，主風道材料采用鍍鋅板， 沿墻布置， 固定于墻上及倉內(nèi)地面上，接口處做密封處理。 主風道上每隔3 m 設(shè)垂直于主風道的支風道，支風道錨固焊接于主風道上。支風道采用半圓形鍍鋅板，直徑500 mm，支風道采用1.5 mm 厚鍍鋅板。 支風道固定于墻上，支風道上端設(shè)活動蓋板，四角加設(shè)支風道，支風道與墻體連接處做密封處理。4 號倉延墻橫向通風排布如圖2 所示。

圖2 4 號倉延墻橫向通風排布示意圖

風機采用移動式風機，實驗倉共設(shè)4 臺風機，置于倉北外側(cè)，混流風機采用SWF-5 型，額定功率3.0 kW，單位通風量3 m3/(h·t)。 糧情測控數(shù)據(jù)采集軟件采用數(shù)字信號軟件， 倉內(nèi)橫向布置6 層， 豎向布置12 道，倉四角測控點距墻面距離50 ㎝、距糧面距離60 ㎝、距地面距離30 ㎝。

3 結(jié)果與分析

3.1 實驗方案

抑制表層糧溫升高通風方案： 倉頂是倉內(nèi)溫度升高的主要因素，陽光照射倉頂使倉內(nèi)溫度升高，導致表層糧溫上升，在每天夜間低溫時間段，利用倉上軸流風機或通風窗對流置換倉內(nèi)高溫空氣， 實現(xiàn)抑制表層糧溫上升的效果。

抑制東西山墻表皮糧食溫度升高的通風方案：東西山墻經(jīng)早晚陽光照射會使墻體溫度升高， 墻體溫升必然導致糧溫上升， 為了抑制東西糧堆表皮溫度升高， 采用以下通風降溫技術(shù)方案： 打開背陰面——背陰面靠近山墻的通風口并連接風機， 關(guān)閉其它通風口，適當開窗用于補風，揭開位于向陽面墻角籠處的糧膜，關(guān)閉背陰面墻主籠的隔斷閥，啟動風機進行負壓通風， 低溫空氣從向陽面墻角籠頂端進入籠內(nèi)，沿山墻穿過糧堆到達背陰面墻支籠，從通風口抽出，達到置換靠近山墻表皮糧堆高溫空氣，抑制糧溫升高的目的。

抑制向陽面糧堆表皮升溫的通風方案： 向陽面受日照時間相對較長，輻射面積大，倉內(nèi)糧堆熱皮數(shù)量相對較多， 抑制向陽面糧堆表皮升溫通風方案就要適當打開通風窗用于補風，向陽面揭膜，開啟向陽面通風口，連接風機進行負壓通風，低溫空氣從揭膜處進入向陽面表層糧堆，經(jīng)向陽面通風口排出，達到置換向陽面墻體表皮糧堆高溫空氣， 抑制糧溫升高的目的。 具體方案如圖3 所示：

圖3 抑制向陽面糧堆表皮升溫方案

3.2 數(shù)據(jù)與分析

本次改造后，4 號倉2018 年7 月底開始入糧，8月底進糧結(jié)束，入糧共計5 000 t，同時對比倉也進糧完畢。

經(jīng)過對兩倉進倉數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如圖4 所示，使用豎向通風系統(tǒng)時， 每個5 000 t 倉需要安裝地上籠337 節(jié)，2 個熟練工人安裝一節(jié)地籠需要花費5 min。 在理想狀態(tài)時， 整倉安裝完成需要花費1685min 計 28.1 h，共計 56.2 個工時；2 個熟練工人拆裝一節(jié)地籠需要3 min， 整倉拆除完成需要花費1011 min 計 16.85 h，共計 33.7 個工時。 且地上籠需要一邊進糧一邊安裝地籠， 地籠的安裝進度限制了連續(xù)進糧作業(yè)的作業(yè)產(chǎn)量。

采用橫向通風系統(tǒng)時， 通風設(shè)備安裝時已將通風管道安裝到南北墻內(nèi)側(cè)， 入倉時通風設(shè)備的安裝不會對入倉產(chǎn)量有任何影響。 入倉完成后糧面需要覆膜，整個倉庫覆膜需要5 個熟練工人工作2 h，共計10 個工時；出倉揭膜需要2 個熟練工人揭膜1h，共計2 個工時。糧食出入倉時，通風設(shè)備的拆卸基本不會對進出倉效率產(chǎn)生影響。 兩種通風方式進出糧倉耗費工時如圖4。

圖4 兩種通風方式進出糧倉工耗對比

由此可見， 橫向通風工藝所費人工工時明顯小于豎向通風所費工時，進出倉效率優(yōu)于豎向通風。

在進倉完成，平整完糧面、測控裝置平面布置如圖5，布置完測溫線纜等設(shè)備后，自10 月13 日起，對4 號試驗倉開展了局部揭膜通風實驗， 分別嘗試了抑制表層糧溫升高通風方案、 抑制東西山墻表皮糧食溫度升高通風方案及抑制向陽面糧堆表皮升溫通風方案。 具體工況如下：

圖5 倉房測控裝置平面布置圖

工況 1：10 月 13 日 15:00 時起， 南面揭膜 3 m左右，北面四個風機，持續(xù)開機至17 日17:00 時；此時天氣漸涼，倉外溫度也在慢慢下降，此時嘗試通過長時間通風降低整倉溫度。此工況最高糧溫36.4℃，最低糧溫 16 ℃，平均糧溫 25.9 ℃，倉溫 18.2 ℃，氣溫 19 ℃。

工況 2：10 月 17 日 12:00 時停風機，至 21:00 風機啟動，北面四個風機（只在夜間開機）；此時糧溫已慢慢降下來， 開始測試不同工況下揭膜通風去積熱方案。 此時此工況最高糧溫34.8 ℃， 最低糧溫14.8℃，平均糧溫 22.5 ℃，倉溫 14.4 ℃，氣溫 13 ℃。

工況 3：10 月 18 日中間 3~4 纜揭膜，北面四個風機，只在夜間開機；此工況最高糧溫34.8 ℃，最低糧溫 13.8 ℃，平均糧溫 21.8 ℃，倉溫 15.6 ℃，氣溫13 ℃。

工況 4：10 月 23 日北面揭膜 3 m 左右，風機移至南面，三個風機，只在夜間開機；此工況最高糧溫32.1 ℃，最低糧溫 10.4 ℃，平均糧溫 18.3 ℃，倉溫13.7 ℃，氣溫 19 ℃。

工況 5：10 月 28 日北面揭膜 5 m 左右， 第 1行、2 行、3 行、10 行、11 行、12 行全覆膜， 風機移至北面四個風機，只在夜間開機，嘗試著降局部第五纜的 第 4、5、6、7、8、9 行 糧 溫 ； 此 工 況 下 最 高 糧 溫32.3℃，最低糧溫 11.1 ℃，平均糧溫 16.4 ℃，倉溫8.3 ℃，氣溫 17 ℃。

工況6：11 月13 日南、北墻均掛膜，從中間揭開4 纜、5 纜位置約 5 m， 北面四個風機， 只在夜間開機；此工況最高糧溫35.9 ℃，最低糧溫4.9 ℃，平均糧溫 14.5 ℃，倉溫 4.9 ℃，氣溫 12 ℃。

工況7：11 月20 日糧面膜全部覆蓋， 打開南面三個通風口、南面二個窗戶進風，北面四個風機，只在夜間開機； 此工況最高糧溫31.9 ℃， 最低糧溫2.9℃，平均糧溫 12.9 ℃，倉溫 1.8 ℃，氣溫 6 ℃。

工況8：11 月 30 日北面揭膜約 3 m， 開南面三個通風口、北面二個窗戶進風，北面四個風機，只在夜間開機； 此工況最高糧溫28.3 ℃， 最低糧溫-0.5℃，平均糧溫 9.8 ℃，倉溫-1.6 ℃，氣溫 7 ℃。

工況 9：12 月 3 日 18:00 時， 全倉糧面覆膜，開南面三個通風口進風， 北面四個風機，24 h 全天通風；此工況最高糧溫29.3 ℃，最低糧溫-3.2 ℃，平均糧溫 9.0 ℃，倉溫-1.6 ℃，氣溫 0 ℃。

4 結(jié)果與討論

通過對4 號倉累計50 d 的持續(xù)通風實驗，將橫向通風工藝在南疆落地做了各種工況下的局部揭膜通風實驗及通風效果測試， 并實倉測試了不同位置揭膜方式與切換風機位置時糧食溫度變化情況 （圖6）。通過實驗驗證了在新疆使用橫向通風工藝，可有效解決糧堆發(fā)熱問題。 橫向通風的進出糧效能也遠高于豎向通風效能，可大大提高進出倉效率。

圖6 通風時間與三溫曲線圖

通過不同部位揭膜通風降溫測試， 可精準有效控制全倉溫度，解決局部發(fā)熱問題，避免因局部發(fā)熱而進行長時間整倉通風降溫， 可實現(xiàn)儲藏期間節(jié)能降耗、降低儲糧成本，是一種很好的局部發(fā)熱解決方案。 實驗完成后，也提出了新的研究思考方向：在新疆南疆典型大陸性干旱氣候地區(qū)使用橫向通風保糧，在一個儲藏期內(nèi)，儲糧水分變化、儲藏物品質(zhì)變化情況，有待進一步研究。