王文越 ，趙會義 ，周 剛 ，楊雪峰 ，曹 晶

（1.新疆糧油科學(xué)研究所，烏魯木齊 830000；2.國家糧食和物資儲備局科學(xué)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(fēng)是一種最常用的保糧技術(shù)手段，通過通風(fēng)可達(dá)到保質(zhì)、降溫、保水、降水等效果。通風(fēng)按風(fēng)道排布形式又可分為橫向通風(fēng)，豎向通風(fēng)；按方法可分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)。儲糧通風(fēng)系統(tǒng)用于糧食降溫時， 主要是在低溫季節(jié)進(jìn)行通風(fēng)以降低糧溫，或者用于處理發(fā)熱糧和高溫糧。儲糧機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)是由倉房、糧堆、風(fēng)網(wǎng)、風(fēng)機(jī)及檢測控制設(shè)備等組成，除用于儲糧機(jī)械通風(fēng)作業(yè)外，機(jī)械通風(fēng)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(dá)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(dá)9~10 h。 長時間日照很容易導(dǎo)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(jī)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(xí)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(dǎo)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(fēng)或單點風(fēng)機(jī)降低局部糧溫，但存在通風(fēng)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(fēng)方法。

1 傳統(tǒng)豎向通風(fēng)存在的問題

目前新疆地區(qū)常用的機(jī)械通風(fēng)方式為豎向通風(fēng)。建倉時普遍是在倉下北側(cè)預(yù)留風(fēng)機(jī)洞口，倉上設(shè)軸流風(fēng)機(jī)洞口。入倉前在倉內(nèi)地面鋪設(shè)通風(fēng)地籠，倉上安裝軸流風(fēng)機(jī)， 糧食入完倉后需要通風(fēng)時打開地籠通風(fēng)口，同時打開倉上軸流風(fēng)機(jī)向外抽，進(jìn)行倉上通風(fēng)；或在地籠處接離心風(fēng)機(jī)將風(fēng)向倉內(nèi)壓，同時打開倉上窗戶將風(fēng)向外排，是一種上行式通風(fēng)方式，如圖1 所示。 這種通風(fēng)方式無法針對局部糧溫升高處定向通風(fēng)控溫， 每次局部溫度高時都是以支風(fēng)道為單位進(jìn)行通風(fēng)，整個南側(cè)-西側(cè)墻面處通風(fēng)后，整倉將近1/3 的風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(jìn)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(jìn)行橫向通風(fēng)實驗很具有代表性。

實驗計劃通過改變4 號倉通風(fēng)風(fēng)道排布方式，將主風(fēng)道和支風(fēng)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(fēng)道，墻面安裝支風(fēng)道。將原設(shè)計南側(cè)延墻已有三個通風(fēng)口保留， 作為工藝通風(fēng)補充的一部分，北側(cè)延墻新開4 個通風(fēng)口，作為通風(fēng)工藝主要通道；北面主籠安裝三組隔斷閥，供不同通風(fēng)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(fēng)蓋， 以滿足不同通風(fēng)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(fēng)死角；采用混流風(fēng)機(jī)，參數(shù)按照單位通風(fēng)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(fēng)。

實驗采集4 號倉進(jìn)倉所需工時與進(jìn)倉時間，與同條件對比倉1 號倉進(jìn)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(jìn)糧完成后通風(fēng)降溫的數(shù)據(jù)， 分析4 號倉改為橫向通風(fēng)后，在秋冬季實現(xiàn)對局部糧溫升高處定向通風(fēng)降溫，探索利用橫向通風(fēng)局部揭膜精確解決糧面熱皮問題的方法； 并對4 號倉進(jìn)行橫向通風(fēng)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(hù)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(fēng)形式，倉房南側(cè)開了三個通風(fēng)口，一機(jī)四道形式，支風(fēng)道在進(jìn)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(fēng)系統(tǒng)， 主風(fēng)道采用770 mm 高梯形風(fēng)道，板厚1.5 mm，主風(fēng)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(fēng)道上每隔3 m 設(shè)垂直于主風(fēng)道的支風(fēng)道，支風(fēng)道錨固焊接于主風(fēng)道上。支風(fēng)道采用半圓形鍍鋅板，直徑500 mm，支風(fēng)道采用1.5 mm 厚鍍鋅板。 支風(fēng)道固定于墻上，支風(fēng)道上端設(shè)活動蓋板，四角加設(shè)支風(fēng)道，支風(fēng)道與墻體連接處做密封處理。4 號倉延墻橫向通風(fēng)排布如圖2 所示。

圖2 4 號倉延墻橫向通風(fēng)排布示意圖

風(fēng)機(jī)采用移動式風(fēng)機(jī)，實驗倉共設(shè)4 臺風(fēng)機(jī)，置于倉北外側(cè)，混流風(fēng)機(jī)采用SWF-5 型，額定功率3.0 kW，單位通風(fēng)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(fēng)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(dǎo)致表層糧溫上升，在每天夜間低溫時間段，利用倉上軸流風(fēng)機(jī)或通風(fēng)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(fēng)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(dǎo)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(fēng)降溫技術(shù)方案： 打開背陰面——背陰面靠近山墻的通風(fēng)口并連接風(fēng)機(jī)， 關(guān)閉其它通風(fēng)口，適當(dāng)開窗用于補風(fēng)，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(fēng)機(jī)進(jìn)行負(fù)壓通風(fēng)， 低溫空氣從向陽面墻角籠頂端進(jìn)入籠內(nèi)，沿山墻穿過糧堆到達(dá)背陰面墻支籠，從通風(fēng)口抽出，達(dá)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(fēng)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(fēng)方案就要適當(dāng)打開通風(fēng)窗用于補風(fēng)，向陽面揭膜，開啟向陽面通風(fēng)口，連接風(fēng)機(jī)進(jìn)行負(fù)壓通風(fēng)，低溫空氣從揭膜處進(jìn)入向陽面表層糧堆，經(jīng)向陽面通風(fēng)口排出，達(dá)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(jìn)糧結(jié)束，入糧共計5 000 t，同時對比倉也進(jìn)糧完畢。

經(jīng)過對兩倉進(jìn)倉數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如圖4 所示，使用豎向通風(fēng)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(jìn)糧一邊安裝地籠， 地籠的安裝進(jìn)度限制了連續(xù)進(jìn)糧作業(yè)的作業(yè)產(chǎn)量。

采用橫向通風(fēng)系統(tǒng)時， 通風(fēng)設(shè)備安裝時已將通風(fēng)管道安裝到南北墻內(nèi)側(cè)， 入倉時通風(fēng)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(fēng)設(shè)備的拆卸基本不會對進(jìn)出倉效率產(chǎn)生影響。 兩種通風(fēng)方式進(jìn)出糧倉耗費工時如圖4。

圖4 兩種通風(fēng)方式進(jìn)出糧倉工耗對比

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

在進(jìn)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(fēng)實驗， 分別嘗試了抑制表層糧溫升高通風(fēng)方案、 抑制東西山墻表皮糧食溫度升高通風(fēng)方案及抑制向陽面糧堆表皮升溫通風(fēng)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(fēng)機(jī)，持續(xù)開機(jī)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(fēng)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(fēng)機(jī)，至 21:00 風(fēng)機(jī)啟動，北面四個風(fēng)機(jī)（只在夜間開機(jī)）；此時糧溫已慢慢降下來， 開始測試不同工況下揭膜通風(fēng)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(fēng)機(jī)，只在夜間開機(jī)；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(fēng)機(jī)移至南面，三個風(fēng)機(jī)，只在夜間開機(jī)；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(fēng)機(jī)移至北面四個風(fēng)機(jī)，只在夜間開機(jī)，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(fēng)機(jī)， 只在夜間開機(jī)；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(fēng)口、南面二個窗戶進(jìn)風(fēng)，北面四個風(fēng)機(jī)，只在夜間開機(jī)； 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(fēng)口、北面二個窗戶進(jìn)風(fēng)，北面四個風(fēng)機(jī)，只在夜間開機(jī)； 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(fēng)口進(jìn)風(fēng)， 北面四個風(fēng)機(jī)，24 h 全天通風(fēng)；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(fēng)實驗，將橫向通風(fēng)工藝在南疆落地做了各種工況下的局部揭膜通風(fēng)實驗及通風(fēng)效果測試， 并實倉測試了不同位置揭膜方式與切換風(fēng)機(jī)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(fēng)工藝，可有效解決糧堆發(fā)熱問題。 橫向通風(fēng)的進(jìn)出糧效能也遠(yuǎn)高于豎向通風(fēng)效能，可大大提高進(jìn)出倉效率。

圖6 通風(fēng)時間與三溫曲線圖

通過不同部位揭膜通風(fēng)降溫測試， 可精準(zhǔn)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(jìn)行長時間整倉通風(fēng)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(fēng)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(jìn)一步研究。