高大平房倉內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)探析

[摘要]本文研究了內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)的理論依據(jù)，并在高大平房倉內(nèi)對內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，研究了倉溫、倉濕、表層糧食溫度和水分的變化。試驗結(jié)果表明，內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)能夠在高溫季節(jié)有效控制糧溫，結(jié)合嚴(yán)格的隔熱保溫措施，可以實現(xiàn)糧食的準(zhǔn)低溫儲藏。

[關(guān)鍵詞]高大平房倉;內(nèi)環(huán)流;控溫儲糧技術(shù)

中圖分類號：TS205 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.201810

內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)是在機械通風(fēng)技術(shù)、保溫技術(shù)和環(huán)流技術(shù)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的，其本質(zhì)是利用一定體積、重量的糧食每上升1℃可以吸收糧倉空間中更大體積空氣中熱量的原理，在秋冬季節(jié)將糧倉中的糧食通過機械通風(fēng)降溫，降到比較低的溫度，在夏季以糧食升高一定溫度為代價，通過糧食和空氣熱量交換，將糧倉中的空間溫度保持在一定水平，實現(xiàn)低溫儲糧、防止儲糧害蟲繁殖等目的。近年來，各地的糧油倉儲企業(yè)對內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)進(jìn)行了不斷的探索和研究，2015年6月，中央儲備糧管理總公司總結(jié)了內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)的經(jīng)驗，試行了《平房倉內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)操作規(guī)程》，為各地的內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)提供了一定的技術(shù)規(guī)范。2017年又制定了中央儲備糧管理總公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（Q/ZCL T23-2017）（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)），規(guī)定了內(nèi)環(huán)流控溫儲糧的概念、適用范圍、操作規(guī)程等，使得內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)逐步規(guī)范和成熟。中儲糧聊城直屬庫有限公司冠縣分公司屬暖溫帶季風(fēng)氣候，春秋短暫，冬夏較長，最低氣溫出現(xiàn)在1月，最高氣溫一般在7月，適合利用內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)進(jìn)行低溫儲糧、綠色儲糧[1]。為了提高儲糧水平，延緩糧食品質(zhì)變化，結(jié)合工作實際，對高大平房倉內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)進(jìn)行實地試驗，認(rèn)真記錄相關(guān)數(shù)據(jù)、總結(jié)經(jīng)驗，為提升儲糧水平積累經(jīng)驗。

1 內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)的理論依據(jù)

內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)是利用相同體積糧食和空氣的比熱容差距很大的原理，糧食吸收空氣中的熱量升高一定溫度，空氣釋放熱量而降低溫度，使得糧倉內(nèi)部的溫度保持在一定的溫度條件下。

某高大平房倉長44m、寬21m、檐高9.8m，頂高12m，裝糧線高度為6m。首先，計算體積。由倉房長、寬、高的數(shù)值，并忽略糧堆內(nèi)柱、地上籠等設(shè)施的體積，計算出糧堆體積約為5 500m3，空間體積約為4 200m3。根據(jù)張小正[2]對糧堆孔隙度的研究結(jié)果，高度為6m的糧堆其平均孔隙度約為36%，則糧堆中空氣的體積為1 980m3，糧倉中空氣的總體積為6 180m3。其次，計算糧食與空氣的質(zhì)量?？諝獾拿芏燃s為1.2kg/m3，糧食（以小麥為例）的密度按照三等小麥的容重750kg/m3來計算，則高大平房倉中空氣的總質(zhì)量為7 416kg，糧食的質(zhì)量為4 125 000kg。再次，考慮比熱容?？諝獾谋葻崛莺苄?，而且沒有確定值，通常使用定壓比熱容或定容比熱容來反映空氣比熱容的大小，一般約為1kJ（kg·k）。而谷物的比熱容相對較大，以小麥為例，根據(jù)Cao等[3]研究得出的公式，當(dāng)小麥溫度為5℃、含水量為12.0%時，小麥的比熱容為1.56kJ（kg·k）。

按照以上分析，則示例倉中全部空氣每變化1℃能夠釋放或吸收的熱量為7 416kJ，糧食（小麥）每變化1℃能夠釋放或吸收的熱量為6 435 000kJ，即糧倉中糧食（小麥）每升高1℃吸收的熱量是糧倉中空氣下降1℃所釋放熱量的870倍，或者說糧倉中全部小麥的溫度升高1℃，所需的熱量就可以使倉房中全部空氣的溫度下降870℃。因此，在冬季利用機械通風(fēng)技術(shù)對糧堆進(jìn)行降溫，儲存大量的“冷源”，在高溫季節(jié)通過環(huán)流技術(shù)[4]，將下層糧堆和上層熱空氣進(jìn)行熱量交換，下層糧堆上升較小的溫度范圍即可降低糧倉上層空氣的溫度，控制糧倉空間的溫度保持在一定的范圍內(nèi)，減小了與糧堆之間的溫差，避免表層糧食品質(zhì)劣變，利用低溫控制儲糧害蟲的生長繁殖[5]。

2 試驗材料和方法

2.1 試驗倉房

選擇中央儲備糧聊城直屬庫有限公司冠縣分公司7號倉作為試驗倉，設(shè)施條件相同的6號倉作為對照倉。試驗倉和對照倉均為磚混結(jié)構(gòu)的高大平房倉，倉內(nèi)長59.7m，寬20.2m，設(shè)計裝糧高度為6.0m。7號試驗倉糧堆體積為7 232m3，實際裝糧5 614t，6號對照倉糧堆體積7 412m3，實際裝糧5 752t。

2.2 內(nèi)環(huán)流控溫系統(tǒng)構(gòu)成

內(nèi)環(huán)流控溫系統(tǒng)由通風(fēng)系統(tǒng)、保溫環(huán)流管路和環(huán)流風(fēng)機以及控制系統(tǒng)組成。通風(fēng)系統(tǒng)為地上籠通風(fēng)系統(tǒng)，一機4道，風(fēng)道間距為3.78m;保溫環(huán)流管道為套管結(jié)構(gòu)，外管是直徑133mm的304不銹鋼管，內(nèi)管采用直徑90mm的PVC管，其間填充聚氨酯發(fā)泡保溫材料，通過通風(fēng)口和糧面的過墻孔連通糧堆底部和上部的空間;環(huán)流風(fēng)機為三相異步防爆風(fēng)機，功率為0.75kW，控制系統(tǒng)由溫度傳感器、控制柜、控制單元、液晶顯示屏組成，其中溫度傳感器安裝在倉內(nèi)糧面以上廒間中間位置，用于檢測倉內(nèi)糧面上的溫度，并向控制單元發(fā)送溫度信號，控制柜一般安裝在倉外廒間的中間位置，實現(xiàn)系統(tǒng)各部件的運行控制，控制單元安裝在控制柜內(nèi)部，接受溫度傳感器信號，并根據(jù)信號判斷發(fā)出各運行命令，同時儲存各項運行參數(shù)。

2.3 試驗倉通風(fēng)參數(shù)

試驗倉糧堆體積為7 232m3，糧堆孔隙度取36%，糧堆內(nèi)空氣體積為2 604m3。實測環(huán)流管道出風(fēng)口風(fēng)速為21m/s，實際單臺環(huán)流風(fēng)機風(fēng)量為481m3/h，倉房配套四臺環(huán)流風(fēng)機，實際通風(fēng)量為1 924m3/h，實際單位通風(fēng)量為0.34m3/h·t，換氣次數(shù)為0.74次/h。符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的單位通風(fēng)量控制在1.5m3/h·t以下，出風(fēng)口速度宜控制在25m/s以下的要求。

2.4 試驗方法

2.4.1 通風(fēng)降溫

試驗倉及對照倉均在2017年10月-2018年1月采用緩速機械通風(fēng)方式將糧堆溫度降低至10℃以下。7號試驗倉降溫后最低糧溫2.4℃，最高糧溫14.6℃，平均糧溫8.1℃;6號對照倉最低糧溫1.8℃，最高糧溫14.8℃，平均糧溫7.8℃。通風(fēng)結(jié)束后采取密閉保溫措施。

2.4.2 內(nèi)環(huán)流控溫

內(nèi)環(huán)流控溫自2017年6月13日開始，此時倉溫為27℃。設(shè)定環(huán)流控溫的上限溫度為25℃，下限溫度為22℃，環(huán)流裝置自動開啟模式，對照倉不開啟內(nèi)環(huán)流控溫系統(tǒng)。試驗期間每天上午8∶30利用糧情檢測系統(tǒng)檢測一次糧情，并記錄環(huán)流系統(tǒng)開啟次數(shù)和開啟時間以及用電量。

3 結(jié)果與分析

3.1 糧溫變化情況

試驗倉溫度變化情況見圖1，對照倉溫度變化情況見圖2。從圖1可以看出，試驗倉從6月12日開始至9月4日結(jié)束，倉溫和表層糧溫始終保持在25℃以下，而且變化幅度較小，平均糧溫由于與空氣進(jìn)行熱量交換，所以在逐步上升，但始終能夠低于20℃，基本符合準(zhǔn)低溫儲糧的要求。

從圖2可以看出，倉溫始終隨著外溫的波動而變化，在試驗期間處于較高的溫度，一般在30℃左右，表層平均糧溫受倉溫的影響，在31℃左右，隨著倉溫的波動而波動，但相對波動幅度較小，這與相同體積的糧食熱容較大有關(guān)，符合糧溫變化規(guī)律，平均糧溫也在逐步上升。

3.2 糧倉濕度與糧食水分變化

在試驗期間檢測了倉內(nèi)濕度和糧食水分變化，倉內(nèi)濕度檢測點位于廒間的中心處，水分檢測點為距糧面30cm處，沿倉東北角至西南角的對角線上平均設(shè)置5點，取平均值。試驗期間糧倉濕度與糧食水分變化情況見表1。據(jù)表1可知，試驗開始后，倉內(nèi)濕度快速下降，然后在25%～35%波動。這是由于糧堆空間較熱的空氣向下與冷的糧堆接觸[6]，在糧食的表面產(chǎn)生結(jié)露，導(dǎo)致糧堆表層30cm深度處水分增加，從而降低了倉內(nèi)濕度，波動情況與環(huán)流風(fēng)機運行及停止時間有關(guān)。糧堆表層水分在試驗期間有所下降，在距離糧面30cm處糧食水分稍有上升，這是由于下行通風(fēng)熱的空氣與冷的糧堆接觸發(fā)生水分轉(zhuǎn)移導(dǎo)致，也與倉內(nèi)濕度變小的情況符合，但由于是倉房內(nèi)部空氣與表層糧食之間的熱量、水分的平衡與交換，水分交換幅度較小，糧食水分處于安全水分之內(nèi)。

3.3 能耗與經(jīng)濟效益

本次內(nèi)環(huán)流控溫通風(fēng)累計運行476h，使用4臺功率為0.75kW的環(huán)流風(fēng)機，理論能耗為1 428kW·h。經(jīng)過試驗，實際能耗與理論能耗之比為0.82，實際能耗為1 171kW·h，單位能耗為0.21kW·h/t，按照聊城市綜合電價0.65元/kW·h計算，內(nèi)環(huán)流控溫單位費用為0.137元/t。冬季降溫通風(fēng)能耗一般為0.3kW·h/t，內(nèi)環(huán)流控溫總能耗為0.51kW·h/t，符合《內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的內(nèi)環(huán)流系統(tǒng)在一個自然年度的運行能耗不高于0.6kW·h/t的要求。

4 結(jié) 論

（1）在高大平房倉利用內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)能夠在高溫季節(jié)有效控制糧倉溫度和表層糧堆溫度，在做好隔熱保溫等工作的基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)糧倉平均溫度低于20℃。

（2）內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)必須與密閉隔熱保溫措施相結(jié)合，杜絕或減少糧倉與外界熱量和水分的交換，否則將會出現(xiàn)表層糧食水分增高以及控溫效果不好的問題。

（3）使用內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)時由于倉內(nèi)溫度低，與外界溫差較大，需要密切關(guān)注靠墻、柱、窗口等位置附近糧食的水分變化情況，避免出現(xiàn)壞糧事故。

參考文獻(xiàn)

[1] 王旭峰，梁兆岷.高大平房倉糧溫均衡及降溫通風(fēng)預(yù)防結(jié)露實驗[J].糧油食品科技，2018（5）：86-91.

[2] 張小正.倉儲糧堆孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[3] CAO Y， LI G， ZHANG Z， et al. The specific heat of wheat[A]. CAO Y， LI G， ZHANG Z， et al. 10th International Working Conference on Stored Product Protection[C].Portugal： Book Concern，2010：332.

[4] 陳明偉，王剛，張永君，等.平房倉內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)探討[J].糧油倉儲科技通訊，2016（6）：27-31.

[5] 鄧長春.高大平房倉儲糧內(nèi)環(huán)流控溫實驗[J].糧食加工，2017（5）： 72-74.

[6] 王旭峰.三種儲糧機械通風(fēng)方式與結(jié)露預(yù)防比較研究[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2018（14）：67-68+70.