不同橫向通風(fēng)方式降溫保水效果對(duì)比研究

許建雙，王學(xué)正，安超楠，白國(guó)偉，彭超遠(yuǎn)，李喜洋，陳 峰，張 杰

（1. 中央儲(chǔ)備糧南陽(yáng)直屬庫(kù)有限公司，河南 南陽(yáng) 473000；2. 中國(guó)儲(chǔ)備糧管理集團(tuán)有限公司河南分公司，河南 鄭州 450000；3. 中國(guó)儲(chǔ)備糧管理集團(tuán)有限公司河南分公司質(zhì)檢中心，河南 鄭州 450000）

目前，橫向通風(fēng)是一種新型的平房倉(cāng)儲(chǔ)糧通風(fēng)技術(shù)[1-2]，主要由固定于平房倉(cāng)檐墻兩側(cè)的通風(fēng)口、主風(fēng)道、豎向支風(fēng)道及其他附件組成。作業(yè)時(shí)，在糧面覆膜形成的密閉糧堆，氣流由一側(cè)通風(fēng)口吸入并橫向穿過(guò)糧堆后從另一側(cè)通風(fēng)口排出，從而對(duì)糧堆進(jìn)行通風(fēng)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)目的。

近年，橫向通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用的糧食品種主要是小麥[3]和稻谷[4]，而玉米和大豆鮮見(jiàn)報(bào)道。多數(shù)研究者對(duì)橫向通風(fēng)技術(shù)從理論和實(shí)倉(cāng)做了大量的探索研究，Thorpe G R[5]、王遠(yuǎn)成[6]等假設(shè)糧堆是連續(xù)性、均勻分布的多孔介質(zhì)，糧堆內(nèi)部滿(mǎn)足局部熱濕平衡原理，建立了儲(chǔ)糧通風(fēng)過(guò)程中糧堆內(nèi)部流動(dòng)及熱濕耦合傳遞的數(shù)學(xué)模型，張波[7]等采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法對(duì)房式倉(cāng)糧堆建立了描述糧堆內(nèi)部熱濕傳遞的數(shù)學(xué)模型并對(duì)橫向谷冷通風(fēng)過(guò)程進(jìn)行三維數(shù)值模擬，得到平房倉(cāng)橫向谷冷通風(fēng)過(guò)程中溫度和水分變化的規(guī)律，均為橫向通風(fēng)奠定了理論依據(jù)。許多研究者對(duì)谷物冷卻、環(huán)流熏蒸、通風(fēng)效果、充氮?dú)庹{(diào)、惰性粉殺蟲(chóng)在實(shí)倉(cāng)橫向通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用中做了探索研究，祝祥坤[8]等在儲(chǔ)藏稻谷的高大平房倉(cāng)中應(yīng)用橫向通風(fēng)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)橫向通風(fēng)具有風(fēng)量分配均勻，通風(fēng)均勻性好，單位糧層阻力小于豎向通風(fēng)；沈邦灶，王飛[9]研究環(huán)流熏蒸在橫向通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)橫向通風(fēng)系統(tǒng)可使磷化氫氣體在糧堆內(nèi)快速而均勻地形成有效濃度；沈波[10]等用移動(dòng)式膜分離制氮機(jī)對(duì)具有橫向通風(fēng)系統(tǒng)的糧堆進(jìn)行富氮低氧實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，橫向通風(fēng)系統(tǒng)適合富氮低氧工藝。目前，關(guān)于不同橫向通風(fēng)方式的對(duì)比分析的研究文獻(xiàn)鮮見(jiàn)報(bào)道，本文采用兩種不同橫向通風(fēng)方式進(jìn)行實(shí)倉(cāng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析通風(fēng)降溫效果、均勻性，為實(shí)倉(cāng)更好的應(yīng)用橫向通風(fēng)技術(shù)提供一些參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)倉(cāng)房和糧食

根據(jù)糧食入庫(kù)時(shí)間、產(chǎn)地、品質(zhì)、糧溫、倉(cāng)房等條件，選擇號(hào)11倉(cāng)和15號(hào)倉(cāng)為試驗(yàn)倉(cāng)房，均為雙T板高大平房倉(cāng)，雙側(cè)通風(fēng)，倉(cāng)庫(kù)跨度30 m，長(zhǎng)36 m，裝糧高度6 m，全部?jī)?chǔ)存小麥。具體數(shù)量和質(zhì)量情況見(jiàn)表1。

表1 供試糧食情況

1.2 橫向通風(fēng)系統(tǒng)

風(fēng)道口：雙側(cè)各 2個(gè)風(fēng)口，設(shè)置在倉(cāng)房雙側(cè)檐墻底部，長(zhǎng)寬50*50 cm；主風(fēng)道：分置于倉(cāng)房雙側(cè)檐墻內(nèi)壁底部，橫截面為斜面梯形，寬40 cm；支風(fēng)道：固定于雙側(cè)檐墻內(nèi)壁，倉(cāng)門(mén)兩側(cè)支風(fēng)道間距為480 cm，倉(cāng)門(mén)中間支風(fēng)道間距為240 cm，均勻分布，兩端支風(fēng)道離墻70 cm左右，通風(fēng)途徑比1.11～1.16，支風(fēng)道開(kāi)豎向橋式孔，開(kāi)孔率不大于30%，見(jiàn)圖1。

圖1 橫向通風(fēng)裝置示意圖

1.3 主要設(shè)備

橫向通風(fēng)專(zhuān)用離心風(fēng)機(jī)，型號(hào)CFLH–7.5A：河南未來(lái)機(jī)電有限公司；糧情電子測(cè)溫系統(tǒng)，主機(jī)型號(hào) XS–CIII：鄭州鑫勝電子科技有限公司；電熱烘箱，型號(hào)FXB–101–1：上海樹(shù)立儀器儀表有限公司；聚氯乙烯薄膜，厚度12 mm：鄭州糧好倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備有限公司。

1.4 方法

1.4.1 覆膜式橫向通風(fēng)工藝方法

冬季通風(fēng)期間，嚴(yán)格按照機(jī)械通風(fēng)技術(shù)規(guī)范的要求（LS/T 1202—2002 儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)規(guī)程），選擇適合通風(fēng)的溫濕度條件，在 11號(hào)倉(cāng)東側(cè)兩個(gè)通風(fēng)口對(duì)接11 Kw專(zhuān)用離心風(fēng)機(jī)，西側(cè)兩個(gè)通風(fēng)口全部打開(kāi)，糧面用聚氯乙烯薄膜全部覆蓋并密封嚴(yán)實(shí)，進(jìn)行橫向通風(fēng)降溫作業(yè)，見(jiàn)圖 2。

圖2 覆膜式橫向通風(fēng)示意圖

1.4.2 揭膜式橫向通風(fēng)工藝方法

冬季通風(fēng)期間，嚴(yán)格按照機(jī)械通風(fēng)技術(shù)規(guī)范的要求（LS/T 1202—2002 儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)規(guī)程），選擇適合通風(fēng)的溫濕度條件，在15號(hào)倉(cāng)東西兩側(cè)4個(gè)通風(fēng)口對(duì)接11 Kw專(zhuān)用離心風(fēng)機(jī)，糧面采用分段揭膜方法，將糧溫由倉(cāng)房中央向東西兩側(cè)分步實(shí)施通風(fēng)降溫。第一階段倉(cāng)房中段糧堆寬度10 m，每次揭膜寬度1 m，東西兩段糧堆各寬10 m用聚氯乙烯薄膜密封嚴(yán)實(shí)，直至倉(cāng)房中段糧溫降至目標(biāo)糧溫；第二階段倉(cāng)房東西兩段糧堆各寬10 m糧堆每次均保持揭膜寬度1 m，倉(cāng)房中段糧堆用聚氯乙烯薄膜密封嚴(yán)實(shí)，直至倉(cāng)房?jī)蓚?cè)糧溫降至目標(biāo)糧溫，見(jiàn)圖3。

1.4.3 檢測(cè)方法

在通風(fēng)作業(yè)前后，按照扦樣規(guī)定要求，定點(diǎn)定層對(duì) 11、15#倉(cāng)進(jìn)行扦樣，每倉(cāng) 5個(gè)樣品，混倉(cāng)1份，分層樣品4份，全倉(cāng)分4層，每層距離糧面0.5、1.5、3.0、4.5 m、混倉(cāng)樣品一份，水分按照GB/T 5497—1985的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用糧溫均勻度來(lái)衡量通風(fēng)均勻性，即用100%減去糧堆所有溫度檢測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)溫度變異系數(shù)的百分?jǐn)?shù)。

式中Jt—糧溫均勻度，其值越接近100%，均勻度越好；Ct—糧堆溫度的方差變異系數(shù)，即結(jié)束通風(fēng)后所有測(cè)溫點(diǎn)的溫度標(biāo)準(zhǔn)方差與糧溫平均值加上 50 ℃的比值，反映了各檢測(cè)點(diǎn)糧溫與平均糧溫離散程度的相對(duì)大小，值越小均勻性越好；

St—稱(chēng)為樣本標(biāo)準(zhǔn)差，反映了樣本離散程度的相對(duì)大小，在此為所有檢測(cè)點(diǎn)溫度的標(biāo)準(zhǔn)差：

ti—任一檢測(cè)點(diǎn)的溫度實(shí)測(cè)值；i—檢測(cè)點(diǎn)的序號(hào)，i=1,2,3,??,n；—所有檢測(cè)點(diǎn)糧溫的平均值n—檢測(cè)點(diǎn)總數(shù)量。

用糧食平衡水分均勻度來(lái)衡量糧堆全部水分檢測(cè)點(diǎn)水分分布均勻程度，即用100%減去糧堆所有水分檢測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)水分變異系數(shù)的百分?jǐn)?shù)。

式中Jm—糧堆平衡水分均勻度，其值越接近100%，均勻度越好；Cm—糧堆水分變異系數(shù)，即結(jié)束通風(fēng)后所有檢測(cè)點(diǎn)的水分標(biāo)準(zhǔn)差與平均水分的比值，反映了各檢測(cè)點(diǎn)糧食平衡水分與平均水分的離散程度的相對(duì)大小，值越小則均勻性越好。

Sm—稱(chēng)為樣本標(biāo)準(zhǔn)差，反映了樣本離散程度的相對(duì)大小，在此為所有檢測(cè)點(diǎn)溫度的標(biāo)準(zhǔn)差：

式中mi—任一檢測(cè)點(diǎn)的糧食水分實(shí)測(cè)值；i—檢測(cè)點(diǎn)的序號(hào)，i=1,2,3,??,n；—所有檢測(cè)點(diǎn)糧食水分的平均值n—檢測(cè)點(diǎn)總數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種橫向通風(fēng)方式降溫效果和能耗比較

在冬季通風(fēng)降溫期間，11號(hào)倉(cāng)采用覆膜式橫向通風(fēng)，15號(hào)倉(cāng)采用揭膜式橫向通風(fēng)，兩個(gè)倉(cāng)的通風(fēng)糧溫變化情況見(jiàn)表2。

表2 兩種橫向通風(fēng)方式下整倉(cāng)平均糧溫變化及能耗情況表

上表可知，在相同的通風(fēng)條件下，覆膜式和揭膜式橫向通風(fēng)分別通過(guò)240 h和100 h通風(fēng)降溫，平均糧溫均降至8 ℃左右，基本實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)降溫目的。通過(guò)比對(duì)兩種橫向的通風(fēng)時(shí)長(zhǎng)、單位能耗，降溫幅度，發(fā)現(xiàn)揭膜式通風(fēng)時(shí)長(zhǎng)少于覆膜式通風(fēng) 140 h，單位能耗少了 0.009 Kw?h/(℃·t)，降溫幅度高了 0.5 ℃，均表明揭膜式通風(fēng)降溫效果稍好于覆膜式通風(fēng)。這主要與覆膜式通風(fēng)2個(gè)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)量小，風(fēng)機(jī)數(shù)量比揭膜式通風(fēng)少2臺(tái)，導(dǎo)致通風(fēng)時(shí)進(jìn)風(fēng)量與單位通風(fēng)量偏小，通風(fēng)時(shí)間增加了 1.8倍有關(guān)，同時(shí)覆膜式比揭膜式通風(fēng)氣流路程長(zhǎng)約2倍，通風(fēng)總阻力大于揭膜式通風(fēng)，導(dǎo)致通風(fēng)單位能耗偏高。

2.2 兩種橫向通風(fēng)方式下糧溫均勻性的比較

在通風(fēng)降溫作業(yè)結(jié)束24 h后，用電子測(cè)溫系統(tǒng)檢測(cè)兩倉(cāng)糧溫。用糧堆溫度檢測(cè)點(diǎn)的均勻度來(lái)評(píng)價(jià)通風(fēng)降溫的均勻度。具體情況見(jiàn)表3。

表3 兩種橫向通風(fēng)方式下糧溫變化及糧溫均勻度情況表

由表 3，圖 4可知，冬季通風(fēng)降溫季節(jié)，在相同的通風(fēng)條件下，覆膜通風(fēng)倉(cāng)的上層、中上層、中下層平均糧溫與下層平均糧溫相差較小，揭膜通風(fēng)倉(cāng)的上層、中上層、中下層平均糧溫與下層平均糧溫相差較大，同時(shí)覆膜通風(fēng)倉(cāng)的糧溫均勻度明顯高于揭膜通風(fēng)，均表明覆膜通風(fēng)均勻性明顯好于揭膜通風(fēng)。覆膜通風(fēng)倉(cāng)下層平均糧溫明顯低于揭膜通風(fēng)5 ℃，這可能主要是揭膜通風(fēng)時(shí)容易形成通風(fēng)短路，風(fēng)量大多經(jīng)過(guò)糧堆的中下層以上部位，而經(jīng)過(guò)糧堆底層量的較少，造成底層糧溫下降緩慢，甚至出現(xiàn)通風(fēng)死角現(xiàn)象。

圖4 兩種橫向通風(fēng)方式下糧堆各層平均糧溫變化

2.3 兩種橫向通風(fēng)方式下通風(fēng)水分損失和均勻性的比較

兩倉(cāng)在通風(fēng)前后，按照扦樣規(guī)定要求進(jìn)行分層和混倉(cāng)取樣，采用 105 ℃恒質(zhì)法測(cè)定糧食水分，具體情況如表4。

表4 兩種橫向通風(fēng)方式下糧食水分變化情況 %

通過(guò)冬季通風(fēng)降溫，覆膜通風(fēng)倉(cāng)和揭膜通風(fēng)整倉(cāng)糧食水分均有所下降，表明機(jī)械通風(fēng)降溫會(huì)引起糧食水分下降，這可能是冬季大氣絕對(duì)濕度小于糧堆內(nèi)氣體絕對(duì)濕度造成的。通過(guò)測(cè)算水分均勻度，覆膜式通風(fēng)水分均勻度為97.51，揭膜式通風(fēng)水分均勻度為93.91，覆膜式通風(fēng)水分均勻性明顯高于揭膜式通風(fēng)；由表4和圖5可知，覆膜式通風(fēng)：通風(fēng)前后糧堆各層水分變化小，揭膜式通風(fēng)：通風(fēng)前后糧堆各層水分變化大，覆膜式通風(fēng)糧堆水分損失小于揭膜式通風(fēng)，這可能與揭膜通風(fēng)的通風(fēng)量大，通風(fēng)容易引起短路，底層通風(fēng)不徹底有關(guān)。

圖5 兩種橫向通風(fēng)方式下糧堆各層和整倉(cāng)平均水分變化

2.4 分析討論

2.4.1 覆膜式通風(fēng)降溫均勻性好

本文通過(guò)測(cè)算覆膜式通風(fēng)與揭膜式通風(fēng)降溫均勻度，發(fā)現(xiàn)覆膜式降溫均勻度高于揭膜式9.9%，同時(shí)發(fā)現(xiàn)揭膜式通風(fēng)存在通風(fēng)死角，有可能造成糧堆內(nèi)部濕熱轉(zhuǎn)移，會(huì)影響糧食安全儲(chǔ)存。

2.4.2 覆膜式通風(fēng)保水效果好

通過(guò)檢測(cè)比較覆膜式通風(fēng)和揭膜式通風(fēng)糧堆各層水分、整倉(cāng)通風(fēng)前后水分，發(fā)現(xiàn)覆膜式通風(fēng)糧食水分損失小，整倉(cāng)平均水分小了0.1%，同時(shí)糧堆水分分層變化小，水分均勻度好，糧堆水分梯度小，減少了水分分層的可能性，有利于糧食安全儲(chǔ)存。

3 結(jié)論

3.1 不同橫向通風(fēng)方式對(duì)降溫時(shí)間和能耗的影響

不同通風(fēng)方式對(duì)通風(fēng)降溫時(shí)間和通風(fēng)降溫能耗有不同的影響，通常采用小功率的風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)降溫時(shí)，通風(fēng)時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，但通風(fēng)用電少，能耗低，水分損失小。本文覆膜式通風(fēng)所用風(fēng)機(jī)數(shù)量少，通風(fēng)風(fēng)程長(zhǎng)，冷空氣濕熱交換充分，造成通風(fēng)時(shí)間比揭膜式通風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)了140 h，但總耗電量和單位能耗均較低，總體上，可以得出覆膜式通風(fēng)通風(fēng)能耗低，有利于通風(fēng)成本的控制。這對(duì)不同地區(qū)根據(jù)冬季通風(fēng)有利時(shí)間長(zhǎng)短不一，選擇合理有效的橫向通風(fēng)方式提供了參考。

3.2 不同橫向通風(fēng)方式下降溫均勻性的對(duì)比分析

近年來(lái)，冬季通風(fēng)降溫作業(yè)可采用豎向通風(fēng)包括軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)、離心風(fēng)機(jī)通風(fēng)、混流風(fēng)機(jī)通風(fēng)、橫向通風(fēng)等多種方式，均可實(shí)現(xiàn)降低糧溫，儲(chǔ)備冷源的目的，但不同通風(fēng)方式下降溫均勻性有所不同，總體上橫向通風(fēng)均勻性要好于豎向通風(fēng)。本文通過(guò)測(cè)算通風(fēng)后糧溫均勻度，覆膜式通風(fēng)的糧溫均勻度為 85.4，揭膜式通風(fēng)的糧溫均勻度為 75.5，表明覆膜式通風(fēng)降溫均勻性明顯好于揭膜式通風(fēng)均勻性。

3.3 不同橫向通風(fēng)降溫方式對(duì)糧食水分損失和均勻性的影響

大量實(shí)踐研究表明，在冬季糧食通風(fēng)降溫過(guò)程中，無(wú)論何種通風(fēng)方式和通風(fēng)風(fēng)機(jī)均會(huì)引起糧食水分不同程度下降，這是由于在冬季通風(fēng)時(shí)，天氣干燥，大部分時(shí)間大氣絕對(duì)濕度小于糧堆內(nèi)氣體絕對(duì)濕度所引起的。已有研究發(fā)現(xiàn)豎向通風(fēng)系統(tǒng)使用小風(fēng)量風(fēng)機(jī)可以減少儲(chǔ)糧通風(fēng)水分損失[11-12]，沈波[13]通過(guò)對(duì)比平房倉(cāng)豎向和橫向通風(fēng)系統(tǒng)降溫能效，發(fā)現(xiàn)冬季降溫通風(fēng)過(guò)程中橫向風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的通風(fēng)失水率，優(yōu)于豎向風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)，保水作用明顯。本文通過(guò)測(cè)定兩種不同橫向通風(fēng)降溫糧食水分變化，表明覆膜橫向通風(fēng)方式由于通風(fēng)路程長(zhǎng)，通風(fēng)量小，糧堆風(fēng)速低，通風(fēng)時(shí)間增加，糧堆內(nèi)濕熱交換充分，糧食水分損失低于揭膜式通風(fēng)0.1%。通過(guò)測(cè)算兩種不同橫向通風(fēng)糧食水分均勻度，對(duì)比通風(fēng)前后糧堆各層水分變化，均表明覆膜式橫向通風(fēng)水分均勻度好，糧堆水分梯度小，減少了水分分層的可能性，這一結(jié)果對(duì)于通風(fēng)降溫過(guò)程中保持糧堆水分，減少儲(chǔ)糧損失，減少糧堆水分梯度，提高糧堆安全穩(wěn)定性，合理選擇不同橫向通風(fēng)方式具有重要實(shí)際應(yīng)用意義和參考價(jià)值。

備注：本文的彩色圖表可從本刊官網(wǎng)（http://lyspkj.ijournal.cn/ch/index.axpx）、中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方、維普、超星等數(shù)據(jù)庫(kù)下載獲取。