高大平房倉橫豎向通風(fēng)降溫保水效能對比*

梁彥偉 金邑峰 王 維 高佳佳 唐中凱 陳麗恩 朱夢愷

(嘉興市糧食收儲有限公司 314000)

機(jī)械通風(fēng)是實現(xiàn)科學(xué)儲糧的重要保糧技術(shù)，儲糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)設(shè)備主要由風(fēng)機(jī)、空氣輸送系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)以及排風(fēng)系統(tǒng)等組成，按照機(jī)械通風(fēng)目的可分為降溫通風(fēng)、均溫通風(fēng)、降水通風(fēng)和調(diào)質(zhì)通風(fēng)。目前機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的分類主要有全地板通風(fēng)系統(tǒng)、地上籠通風(fēng)系統(tǒng)、地槽通風(fēng)系統(tǒng)、局部通風(fēng)系統(tǒng)、存氣箱通風(fēng)系統(tǒng)及墻上籠橫向通風(fēng)系統(tǒng)。

近年來，隨著我國倉儲科技及設(shè)施的改革創(chuàng)新，糧食倉儲機(jī)械化程度越來越高，高大平房倉通風(fēng)地上籠逐漸被橫向通風(fēng)籠取代，有利于提高出入倉效率和儲糧安全[1]。橫向通風(fēng)技術(shù)是指將主風(fēng)道布置在檐墻兩側(cè)，支風(fēng)道按照設(shè)計通風(fēng)途徑比要求，以開口向上的立式梳狀固定在墻上，作業(yè)時在糧面覆膜，通過在一側(cè)利用風(fēng)機(jī)從另一側(cè)環(huán)境吸風(fēng)或環(huán)流吸風(fēng)，在膜下糧堆形成負(fù)壓并產(chǎn)生穿過整個糧堆的橫向氣流，從而完成冷卻降溫、均溫均濕、氣調(diào)儲藏、環(huán)流熏蒸等功能，主要技術(shù)特征為風(fēng)道上墻、全程覆膜、負(fù)壓吸風(fēng)及穿過糧堆的氣流由豎向變橫向[2]。自2008年原國家糧食局科學(xué)研究院研究應(yīng)用以橫向通風(fēng)技術(shù)為核心的儲糧技術(shù)以來，很多學(xué)者對橫向通風(fēng)技術(shù)做了相關(guān)的研究。童國平對比研究橫向通風(fēng)技術(shù)在第五生態(tài)儲糧區(qū)的應(yīng)用效果發(fā)現(xiàn)，無論是降溫通風(fēng)還是保水通風(fēng)，橫向通風(fēng)技術(shù)在經(jīng)濟(jì)效益和作業(yè)效率上都優(yōu)于傳統(tǒng)的豎向通風(fēng)技術(shù)[3]。楊磊通過探討國內(nèi)不同地區(qū)、不同倉型高大平房倉橫向通風(fēng)系統(tǒng)的使用情況，對不同倉型、不同風(fēng)道形式的橫向通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用方案進(jìn)行了歸納總結(jié)，闡述了各種橫向通風(fēng)系統(tǒng)布置形式的優(yōu)缺點，也間接體現(xiàn)了橫向通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)的適應(yīng)性[4]。張來林對比研究了不同糧種橫向和豎向通風(fēng)性能參數(shù)，發(fā)現(xiàn)橫向通風(fēng)效果優(yōu)于豎向通風(fēng)(大豆例外)[5]。姜俊伊對比研究了平房倉橫向與豎向通風(fēng)系統(tǒng)儲糧溫度變化，研究發(fā)現(xiàn)橫向通風(fēng)系統(tǒng)具有降溫速度較快、降溫幅度較大、作用效率較高等特點[2]。盧洋探究了兩種通風(fēng)方式對高大平房倉內(nèi)溫濕度的影響，發(fā)現(xiàn)橫向通風(fēng)技術(shù)可以保證糧堆溫濕度變化差異不大，確保糧堆內(nèi)溫濕度的均勻性[6]。趙會義通過對比研究橫向通風(fēng)和下行吸出式、上行壓入式豎向通風(fēng)的玉米糧堆的糧層阻力，發(fā)現(xiàn)玉米倉橫向通風(fēng)時的單位糧層阻力僅為豎向通風(fēng)的一半[7]。趙海燕開展稻谷平房倉橫豎向通風(fēng)系統(tǒng)保水通風(fēng)試驗，分析了兩種保水通風(fēng)保水效果、均勻性和能耗的差異，發(fā)現(xiàn)橫向通風(fēng)工藝保水更加均勻[8]。張云峰通過研究裝有豎向通風(fēng)系統(tǒng)的小麥倉和安裝有橫向通風(fēng)系統(tǒng)的稻谷倉在不同單位通風(fēng)量、相同降溫范圍內(nèi)的通風(fēng)水分損失、能耗和通風(fēng)后水分均勻性情況，發(fā)現(xiàn)橫向通風(fēng)系統(tǒng)具有更好的降溫保水效果，通風(fēng)失水率、單位水耗均低于豎向通風(fēng)，而通風(fēng)能耗和通風(fēng)后水分均勻性與豎向通風(fēng)系統(tǒng)無明顯差異[9]。橫向通風(fēng)技術(shù)實現(xiàn)了風(fēng)道上墻，便于機(jī)械化作業(yè)，且通風(fēng)阻力小，通風(fēng)降溫效果好，通風(fēng)后糧溫均勻度高，此外，和豎向通風(fēng)相比，橫向通風(fēng)路徑長，有助于秋冬季更好地進(jìn)行保水降溫通風(fēng)，有助于降低損耗，提高糧食的加工、食用品質(zhì)[10]。

為對比研究橫向通風(fēng)系統(tǒng)和豎向通風(fēng)系統(tǒng)在高大平房倉中應(yīng)用時的通風(fēng)降溫保水效能，以晚粳谷為研究對象，在自然環(huán)境、倉儲條件基本相同的條件下進(jìn)行通風(fēng)作業(yè)，研究對比兩種通風(fēng)模式下在相同單位通風(fēng)量、相同降溫范圍內(nèi)的通風(fēng)降溫效果、水分損失和能耗等。

1 材料與方法

1.1 倉房

供試倉房情況見表1。

表1 供試倉房

1.2 儲糧基本情況

0P24號倉儲存2020年收獲晚粳稻高2133 t,水分13.84%，出糙率82.2%，雜質(zhì)0.5%，整精米率73.2%，脂肪酸值10.5(KOH/干基)/(mg/100g)。1P01號倉儲存2020年收獲晚粳稻高2135 t,水分13.75%，出糙率81.3%，雜質(zhì)0.7%，整精米率67.8%，脂肪酸值12.6(KOH/干基)/(mg/100g)。

1.3 風(fēng)道

0P24號倉1P01號倉為橫向通風(fēng)系統(tǒng)，在倉房檐墻(南北兩側(cè))各開4個通風(fēng)孔，在倉內(nèi)沿墻(南北兩側(cè))地坪上各鋪設(shè)一條四分之一圓主風(fēng)道，并相隔一定尺寸開支風(fēng)道口，在支風(fēng)道口自下而上安裝鋪設(shè)支風(fēng)道，并緊貼、固定在檐墻上，支風(fēng)道長為4.84 m，整倉共鋪設(shè)支風(fēng)道29條，形成通風(fēng)時冷風(fēng)北進(jìn)南出的橫向通風(fēng)路徑體系。途徑比為1.15，見圖1。

(注：單位為mm)

1P01號倉：每倉各有3個風(fēng)道口，均為一機(jī)兩道，地上籠風(fēng)網(wǎng)設(shè)計、風(fēng)網(wǎng)間距均符合通風(fēng)技術(shù)要求，見圖2。

(注：單位為mm)

表3 供試風(fēng)機(jī)基本情況

1.4 風(fēng)機(jī)

供試風(fēng)機(jī)情況見表3。

1.5 糧情檢測系統(tǒng)

1.5.1 溫度檢測系統(tǒng) 兩倉均配備有符合LS/1203-2002要求的溫度檢測系統(tǒng)，其中東西向布置7排，南北向布置5列，分4層進(jìn)行布置，糧堆內(nèi)共計布置傳感器140個；每次通風(fēng)作業(yè)前后通過智能化測溫系統(tǒng)，測得糧堆140個點的糧溫，從而得出通風(fēng)過程中糧食溫度均值及溫度均勻性變化。

溫度均勻度Tm=

①

1.5.2 水分檢測 整個通風(fēng)作業(yè)前后，通過分點分層(1 m、3 m、5 m)扦取具有代表性的39個點的糧食樣品，按照GB 5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定方法》測定樣品中的水分含量，得出通風(fēng)前后糧堆的平均水分含量及水分均勻性變化。

圖3 糧堆扦樣點俯視示意圖

水分均勻度Jm=

②

1.6 能耗統(tǒng)計

分別統(tǒng)計橫向和豎向通風(fēng)作業(yè)過程用時，算出整個通風(fēng)周期的能耗，通過倉容及降溫效果算出兩種通風(fēng)模式的通風(fēng)單位能耗。

通風(fēng)總能耗E=t×P

③

式中：E—通風(fēng)總能耗(kW·h)；t—累計通風(fēng)時間(h)；P—風(fēng)機(jī)總功率(kW)

④

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種通風(fēng)模式下糧食溫度變化對比研究

稻谷籽粒結(jié)構(gòu)疏松，在儲藏過程中易受到外部條件的影響而加快劣變，尤其是易受溫度的影響，因為溫度能直接影響稻谷儲藏品質(zhì)與儲存時間，是稻谷儲存過程中需要控制的關(guān)鍵因素[11]，所以通過利用冬季低溫窗口期通風(fēng)降低糧堆溫度，可有效抑制蟲霉及自身呼吸作用對稻谷食味及儲藏品質(zhì)的影響，達(dá)到綠色安全儲糧的目的。相同條件下，兩種通風(fēng)模式下通風(fēng)前后糧堆溫度變化情況如表4所示。

由表4可知，在通風(fēng)前后同樣的降溫幅度下，縱向?qū)Ρ龋?P24號倉上層及中上層糧溫變化率分別為83.47%和95.98%；而1P01號倉分別為67.20%和82.08%，表明橫向通風(fēng)系統(tǒng)對糧堆上層及中上層降溫效果更好；0P24號倉中下層及下層糧溫變化率分別為89.61%和77.38%；而1P01號倉分別為93.31%和90.74%，表明豎向通風(fēng)系

表4 通風(fēng)前后糧堆溫度情況 (單位：℃)

統(tǒng)對糧堆中下層及下層糧食降溫效果更好。橫向?qū)Ρ龋?P24號倉南側(cè)、中南側(cè)及中間層糧溫變化率分別為79.11%、78.02%和78.63%；而1P01號倉分別為87.50%、83.91%和79.30%，表明橫向通風(fēng)系統(tǒng)對糧堆南側(cè)及中南側(cè)降溫效果略差，而兩種通風(fēng)模式對中間層的降溫效果相差不大；0P24號倉北側(cè)糧溫變化率為101.38%，而1P01號倉為82.79%，表明橫向通風(fēng)系統(tǒng)對糧堆北側(cè)降溫效果較好。對比兩種通風(fēng)模式下溫度梯度變化可知，通風(fēng)后，0P24號倉和1P01號倉上下層溫度梯度為0.276℃/m和1.042℃/m，而0P24號倉和1P01號倉南北側(cè)溫度梯度為0.2666℃/m和0.0436℃/m，表明橫向通風(fēng)系統(tǒng)上下層溫度梯度較小，而豎向通風(fēng)系統(tǒng)南北側(cè)溫度梯度較小。對比兩種通風(fēng)模式下糧溫均勻度變化，可知0P24號倉和1P01號倉通風(fēng)后的糧溫均勻度分別為16.54%和18.67%，表明兩種通風(fēng)模式下最終的糧溫均勻度相差不大，但0P24號倉和1P01號倉通風(fēng)前后的糧溫均勻度變化率分別為73.35%和65.83%，表明橫向通風(fēng)系統(tǒng)對糧溫均勻度影響更大。

2.2 兩種通風(fēng)模式下糧食水分變化對比研究

由表5可知，在通風(fēng)前后同樣的降溫幅度下，縱向來看，0P24號倉整倉縱向糧堆1 m、3 m、5 m處糧食平均水分變化率分別為-0.19%、-0.05%和-0.05%，而1P01號倉分別為-0.48%、-0.56%和-0.44%，表明橫向通風(fēng)系統(tǒng)在縱向糧堆保水通風(fēng)效果顯著優(yōu)于豎向通風(fēng)系統(tǒng)。橫向來看，0P24號倉整倉南側(cè)及北側(cè)糧食平均水分變化率分別為-0.37%和-0.31%，而1P01號倉分別為-0.59%和-0.55%，表明橫向通風(fēng)系統(tǒng)在糧堆橫向南北兩側(cè)保水通風(fēng)效果優(yōu)于豎向通風(fēng)系統(tǒng)；對比兩種通風(fēng)模式下對整倉糧堆中部糧食水分變化率的影響發(fā)現(xiàn)，0P24號倉和1P01號倉通風(fēng)前后整倉糧堆中部的糧食水分變化率分別為-0.43%和-0.38%，表明橫向通風(fēng)系統(tǒng)對糧堆中部糧食的保水通風(fēng)效果略遜于豎向通風(fēng)系統(tǒng)。對比兩種通風(fēng)模式下對整倉糧食水分均勻度的影響發(fā)現(xiàn)，0P24號倉和1P01號倉通風(fēng)后整倉糧食水分均勻度分別為96.30%和96.69%，表明兩種通風(fēng)模式對整倉糧食水分均勻度的影響效果相差不大。對比兩種通風(fēng)模式下對整倉糧食水分變化率的影響發(fā)現(xiàn)，0P24號倉和1P01號倉通風(fēng)前后整倉糧食水分變化率分別為-0.20%和-0.50%，表明橫向通風(fēng)系統(tǒng)整倉保水通風(fēng)效果顯著優(yōu)于豎向通風(fēng)系統(tǒng)。

表6 兩種通風(fēng)模式下降溫失水情況及能耗統(tǒng)計

2.3 兩種通風(fēng)模式下能耗統(tǒng)計

由表6可知，在通風(fēng)前后同樣的降溫幅度下，橫向通風(fēng)系統(tǒng)需要的通風(fēng)時間是豎向通風(fēng)系統(tǒng)的2.06倍，橫向通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)能耗及通風(fēng)單位能耗分別是豎向通風(fēng)系統(tǒng)的1.46倍和1.47倍；從通風(fēng)失水率來看，橫向通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)失水速率僅為豎向通風(fēng)系統(tǒng)的19%，通風(fēng)失水率僅為豎向通風(fēng)系統(tǒng)的40%，同比可有效減少糧食損失6.4 t；整體來看，橫向通風(fēng)系統(tǒng)的保水通風(fēng)帶來的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其通風(fēng)能耗，表明橫向通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)經(jīng)濟(jì)效益顯著優(yōu)于豎向通風(fēng)系統(tǒng)。

3 結(jié)論

3.1 試驗表明，橫向通風(fēng)系統(tǒng)對糧堆上層和中上層以及糧堆北側(cè)降溫效果較豎向通風(fēng)系統(tǒng)更好，對中下層和下層以及糧堆南側(cè)及中南側(cè)糧食降溫效果略差，而兩種通風(fēng)模式對中間層的降溫效果相差不大。橫向通風(fēng)系統(tǒng)上下層溫度梯度較小，而豎向通風(fēng)系統(tǒng)南北側(cè)溫度梯度較小，兩種通風(fēng)模式下最終的糧溫均勻度相差不大，但橫向通風(fēng)系統(tǒng)對糧溫均勻度影響更大。

3.2 除了對糧堆中部糧食的保水通風(fēng)效果略遜于豎向通風(fēng)系統(tǒng)以外，橫向通風(fēng)系統(tǒng)對其他部位糧堆保水通風(fēng)效果都顯著優(yōu)于豎向通風(fēng)系統(tǒng)。此外，兩種通風(fēng)模式對整倉糧食水分均勻度的影響效果相差不大。整體來看，橫向通風(fēng)系統(tǒng)整倉保水通風(fēng)效果顯著優(yōu)于豎向通風(fēng)系統(tǒng)。

3.3 在通風(fēng)前后相同的降溫幅度下，橫向通風(fēng)系統(tǒng)需要的通風(fēng)時間較豎向通風(fēng)系統(tǒng)長，通風(fēng)能耗也較豎向通風(fēng)系統(tǒng)略高，但橫向通風(fēng)系統(tǒng)的保水通風(fēng)帶來的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其通風(fēng)能耗，表明橫向通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)經(jīng)濟(jì)效益顯著優(yōu)于豎向通風(fēng)系統(tǒng)。