儲糧通風裝置和通風參數(shù)的選擇及優(yōu)化研究進展

◎ 耿憲洲，劉新濤，任 芳，章天嬋，晏曉旭

（1.德州職業(yè)技術(shù)學院，山東 德州 253000；2.中央儲備糧鎮(zhèn)江直屬庫有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212006；3.中央儲備糧新鄉(xiāng)直屬庫有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453200；4.河南工業(yè)大學，河南 鄭州 450001）

糧庫儲備糧安全的主要影響因素是溫度、水分、微生物等。儲備糧通風可以調(diào)節(jié)溫度、控制水分、抑制微生物生長，具有操作簡便、作業(yè)費用低的特點，是儲糧日常管理中應(yīng)用最多、效果最好的儲糧技術(shù)之一[1]。儲糧通風缺點是能耗較高、通風存在死角、設(shè)備前期投資較高等，因此選用科學合理的通風裝置和通風參數(shù)是降低通風成本，提高儲糧通風效率的重要舉措。本文對現(xiàn)有的儲備糧通風方面的有關(guān)文獻加以總結(jié)，對相關(guān)研究進展進行綜述，為儲糧通風提供參考。

1 儲備糧通風技術(shù)概論及其研究方向

糧庫機械通風是在糧堆產(chǎn)生不穩(wěn)定的影響糧食安全的因素（異常糧溫、水分變化以及病蟲微生物滋生等）時，通過人工向糧堆中引入冷空氣及其他介質(zhì)與糧堆內(nèi)部的濕熱空氣等進行物質(zhì)交換，以確保糧食儲存安全的作業(yè)。適時合理的選擇機械通風，對保證儲糧安全起到了重要作用[2]。

可將糧堆機械通風效果的影響因素分為兩大類：一類為自然因素（糧食種類、空隙率等），另一類為人工控制因素。自然因素是無法改變的，因此研究人工控制因素成為提高通風儲糧效率的關(guān)鍵。實驗研究人員不斷運用實倉實驗和電腦模擬實驗來選擇通風裝置和優(yōu)化通風參數(shù)，以期減少通風能耗和實現(xiàn)通風效率最大化。

2 儲備糧通風技術(shù)研究進展

我國從20世紀50年代開始研究儲糧機械通風技術(shù)，對于這項技術(shù)，前期的研究工作以可行性為主，并不注重節(jié)能和高效，后續(xù)的實驗工作者開始圍繞以節(jié)能和高效為中心的通風裝置和通風參數(shù)的選擇及優(yōu)化研究上。

2.1 通風裝置的選擇及優(yōu)化研究

糧庫機械通風裝置主要由風機和風道組成。糧庫一般在設(shè)計儲糧時會根據(jù)糧種、糧倉、當?shù)丨h(huán)境等各方面影響因素進行選擇和設(shè)計。當然，也會在儲糧工作中根據(jù)實際情況進行優(yōu)化。

2.1.1 風道選擇

儲糧通風風道是由孔板和篩網(wǎng)構(gòu)成，安裝在糧堆中的管道，該管道對于風機出入糧堆內(nèi)的氣流起著均勻分配和防止局部阻力過大的作用，達到送風高效的目的[3]。好的風道設(shè)計具有死角少、氣流均勻、阻力小的特點，為此研究人員做了大量實驗。

昆山縣西門糧庫在20世紀80年代，利用存氣箱吸氣通風，雖有投資少，減少間隙霉變等特點，但通風效果并不理想，因此并未推廣成功[4]。同時期，江蘇省江都縣糧食局做了“Y”型風道對大豆整倉循環(huán)式通風干燥的降水實驗，證明了其經(jīng)濟性和可行性。1997年，哈爾濱香坊糧庫制粉車間的大型鋼板倉經(jīng)李明發(fā)等人的設(shè)計，其通風系統(tǒng)采用了環(huán)形與圓型風道相結(jié)合的方式，大大降低了經(jīng)濟損失[5]。2001年沈曉明等人對應(yīng)用較多的“U”型風道加以改進，內(nèi)部加裝改變風向的調(diào)節(jié)器，使氣流可以隨時根據(jù)糧情需要，人工調(diào)節(jié)為“I”型或“U”型通風，使通風選擇更合理、高效[6]。在其他風道的實倉研究方面，楊國峰等人利用江蘇新沂國家糧食儲備庫進行了儲糧機械通風試驗，探討了在高大平房倉中不同風道布置和不同類型的風機通風效率問題[7]。周景星等人通過對9種機械通風降水系統(tǒng)的研究，優(yōu)選出了全敞式地槽鼓風降水系統(tǒng)、地上風道鼓風降水系統(tǒng)、排風扇等負壓通風降水系統(tǒng)等通風降水系統(tǒng)[8]。張海紅等人為研究大風道通風技術(shù)，利用計算機仿真實驗，采用CFD方法，對高大平房倉分別采用U型、E型、土型和主型4種風道系統(tǒng)的通風降溫過程進行了模擬，綜合比較了4種方法的優(yōu)缺點，為研究人員開發(fā)新的風道提供了一定的數(shù)值參考[9]。吳德明等人利用竹籠做的“米”字型和“目”字型風道對谷包堆進行通風降溫對比實驗，得到“米”字型風道通風、降溫、熏蒸效果最好[10]。顧巍對設(shè)計的環(huán)形回流通風地槽做了仿真模擬實驗，結(jié)果顯示其壓力和風量分布更加合理，且有效的降低了通風阻力和能耗，減少了通風死角提高了通風效率[11]。

2.1.2 風道的優(yōu)化

儲糧機械通風風道的優(yōu)化是在原風道基礎(chǔ)上，加以修改，避免重新開發(fā)、重新建設(shè)，降低糧庫投資成本，同時又能使糧庫通風效果更加高效、節(jié)能的技術(shù)方案。

河南工業(yè)大學的張海紅等人對糧庫地上籠通風的普通U型風道和小U型風道分別做了計算機仿真模擬研究，得出小U型風道通風更加均勻、有利于消除通風死角且降低了能量損失[12]。袁越錦等人做了倉內(nèi)谷物通風干燥孔道網(wǎng)絡(luò)數(shù)值模擬與驗證的實驗，得出配位數(shù)越大谷物干燥速度越快的結(jié)論，因此風道在進行設(shè)計時，必須盡量提高配位數(shù)[13]。糧庫地槽、地上籠通風系統(tǒng)氣流調(diào)節(jié)裝置是不能在糧庫入糧后進行通風調(diào)節(jié)的，周興明針對這一情況，創(chuàng)新介紹了一種新穎的多功能氣流調(diào)節(jié)閥，可以有效針對風道中的風量和風壓等做出調(diào)節(jié)[14]。張筱紅等人利用竹籠方便獲得、開孔容易設(shè)置、價格低廉的特點，在糧庫通風實驗中將竹籠作為風道，達到了相應(yīng)的通風降溫目的，也降低了成本，但是缺點也很明顯，竹籠重復使用次數(shù)少、易損害，另外，如果竹籠霉變、水分高等，易侵染糧食[15]。陳淑清等人根據(jù)流體力學原理，采用等靜壓計算方法，設(shè)計加工了全開孔的安裝拆卸收藏較方便的縮節(jié)式圓形風道，該風道既方便又具有降溫均勻、無死角、效率高的特點，是對普通圓形風道較好的改進優(yōu)化[16]。張華昌等人[17]在內(nèi)江直屬庫采用冷風回流的方法，以及一機四道的風道設(shè)計，既達到了通風均勻的目的，又節(jié)約了能耗，結(jié)果表明有很好的節(jié)能降溫效果[17]。郭中澤采用在空氣分配器處設(shè)阻力體、改變風道截面積、風道上開面積逐漸變化的孔口等的方法，使糧庫達到了節(jié)能均勻通風的目的，總結(jié)了該地區(qū)的通風經(jīng)驗[18]。張安云等人提出采用全鋼組合式風道，統(tǒng)一模塊化，可根據(jù)糧庫實際通風要求，自行組裝風道，提高通風效率和效果[19]。

2.1.3 風機的選擇和優(yōu)化

風機為儲糧機械通風提供動力，合理的風機選擇能夠在保證通風效果的前提下，減少能源消耗，降低糧庫成本，提高收益。當前，變頻和計算機控制的風機正逐步推廣應(yīng)用，由于一次性成本較高，所以研究人員也在低成本風機的基礎(chǔ)上做大量實驗，幫助指導我國的儲糧工作。

上文提到的楊國峰等人[7]探討過對于“土”字形和“主”字形兩種風道，在高大平方倉機械通風中配軸流風機或混流風機的可行性。對于不同功率的風機選擇性問題，劉萼華等人[20]做了對比實驗，將兩種不同功率的風機分別對高大平房倉采用壓入式降溫通風，結(jié)果表明用2.2 kW的軸流風機通風具有大功率離心風機的降溫效果，且具有較多優(yōu)點，很適合湖南邵陽地區(qū)糧庫進行通風降溫儲糧。周景星在不同類型風機對稻谷通風的對比試驗中，得出采用軸流風機比離心風機通風降水具有明顯的節(jié)能效應(yīng)的結(jié)論[21]。同時其另一個通風降水系統(tǒng)類型選擇實驗證明，對稻谷而言，排風扇負壓通風降水，具有能耗低、成本低、降水均勻等優(yōu)點。漢中地區(qū)糧油公司總結(jié)了儲糧通風技術(shù)在當?shù)亟Y(jié)合實際儲糧環(huán)境的應(yīng)用狀況，詳細闡述了在風機選擇以及使用配套風道方面的經(jīng)驗，值得當?shù)亟梃b[22]。張會民做了高大平房倉使用3 kW、7.5 kW、15 kW不同功率風機降溫通風對比試驗，結(jié)果表明，用7.5 kW的離心風機通風具有降溫效果明顯、水分損耗低、降溫均勻及耗電低的優(yōu)勢，適合應(yīng)用于北方糧庫[23]。針對華南地區(qū)的環(huán)境特點，林春華等人試驗后推薦糧庫通風使用GKJ56-Z400型軸流風機[24]。顧根來等人做了軸流風機與離心風機通風效果的對比實驗，實驗結(jié)論得出大型離心風機有助于快速降溫降濕，但是單位能耗較高，而小型軸流風機雖然降溫降濕較慢，但能耗只占離心風機的三分之一左右，因此小型軸流風機可以多時段多次對糧堆通風降溫[25]。陸群等人[26]對普通型軸流式風機、可逆轉(zhuǎn)式強力軸流風機和離心式風機對平房倉儲藏小麥的通風效果進行比較，得出在糧堆溫度不太高時，軸流風機的通風保水效果較好，同時能耗較低。冷本好等人選用山墻軸流風機對糧庫進行通風降溫實驗，結(jié)果顯示對比大功率離心風機，此法更有益于降溫保水且能耗較低，是準低溫綠色儲糧的風機首選[27]。

2.2 通風參數(shù)的優(yōu)化研究

糧庫的機械通風參數(shù)是指通風方式、通風風速、通風時間以及通風配位數(shù)等眾多能夠影響現(xiàn)有通風設(shè)備輸出效果的人工設(shè)定數(shù)值。對通風參數(shù)數(shù)值根據(jù)儲糧實際情況做出合理的設(shè)定，既可以實現(xiàn)理想通風效果，又能減少支出。

2.2.1 通風方式的優(yōu)化

通風方式的選擇極為重要，河南工業(yè)大學的張來林等人做了4種糧種橫向通風和豎向通風的比較實驗，結(jié)果表明豎向壓入式通風好于橫向吸出式通風（大豆除外），橫向通風在單位糧層阻力方面并不比豎向通風更具優(yōu)勢[28]。董元堂等人做了高大平房倉機械通風的相關(guān)實驗，得出由于房式倉內(nèi)堆糧高、體積大、蓄冷能力強及中上層糧溫比下層偏高，所以采用壓入式通風較好[29]。王遠成等人做了橫向谷冷通風過程的數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明相對于地上籠垂直通風而言，橫向通風時糧堆內(nèi)部風速分布均勻、溫度梯度較小，且具有降溫速度快，冷卻效率高的特點[30]。李波等人應(yīng)用橫向通風后得出，橫向通風確實具有降溫速率快、均衡糧溫分布的特點；另外，橫向通風的能耗、水分損耗要優(yōu)于豎向通風，有很好的推廣價值[31]。何興華等人在杭州地區(qū)做了嵌入式風機不同通風方式效果及能耗對比實驗，得出在內(nèi)外溫差較小時，采用倉墻上部的軸流風機通風；當冬季溫度較低時，把握時機，采用嵌入式軸流風機，進行上行壓入式通風，這樣分時段的通風方式選擇，降溫和節(jié)能效果俱佳，適合杭州地區(qū)的儲備庫運用[32]。丁江濤等人還做了冬季壓入式、吸出式、壓入與吸出相結(jié)合的通風降溫對比實驗，得出壓入式對處理高水分糧效果較明顯；吸入式降溫的同時糧食水分損失少；壓入式與吸出式相結(jié)合的通風方式有利于糧堆整體降溫[33]。

2.2.2 其他類通風參數(shù)的優(yōu)化

關(guān)于具體的儲糧保水降溫通風的物理參數(shù)，崔忠艾等人做了模型預(yù)測，并通過實倉實驗驗證了所得通風參數(shù)（工藝參數(shù)和操作條件）的準確性[34]。易世孝等人針對儲糧通風工作中經(jīng)常出現(xiàn)的結(jié)露、通風道漏糧、降溫不勻衡、水分下降太大等問題，做了經(jīng)驗總結(jié)，明確了具體的通風工藝參數(shù)[35]。張來林等人對不同樣式的風道分配器的通風阻力做了研究，得出表觀風速越快，風阻越大，與分配器樣式關(guān)系較小，合理表觀風速設(shè)定宜在0.15 m·s-1以下[36]。陳桂香等人以計算機模擬實驗為基礎(chǔ)，某實際平房倉為研究對象，對提高機械通風效果，減少能耗的通風風量進行研究，得出降溫時間與單位通風量大小大致呈反比，但非絕對的線性關(guān)系，各地區(qū)應(yīng)根據(jù)當?shù)丨h(huán)境選擇合理的通風風量，不要單純追求降溫速度[37]。黃宗偉針對新疆地區(qū)高大平房倉機械通風中出現(xiàn)的問題，經(jīng)分析、實驗后，提出糧庫應(yīng)在天氣良好的情況下，采取連續(xù)壓入式通風，并增加吸出式單管風機以解決通風死角問題[38]。張成等人做了高大平房倉插管機械通風的數(shù)值仿真實驗，得出插管可使管底部平均風速提升40%，同時給出了插管提升通風效果的原理和插管優(yōu)化設(shè)計的方向[39]。王廣等人采用“一機兩口”的方式通風降溫，彌補了風機的不足，也取得了良好的通風效果[40]。樊衛(wèi)鵬等人通過增加風道數(shù)量、改變糧堆底層地上籠鋪設(shè)方式來提高通風降溫速率和幅度，但是此種方法增加了能耗，且不代表未來發(fā)展趨勢[41]。

3 結(jié)語

糧庫通風系統(tǒng)包括風機的選擇和優(yōu)化、風道的選擇和優(yōu)化以及各通風參數(shù)的選擇和優(yōu)化，目前已經(jīng)在糧庫通風工作中做到了最優(yōu)和最合理化，影響通風效率和效果的因素只剩下人為控制因素。當前隨著計算機、軟件和傳感器等技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代儲備糧通風正在由人為控制通風走向智能化通風。由計算機、機械通風器械、檢測系統(tǒng)組成的智能化糧庫通風系統(tǒng)正初步運用到我國的糧庫中，其大大節(jié)省了人力成本，也初步做到了精確通風，在糧食降溫、降水、糧倉排積熱等方面已取得一定進展。但是智能化通風系統(tǒng)的技術(shù)還不完善，主要表現(xiàn)在：①傳感器精度還不夠好。②無線傳感技術(shù)發(fā)展還不夠成熟，糧庫依然需要大量鋪設(shè)電纜等檢測線路。③整個糧庫糧堆生態(tài)系統(tǒng)的檢測還處于起步階段，眾多生態(tài)參數(shù)還無法融入糧情智能檢測系統(tǒng)。因此，糧庫智能通風系統(tǒng)還不能完全脫離人工控制，未來的糧庫通風系統(tǒng)發(fā)展一定是智能化和無人化的，各基層工作者應(yīng)該大量收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，科技工作者應(yīng)從大數(shù)據(jù)出發(fā)、分析，找到數(shù)據(jù)規(guī)律，開發(fā)出更加強大的智能系統(tǒng)，為我國儲糧行業(yè)做出貢獻。