高溫高濕地區(qū)平房倉(cāng)橫向分區(qū)谷冷技術(shù)應(yīng)用研究

李倩倩，楊冬平，黃呈兵，石天玉，劉惠標(biāo)

（1. 國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院，北京 100037；2. 北京東方孚德技術(shù)發(fā)展中心，北京 100037；3. 福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司漳州直屬庫(kù)，福建 漳州 363000）

低溫儲(chǔ)糧作為我國(guó)糧食儲(chǔ)藏的有效技術(shù)手段，可以減少糧食顆粒的呼吸作用，延緩品質(zhì)劣變的速度，減少儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的活動(dòng)并抑制其繁殖，減少熏蒸氣體的用量，減緩糧食的脂肪酸值增加速度，防止糧粒發(fā)霉[1]。我國(guó)常用的低溫儲(chǔ)糧技術(shù)包括隔熱保冷、谷物冷卻、空調(diào)制冷和內(nèi)循環(huán)等技術(shù)[2]。為了綠色生態(tài)儲(chǔ)糧保鮮技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國(guó)低溫儲(chǔ)糧，谷冷通風(fēng)工藝已成為必要儲(chǔ)糧手段。谷物冷卻技術(shù)是指采用谷冷機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行冷卻降溫和調(diào)濕，并將恒溫恒濕的空氣吹入糧堆，對(duì)糧堆進(jìn)行冷卻降溫的一項(xiàng)先進(jìn)適用的控溫和低溫儲(chǔ)藏技術(shù)[3]。

隨著橫向通風(fēng)儲(chǔ)糧技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用，橫向負(fù)壓谷冷通風(fēng)技術(shù)也被同步開(kāi)發(fā)應(yīng)用，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，尤其在南方高溫高濕地區(qū)，均可以對(duì)糧堆進(jìn)行快速冷卻通風(fēng)降溫，基本不受環(huán)境氣候條件的影響，可實(shí)現(xiàn)糧堆長(zhǎng)期保持在低溫或準(zhǔn)低溫狀態(tài)。

橫向谷冷通風(fēng)技術(shù)是在配置有橫向通風(fēng)系統(tǒng)的平房倉(cāng)，采用分體式谷冷機(jī)的制冷機(jī)組與吸風(fēng)系統(tǒng)分置在倉(cāng)房?jī)蓚?cè)，分別連接倉(cāng)房?jī)蓚?cè)對(duì)應(yīng)的通風(fēng)口，冷風(fēng)通過(guò)橫向通風(fēng)管道被吸風(fēng)系統(tǒng)吸入，橫向穿過(guò)糧面覆膜下的糧堆進(jìn)行熱交換，達(dá)到降低糧溫的目的[4]。橫向谷物冷卻技術(shù)可以減少能量損失，提高降溫效率，降低儲(chǔ)糧成本。

目前橫向谷物冷卻技術(shù)已在部分倉(cāng)房應(yīng)用，但是適用于大跨度平房倉(cāng)糧堆橫向制冷通風(fēng)工藝研究薄弱和設(shè)備缺少。本文采用了新研制的專用橫向谷冷設(shè)備，對(duì)高溫高濕地區(qū)24 m大跨度平房倉(cāng)的儲(chǔ)藏稻谷進(jìn)行了應(yīng)用研究，采用分區(qū)域谷冷通風(fēng)方式，探討橫向谷冷通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用效果，為我國(guó)低溫儲(chǔ)糧技術(shù)提供應(yīng)用基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)糧種優(yōu)質(zhì)晚秈稻：安徽徐州。實(shí)驗(yàn)糧種基本信息見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)糧種基本糧情表Table 1 Basic situation of experimental grains

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

1.2.1 實(shí)驗(yàn)倉(cāng)房

福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司漳州直屬庫(kù)的P3號(hào)倉(cāng)，實(shí)驗(yàn)倉(cāng)東西向，規(guī)格42 m*24 m，設(shè)計(jì)倉(cāng)容4 600 t、堆糧線高6 m，實(shí)際散裝稻谷3 400 t、糧堆高度5.82 m，倉(cāng)房氣密性93 s。安裝有糧情檢測(cè)系統(tǒng)和橫向通風(fēng)系統(tǒng)，倉(cāng)墻為混磚結(jié)構(gòu)，厚度0.49 m，糧面用PE五層共擠復(fù)合尼龍薄膜雙槽管單面密封。

1.2.2 通風(fēng)系統(tǒng)

采用橫向通風(fēng)系統(tǒng)，南北檐墻每側(cè)布置主風(fēng)道和14條呈梳形對(duì)稱固定的支風(fēng)道，通風(fēng)系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1。主風(fēng)道規(guī)格2 200*580*420 mm，橫截面為直角梯形，位于檐墻內(nèi)壁底部。支風(fēng)道規(guī)格1 000*400*260 mm，開(kāi)有豎向條形孔，位于檐墻內(nèi)壁。支風(fēng)道底部距地面高5.7 m，距離山墻1 m，倉(cāng)門(mén)中間的支風(fēng)道間距3.2 m，其余支風(fēng)道間距2.4 m，通風(fēng)途徑比1∶1.06。檐墻南北側(cè)各設(shè)置有4個(gè)通風(fēng)口，直徑500 mm。

圖1 橫向通風(fēng)系統(tǒng)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of transverse ventilation system

1.2.3 通風(fēng)設(shè)備

2臺(tái)GLA 55f分體式谷冷機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)工況制冷量55 kW，標(biāo)準(zhǔn)工況風(fēng)量3 500 m3/h，制冷系統(tǒng)功率20 kW，風(fēng)機(jī)功率15 kW：北京東方孚德技術(shù)發(fā)展中心生產(chǎn)。

1.2.4 糧情檢測(cè)系統(tǒng)

嘉華糧情檢測(cè)系統(tǒng)，分4層，每層60個(gè)點(diǎn)，共 240個(gè)測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)精度為±0.2 ℃，參照 GB/T 26882.1—2011[5]、GBT29890—2013[6]布點(diǎn)，布點(diǎn)方式見(jiàn)圖2。具體情況如下：分四層、六個(gè)垂直截面，布點(diǎn)表層距糧面0.5 m，下層距倉(cāng)底0.3 m，層層之間1.67 m。糧堆水平截面四周的溫度檢測(cè)點(diǎn)距墻 1.0 m，其余各點(diǎn)等距離設(shè)置，每行間距4.40 m，每列間距4.44 m。

圖2 谷冷機(jī)和糧情測(cè)溫系統(tǒng)檢測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig. 2 Layout of detection points of grain cooler and grain condition temperature measurement system

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

檢測(cè)糧面和倉(cāng)門(mén)氣密性，記錄倉(cāng)外及糧堆溫度糧情數(shù)據(jù)、風(fēng)機(jī)電表讀數(shù)，并進(jìn)行通風(fēng)前糧情分析。在糧倉(cāng)東側(cè)兩通風(fēng)口分別連接2臺(tái)分體式谷冷機(jī)，對(duì)東側(cè)糧堆進(jìn)行通風(fēng)。設(shè)置谷冷機(jī)出風(fēng)濕度85%。間隔4 h采集糧情數(shù)據(jù)，3 h測(cè)試記錄谷冷機(jī)進(jìn)出風(fēng)的溫濕度等參數(shù)。當(dāng)東側(cè)區(qū)域糧堆的平均溫度降到 15 ℃以下，冷卻峰面已移出出風(fēng)口，暫停冷卻通風(fēng)實(shí)驗(yàn)，記錄電表讀數(shù)。更換分體式谷冷機(jī)到倉(cāng)房西側(cè)兩個(gè)通風(fēng)口，重復(fù)上述步驟對(duì)西側(cè)糧堆進(jìn)行通風(fēng)。通風(fēng)前后分層取樣，檢測(cè)糧堆水分。

本次通風(fēng)從2020年12月16日開(kāi)始，期間檢查糧面和倉(cāng)門(mén)密封情況及環(huán)境溫度過(guò)低等情況停機(jī)，其它時(shí)間保持通風(fēng)，2020年12月23日結(jié)束通風(fēng)。谷冷機(jī)出風(fēng)溫度：谷冷通風(fēng)前40 h設(shè)置為14 ℃、谷冷通風(fēng)41～51 h設(shè)置為11 ℃、谷冷通風(fēng)52～85 h設(shè)置為10 ℃?？傆?jì)通風(fēng)時(shí)長(zhǎng)85 h，總耗電量 3 068.5 kW·h。通風(fēng)期間環(huán)境溫度 13.3～23.7 ℃，相對(duì)濕度52.4%～95.5%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

文章中數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)倉(cāng)水平層及糧堆溫度變化

通風(fēng)前后整倉(cāng)各水平層及糧堆溫度如表2所示，通風(fēng)期間整倉(cāng)各水平層及糧堆溫度變化情況如圖3所示。本次谷冷通風(fēng)，第一層溫度平均降低4.5 ℃，第二層平均溫度降低9.9 ℃，第三層溫度平均降低10.2 ℃，第四層溫度平均降低10.9 ℃，全倉(cāng)平均溫度降低 8.9 ℃。通風(fēng)結(jié)束后水平截面之間的溫度梯度差不大于 1.38 ℃/m，符合 LS/T 1202—2002[7]的規(guī)范要求。四層的糧溫均隨通風(fēng)時(shí)間的增加而逐漸下降，1層糧溫降溫速度較慢，2、3、4層和整倉(cāng)糧溫降溫速率變化基本一致。1層糧溫高于其他3層糧溫，原因是1層糧面離糧堆表層較近，糧面只用塑料薄膜覆蓋，沒(méi)有采用其他保溫隔熱措施，受環(huán)境氣候影響較大。

表2 通風(fēng)前后整倉(cāng)各水平截面及糧堆溫度Table 2 Temperature of each horizontal section and grain pile before and after ventilation ℃

圖3 整倉(cāng)各水平截面及糧堆溫度變化圖Fig. 3 Temperature variation of each horizontal section and grain pile in the whole warehouse

通風(fēng)后東半倉(cāng)和西半倉(cāng)各水平層及糧堆溫度如表3所示，通風(fēng)期間東半倉(cāng)各水平層及糧堆溫度變化情況如圖4所示，通風(fēng)期間西半倉(cāng)各水平層及糧堆溫度變化情況如圖5所示。本次谷冷是分區(qū)域進(jìn)行通風(fēng)，東半倉(cāng)通風(fēng)51 h后西半倉(cāng)通風(fēng)34 h。從表3、圖4和圖5分析可知，各層糧溫及糧堆溫度均隨通風(fēng)時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，通風(fēng)前期51 h東半倉(cāng)的降溫速率0.000 104 ℃/(t·h)、西半倉(cāng)的降溫速率0.000 050 ℃/(t·h)，通風(fēng)后期34 h東半倉(cāng)的降溫速率0.000 017 ℃/(t·h)、西半倉(cāng)的降溫速率0.000 059 ℃/(t·h)。通風(fēng)前期東半倉(cāng)糧溫下降速率明顯高于西半倉(cāng)，通風(fēng)后期東半倉(cāng)糧溫下降速率明顯低于西半倉(cāng)，這與谷冷機(jī)與倉(cāng)房連接位置有直接關(guān)系。通風(fēng)結(jié)束后，東半倉(cāng)和西半倉(cāng)的各水平截面和糧堆的溫差不大于 0.5 ℃，糧堆平均溫度在 15 ℃以內(nèi)，說(shuō)明東西半倉(cāng)水平層糧溫相對(duì)均勻，分區(qū)域谷冷通風(fēng)已達(dá)到降溫目的。

表3 通風(fēng)后東半倉(cāng)和西半倉(cāng)各水平截面及糧堆溫度Table 3 Temperature of each horizontal section and grain pile in East and West silos after ventilation ℃

圖4 東半倉(cāng)各水平截面及糧堆溫度變化圖Fig. 4 Temperature change of each horizontal section and grain pile in east half warehouse

圖5 西半倉(cāng)各水平截面及糧堆溫度變化圖Fig. 5 Temperature change of each horizontal section and grain pile in west half warehouse

2.2 實(shí)驗(yàn)倉(cāng)垂直面糧溫變化

通風(fēng)前后整倉(cāng)各垂直截面糧溫如表4所示，通風(fēng)期間整倉(cāng)各垂直截面糧溫變化情況如圖6所示。本次谷冷通風(fēng)，冷風(fēng)從北側(cè)的谷冷機(jī)端向南側(cè)的風(fēng)機(jī)端逐漸推進(jìn)。從表4和圖6分析，各垂直截面的糧溫均隨通風(fēng)時(shí)間的增加而逐漸下降，冷鋒面從北向南逐漸推移，降溫效果：北1截面>北2截面>北3截面>南3截面>南2截面>南1截面。北1截面溫度平均降低7.4 ℃，北2截面溫度平均降低10.9 ℃，北3截面溫度平均降低9.6 ℃，南3截面溫度平均降低8.8℃，南2截面溫度平均降低8.5 ℃，南1截面溫度平均降低8.0 ℃。通風(fēng)目標(biāo)溫度設(shè)定(15±3) ℃，當(dāng)截面平均溫度降到18 ℃時(shí)，通風(fēng)時(shí)間：北 1截面 5 h、北 2截面18.3 h、北3截面30.5 h、南3截面45 h、南2截面60 h、南1截面74.5 h。設(shè)定冷鋒面的降溫效果是18 ℃，冷鋒面的遷移距離L(m)與通風(fēng)時(shí)間T(h)的擬合方程為：L = –0.000 5T2+ 0.355 6T–0.788 1 (R2= 0.999 7)。通風(fēng)后各垂直截面之間的溫度梯度差不大于 0.23 ℃/m，通風(fēng)效果相對(duì)均勻。其中北1截面在通風(fēng)38～42 h之間溫度回升0.2 ℃，可能是受外界氣溫影響。

表4 通風(fēng)前后整倉(cāng)糧堆各垂直截面溫度Table 4 Temperature of each vertical section of whole grain pile before and after ventilation ℃

圖6 整倉(cāng)糧堆各垂直截面及整倉(cāng)平均溫度變化圖Fig. 6 Vertical sections and average temperature variation of the whole warehouse

通風(fēng)后東半倉(cāng)和西半倉(cāng)各垂直截面糧溫如表5所示，通風(fēng)期間東半倉(cāng)各垂直截面糧溫變化情況如圖7所示，通風(fēng)期間西半倉(cāng)各垂直截面糧溫變化情況如圖8所示。從表5、圖7和圖8分析可知，東半倉(cāng)各垂直截面的降溫速率高于西半倉(cāng)各垂直截面的降溫速率，冷鋒面的推移方向均是由北向南推移。各垂直截面通風(fēng)效果從北向南截面逐漸降低。通風(fēng)結(jié)束后，東西半倉(cāng)各截面溫差≤1.3 ℃，東半倉(cāng)各截面溫度梯度差最高為0.20 ℃/m，西半倉(cāng)各截面溫度梯度差最高為0.26 ℃/m，通風(fēng)均勻性較好。

表5 通風(fēng)后東半倉(cāng)和西半倉(cāng)各垂直截面溫度Table 5 Temperature of each vertical section of East and West silos after ventilation ℃

圖7 東半倉(cāng)各垂直截面溫度變化圖Fig. 7 Temperature variation of each vertical section in east half warehouse

圖8 西半倉(cāng)各垂直截面溫度變化圖Fig. 8 Temperature variation of each vertical section in west half warehouse

2.3 實(shí)驗(yàn)倉(cāng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水分變化

水分取樣布點(diǎn)按照距通風(fēng)口處檐墻2 m及中間位置取點(diǎn)，每層取點(diǎn)9個(gè)；分上中下3層，上層距糧面0.5 m，中層距糧面2.9 m，下層距底層糧面0.5 m；每點(diǎn)混樣測(cè)水。通風(fēng)前后的糧食水分?jǐn)?shù)據(jù)如表6所示。

表6 通風(fēng)前后糧堆水分?jǐn)?shù)據(jù)Table 6 Moisture data of grain pile before and after ventilation %

從表6分析可知，通風(fēng)前糧堆平均水分是13.6%，通風(fēng)后糧堆平均水分是13.5%，通風(fēng)后通風(fēng)失水率為 0.1%，通風(fēng)單位水耗為 0.011%/℃，通風(fēng)失水速率為 0.001%/h，郭輝[8]等豎向谷冷通風(fēng)試驗(yàn)通風(fēng)失水率不低于 0.16%，表明橫向谷冷通風(fēng)保水效果好。通風(fēng)后整個(gè)糧堆水分的變異系數(shù)不大于2%，說(shuō)明糧堆水分非常均勻。

2.4 能耗評(píng)價(jià)

本次橫向谷冷通風(fēng)總計(jì)通風(fēng)時(shí)長(zhǎng)85 h，總耗電量 3 068.5 kW·h。根據(jù) GB/T 29374—2012[9]規(guī)程公式，本次谷冷通風(fēng)的單位能耗為0.1 kw·h/(t·℃)，低于于素平[10]、楊冬平[11]、陳昌勇[12]等橫向整倉(cāng)谷冷通風(fēng)試驗(yàn)結(jié)果，僅為規(guī)程中限定的最大能耗指標(biāo)0.5 kw·h/(t·℃)的20%。通過(guò)對(duì)稻谷平房倉(cāng)豎向谷冷通風(fēng)研究，郭輝[8]等試驗(yàn)結(jié)果表明谷冷通風(fēng)能耗不低于 0.172 kw·h/(t·℃)，周又杰[13]等試驗(yàn)結(jié)果表明谷冷通風(fēng)能耗不低于0.143 kw·h/(t·℃)，朱清峰[14]等試驗(yàn)結(jié)果表明谷冷通風(fēng)能耗不低于1.790 kw·h/(t·℃)。通過(guò)以上對(duì)比，說(shuō)明橫向谷冷通風(fēng)能耗低，新研制的橫向通風(fēng)專用谷冷設(shè)備的應(yīng)用效果理想。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)本次橫向谷冷通風(fēng)，糧堆均溫由23.6 ℃下降到14.7 ℃，下降幅度8.9 ℃，冷風(fēng)推進(jìn)方向糧堆之間的溫度梯度差不大于0.23 ℃/m，通風(fēng)失水率 0.1%，單位能耗為 0.1 kw·h/(t·℃)，僅為規(guī)程中限定的最大能耗指標(biāo)0.5 kw·h/(t·℃)的20%，說(shuō)明橫向谷冷通風(fēng)具有降溫速率快、通風(fēng)均勻性好、保水效果顯著和能耗低等特點(diǎn)，分區(qū)域橫向谷冷通風(fēng)工藝應(yīng)用于 24 m跨度稻谷高大平房倉(cāng)是可行的。

橫向谷冷通風(fēng)是在負(fù)壓狀態(tài)下進(jìn)行，通風(fēng)作業(yè)前應(yīng)仔細(xì)檢查風(fēng)道、糧面和倉(cāng)門(mén)密封情況，保證倉(cāng)房的氣密性。通風(fēng)期間糧面表層糧溫較高，建議通風(fēng)初期糧面應(yīng)采用保溫隔熱毯壓蓋或開(kāi)啟空調(diào)等措施。提高倉(cāng)房的氣密性和保溫隔熱效果，可更好的保證降溫效果、降低儲(chǔ)糧成本，使橫向谷冷通風(fēng)技術(shù)在綠色生態(tài)儲(chǔ)糧發(fā)揮更大作用。