基于儲糧通風(fēng)專家系統(tǒng)的小麥降溫保水通風(fēng)試驗(yàn)研究*

張 恒 梁東林 王遠(yuǎn)成

(1 中央儲備糧德州直屬庫有限公司 253000)(2 山東建筑大學(xué) 250101)

近年來，原糧市場起伏不定，輪換價(jià)差產(chǎn)生的效益大幅縮減，向倉儲保管要效益的理念逐漸深入，倒逼傳統(tǒng)的粗放式通風(fēng)方式向精準(zhǔn)的通風(fēng)方式轉(zhuǎn)型升級。我公司為有效控制通風(fēng)降溫造成的水分損耗，通常在秋冬季采用分階段降溫的方式，盡管有一定的效果，但是單憑經(jīng)驗(yàn)很難掌控好通風(fēng)時(shí)機(jī)。

眾所周知，糧堆與通風(fēng)空氣溫度差和濕度差是影響通風(fēng)降溫和糧堆水分改變的重要因素。由于倉外大氣溫濕度是逐時(shí)變化的，而且糧堆內(nèi)部溫濕度無法實(shí)時(shí)檢測，對合理有效的通風(fēng)時(shí)段并沒有精準(zhǔn)的把握，從而造成一定程度上的水分損耗和風(fēng)機(jī)電耗。

為此，我公司在小麥倉保水降溫試驗(yàn)中，安裝了溫濕水多參數(shù)糧情檢測及儲糧通風(fēng)專家系統(tǒng)，合理地判別和掌握降溫保水通風(fēng)時(shí)機(jī)，避免了依靠糧食平衡絕對濕度曲線來判定通風(fēng)條件，只能對某個(gè)時(shí)點(diǎn)進(jìn)行條件判定的缺點(diǎn)，能夠簡便地計(jì)算和校正通風(fēng)條件，從而實(shí)現(xiàn)了降溫保水的精準(zhǔn)通風(fēng)。

1 試驗(yàn)材料

1.1 供試倉房

試驗(yàn)倉房為中央儲備糧德州直屬庫有限公司5號倉，該倉為1994年建9006型倉，南北走向，磚混結(jié)構(gòu)，長39.53 m，寬20.6 m，裝糧高度3.5 m，設(shè)計(jì)倉容為2554 t，實(shí)際裝糧2243 t。倉房屋面頂部采用鎂板架空隔熱處理，東西兩側(cè)均安裝0.75 kW 軸流風(fēng)機(jī)2臺。倉房共3個(gè)通風(fēng)口，通風(fēng)道為地上籠3機(jī)12風(fēng)道“U”字形設(shè)計(jì)，空氣途徑比為1.5。同時(shí)選取11號倉作為對照倉，倉型、風(fēng)道設(shè)計(jì)、裝糧時(shí)間以及通風(fēng)時(shí)段與試驗(yàn)倉相同。

1.2 供試糧食

試驗(yàn)倉所存糧食為2020年度德州本地產(chǎn)混合小麥，于2020年8月23日滿倉，滿倉后隨即進(jìn)行了熏蒸處理。結(jié)束熏蒸后，于10月中旬均衡糧溫，使用軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行了第一步降溫。試驗(yàn)開始時(shí)，5號倉小麥水分12.4%，倉溫8.3℃，倉濕62.8%，平均糧溫15.3℃，最低糧溫13.45℃，糧堆平均濕度52.85%。

1.3 試驗(yàn)器材

溫濕水多參數(shù)糧情檢測預(yù)警系統(tǒng)一套(包括：倉外溫濕度傳感器1個(gè)；倉內(nèi)溫濕水傳感器1個(gè)；通風(fēng)窗溫濕度傳感器4個(gè)；通風(fēng)口溫濕度傳感器3個(gè)；3.5 m 3點(diǎn)的溫濕水檢測電纜16根；多參數(shù)糧情檢測預(yù)警集成軟件1套)：主要測定糧堆各層溫度、濕度、水分，以及出風(fēng)口和入風(fēng)口的含濕量等數(shù)據(jù)，結(jié)合儲糧通風(fēng)專家系統(tǒng)判定通風(fēng)條件。

儲糧通風(fēng)專家系統(tǒng)1套，改進(jìn)型近紅外分析儀(用于糧食水分的測定與標(biāo)定)，電動扦樣器1套，測溫系統(tǒng)1套(用于糧溫的相互標(biāo)定)

1.4 溫濕水檢測電纜布置圖

圖1為3.5 m 3點(diǎn)的溫濕水檢測電纜梅花狀布點(diǎn)圖，1～16號點(diǎn)代表電纜序號。

圖1 溫濕水檢測電纜實(shí)倉布置圖

2 試驗(yàn)方法

2.1 倉房氣密性改造及安全警示

本次試驗(yàn)軸流風(fēng)機(jī)功率為0.75 kW，風(fēng)壓和功率較低，為提升軸流風(fēng)機(jī)的有效功率，降低倉房空間結(jié)構(gòu)造成的壓力損失，試驗(yàn)前使用泡沫顆粒板和聚乙烯塑料薄膜對窗戶進(jìn)行密封處理，對倉房空間內(nèi)的孔洞使用密封膠封堵，對倉房大門使用聚乙烯塑料薄膜進(jìn)行雙槽管密封。

2.2 風(fēng)機(jī)及通風(fēng)方式選擇

本次試驗(yàn)以保水降溫為目的，應(yīng)選取4 m3/h·t～8 m3/h·t之間的較小單位通風(fēng)量。進(jìn)倉氣流溫度和相對濕度一定時(shí)，減小出倉氣流溫度和相對濕度可降低糧食失水，即從糧層溫度高處向溫度低處通風(fēng)可有效降低出口溫度，從而降低失水率；以及減少離心風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)洞效應(yīng)造成的水分丟失等，選取0.75 kW軸流風(fēng)機(jī)吸出式通風(fēng)。

3.3 通風(fēng)條件選擇

試驗(yàn)前，根據(jù)溫濕水多參數(shù)一體化糧情檢測系統(tǒng)采集的糧堆內(nèi)部溫度、濕度和水分，采用儲糧通風(fēng)專家系統(tǒng)進(jìn)行分析研判，獲得此次降溫保水需要的通風(fēng)空氣的溫濕度參數(shù)，并選擇合適時(shí)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)操作。

依據(jù)儲糧通風(fēng)專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，測算出開始通風(fēng)時(shí)保水通風(fēng)的溫度區(qū)間為-2℃～5℃，濕度區(qū)間為51.9%～61.9%，當(dāng)時(shí)氣溫為-1℃～4℃，白天濕度為30%～45%，夜間濕度為55%～90%，在溫度符合條件的基礎(chǔ)上，選擇濕度大于51.9%的夜間進(jìn)行通風(fēng)。

自12月1日開始，至12月23日通風(fēng)結(jié)束，每天根據(jù)水分和糧溫變化，通過儲糧通風(fēng)專家系統(tǒng)對通風(fēng)條件進(jìn)行校正。通風(fēng)時(shí)機(jī)均為相對濕度50%以上的夜晚和陰雨雪霧天氣。

對照倉11號倉采取傳統(tǒng)的通風(fēng)方法，實(shí)行軸流風(fēng)機(jī)吸出式24 h不間斷通風(fēng)。

3 結(jié)果分析

3.1 水分變化

3.1.1 試驗(yàn)倉使用多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)與改進(jìn)型近紅外分析儀檢測的水分對比 通過表1和表2可以看出：多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)檢測，糧食水分由12.03%降低至11.55%，降低幅度為0.48%。其中上層水分由12.74%降至12.64%；中層水分由11.56%

表1 通風(fēng)前多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)與改進(jìn)型近紅外分析儀水分檢測結(jié)果對比 (單位:%)

表2 通風(fēng)后多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)與改進(jìn)型近紅外分析儀水分檢測結(jié)果對比 (單位:%)

降至10.91%；下層水分由11.78%降至11.09%。使用我公司化驗(yàn)室改進(jìn)型近紅外分析儀對多點(diǎn)取樣的平均水分進(jìn)行檢測，水分由12.38%降低至12.12%，降低幅度為0.26%。其中上層水分沒有變化；中層水分由12.17%降至12.06%；下層水分由12.40%降至11.72%。兩種檢測方法的測量水分誤差為0.22%。

由于扦樣點(diǎn)不同，從水分降幅來看，除去0.2%的測量誤差，多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)的水分檢測數(shù)據(jù)與改進(jìn)型近紅外分析儀檢測數(shù)據(jù)誤差較小。目前，改進(jìn)型近紅外分析儀水分檢測已列入國標(biāo)水分檢測方法(GB/T 24898-2010)，多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)的水分檢測數(shù)據(jù)基本能夠代表改進(jìn)型近紅外分析儀檢測的水分。這樣可以認(rèn)定多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)水分檢測基本準(zhǔn)確有效，也說明日常管理中采用溫濕水多參數(shù)糧情檢測的水分相對誤差較小，可以替代改進(jìn)型近紅外分析儀檢測糧堆水分。

3.1.2 基于儲糧通風(fēng)專家系統(tǒng)指導(dǎo)的試驗(yàn)倉保水效果與對照倉數(shù)據(jù)對比 通過表3和表4可以看出：通過改進(jìn)型近紅外分析儀檢測對照倉水分由12.19%降至11.72%，降幅為0.47%；試驗(yàn)倉用近紅外分析儀檢測水分12.38%降至12.12%，降幅為0.26%。由此可以看出，依據(jù)儲糧通風(fēng)專家系統(tǒng)指導(dǎo)下的降溫通風(fēng)操作，糧堆水分丟失較少。

表3 對照倉通風(fēng)前各點(diǎn)水分(改進(jìn)型近紅外分析儀檢測) (單位：%)

表4 對照倉通風(fēng)后各點(diǎn)水分(改進(jìn)型近紅外分析儀檢測) (單位：%)

3.2 溫度變化

多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)顯示平均糧溫由15.07℃降低至7.95℃，而目前所使用的測溫系統(tǒng)顯示平均糧溫由15.3℃降低至8.5℃。兩種測溫系統(tǒng)檢測結(jié)果基本相符。

3.3 能耗對比

試驗(yàn)倉房利用夜間或陰雨雪霧天氣開啟風(fēng)機(jī)。對照倉在確定好通風(fēng)時(shí)間后，至通風(fēng)結(jié)束，風(fēng)機(jī)一直處于開啟狀態(tài)，通風(fēng)時(shí)間是試驗(yàn)倉的3倍。通過分時(shí)段查看電表，基于儲糧通風(fēng)專家系統(tǒng)指導(dǎo)的精準(zhǔn)通風(fēng)比原來24 h通風(fēng)的傳統(tǒng)模式節(jié)約電費(fèi)近三分之二。

3.4 糧堆濕度變化

通過多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)檢測，糧堆濕度由52.85%降低至48.40%。其中表層平均濕度由58.14%降至54.16%；中層平均濕度由51.4%降至45.05%；底層平均濕度由49.00%降至45.99%。由以上數(shù)據(jù)可以看出：在保水降溫過程中糧堆各層的濕度變化較小。

3.5 入風(fēng)口和出風(fēng)口含濕量的變化

通過溫濕水多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)檢測，出風(fēng)口和入風(fēng)口含濕量變化見表5。

表5 含濕量變化情況 (單位：g/kg干空氣)

由表5可以看出，通風(fēng)過程中，當(dāng)入風(fēng)口含濕量小于出風(fēng)口含濕量時(shí)，糧食處于失水狀態(tài)。入風(fēng)口含濕量與出風(fēng)口含濕量差值越小，失水程度越小，反之越大。入風(fēng)口含濕量與出風(fēng)口含濕量相近時(shí)，水分幾乎沒有變化。

4 結(jié)論

多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)的水分檢測數(shù)據(jù)與改進(jìn)型近紅外分析儀檢測數(shù)據(jù)誤差較小，前者的水分檢測數(shù)據(jù)基本能夠代表糧食的真實(shí)水分。

基于儲糧通風(fēng)專家系統(tǒng)指導(dǎo)下的降溫保水通風(fēng)，可以有效降低糧溫，同時(shí)又能夠盡量減少通風(fēng)過程中的水分損失。并且在保水過程中，糧堆各層濕度變化較小，基本不會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集，以本次試驗(yàn)方法進(jìn)行通風(fēng)降溫可以優(yōu)化通風(fēng)管理方案，指導(dǎo)轄區(qū)合理開展好蓄冷降溫保水工作，降低通風(fēng)能耗和水分損耗。

5 改進(jìn)建議

本次通風(fēng)過程采取軸流風(fēng)機(jī)吸出式通風(fēng)，由于風(fēng)機(jī)不能直接改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向，因此在需要改變通風(fēng)方向時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向暫時(shí)無法實(shí)現(xiàn)。下一步，將軸流風(fēng)機(jī)升級改造成內(nèi)置雙向軸流風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)雙向通風(fēng)，進(jìn)一步提升降溫保水通風(fēng)等一系列精準(zhǔn)通風(fēng)的效果。