王文越 ，赵会义 ，周 刚 ，杨雪峰 ，曹 晶
（1.新疆粮油科学研究所，乌鲁木齐 830000；
2.国家粮食和物资储备局科学研究院，北京 100037；
3.新疆喀什国家粮食储备库，新疆 喀什 844000）
在粮食储存过程中， 通风是一种最常用的保粮技术手段，通过通风可达到保质、降温、保水、降水等效果。通风按风道排布形式又可分为横向通风，竖向通风；
按方法可分为自然通风和机械通风。储粮通风系统用于粮食降温时， 主要是在低温季节进行通风以降低粮温，或者用于处理发热粮和高温粮。储粮机械通风系统是由仓房、粮堆、风网、风机及检测控制设备等组成，除用于储粮机械通风作业外，机械通风系统还可以用于谷物冷却、环流熏蒸、气调、惰性粉喷施等相关储粮工艺作业[1-2]。
新疆南疆环塔里木盆地处于北纬36°~42°之间北温带，夏季高温，冬季寒冷，夏季日照时间较长，各地年日照时数2 450~3 450 h[3]。夏至秋季高温时，每天自早晨6 点日出~晚上21 点日落，日照时间长达15 h， 其中从上午12 时至晚上21 时是持续高温时段，高温时段可达9~10 h。
长时间日照很容易导致仓温升高、粮温升高，表层粮面最易受高温影响，形成热皮现象。
长时间日照也会造成散装粮库内南侧-西南侧-西侧墙面靠墙体处，自粮面往下至70cm左右深的小麦温度较高， 通常情况下高于东北侧墙及北侧墙2~4 ℃，局部温度高则仓内易爆发虫害。收储企业收粮入库过程中， 皮带机抛投时易造成杂质的自然聚集， 杂质聚集区在储藏过程中极易出现局部发热现象，且这种现象较为普遍。南疆农户有存粮习惯，新粮收获后将往年陈粮卖到粮库，农户储粮保管不善易生虫，会导致储粮害虫随粮入库，在适宜的温度条件时便大量繁衍。
以往解决局部发热问题的办法是利用整仓通风或单点风机降低局部粮温，但存在通风降温能耗大， 耗费人工及冷芯等问题。
因此，亟需寻找一种能降低局部粮温，防治虫害大范围爆发的通风方法。
目前新疆地区常用的机械通风方式为竖向通风。建仓时普遍是在仓下北侧预留风机洞口，仓上设轴流风机洞口。入仓前在仓内地面铺设通风地笼，仓上安装轴流风机， 粮食入完仓后需要通风时打开地笼通风口，同时打开仓上轴流风机向外抽，进行仓上通风；
或在地笼处接离心风机将风向仓内压，同时打开仓上窗户将风向外排，是一种上行式通风方式，如图1 所示。
这种通风方式无法针对局部粮温升高处定向通风控温， 每次局部温度高时都是以支风道为单位进行通风，整个南侧-西侧墙面处通风后，整仓将近1/3 的风道都要被用上， 不利于粮食储藏期间的节能降耗， 且频繁的整仓通风会对粮食水分及粮食品质造成一定的影响。
图1 上行式通风示意图
2.1 实验方法
本次实验选点在新疆喀什国家粮食储备库进行。喀什地区位于新疆维吾尔自治区西南部，地处东经 71.39"～79.52"、北纬 35.28"～40.16"之间，夏季季日照时数950~1 000 h[4]，日照时间长，是中国每天最后一个日落的城市。且喀什东临塔克拉玛干大沙漠，南依喀喇昆仑山与西藏阿里地区为邻， 西靠帕米尔高原，夏季平均气温在33 ℃以上[5]。
夏季气温高、日照时间长，不利于粮食储藏，因此选择新疆喀什国家粮食储备库进行横向通风实验很具有代表性。
实验计划通过改变4 号仓通风风道排布方式，将主风道和支风道分别布置在仓内两边檐墙上，将南北延墙内侧底部都安装主风道，墙面安装支风道。将原设计南侧延墙已有三个通风口保留， 作为工艺通风补充的一部分，北侧延墙新开4 个通风口，作为通风工艺主要通道；
北面主笼安装三组隔断阀，供不同通风工艺使用， 南面延墙的支笼顶部加装可开启式挡粮网和挡风盖， 以满足不同通风工艺及投药的需要；
仓房内墙四角增加角笼，避免出现墙角通风死角；
采用混流风机，参数按照单位通风量3 m3/(h·t)来计算确定；
粮面采用多幅搭接的覆膜方式，便于灵活揭膜通风。
实验采集4 号仓进仓所需工时与进仓时间，与同条件对比仓1 号仓进仓所需工时与时长做对比分析；
采集实验仓从2018 年10 月~2018 年12 月进粮完成后通风降温的数据， 分析4 号仓改为横向通风后，在秋冬季实现对局部粮温升高处定向通风降温，探索利用横向通风局部揭膜精确解决粮面热皮问题的方法；
并对4 号仓进行横向通风改造后做改造效果评估。
2.2 实验材料
在新疆喀什国家粮食储备库选择装满小麦的4号散装小麦仓库作为改造试验仓， 同样条件的1 号仓作为对比仓，两个仓都是坐北朝南方向。实验仓及对比仓都采用钢筋砼折线型屋架及装配式屋面板结构，屋面贴100 厚保温层；
围护结构为500 厚黏土砖墙，无外墙保温；
仓长54 m，跨度24 m，坐北面南，仓容5 000 t。
实验仓原设计为竖向通风形式，仓房南侧开了三个通风口，一机四道形式，支风道在进粮时铺设到仓内地面。
本次在4 号实验仓改造的横向通风系统， 主风道采用770 mm 高梯形风道，板厚1.5 mm，主风道材料采用镀锌板， 沿墙布置， 固定于墙上及仓内地面上，接口处做密封处理。
主风道上每隔3 m 设垂直于主风道的支风道，支风道锚固焊接于主风道上。支风道采用半圆形镀锌板，直径500 mm，支风道采用1.5 mm 厚镀锌板。
支风道固定于墙上，支风道上端设活动盖板，四角加设支风道，支风道与墙体连接处做密封处理。4 号仓延墙横向通风排布如图2 所示。
图2 4 号仓延墙横向通风排布示意图
风机采用移动式风机，实验仓共设4 台风机，置于仓北外侧，混流风机采用SWF-5 型，额定功率3.0 kW，单位通风量3 m3/(h·t)。
粮情测控数据采集软件采用数字信号软件， 仓内横向布置6 层， 竖向布置12 道，仓四角测控点距墙面距离50 ㎝、距粮面距离60 ㎝、距地面距离30 ㎝。
3.1 实验方案
抑制表层粮温升高通风方案：
仓顶是仓内温度升高的主要因素，阳光照射仓顶使仓内温度升高，导致表层粮温上升，在每天夜间低温时间段，利用仓上轴流风机或通风窗对流置换仓内高温空气， 实现抑制表层粮温上升的效果。
抑制东西山墙表皮粮食温度升高的通风方案：东西山墙经早晚阳光照射会使墙体温度升高， 墙体温升必然导致粮温上升， 为了抑制东西粮堆表皮温度升高， 采用以下通风降温技术方案：
打开背阴面——背阴面靠近山墙的通风口并连接风机， 关闭其它通风口，适当开窗用于补风，揭开位于向阳面墙角笼处的粮膜，关闭背阴面墙主笼的隔断阀，启动风机进行负压通风， 低温空气从向阳面墙角笼顶端进入笼内，沿山墙穿过粮堆到达背阴面墙支笼，从通风口抽出，达到置换靠近山墙表皮粮堆高温空气，抑制粮温升高的目的。
抑制向阳面粮堆表皮升温的通风方案：
向阳面受日照时间相对较长，辐射面积大，仓内粮堆热皮数量相对较多， 抑制向阳面粮堆表皮升温通风方案就要适当打开通风窗用于补风，向阳面揭膜，开启向阳面通风口，连接风机进行负压通风，低温空气从揭膜处进入向阳面表层粮堆，经向阳面通风口排出，达到置换向阳面墙体表皮粮堆高温空气， 抑制粮温升高的目的。
具体方案如图3 所示：
图3 抑制向阳面粮堆表皮升温方案
3.2 数据与分析
本次改造后，4 号仓2018 年7 月底开始入粮，8月底进粮结束，入粮共计5 000 t，同时对比仓也进粮完毕。
经过对两仓进仓数据统计，如图4 所示，使用竖向通风系统时， 每个5 000 t 仓需要安装地上笼337 节，2 个熟练工人安装一节地笼需要花费5 min。
在理想状态时， 整仓安装完成需要花费1685min 计 28.1 h，共计 56.2 个工时；
2 个熟练工人拆装一节地笼需要3 min， 整仓拆除完成需要花费1011 min 计 16.85 h，共计 33.7 个工时。
且地上笼需要一边进粮一边安装地笼， 地笼的安装进度限制了连续进粮作业的作业产量。
采用横向通风系统时， 通风设备安装时已将通风管道安装到南北墙内侧， 入仓时通风设备的安装不会对入仓产量有任何影响。
入仓完成后粮面需要覆膜，整个仓库覆膜需要5 个熟练工人工作2 h，共计10 个工时；
出仓揭膜需要2 个熟练工人揭膜1h，共计2 个工时。粮食出入仓时，通风设备的拆卸基本不会对进出仓效率产生影响。
两种通风方式进出粮仓耗费工时如图4。
图4 两种通风方式进出粮仓工耗对比
由此可见， 横向通风工艺所费人工工时明显小于竖向通风所费工时，进出仓效率优于竖向通风。
在进仓完成，平整完粮面、测控装置平面布置如图5，布置完测温线缆等设备后，自10 月13 日起，对4 号试验仓开展了局部揭膜通风实验， 分别尝试了抑制表层粮温升高通风方案、 抑制东西山墙表皮粮食温度升高通风方案及抑制向阳面粮堆表皮升温通风方案。
具体工况如下：
图5 仓房测控装置平面布置图
工况 1：10 月 13 日 15:00 时起， 南面揭膜 3 m左右，北面四个风机，持续开机至17 日17:00 时；
此时天气渐凉，仓外温度也在慢慢下降，此时尝试通过长时间通风降低整仓温度。此工况最高粮温36.4℃，最低粮温 16 ℃，平均粮温 25.9 ℃，仓温 18.2 ℃，气温 19 ℃。
工况 2：10 月 17 日 12:00 时停风机，至 21:00 风机启动，北面四个风机（只在夜间开机）；
此时粮温已慢慢降下来， 开始测试不同工况下揭膜通风去积热方案。
此时此工况最高粮温34.8 ℃， 最低粮温14.8℃，平均粮温 22.5 ℃，仓温 14.4 ℃，气温 13 ℃。
工况 3：10 月 18 日中间 3~4 缆揭膜，北面四个风机，只在夜间开机；
此工况最高粮温34.8 ℃，最低粮温 13.8 ℃，平均粮温 21.8 ℃，仓温 15.6 ℃，气温13 ℃。
工况 4：10 月 23 日北面揭膜 3 m 左右，风机移至南面，三个风机，只在夜间开机；
此工况最高粮温32.1 ℃，最低粮温 10.4 ℃，平均粮温 18.3 ℃，仓温13.7 ℃，气温 19 ℃。
工况 5：10 月 28 日北面揭膜 5 m 左右， 第 1行、2 行、3 行、10 行、11 行、12 行全覆膜， 风机移至北面四个风机，只在夜间开机，尝试着降局部第五缆的 第 4、5、6、7、8、9 行 粮 温 ；
此 工 况 下 最 高 粮 温32.3℃，最低粮温 11.1 ℃，平均粮温 16.4 ℃，仓温8.3 ℃，气温 17 ℃。
工况6：11 月13 日南、北墙均挂膜，从中间揭开4 缆、5 缆位置约 5 m， 北面四个风机， 只在夜间开机；
此工况最高粮温35.9 ℃，最低粮温4.9 ℃，平均粮温 14.5 ℃，仓温 4.9 ℃，气温 12 ℃。
工况7：11 月20 日粮面膜全部覆盖， 打开南面三个通风口、南面二个窗户进风，北面四个风机，只在夜间开机；
此工况最高粮温31.9 ℃， 最低粮温2.9℃，平均粮温 12.9 ℃，仓温 1.8 ℃，气温 6 ℃。
工况8：11 月 30 日北面揭膜约 3 m， 开南面三个通风口、北面二个窗户进风，北面四个风机，只在夜间开机；
此工况最高粮温28.3 ℃， 最低粮温-0.5℃，平均粮温 9.8 ℃，仓温-1.6 ℃，气温 7 ℃。
工况 9：12 月 3 日 18:00 时， 全仓粮面覆膜，开南面三个通风口进风， 北面四个风机，24 h 全天通风；
此工况最高粮温29.3 ℃，最低粮温-3.2 ℃，平均粮温 9.0 ℃，仓温-1.6 ℃，气温 0 ℃。
通过对4 号仓累计50 d 的持续通风实验，将横向通风工艺在南疆落地做了各种工况下的局部揭膜通风实验及通风效果测试， 并实仓测试了不同位置揭膜方式与切换风机位置时粮食温度变化情况 （图6）。通过实验验证了在新疆使用横向通风工艺，可有效解决粮堆发热问题。
横向通风的进出粮效能也远高于竖向通风效能，可大大提高进出仓效率。
图6 通风时间与三温曲线图
通过不同部位揭膜通风降温测试， 可精准有效控制全仓温度，解决局部发热问题，避免因局部发热而进行长时间整仓通风降温， 可实现储藏期间节能降耗、降低储粮成本，是一种很好的局部发热解决方案。
实验完成后，也提出了新的研究思考方向：在新疆南疆典型大陆性干旱气候地区使用横向通风保粮，在一个储藏期内，储粮水分变化、储藏物品质变化情况，有待进一步研究。
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