高大平房仓横竖向通风降温保水效能对比*

梁彦伟 金邑峰 王 维 高佳佳 唐中凯 陈丽恩 朱梦恺

(嘉兴市粮食收储有限公司 314000)

机械通风是实现科学储粮的重要保粮技术，储粮机械通风技术设备主要由风机、空气输送系统、空气处理系统以及排风系统等组成，按照机械通风目的可分为降温通风、均温通风、降水通风和调质通风。目前机械通风系统的分类主要有全地板通风系统、地上笼通风系统、地槽通风系统、局部通风系统、存气箱通风系统及墙上笼横向通风系统。

近年来，随着我国仓储科技及设施的改革创新，粮食仓储机械化程度越来越高，高大平房仓通风地上笼逐渐被横向通风笼取代，有利于提高出入仓效率和储粮安全[1]。横向通风技术是指将主风道布置在檐墙两侧，支风道按照设计通风途径比要求，以开口向上的立式梳状固定在墙上，作业时在粮面覆膜，通过在一侧利用风机从另一侧环境吸风或环流吸风，在膜下粮堆形成负压并产生穿过整个粮堆的横向气流，从而完成冷却降温、均温均湿、气调储藏、环流熏蒸等功能，主要技术特征为风道上墙、全程覆膜、负压吸风及穿过粮堆的气流由竖向变横向[2]。自2008年原国家粮食局科学研究院研究应用以横向通风技术为核心的储粮技术以来，很多学者对横向通风技术做了相关的研究。童国平对比研究横向通风技术在第五生态储粮区的应用效果发现，无论是降温通风还是保水通风，横向通风技术在经济效益和作业效率上都优于传统的竖向通风技术[3]。杨磊通过探讨国内不同地区、不同仓型高大平房仓横向通风系统的使用情况，对不同仓型、不同风道形式的横向通风系统技术的应用方案进行了归纳总结，阐述了各种横向通风系统布置形式的优缺点，也间接体现了横向通风系统技术的适应性[4]。张来林对比研究了不同粮种横向和竖向通风性能参数，发现横向通风效果优于竖向通风(大豆例外)[5]。姜俊伊对比研究了平房仓横向与竖向通风系统储粮温度变化，研究发现横向通风系统具有降温速度较快、降温幅度较大、作用效率较高等特点[2]。卢洋探究了两种通风方式对高大平房仓内温湿度的影响，发现横向通风技术可以保证粮堆温湿度变化差异不大，确保粮堆内温湿度的均匀性[6]。赵会义通过对比研究横向通风和下行吸出式、上行压入式竖向通风的玉米粮堆的粮层阻力，发现玉米仓横向通风时的单位粮层阻力仅为竖向通风的一半[7]。赵海燕开展稻谷平房仓横竖向通风系统保水通风试验，分析了两种保水通风保水效果、均匀性和能耗的差异，发现横向通风工艺保水更加均匀[8]。张云峰通过研究装有竖向通风系统的小麦仓和安装有横向通风系统的稻谷仓在不同单位通风量、相同降温范围内的通风水分损失、能耗和通风后水分均匀性情况，发现横向通风系统具有更好的降温保水效果，通风失水率、单位水耗均低于竖向通风，而通风能耗和通风后水分均匀性与竖向通风系统无明显差异[9]。横向通风技术实现了风道上墙，便于机械化作业，且通风阻力小，通风降温效果好，通风后粮温均匀度高，此外，和竖向通风相比，横向通风路径长，有助于秋冬季更好地进行保水降温通风，有助于降低损耗，提高粮食的加工、食用品质[10]。

为对比研究横向通风系统和竖向通风系统在高大平房仓中应用时的通风降温保水效能，以晚粳谷为研究对象，在自然环境、仓储条件基本相同的条件下进行通风作业，研究对比两种通风模式下在相同单位通风量、相同降温范围内的通风降温效果、水分损失和能耗等。

1 材料与方法

1.1 仓房

供试仓房情况见表1。

表1 供试仓房

1.2 储粮基本情况

0P24号仓储存2020年收获晚粳稻高2133 t,水分13.84%，出糙率82.2%，杂质0.5%，整精米率73.2%，脂肪酸值10.5(KOH/干基)/(mg/100g)。1P01号仓储存2020年收获晚粳稻高2135 t,水分13.75%，出糙率81.3%，杂质0.7%，整精米率67.8%，脂肪酸值12.6(KOH/干基)/(mg/100g)。

1.3 风道

0P24号仓1P01号仓为横向通风系统，在仓房檐墙(南北两侧)各开4个通风孔，在仓内沿墙(南北两侧)地坪上各铺设一条四分之一圆主风道，并相隔一定尺寸开支风道口，在支风道口自下而上安装铺设支风道，并紧贴、固定在檐墙上，支风道长为4.84 m，整仓共铺设支风道29条，形成通风时冷风北进南出的横向通风路径体系。途径比为1.15，见图1。

(注：单位为mm)

1P01号仓：每仓各有3个风道口，均为一机两道，地上笼风网设计、风网间距均符合通风技术要求，见图2。

(注：单位为mm)

表3 供试风机基本情况

1.4 风机

供试风机情况见表3。

1.5 粮情检测系统

1.5.1 温度检测系统 两仓均配备有符合LS/1203-2002要求的温度检测系统，其中东西向布置7排，南北向布置5列，分4层进行布置，粮堆内共计布置传感器140个；每次通风作业前后通过智能化测温系统，测得粮堆140个点的粮温，从而得出通风过程中粮食温度均值及温度均匀性变化。

温度均匀度Tm=

①

1.5.2 水分检测 整个通风作业前后，通过分点分层(1 m、3 m、5 m)扦取具有代表性的39个点的粮食样品，按照GB 5009.3-2016《食品安全国家标准食品中水分的测定方法》测定样品中的水分含量，得出通风前后粮堆的平均水分含量及水分均匀性变化。

图3 粮堆扦样点俯视示意图

水分均匀度Jm=

②

1.6 能耗统计

分别统计横向和竖向通风作业过程用时，算出整个通风周期的能耗，通过仓容及降温效果算出两种通风模式的通风单位能耗。

通风总能耗E=t×P

③

式中：E—通风总能耗(kW·h)；t—累计通风时间(h)；P—风机总功率(kW)

④

2 结果与分析

2.1 两种通风模式下粮食温度变化对比研究

稻谷籽粒结构疏松，在储藏过程中易受到外部条件的影响而加快劣变，尤其是易受温度的影响，因为温度能直接影响稻谷储藏品质与储存时间，是稻谷储存过程中需要控制的关键因素[11]，所以通过利用冬季低温窗口期通风降低粮堆温度，可有效抑制虫霉及自身呼吸作用对稻谷食味及储藏品质的影响，达到绿色安全储粮的目的。相同条件下，两种通风模式下通风前后粮堆温度变化情况如表4所示。

由表4可知，在通风前后同样的降温幅度下，纵向对比，0P24号仓上层及中上层粮温变化率分别为83.47%和95.98%；而1P01号仓分别为67.20%和82.08%，表明横向通风系统对粮堆上层及中上层降温效果更好；0P24号仓中下层及下层粮温变化率分别为89.61%和77.38%；而1P01号仓分别为93.31%和90.74%，表明竖向通风系

表4 通风前后粮堆温度情况 (单位：℃)

统对粮堆中下层及下层粮食降温效果更好。横向对比，0P24号仓南侧、中南侧及中间层粮温变化率分别为79.11%、78.02%和78.63%；而1P01号仓分别为87.50%、83.91%和79.30%，表明横向通风系统对粮堆南侧及中南侧降温效果略差，而两种通风模式对中间层的降温效果相差不大；0P24号仓北侧粮温变化率为101.38%，而1P01号仓为82.79%，表明横向通风系统对粮堆北侧降温效果较好。对比两种通风模式下温度梯度变化可知，通风后，0P24号仓和1P01号仓上下层温度梯度为0.276℃/m和1.042℃/m，而0P24号仓和1P01号仓南北侧温度梯度为0.2666℃/m和0.0436℃/m，表明横向通风系统上下层温度梯度较小，而竖向通风系统南北侧温度梯度较小。对比两种通风模式下粮温均匀度变化，可知0P24号仓和1P01号仓通风后的粮温均匀度分别为16.54%和18.67%，表明两种通风模式下最终的粮温均匀度相差不大，但0P24号仓和1P01号仓通风前后的粮温均匀度变化率分别为73.35%和65.83%，表明横向通风系统对粮温均匀度影响更大。

2.2 两种通风模式下粮食水分变化对比研究

由表5可知，在通风前后同样的降温幅度下，纵向来看，0P24号仓整仓纵向粮堆1 m、3 m、5 m处粮食平均水分变化率分别为-0.19%、-0.05%和-0.05%，而1P01号仓分别为-0.48%、-0.56%和-0.44%，表明横向通风系统在纵向粮堆保水通风效果显著优于竖向通风系统。横向来看，0P24号仓整仓南侧及北侧粮食平均水分变化率分别为-0.37%和-0.31%，而1P01号仓分别为-0.59%和-0.55%，表明横向通风系统在粮堆横向南北两侧保水通风效果优于竖向通风系统；对比两种通风模式下对整仓粮堆中部粮食水分变化率的影响发现，0P24号仓和1P01号仓通风前后整仓粮堆中部的粮食水分变化率分别为-0.43%和-0.38%，表明横向通风系统对粮堆中部粮食的保水通风效果略逊于竖向通风系统。对比两种通风模式下对整仓粮食水分均匀度的影响发现，0P24号仓和1P01号仓通风后整仓粮食水分均匀度分别为96.30%和96.69%，表明两种通风模式对整仓粮食水分均匀度的影响效果相差不大。对比两种通风模式下对整仓粮食水分变化率的影响发现，0P24号仓和1P01号仓通风前后整仓粮食水分变化率分别为-0.20%和-0.50%，表明横向通风系统整仓保水通风效果显著优于竖向通风系统。

表6 两种通风模式下降温失水情况及能耗统计

2.3 两种通风模式下能耗统计

由表6可知，在通风前后同样的降温幅度下，横向通风系统需要的通风时间是竖向通风系统的2.06倍，横向通风系统的通风能耗及通风单位能耗分别是竖向通风系统的1.46倍和1.47倍；从通风失水率来看，横向通风系统的通风失水速率仅为竖向通风系统的19%，通风失水率仅为竖向通风系统的40%，同比可有效减少粮食损失6.4 t；整体来看，横向通风系统的保水通风带来的经济效益远远大于其通风能耗，表明横向通风系统的通风经济效益显著优于竖向通风系统。

3 结论

3.1 试验表明，横向通风系统对粮堆上层和中上层以及粮堆北侧降温效果较竖向通风系统更好，对中下层和下层以及粮堆南侧及中南侧粮食降温效果略差，而两种通风模式对中间层的降温效果相差不大。横向通风系统上下层温度梯度较小，而竖向通风系统南北侧温度梯度较小，两种通风模式下最终的粮温均匀度相差不大，但横向通风系统对粮温均匀度影响更大。

3.2 除了对粮堆中部粮食的保水通风效果略逊于竖向通风系统以外，横向通风系统对其他部位粮堆保水通风效果都显著优于竖向通风系统。此外，两种通风模式对整仓粮食水分均匀度的影响效果相差不大。整体来看，横向通风系统整仓保水通风效果显著优于竖向通风系统。

3.3 在通风前后相同的降温幅度下，横向通风系统需要的通风时间较竖向通风系统长，通风能耗也较竖向通风系统略高，但横向通风系统的保水通风带来的经济效益远远大于其通风能耗，表明横向通风系统的通风经济效益显著优于竖向通风系统。