大直径筒仓不同通风方式降温效果研究
2023-03-26王向阳张景宇李松伟杜勇王磊雷腾飞
王向阳 张景宇 李松伟 杜勇 王磊 雷腾飞
摘要：由于大直径筒玉米仓经过夏季储藏后，粮堆外圈受外温影响较大，需充分利用低温、低湿的冷空气进行机械通风来消除局部发热点。该实验研究了18.5 kW风机组、谷冷机、谷冷机+18.5 kW离心风机对华南地区大直径筒仓冬季通风降温的效果。研究结果表明，谷冷机与离心风机都可以实现对大直径仓的冬季通风降温目的，其中谷冷机在降温效果、水分减量、能耗方面相比其他两种通风方式更具优势，能提高储粮安全稳定性。
关键词：大直径筒仓；水分；冬季通风；能耗
中图分类号：S379.2 文献标志码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20230619
Study on cooling effect of different ventilation methods in large diameter silos
Wang Xiangyang， Zhang Jingyu， Li Songwei， Du Yong， Wang Lei， Lei Tengfei
（ Dongguan direct Deport of Guangdong Grain Reserve Management Corporation， Dongguan， Guangdong 523000 ）
Abstract： Due to the influence of external temperature on the outer ring of grain pile after the storage of large diameter silo in summer， it is necessary to make full use of low temperature and low humidity cold air for mechanical ventilation to eliminate local hot spots.This experiment studied the effect of 18.5 kW wind unit， grain cooler， grain cooler +18.5 kW centrifugal fan on ventilation and cooling of large diameter silos in South China in winter. The research showed that both the grain cooler and the centrifugal fan can achieve the purpose of ventilation and cooling for the large diameter warehouse in winter， but the grain cooler has outstanding advantages compared with the other two ventilation methods in terms of cooling effect， water reduction and energy consumption， and can improve the safety and stability of grain storage.
Key words： large diameter silos， moisture， winter ventilation， energy consumption
玉米胚部較大，约占整个籽粒体积的1/3，其中含有30%以上的蛋白质和较多的可溶性糖，脂肪含量多，吸湿性强，呼吸旺盛，容易酸败，储藏难度较大[1]。广东省储备粮管理集团有限公司东莞直属库属于我国第七生态储粮区，处于高温高湿地带，长夏无冬。玉米不耐高温储藏，在30 ℃左右时籽粒中酶的活性加强，呼吸旺盛，消耗干物质，增加水分，放出大量的热，加速品质劣变[2]，这也是南方地区很多粮库不愿意储备玉米的原因。不同通风方式对玉米的降温效果具有不同程度的影响，杨雪花等[3]在夏季开展了谷冷机降温的应用实验，夏季适时采用谷物冷却机降低基础粮温，降温效果显著，玉米水分损耗小，达到了控温储粮，实现了玉米安全度夏的目的。高庆文等[4]研究发现，利用离心风机、混流风机分阶段对玉米进行冬季通风处理降低了水分、均衡了粮温、消除了隐患。
随着粮仓建设技术的发展以及对土地节约化使用要求，仓房高度、容量等不断扩大，出现了单仓仓容达到2万t左右，筒体超过50 m的仓房。这种体积容量明显增大后的“浅圆仓”，常被称为“大直径筒仓”[5]。为了保证大直径玉米筒仓的储藏安全，需充分利用低温、低湿的冬季季候风进行机械通风、谷冷通风，降低粮堆温度，改变害虫、霉菌生存环境，抑制其生长繁殖，提升粮食储藏稳定性，为下一年安全保管奠定基础[6]。本实验拟研究冬季通风期间采用不同通风方式对大直径筒仓的降温效果，以期寻求一种既能降温保水又经济合理的通风方案。
1 材料与方法
1.1 实验材料
选择大直径筒仓作为供试仓房，仓房体积30 071 m3，顶高51.5 m，装粮线高度41.0 m，其他信息见表1。
1.2 实验设备
4-72-5.5A型离心风机：单台功率18.5 kW，风量20 070 m3/h，广东省韶关市华洋工业风机有限公司；YGLA-130DA/A型谷冷机：单台功率64.3 kW，风量10 785 m3/h，上海云傲机电科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 通风方案
Q43仓采用2台谷冷机正压上行通风，Q44仓采用两台18.5 kW风机进行负压下行通风，Q45先采用两台18.5 kW风机进行正压上行通风，后采用两台谷冷机（谷冷机前风温度8 ℃，送风温度12 ℃，谷冷机出风相对湿度75%）进行正压上行通风。每个实验仓房内圈通风口、外圈通风口各接一台通风设备，大直径筒仓风道采用内中外三圈环形风道，示意图见图1[7]。
1.3.2 通风时间
通风从2022年12月5日开始至2023年1月30日结束。通风按照《储粮机械通风技术规程》中允许通风降温的条件进行。粮堆平均粮温-仓外大气温度≥6 ℃、粮堆的平衡湿度≥大气湿度时开始通风；粮堆平均温度-仓外大气温度≤4 ℃、温度梯度≤1 ℃/m时结束通风。
通风期间温湿度变化见图2。
1.3.3 水分测定
距中心减压管1、7 、14 m处设置取样点，每点取样深度为30 m，每6 m扦取一份样品，共15个样品，检测通风前后水分的变化。冬季通风前后取内圈、中圈、外圈混合样品测得平均水分。
1.4 数据分析
每组实验数据取3次结果的平均值，采用Orign 8.5软件绘图，Excel 2017作表。
2 结果与分析
2.1 降温效果
在合适的冬季通风时间，采用压入式通风或者吸出式通风的方式，降低粮堆温度，确保玉米能夠安全度夏[8]。由图3～图5可以看出，Q43仓采用压入式通风，平均粮温从20.9 ℃降到13.4 ℃，最高粮温从30.8 ℃降至18.8 ℃。Q44仓由于底部存在异常粮温点，故采用两台18.5 kW风机接内外圈进行吸出式通风，平均粮温从20.0 ℃降到12.0 ℃，最高粮温从30.8 ℃降至19.7 ℃。Q45仓平均粮温从19.9 ℃降到13.4 ℃，最高粮温从31.1 ℃降至19.2 ℃。Q43仓采用两台谷冷机正压上行通风37 d，平均粮温降低7.5 ℃，最高粮温降低了12 ℃。Q44仓采用两台18.5 kW风机负压通风57 d，平均粮温降低8.0 ℃，最高粮温降低了11.1 ℃。Q45仓采用谷冷机搭配离心风机通风44 d，平均粮温降低6.5 ℃，最高粮温降低了11.9 ℃。由此可以得出降温速度：Q43>Q45>Q44，表明谷冷机降温效果优于其他两种通风方式。
整体来看，粮堆局部存在的高温点消除，粮温均衡，通风效果良好，符合准低温储粮的要求，通风各层平均粮温温差小于1 ℃/m，达到结束通风的条件。冬季通风期间，并无通风死角出现，表明大直径筒仓环形风道设计较为合理，通风效果良好。各仓在通风前10 d降温效果较为明显，10 d以后粮温下降幅度明显减缓。主要原因：一是冬季冷空气在华南地区停留时间较短，通风期间的外界平均气温一般要求在15 ℃以下，需要根据气温、气湿适时开关机；二是粮温降至15 ℃时，气温和粮温温差减小，通风降温效果变差；三是外界冷空气首先进入粮堆内部，与粮堆内部高温气体进行热交换，随粮堆高度增加，冷空气穿过较厚的粮层，阻力不断增加，通风效率下降。
2.2 径向降温效果
从图6～图8可以看出，3个仓通风期间内、中、外三圈平均粮温均呈下降趋势。通风后期三圈平均粮温温差逐渐减小，温度趋向一致。通风期间外圈降温幅度和速率较大，内圈和中圈粮温变化趋势一致。主要原因是实验仓为大直径筒仓，经前一年高温度夏后，外圈靠近仓壁受环境温度影响，粮温明显升高，而内圈和中圈粮温受外界影响小，平均温度在17～18 ℃，形成“冷芯热皮”现象，外圈通风前平均粮温在21.6～23.5 ℃，由于气温与粮温温差较大，冷热气体交换充分，降温较为明显。同时实验仓所在地的通风温度一般在15 ℃以下，中圈和内圈的温差相对较小，所以外圈通风效果优于中圈和内圈。另一方面，可能是因为实验所选大直径筒仓为中心进料方式，经中心减压管后，粮食自动分级形成中心呈圆环状杂质聚集区，同时还会增加一个中心部位圆柱状杂质区，导致冷空气穿透能力降低，通风期间内圈、中圈降温速率较为缓慢[9]。
2.3 通风前后水分变化
由表2、表3可以看出，Q43仓通风期间谷冷机采用保水模式（保持出风湿度75%～80%），通风前平均水分12.9%、通风后12.9%，水分几乎无变化，达到降温保水目的。Q44仓采用负压通风消除底部积热，通风前平均水分含量13.3%，通风后平均水分13.0%。通风期间采用18.5 kW离心风机，风压风量较大，使得外部冷空气进入粮堆内部进行热交换期间，造成水分减少0.3%。Q45仓采用离心风机+谷冷机通风模式，通风前后水分变化0.2%。由图2可知，通风环境湿度基本在65%以上，并且谷冷机采用保水模式，出风相对湿度在75%～80%，湿冷空气从仓堆底部吹向顶部，进风湿度提高，所以出现水分减量：Q45
2.4 能耗情况分析
由表4可以看出，吨粮成本：Q44>Q45>Q43，虽然Q43吨粮成本略高于Q45仓，但Q43仓保水能力优于Q45仓。通风后Q44的粮食平均水分少了0.3%，Q44仓容18 300 t，按照玉米价格2 000元/t计算，单仓损耗费用远远超过其他两仓用电费用。上述试验表明，在华南地区的冬季，大直径玉米仓使用谷物冷却机进行通风降温，具有良好的通风降温效果，并能达到保水的目的，减少粮食保管过程中的水分损耗，增加经济效益，完全符合“安全、经济、有效”的储粮原则。
3 结 论
大直径筒仓采用谷冷机、离心风机、谷冷机+离心风机3种不同的通风模式，都可以实现玉米通风降温的目的。但是随着通风时间的增加，粮堆高度增加，冷空气穿过较厚的粮层，阻力不断增加，湿冷空气行走路线的加长，导致前期通风降温效果优于后期。谷冷机相比离心风机、离心风机+谷冷机组合还可以达到保水的目的，减少粮食保管过程中的水分损耗。从降温效果、水分减量、能耗等方面来看，大直径玉米筒仓采用谷冷机进行通风降温效果优于其他两种通风方式。
由于本實验是在玉米粮堆冷心热皮状态下进行的，当整仓粮温较高或小麦、稻谷等其他品种的粮堆采取不同通风方式进行降温是否仍具上述的降温效果仍需要进一步的实验探究； 谷冷机采用变频模式进行冬季通风，通过调整谷冷机不同的频率，选择合适的通风参数，调整风压风量，从而做到节能减损，仍需要进一步的实验探究；还可以探究不同功率下离心风机对大直径筒仓储藏的小麦、玉米的效果的影响。
参 考 文 献
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