储粮通风装置和通风参数的选择及优化研究进展

◎ 耿宪洲，刘新涛，任 芳，章天婵，晏晓旭

（1.德州职业技术学院，山东 德州 253000；2.中央储备粮镇江直属库有限公司，江苏 镇江 212006；3.中央储备粮新乡直属库有限公司，河南 新乡 453200；4.河南工业大学，河南 郑州 450001）

粮库储备粮安全的主要影响因素是温度、水分、微生物等。储备粮通风可以调节温度、控制水分、抑制微生物生长，具有操作简便、作业费用低的特点，是储粮日常管理中应用最多、效果最好的储粮技术之一[1]。储粮通风缺点是能耗较高、通风存在死角、设备前期投资较高等，因此选用科学合理的通风装置和通风参数是降低通风成本，提高储粮通风效率的重要举措。本文对现有的储备粮通风方面的有关文献加以总结，对相关研究进展进行综述，为储粮通风提供参考。

1 储备粮通风技术概论及其研究方向

粮库机械通风是在粮堆产生不稳定的影响粮食安全的因素（异常粮温、水分变化以及病虫微生物滋生等）时，通过人工向粮堆中引入冷空气及其他介质与粮堆内部的湿热空气等进行物质交换，以确保粮食储存安全的作业。适时合理的选择机械通风，对保证储粮安全起到了重要作用[2]。

可将粮堆机械通风效果的影响因素分为两大类：一类为自然因素（粮食种类、空隙率等），另一类为人工控制因素。自然因素是无法改变的，因此研究人工控制因素成为提高通风储粮效率的关键。实验研究人员不断运用实仓实验和电脑模拟实验来选择通风装置和优化通风参数，以期减少通风能耗和实现通风效率最大化。

2 储备粮通风技术研究进展

我国从20世纪50年代开始研究储粮机械通风技术，对于这项技术，前期的研究工作以可行性为主，并不注重节能和高效，后续的实验工作者开始围绕以节能和高效为中心的通风装置和通风参数的选择及优化研究上。

2.1 通风装置的选择及优化研究

粮库机械通风装置主要由风机和风道组成。粮库一般在设计储粮时会根据粮种、粮仓、当地环境等各方面影响因素进行选择和设计。当然，也会在储粮工作中根据实际情况进行优化。

2.1.1 风道选择

储粮通风风道是由孔板和筛网构成，安装在粮堆中的管道，该管道对于风机出入粮堆内的气流起着均匀分配和防止局部阻力过大的作用，达到送风高效的目的[3]。好的风道设计具有死角少、气流均匀、阻力小的特点，为此研究人员做了大量实验。

昆山县西门粮库在20世纪80年代，利用存气箱吸气通风，虽有投资少，减少间隙霉变等特点，但通风效果并不理想，因此并未推广成功[4]。同时期，江苏省江都县粮食局做了“Y”型风道对大豆整仓循环式通风干燥的降水实验，证明了其经济性和可行性。1997年，哈尔滨香坊粮库制粉车间的大型钢板仓经李明发等人的设计，其通风系统采用了环形与圆型风道相结合的方式，大大降低了经济损失[5]。2001年沈晓明等人对应用较多的“U”型风道加以改进，内部加装改变风向的调节器，使气流可以随时根据粮情需要，人工调节为“I”型或“U”型通风，使通风选择更合理、高效[6]。在其他风道的实仓研究方面，杨国峰等人利用江苏新沂国家粮食储备库进行了储粮机械通风试验，探讨了在高大平房仓中不同风道布置和不同类型的风机通风效率问题[7]。周景星等人通过对9种机械通风降水系统的研究，优选出了全敞式地槽鼓风降水系统、地上风道鼓风降水系统、排风扇等负压通风降水系统等通风降水系统[8]。张海红等人为研究大风道通风技术，利用计算机仿真实验，采用CFD方法，对高大平房仓分别采用U型、E型、土型和主型4种风道系统的通风降温过程进行了模拟，综合比较了4种方法的优缺点，为研究人员开发新的风道提供了一定的数值参考[9]。吴德明等人利用竹笼做的“米”字型和“目”字型风道对谷包堆进行通风降温对比实验，得到“米”字型风道通风、降温、熏蒸效果最好[10]。顾巍对设计的环形回流通风地槽做了仿真模拟实验，结果显示其压力和风量分布更加合理，且有效的降低了通风阻力和能耗，减少了通风死角提高了通风效率[11]。

2.1.2 风道的优化

储粮机械通风风道的优化是在原风道基础上，加以修改，避免重新开发、重新建设，降低粮库投资成本，同时又能使粮库通风效果更加高效、节能的技术方案。

河南工业大学的张海红等人对粮库地上笼通风的普通U型风道和小U型风道分别做了计算机仿真模拟研究，得出小U型风道通风更加均匀、有利于消除通风死角且降低了能量损失[12]。袁越锦等人做了仓内谷物通风干燥孔道网络数值模拟与验证的实验，得出配位数越大谷物干燥速度越快的结论，因此风道在进行设计时，必须尽量提高配位数[13]。粮库地槽、地上笼通风系统气流调节装置是不能在粮库入粮后进行通风调节的，周兴明针对这一情况，创新介绍了一种新颖的多功能气流调节阀，可以有效针对风道中的风量和风压等做出调节[14]。张筱红等人利用竹笼方便获得、开孔容易设置、价格低廉的特点，在粮库通风实验中将竹笼作为风道，达到了相应的通风降温目的，也降低了成本，但是缺点也很明显，竹笼重复使用次数少、易损害，另外，如果竹笼霉变、水分高等，易侵染粮食[15]。陈淑清等人根据流体力学原理，采用等静压计算方法，设计加工了全开孔的安装拆卸收藏较方便的缩节式圆形风道，该风道既方便又具有降温均匀、无死角、效率高的特点，是对普通圆形风道较好的改进优化[16]。张华昌等人[17]在内江直属库采用冷风回流的方法，以及一机四道的风道设计，既达到了通风均匀的目的，又节约了能耗，结果表明有很好的节能降温效果[17]。郭中泽采用在空气分配器处设阻力体、改变风道截面积、风道上开面积逐渐变化的孔口等的方法，使粮库达到了节能均匀通风的目的，总结了该地区的通风经验[18]。张安云等人提出采用全钢组合式风道，统一模块化，可根据粮库实际通风要求，自行组装风道，提高通风效率和效果[19]。

2.1.3 风机的选择和优化

风机为储粮机械通风提供动力，合理的风机选择能够在保证通风效果的前提下，减少能源消耗，降低粮库成本，提高收益。当前，变频和计算机控制的风机正逐步推广应用，由于一次性成本较高，所以研究人员也在低成本风机的基础上做大量实验，帮助指导我国的储粮工作。

上文提到的杨国峰等人[7]探讨过对于“土”字形和“主”字形两种风道，在高大平方仓机械通风中配轴流风机或混流风机的可行性。对于不同功率的风机选择性问题，刘萼华等人[20]做了对比实验，将两种不同功率的风机分别对高大平房仓采用压入式降温通风，结果表明用2.2 kW的轴流风机通风具有大功率离心风机的降温效果，且具有较多优点，很适合湖南邵阳地区粮库进行通风降温储粮。周景星在不同类型风机对稻谷通风的对比试验中，得出采用轴流风机比离心风机通风降水具有明显的节能效应的结论[21]。同时其另一个通风降水系统类型选择实验证明，对稻谷而言，排风扇负压通风降水，具有能耗低、成本低、降水均匀等优点。汉中地区粮油公司总结了储粮通风技术在当地结合实际储粮环境的应用状况，详细阐述了在风机选择以及使用配套风道方面的经验，值得当地借鉴[22]。张会民做了高大平房仓使用3 kW、7.5 kW、15 kW不同功率风机降温通风对比试验，结果表明，用7.5 kW的离心风机通风具有降温效果明显、水分损耗低、降温均匀及耗电低的优势，适合应用于北方粮库[23]。针对华南地区的环境特点，林春华等人试验后推荐粮库通风使用GKJ56-Z400型轴流风机[24]。顾根来等人做了轴流风机与离心风机通风效果的对比实验，实验结论得出大型离心风机有助于快速降温降湿，但是单位能耗较高，而小型轴流风机虽然降温降湿较慢，但能耗只占离心风机的三分之一左右，因此小型轴流风机可以多时段多次对粮堆通风降温[25]。陆群等人[26]对普通型轴流式风机、可逆转式强力轴流风机和离心式风机对平房仓储藏小麦的通风效果进行比较，得出在粮堆温度不太高时，轴流风机的通风保水效果较好，同时能耗较低。冷本好等人选用山墙轴流风机对粮库进行通风降温实验，结果显示对比大功率离心风机，此法更有益于降温保水且能耗较低，是准低温绿色储粮的风机首选[27]。

2.2 通风参数的优化研究

粮库的机械通风参数是指通风方式、通风风速、通风时间以及通风配位数等众多能够影响现有通风设备输出效果的人工设定数值。对通风参数数值根据储粮实际情况做出合理的设定，既可以实现理想通风效果，又能减少支出。

2.2.1 通风方式的优化

通风方式的选择极为重要，河南工业大学的张来林等人做了4种粮种横向通风和竖向通风的比较实验，结果表明竖向压入式通风好于横向吸出式通风（大豆除外），横向通风在单位粮层阻力方面并不比竖向通风更具优势[28]。董元堂等人做了高大平房仓机械通风的相关实验，得出由于房式仓内堆粮高、体积大、蓄冷能力强及中上层粮温比下层偏高，所以采用压入式通风较好[29]。王远成等人做了横向谷冷通风过程的数值模拟研究，结果表明相对于地上笼垂直通风而言，横向通风时粮堆内部风速分布均匀、温度梯度较小，且具有降温速度快，冷却效率高的特点[30]。李波等人应用横向通风后得出，横向通风确实具有降温速率快、均衡粮温分布的特点；另外，横向通风的能耗、水分损耗要优于竖向通风，有很好的推广价值[31]。何兴华等人在杭州地区做了嵌入式风机不同通风方式效果及能耗对比实验，得出在内外温差较小时，采用仓墙上部的轴流风机通风；当冬季温度较低时，把握时机，采用嵌入式轴流风机，进行上行压入式通风，这样分时段的通风方式选择，降温和节能效果俱佳，适合杭州地区的储备库运用[32]。丁江涛等人还做了冬季压入式、吸出式、压入与吸出相结合的通风降温对比实验，得出压入式对处理高水分粮效果较明显；吸入式降温的同时粮食水分损失少；压入式与吸出式相结合的通风方式有利于粮堆整体降温[33]。

2.2.2 其他类通风参数的优化

关于具体的储粮保水降温通风的物理参数，崔忠艾等人做了模型预测，并通过实仓实验验证了所得通风参数（工艺参数和操作条件）的准确性[34]。易世孝等人针对储粮通风工作中经常出现的结露、通风道漏粮、降温不匀衡、水分下降太大等问题，做了经验总结，明确了具体的通风工艺参数[35]。张来林等人对不同样式的风道分配器的通风阻力做了研究，得出表观风速越快，风阻越大，与分配器样式关系较小，合理表观风速设定宜在0.15 m·s-1以下[36]。陈桂香等人以计算机模拟实验为基础，某实际平房仓为研究对象，对提高机械通风效果，减少能耗的通风风量进行研究，得出降温时间与单位通风量大小大致呈反比，但非绝对的线性关系，各地区应根据当地环境选择合理的通风风量，不要单纯追求降温速度[37]。黄宗伟针对新疆地区高大平房仓机械通风中出现的问题，经分析、实验后，提出粮库应在天气良好的情况下，采取连续压入式通风，并增加吸出式单管风机以解决通风死角问题[38]。张成等人做了高大平房仓插管机械通风的数值仿真实验，得出插管可使管底部平均风速提升40%，同时给出了插管提升通风效果的原理和插管优化设计的方向[39]。王广等人采用“一机两口”的方式通风降温，弥补了风机的不足，也取得了良好的通风效果[40]。樊卫鹏等人通过增加风道数量、改变粮堆底层地上笼铺设方式来提高通风降温速率和幅度，但是此种方法增加了能耗，且不代表未来发展趋势[41]。

3 结语

粮库通风系统包括风机的选择和优化、风道的选择和优化以及各通风参数的选择和优化，目前已经在粮库通风工作中做到了最优和最合理化，影响通风效率和效果的因素只剩下人为控制因素。当前随着计算机、软件和传感器等技术的发展，现代储备粮通风正在由人为控制通风走向智能化通风。由计算机、机械通风器械、检测系统组成的智能化粮库通风系统正初步运用到我国的粮库中，其大大节省了人力成本，也初步做到了精确通风，在粮食降温、降水、粮仓排积热等方面已取得一定进展。但是智能化通风系统的技术还不完善，主要表现在：①传感器精度还不够好。②无线传感技术发展还不够成熟，粮库依然需要大量铺设电缆等检测线路。③整个粮库粮堆生态系统的检测还处于起步阶段，众多生态参数还无法融入粮情智能检测系统。因此，粮库智能通风系统还不能完全脱离人工控制，未来的粮库通风系统发展一定是智能化和无人化的，各基层工作者应该大量收集基础数据，科技工作者应从大数据出发、分析，找到数据规律，开发出更加强大的智能系统，为我国储粮行业做出贡献。