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平衡水分理論和通風窗口指導稻谷降溫通風

文檔作者：李興軍1，吳曉明2，殷樹德3 文檔來源： 1．國家糧食局科學研究院 2．津市明倫電子技術有限公司 3．重慶市墊江國家糧食儲備庫		點擊數：	更新時間： 2024年07月27日
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倉儲物流糧油食品科技第22 卷2014 年第3 期
98
平衡水分理論和通風窗口指導稻谷降溫通風
李興軍1，吳曉明2，殷樹德3
( 1． 國家糧食局科學研究院，北京100037; 2． 天津市明倫電子技術有限公司，天津300384;
3． 重慶市墊江國家糧食儲備庫，重慶墊江408300)
摘要: 將智能化糧情檢測技術與通風窗口控制模型相結合，依據CAE 方程控制稻谷倉房通風的
原理，以稻谷的吸附平衡絕對濕度曲線、飽和濕度曲線建立了降溫通風窗口區域，當大氣狀態點位
于窗口區域，風機運轉; 當大氣狀態點在窗口區域外，風機則關閉。應用該通風窗口控制稻谷降溫
通風作業，單位能耗值遠小于傳統的人工控制降溫通風的單位能耗值。
關鍵詞: 稻谷; 平衡水分; 機械通風; 降溫; 通風窗口區域; CAE 方程
中圖分類號: TS 379 文獻標識碼: A 文章編號: 1007 － 7561( 2014) 03 － 0098 － 04
Lowering paddy temperature by equilibrium moisture theory and ventilation window
LI Xing － jun1，WU Xiao － ming2，YIN Shu － de3
( 1． Academy of State Administration of Grain，Beijing 100037;
2． Tianjin Minglun Electric Technique Co． ，Ltd，Tianjin 300384;
3． Chongqing Dianjiang State Grain Ｒeserve Depot，Dianjiang Chongqing 408300)
Abstract: Combined the intelligent detection technology with ventilation window control model，the ventilation
window region for lowering the temperature was constructed according to the principle of controlling
aeration by CAE equation，the absolute humidity adsorption equilibrium curve of paddy and saturated humidity
curve． The ventilator turned on when the air status point within the window region，turned off
when outside． The unit energy consumption of aeration controlled by ventilation window was much less
than that by man．
Key words: paddy; equilibrium moisture; mechanical aeration; lower the temperature; ventilation window
region; CAE equation
收稿日期: 2013 － 11 － 8
作者簡介: 李興軍，1
971 年出生，男，博士，副研究員．
糧食儲藏調控技術主要是通過調控糧食含水率
和溫度來延緩品質劣變、抑制有害生物生長發育。
在密閉環境內和一定溫度條件下，糧食含水率隨平
衡相對濕度( EＲH) 的變化，作成圖是光滑的連續S
形曲線，被稱為水分吸著等溫線。采用生物統計學
軟件中的非線性回歸方法對糧食水分吸著等溫線數
據進行擬合分析，確定了糧食相對濕度( ＲH) 與糧
食溫度、含水率之間的函數關系［1 － 2］。在ＲH 20%
～ 65% 范圍內，儲糧是安全的，既不發霉，也不發生
脂肪過氧化作用［3 － 4］。鑒于糧堆EＲH 較難準確測
定，所以通常通過測定糧食含水率和溫度，進而推知
糧堆EＲH［2］。平衡水分等溫線及CAE 方程在實際
通風應用中，分別比較儲糧與大氣之間的絕對濕度、
溫度及露點溫度，確定糧堆能否進行各種目的的通
風包括降溫、降水或調質［5 － 7］。本文在稻谷平衡水
分等溫線和CAE 方程研究［6］基礎上，深入介紹將數
字型儲糧通風測控系統與通風窗口控制模型相結
合，降溫通風過程中通風窗口區域隨溫度下降的變
化，以期為高效節能智能化通風提供參考。
1 儲糧降溫通風窗口控制原理
根據吳子丹等［8 － 10］儲糧通風自動判斷的窗口
控制系統，將糧情檢測與智能通風控制系統相結
合，根據糧食品種、測定的糧食含水率，測控系統
檢測的糧堆溫度、大氣溫度及大氣相對濕度，按照
儲糧機械通風技術規程( LS /T 1202—2002) 提供的
降溫通風的判斷條件，當大氣溫度、相對濕度條件具
備通風條件時，開啟風機，進行降溫通風作業; 當大
氣條件不具備降溫通風的作業條件時，關閉風機，避
免出現低效的通風作業，提高電能的利用效率。通
風進行中通風窗口控制如圖1。根據糧食狀態點A
糧油食品科技第22 卷2014 年第3 期倉儲物流
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( ★) 、吸附濕度線及飽和濕度線確定的降溫通風窗
口區域，大氣狀態點( ◆) 可在BCDFG 窗口區域內
移動。
注: ＲH = 100%飽和濕度曲線，以下同。
圖1 通風窗口控制區域
1． 1 概念和依據
1． 1． 1 儲糧有害生物生長條件: 儲糧昆蟲生長溫度
8 ～ 41 ℃、ＲH 1% ～ 99% ( 最佳30 ℃、ＲH 50% ～
70%) ，真菌2 ～ 55 ℃、ＲH 70% ～ 90% ( 最佳30 ℃、
ＲH 80%) ，螨類3 ～ 41 ℃、ＲH 42% ～ 99% ( 最佳25
℃、ＲH 70 ～ 90%) ，細菌55 ℃、ＲH 100%。細菌不
能在沒有可利用的游離水的情況下生長，也就是大
約與相對濕度100%相平衡的水分。在真菌使糧食
發熱的溫度升高到55℃，同時出現可利用的游離水
的時候，嗜熱細菌發展，使溫度升到70 ～ 75℃，并與
嗜熱真菌一起可使霉變發展到最后階段。如果發熱
已進展到有嗜熱細菌參與的時候，糧食早已無任何
食用價值［11 － 12］。
圖2 大氣絕對濕度曲線圖
1． 1． 2 大氣狀態點: 當前大氣的溫度( t1
) 和絕對濕
度。相對濕度( ＲH) 為100%飽和濕度曲線，指大氣
飽和絕對濕度曲線。從表1 看出，在我國七大儲糧
區域，秋冬季通風時期大氣ＲH 在青藏高原儲糧區
小于40%，在北方其他儲糧區為52． 0% ～ 68． 5%，
在南方儲糧區為70． 3% ～ 80． 7%。在上述這些大
氣ＲH 下，谷物平衡水分均在8% ( 濕基) 以上。由
于蒙新干旱區和東北冷濕區倉庫外冬季氣溫過低，
所以儲糧冬季重點考慮保溫。華北、華中華東、西
南、華南儲糧區如果采用氣溫低于15 ℃的正溫度、
ＲH 大于50%的冷空氣降溫通風，大氣絕對濕度均
大于2． 5 mm Hg ( 圖2) ，大氣狀態點在圖1 的BCDFG
區域內移動。
1． 1． 3 糧食狀態點: 當前糧堆溫度( t2
) 下一定含水
率糧堆的平衡絕對濕度，如圖1 中12． 5% 含水率的
糧堆溫度25 ℃、吸附平衡絕對濕度17． 0 mm Hg。
降溫通風采用吸附平衡絕對濕度曲線。吸附平衡絕
對濕度曲線指以溫度、平衡含水率為自變量表示的
糧食絕對濕度變化曲線。
表1 我國儲糧區大氣月均氣溫和月均相對濕度
儲糧區域溫濕度10 月11 月12 月1 月2 月3 月
青藏高原區t1 /℃ 8． 1 2． 3 － 1． 6 － 2． 1 1． 1 4． 6
ＲH /% 50 39 34 28 25 28
蒙新干旱區t1 /℃ 7． 2 － 2． 8 － 10． 1 － 12． 6 － 9． 5 － 1． 2
ＲH /% 59． 5 66． 5 68． 5 67． 5 65 59
東北冷濕區t1 /℃ 5． 6 － 5． 7 － 15． 6 － 19． 4 － 15． 4 － 4． 8
ＲH /% 65 67 73 74 70 58
華北區t1 /℃ 12． 4 4． 3 － 2． 5 － 4． 5 － 1． 7 5． 1
ＲH /% 67． 3 63． 7 57． 3 52 53． 7 54． 3
華中華東區t1 /℃ 17． 9 11． 9 6 3． 5 5． 1 9． 5
ＲH /% 76． 3 76． 5 76 75． 8 78 78． 8
西南區t1 /℃ 15． 9 11． 5 7． 5 6 7． 9 12． 2
ＲH /% 81． 7 79． 7 78． 3 75． 3 73． 3 70． 3
華南區t1 /℃ 22． 9 18． 5 14． 3 12． 2 13． 1 16． 3
ＲH /% 73 71 71． 7 73 78． 3 82
注: 圖中數據參考文獻［13 － 15］整理。
1． 1． 4 降溫通風上限溫度線: 我國糧食一般儲藏在
暖溫帶、中溫帶及亞熱帶地區。根據儲糧機械通風
技術規程，降溫通風的溫度條件是，通風開始時，糧
堆溫度( t2
) 與大氣溫度( t1
) 之差在暖溫帶、中溫帶
地區大于8 ℃，在亞熱帶大于6 ℃; 通風進行時，t 2
－ t1
在暖溫帶、中溫帶地區大于4 ℃，在亞熱帶大于
3 ℃。我們在通風窗口控制圖中標出降溫通風上限
溫度線，即允許降溫機械通風作業的大氣溫度上限，
通風開始時暖溫帶、中溫度地區為t2 － 8 ℃，亞熱帶
地區為t2 － 6 ℃; 通風進行中暖溫帶、中溫度地區為
t2 － 4 ℃，亞熱帶地區為t2 － 3 ℃。
1． 1． 5 濕度判定條件: 當大氣絕對濕度低于糧堆平
衡絕對濕度，通風作業過程中不會增加糧食的含水
率。當大氣絕對濕度高于糧堆平衡絕對濕度，通風
作業過程中則會增加糧食的含水率。
1． 2 通風窗口控制技術
在具備通風降溫條件的通風窗口區域BCDEH
( 圖1) ，當大氣狀態點在BDEH 或EFGH 區域內左
移時，糧堆溫度快速降低。雖然糧食能夠發生吸附
或解吸作用，但是由于溫度低于10 ℃，糧堆水分增
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加或減少速率非常地小。
2 通風窗口控制模型指導風機運行
2． 1 通風作業試驗條件
本試驗在重慶市墊江國家糧食儲備庫進行。該
庫地處我國第五儲糧區。墊江縣( 北緯30°、東經
107°) 地貌為盆地，平均海拔450 m，屬于亞熱帶濕
潤季風氣候，年平均氣溫在18 ℃，6 ～ 8 月氣溫高達
40 ℃以上，冬溫夏熱、四季分明。在每年10 月底～
次年的元月采用機械通風降低儲糧溫度，以延緩次
年開春后糧溫隨氣溫升高。
試驗倉是該庫8 號房式倉，倉房長31． 4 m，寬
14． 12 m，高5． 01 m，魚磷板地上籠一機三道，兩個
通風道接入口，共6 條風道，每條風道之間的間距為
5． 0 m，通路比K = 1． 5，單位通風量為16． 4 m3 /ht。
本地產的稻谷，入倉時間為2010 年10 月，共1 340
t，雜質率0． 4%。在2012 年12 月20 日用LSKC －
4B 型糧食水分測量儀測定的糧堆綜合水分為
13． 2%。二臺小功率( 1． 5 kw) 軸流風機型號是
SFG4 － 2 型，全壓/靜壓320 /220 Pa，風量11 000
m3 /h，轉速2 800 r /min。在12 月23 日將二臺軸流
風機安裝在兩個通風道中，用編織袋塞緊，同時安裝
了MLG 糧情測控與智能通風系統，采集糧溫、倉濕、
外溫、外濕等數據，該系統軟件利用平衡水分理論和
通風窗口來控制風機的啟停。通風方式為負壓吸出
式通風，關好門，開啟四角的四個通風窗子，外界的
冷空氣由四個窗子進入，經過糧層，由小軸流風機排
出倉外。為了準確的統計用電量，在通風作業倉安
裝了電表。
2． 2 通風窗口區域隨糧堆溫度變化
MLG 儲糧通風控制系統由控制系統、檢測系統
和測控軟件三部分組成。控制系統包含風機控制模
塊［16］、數字濕度變送器［17］、濕度傳感器過濾保護罩
等硬件。檢測系統由新型儲糧數字式測溫電纜［18］
和檢測分機構成。數字式測溫電纜減少了電路之間
的噪聲信號干擾，提高了分機的電纜負載。檢測分
機用于測量各種數據，控制系統主要用于控制風機
的啟動和停止。智能化模型計算分析由測控軟件來
完成。于2012 年12 月24 日，對8 號倉進行通風降
溫作業。通風控制過程中，系統每15 min 檢測作業
倉的糧溫、倉溫及倉濕; 每5 min 檢測一次外溫與外
濕，通過模型計算，確定通風窗口。通風過程中，通
風窗口不斷地被調整。如果大氣狀態點在窗口內，
則具備通風作業的條件，測控軟件自動下達命令通
知控制器開啟風機，進行降溫通風。否則，大氣條件
不具備通風作業的條件，關閉風機。通過通風窗口
可準確地控制風機開啟或關閉，避免出現低效通風
作業。
表2 通風作業前( 2012 － 12 － 24) 糧堆檢測數據
糧堆
層數
最高
糧溫
/℃
最低
糧溫
/℃
平均
糧溫
/℃
全倉
均溫
/℃
倉溫
/℃
外溫
/℃
倉濕
/%
外濕
/%
1 層
2 層
3 層
4 層
18． 6
21． 1
19． 7
20． 1
8． 3
12． 4
11． 9
12． 3
13． 1
17． 0
16． 3
16． 9
15． 8 7． 0 6． 0 88． 6 81． 3
如圖3 所示，通風前糧堆含水率13． 2%、平均
溫度15． 8 ℃，平衡絕對濕度9 mmHg; 大氣溫度6． 0
℃，大氣ＲH 81%( 平衡絕對濕度為5． 8 mmHg) 。B
點為通風上限溫度與飽和濕度曲線的交點，通風窗
口為BDFG 圍成的區域。大氣狀態點在窗口內部，
具備通風作業條件，開啟風機。
圖3 通風開始時( 2013 － 12 － 24) 通風窗口控制區域
2013 年1 月3 日糧堆含水率為13． 2%、平均溫
度8． 4℃、平衡絕對濕度6 mmHg; 大氣溫度3． 8℃，
大氣相對濕度80%( 平衡絕對濕度4． 9 mmHg) 。如
圖4 所示，通風窗口區域為BCDFG 圍成的區域，大
氣狀態點在通風窗口BCDEH 區域，具備通風作業
的條件，繼續開啟風機。
圖4 通風進行過程中( 2013 － 01 － 03) 通風窗口控制區域
2013 年1 月4 日糧堆含水率13． 2%、平均溫度
5． 7℃、平衡絕對濕度4． 9 mmHg; 大氣溫度3． 1℃，
大氣相對濕度85． 4% ( 平衡絕對濕度5． 0 mmHg) ，
糧堆平衡絕對濕度約等于大氣平衡絕對濕度。如圖
5 所示，通風窗口為BCDFG 圍成的區域。大氣狀態
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點已經移出通風窗口區域，不具備通風作業的條件，
不宜進行通風，關閉風機。該倉降溫通風于2013 年
1 月4 日結束，LSKC － 4B 型水分測量儀檢測糧堆水
分是13． 0%。
圖5 通風結束時( 2013 － 01 － 04) 大氣狀態點在通風窗口外
表3 通風作業結束后糧堆檢測數據( 2013 － 01 － 04)
層數
最高
糧溫
/℃
最低
糧溫
/℃
平均
糧溫
/℃
全倉
均溫
/℃
倉溫
/℃
外溫
/℃
倉濕
/%
外濕
/%
1 層
2 層
3 層
4 層
4． 9
6． 5
9． 1
17． 5
3． 3
3． 8
3． 6
3． 5
4． 2
4． 7
5． 2
8． 6
5． 7 3． 2 3． 1 86． 7 85． 4
2． 3 耗能分析
8 號倉利用小功率的軸流風機通風降溫，通過通
風窗口區域控制風機開啟與關閉。通風作業歷時10
d，累計通風時間180 h，實際開機時間不足7． 5 d，糧
堆平均溫度下降10． 1 ℃，總耗電為205 度，單位能耗
為0． 015 kW·h·t － 1·℃ － 1，遠低于我國儲糧機械通
風技術規程規定［5］的地上籠通風單位能耗( ≤0． 040
kW·h·t － 1·℃ － 1 ) 。根據該庫和重慶東部地區多
年經驗，采用二臺5． 5 kW 的離心風機進行傳統人工
控制降溫通風7 ～ 10 d，總的用電一般都在700 ～ 900
度，能耗通常為0． 050 ～0． 070 kW·h·t － 1·℃ － 1。
3 討論與結論
3． 1 糧食水分變化小
由于采用了小功率的軸流風機日降溫幅度小，
風力比較平穩，糧堆氣體交換頻率低，次數少; 采用
水分吸附平衡絕對濕度曲線，與解吸平衡絕對濕度
曲線比較，提高了大氣絕對濕度上限值，能夠減少通
風過程造成的糧食水分減量。降溫通風前糧堆水分
為13． 2%，通風結束后糧堆平均水分為13． 0%。
3． 2 掌握作業時機，降低能耗
通風過程中，大氣環境變化較快，MLG 糧情檢
測與智能通風系統通過定時的檢測糧溫、大氣溫度
與相對濕度，通過通風窗口分析，由軟件自動地分析
計算控制開、關風機的時機。通過通風窗口模型，清
楚的看到大氣狀態點在窗口區域的位置狀態，方便
了解通風作業狀況，在通風過程中，避免出現低效的
通風作業。
國內外推行低溫儲糧技術。低溫儲存可延緩糧
食品質劣變，延長糧食儲藏時間，抑制糧堆內害蟲的
生長發育，減少糧食的熏蒸［12，19］，達到綠色低碳儲
糧目的。糧情檢測分機與智能通風系統控制器可移
動，安裝簡單，使用方便。應用通風窗口模型控制通
風作業，單位能耗值遠小于傳統的人工控制降溫機
械通風的單位能耗，大幅度提高了能源的利用率，達
到了節能減排的目的。
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