[0001] 本发明涉及湿粮食通风控温技术领域，特别是涉及一种机收后湿粮食通风控温系统及方法。

[0002] 在粮食收获季节，由于夜间结露，粮食在田间返潮，上午粮食水分较高。为降低后续烘干成本，机械化收获通常安排在中午及下午，利用上午时间的太阳辐射和自然风吹使得谷粒中的部分水分得以蒸发。然而经过太阳暴晒后的粮食通常具有较高的温度，机械化收获后需要立即干燥以保持粮食的品质。因为湿粮在高温条件的呼吸作用剧烈，消耗着氧气和有机质。而粮堆中的空隙有限，其中存储的氧气量也有限，在非强制通风的情况下，只能通过基于浓度差的扩散机制来补充空隙中的氧气含量，而通过扩散补充氧气的速度非常缓慢。湿粮高温堆积过程中呼吸作用消耗氧气的速度通常高于扩散机制补充氧气的，从而导致粮堆内部氧气耗竭，粮食从有氧呼吸转为无氧呼吸(即无氧发酵，消耗有机质，产生乙醇和水，并释放热量)。

[0003] 然而目前粮食集中收获季节烘干能力挤兑严重，湿粮排队等待干燥的现象普遍存在，因此湿粮通风装备应运而生，逐渐应用到国有大型农场，机械化收获后的粮食通过车辆运输到烘干站后先转移至湿粮通风装备，通过通风的方式，使粮食始终保持在有氧呼吸的状态，同时利用蒸发吸热效应，使得粮食的温度快速降低。以6月份机械化收获后的小麦为例，经过上午田间曝晒，机收、运输堆积过程的呼吸热等作用，运输至烘干站时的小麦温度接近40℃(实测38℃‑40℃)。其呼吸作用是同等水分条件在20℃下的6‑7倍。40℃小麦的保质期是同等水分条件在20℃下的6％‑7％。将接近40℃小麦转移至湿粮通风装备，经过12h的通风后，粮温可降低至17‑20℃，通风过程粮食籽粒表面水分蒸发是导致上述大幅降温的主要原因。此时的粮温要比环境温度低7‑8℃。

[0004] 蒸发吸热效应是粮温得以快速降低的主要因素，而粮食中的水分得以快速蒸发，主要是因为粮食籽粒表面的水蒸气分压高于空气流中的水蒸气分压。底层粮食在通风过程水分率先降低，并形成从底向上逐渐增加的水分梯度。通风过程粮食的水分降低速度远低于采用烘干机干燥粮食时的水分降低速度。

[0005] 然而遭遇阴雨天气时和夜间结露时，环境空气相对湿度达到90％以上，接近湿饱和，入射气流的水蒸气分压高于粮食籽粒表面的水蒸气分压，粮食被环境空气加湿。在此过程入射空气中的部分气态水渗入粮食籽粒后转变为液态水(该过程本质为冷凝过程，与蒸发过程相反)，释放了大量的热，使得底部的粮温逐渐上升，从原先低于环境空气温度，逐渐升高至高于环境温度6～8℃。阴雨天气和夜间结露时向粮堆中通入自然空气不仅起不到降温排湿的作用，甚至还起到增温增湿的反作用。因此阴雨天气和夜间结露时不适宜向粮堆中通入自然风，然而粮食的呼吸作用不会停止，粮堆空隙中的氧气仍有耗竭风险，自然风的通入又显得必不可少。因此，需从中找到一个折中的方法实现粮食存储环境的稳定和粮食品质的保护。

[0044] 下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作详细说明。

[0045] 如图1所示，本发明所述机收后湿粮食通风控温系统，包括位于筒仓内底部的风道，所述风道的入口位于筒仓外部，并连接有离心风机，在离心风机进风口处设有温湿度传感器，在筒仓内部还设有温度传感器，所述温湿度传感器、温度传感器采集到的信号传输至控制器，控制器根据接收到的信号来调整离心风机的工作状态。

[0046] 在所述筒仓内部设有4组温度传感器：筒仓底部距离地面约30cm贴近风道外壁约30cm处布置一个(读数记为T1)；筒仓底部中心处距离地面50‑60cm处布置一个(读数记为T2)；筒仓中部圆心处布置一个(与氧气浓度传感器位置接近)，读数记作T3；筒仓顶部中心处粮面之下约30cm处布置1个，读数记为T4。

[0047] 不管筒仓底部风道以何种形式排布，T2‑T4对应的温度传感器探头排布位置不变。T1对应的传感器探头排布位置，根据上述距离地面约30cm贴近风道外壁约30cm处布置的原则，针对常见的几种风道可参考如图2所述方式排布。

[0048] 若设置氧气浓度传感器，则埋入圆筒仓的中心部位，即水平方向上位于筒仓的圆心，竖直方向上位于筒仓载粮高度的二分之一位置，氧气浓度传感器采集到的信号也传输至控制器。

[0049] 本发明基于上述系统，对机收后湿粮食进行通风控温方法为：当粮食表面水分气分压大于入射气流水蒸气分压时，通风机始终处于开启状态，环境空气持续进入粮堆；当粮食表面水蒸气分压小于入射气流水蒸气分压时采用间断通风策略，当粮堆空隙内的氧气浓度低于最大值的25％时，开启通风机，当空隙内的氧气浓度恢复最大值时关闭通风机。如此作业，直至烘干机有作业安排，通风装备中的粮食通过输送设备，输送至烘干机。

[0050] 具体过程如下：

[0051] 步骤1：基于温度传感器采集的位于风道外壁一侧的温度T1，计算粮食籽粒表面的水蒸气分压ps,vap；

[0052] 由于贴近风道的粮食水分降低速度快，以小麦为例，在持续通风的条件下12h以内可达到国家贮藏水分标准，该水分计为Ms。此外，湿粮通风控温时间通常可达7‑10天，因此防止阴雨天和夜间结露时通风返潮，对应的粮食水分可按照Ms处理。根据热湿平衡理论，通常可认为，粮食籽粒表层通常与其接触的边界层空气达到了湿平衡，因此可通过吸湿平衡方程计算粮食籽粒表层的边界层空气的相对湿度，以小麦为例相对湿度计为 计算方法为：

[0053]

[0054] 粮食籽粒表面的水蒸气分压ps,vap可根据相对湿度的基本定义进行反推：

[0055]

[0056] ps,sat表示粮食籽粒表面对应的饱和蒸气压，计算方法为：

[0057]

[0058] 步骤2：基于温湿度传感器采集的进风口处的温度Tin和湿度 计算入射气流中的水蒸气分压pin,vap，计算方法为：

[0059]

[0060] ps,sat表示入射气流对应的饱和蒸气压，计算方法为：

[0061]

[0062] 步骤3：当ps,vap＞pin,vap时，控制器启动离心风机进行通风，如图3、图4所示；

[0063] 当ps,vap≤pin,vap时，控制器关闭离心风机，并保持其关停状态，除非筒仓内粮食空隙内的氧气浓度偏低，导致其生产无氧呼吸的风险。当筒仓内氧气浓度 低于5％时，控制开启离心风机，通风一段时间后，当传感器测得 升高到与环境条件一致时(＞20％)，控制器再次关闭离心风机，如图4所示。当氧气浓度未采用氧气浓度传感器直接测量时，通风时长则根据气流穿过粮层所需的时间确定，可通过下式计算：

[0064]

[0065] 式中，tk为离心风机进行通风时长，tven为气流穿过粮层所需的时间，η1为通风安全系数，取值范围为2～3；D为筒仓直径，单位m；L为筒仓最大装载高度，单位m；V为风机鼓入筒3
仓的体积流量，单位m/h。

[0066] 若不采用传感器直接测量筒仓内的氧气浓度，则通过计算粮食的呼吸强度，计算可暂停通风的安全时长，首先根据筒仓的装载体积计算粮食籽粒间空隙的总体积：

[0067]

[0068] 式中，Vvoid为空隙体积，m3；ε为筒仓内粮食籽粒间的孔隙率，通常在0.3～0.5之间。

[0069] 进一步计算粮堆空隙中储存的氧气体积 为：

[0070]

[0071] 则存储的氧气质量为：

[0072]3

[0073] 式中 为空隙内的氧气质量，kg；ρO2为氧气的密度，kg/m。

[0074] 当暂停通风时长(tstop，s)满足下列条件时，控制器开启风机：

[0075]

[0076] 式中， 为风机关停后，控制器第i次采集筒仓内温度传感器数值时的粮食呼吸3
速率，kg/(kg干物质s)；ρbk为筒仓内单位体积粮食质量，kg/m；D为筒仓直径，m；L为筒仓最大装载高度，m；Δt为采样的时间间隔，s；η2为暂停通风安全系数，可取0.6～0.75。

[0077] 将式(7)‑(9)代入式(10)，则式(10)可简化为：

[0078]

[0079] 此外， 是筒仓内粮食平均温度Tave,和粮食入仓时的湿基水分Min的函数。可根据相关公式计算获得，以小麦为例：

[0080] RO2＝8.45×10‑12exp(‑9.3347+0.0935Tave+55.01Min)；  (12)

[0081]

[0082] 则，可进一步计算离心风机可关停的最大时长：

[0083] tstop＝nΔt。  (14)

[0084] 当停机时长达到tstop时，开机风机；当开启后的通风时长达到式(6)的tven时，关停离心风机，当停机时长达到下一个阶段的tstop时，再开机风机，如此循环，直到粮食表面的水蒸气分压再次大于入射气流的水蒸气分压时，风机持续运作，不再停止；当粮食表面的水蒸气分压再次小于入射气流的水蒸气分压时，再重复上述基于氧气浓度或呼吸作用控制的启停措施，直至通风控温过程结束，谷物输送至烘干机。