一、机械通风技术的标准化规范化发展
新中国成立后至1998年以前，我国粮食供应长期处于短缺状态，粮食储备数量相对较少，对仓储设施需求不高，设施建设投入较少，建设标准很低，配套设施设备少，保粮技术比较落后。相当部分仓房是20世纪50年代仿照苏联粮库建设的“矮胖”苏式仓和简易平房仓，只适用于包粮储存或者“包打围”存储，其装粮高度最高4m，单仓容量500~2500t。设施陈旧简陋，只能保证粮食不被日晒、雨淋、风吹，而仓房的保温、隔热、门窗气密、地坪防潮等条件很差。保粮技术一直比较落后，储粮安全主要靠保管人员发扬“宁流千滴汗、不坏一粒粮”精神，通过人工清扫、翻倒等艰苦劳动来保证。粮温测报靠人工入仓检查，时间长、效果差；害虫防治由人工进仓投药完成，作业有一定危险；虽然每次投放化学药剂用药量很大，但由于仓房气密性差，难以保持杀灭害虫必需的浓度和时间，杀虫不彻底，且因重复熏蒸的“选择作用"，导致害虫抗性和抗性品系的产生。粮食出入库作业要靠装卸工人背肩扛，劳动强度大、效率低、费用高、粮食损耗严重。因此，当时我国大部分粮库的原有仓房设施条件和技术水平难以满足中央储备粮“安全储存、品质良好”的要求。科学储粮新技术的研发应用成为建立粮食储备保障体系亟须攻克的难题。 20世纪80年代我国专家提出了用相对湿度和绝对湿度表达的粮食通风数学方程(CAE 方程),1991年商业
部粮食储运局在制订《机械通风储粮技术规程(试行)》时采用CAE方程计算了粮食平衡绝对湿度曲线图，作为粮库技术人员在进行机械通风作业时查询使用。1991年商业部粮食储运局吴子丹先生就提出，要进一步研究完善通风降温、降水技术，研究通风系统的标准设计模型；推广机械通风要和仓房隔热吊顶改造相结合，扩大自然低温储粮的应用面，延缓储粮品质劣变。
喻大华囚徒天子光绪1998年开始的国债投资国家储备粮库建设为机械通风技术的标准化规范化提供了平台和条件。三批国债投资共建储备粮库项目1114个，建成储备仓容5250万t。主要建设了高大平房仓、浅圆仓和立筒仓等仓型，实现了创新推广现代化仓型、改善储粮设施条件的重大飞跃。其中高大平房仓是主导仓型，占新建仓容的83%。仓房跨度一般为21m、24m、27m，散粮装粮高度一般为6m，单仓容量可达5000万t以上（按储存小麦测算)，是旧式平仓房2~3倍、苏式仓的5倍以上。浅圆仓占新建仓容的10%，是一种占地面积小、单仓容量大、
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机械化程度较高的新仓型，可同时满足中转和储备的需要。
但是高大平房仓和浅圆仓作为储备粮库，由于单仓容量大、堆粮高，储粮周期长，温湿水分转移和粮堆结露是其安全储粮的最大隐思。配套设备要求高，原有的仓储技术、工艺设备及作业方法已不适应安全储粮和高效运营的要求，创新研发推广亟待突破。在此背景下，以共用风道为基础的“四合一”储粮技术研发推广应运而生。“四合一”储粮技术彻底解决了高大平房仓和浅圆仓储存粮食面临的粮堆环
gm码境复杂、湿热转移严重、易结露、易发热霉变、害虫易扩散、熏蒸杀虫不彻底，以及储粮品质陈化快等难题。
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二、横向通凤风道上墙后引发的技术变革
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目前，我国储粮的主导仓型为平房仓，这是由我国储粮数量大、周期长的特点所决定的。平仓房的优点是堆粮储量性能相对稳定，建设成本比较低廉，缺点是机械化程度低、进出仓作业不方便。特别是现有储粮工艺和技术水平条件下，为满足储粮通风要求，平房仓仓房地面布满了凸起的风道，进出粮作业时机械设备不好展开，需要工人反复拆卸，劳动强度大、作业环境恶劣、作业效率低下。近年来，随着劳动力成本上升、资源环境约束日益增强，食品安全要求的不断提高，特别是城镇化过程中大量“城中粮库”的出现，使粮食仓储企业面临巨大压力，亟待转型升级、提质增效。改善粮食进出仓作业环境、降低劳动强度、提高作业效率，是粮食仓储行业面临的一项刻不容缓的任务。
根据国家粮食局科学研究院2013年对我国不同生态区粮库粮食收储情况的实际调查，当前我国粮食仓储主要面临以下新问题。
1、入库粮食质量差
由于种粮收益不如外出打工等其他收益，加上农村缺乏晾晒场地。农民不再“晒干扬净”，而是直接将
原始水分、原始杂质的粮食出售给粮食经纪人或者粮库。即使一些种粮大户和家庭农场，也由于缺少干燥设备，不能对收获的粮食进行清理烘干处理。这样，粮库收购的粮食水分超标粮数量越来越多。黄淮海、长江流域的许多粮库缺乏烘干设施，不敢收购水分偏高的粮食，造成农民“卖粮难”。而且，由于现有粮食干燥技术落后，烘干后破碎率增加较多，烘干后水分不均匀，造成粮食质量下降，入仓影响储粮安全，使用影响成品得率。
杂质超标粮增多，主要以轻杂质为主。清理设备落后、产量低，入仓前处理难以达到标准，入仓自动分级严重，影响粮堆稳定性，极易引发储粮虫霉发热等储粮安全等问题。
污染超标粮数量增多。我国南方地区由于土壤、河流等面源污染，造成稻谷种植后重金属镉、铅等超标；东北地区玉米产区和黄淮海地区小麦、玉米产区由于在田间感染或者收货
后霉菌危害污染，霉变粒、玉米赤霉烯酮、呕吐毒素含量等超标。影响储粮用途，造成饲料、成品粮和粮油食品的安全问题。
2、现有储粮技术与设施落后丽水学院图书馆
大部分粮库现有储粮技术和设施落后，导致安全储粮风险和成本压力大，进出粮和库内搬倒机械化程度低，依靠大量人工劳动，效率低、成本高。
收购入粮检测技术和快速检测仪器落后，现有仓房单仓容量大，无法实现分类收购、分仓储存，造成粮厍储粮混存率高、储粮品质均一性差，影响加工成品粮得率，影响市场售价。
粮库进出仓机械化水平低、劳动强度大。现在粮库的高大平房仓主要采用地上笼通风系统，进粮需要边装通风笼边挪动皮带输送机，出仓需要边拆卸通风笼边出粮，大型机械难以展开，作业量只有50t/h。而且，粮库平时还需要有专门厂房存放通风笼。同时，粮库主任普遍反映，由于现有通风技术粗放，储存期间储粮水分减量较多、粮情不稳定、虫霉危害频发，造成粮库储粮损耗高，影响企业储粮效益。
3.面临前所未有的资源环境压力
随着城市化进程加快、环保标准提高，粮库传统的粗放作业模式难以为继。粮库进出粮和日常作业产生的粉尘污染、唤声污染、熏蒸散气污染等日益受到关注和投诉，粮食仓储行业面临全面升级、提质增效的巨大挑战。
归纳起来，粮食仓储企业急需从以下四个方面转型升级：一是提高机械化水平，改善工人作业环培，减少安全生产隐患；二是尽可能减少化学药剂的使用，实现绿无公害储粮，保证粮食品质，保护劳动者健康；三是节能降耗，做到低碳储粮，降低储粮成本；四是提高信息化、自动化水平，实现对粮食储藏过程的全面预测和精准控制。其中当务之急是解决进出仓机械化问题，降低工人劳动力强度，
改善作业环境。
三、技术升级目标
为解决平房仓进出仓机械化作业难题，国家粮食局科学研究院研发团队在深入系统研究的基础上对平仓房通风模式做出重大改进：国水妆进，将平房仓风道固定安装于两侧檐墙上，取消粮仓地面通风道，将传统的竖向正压通风模式改为横向负压通风模式，从而为机械化进出仓作业创造条件，实现了风道上墙、腾空地面、方便机械作业的目标。在此基础上，研发团队通过综合集成国家粮食局科学研究院及相关合作单位近年来取得的一系列最新科技成果，提出对“四合一”储粮技术进行全面升级的技术方案。主要内容：一是改进粮情检测系统，增加粮堆湿度(可以换算成粮堆水分)、气体成分的在线检测功能和云图分析功能，精准监测粮情，提升粮食储藏发热霉变预警能力和智能储粮控制技术水平：是采用负压分体式横向谷
冷通风技术，提升粮食冷却降温效率，降低谷冷作业能耗；三是将竖向环流熏蒸系统改造为横向膜下环流熏蒸系统，提高气密性和均匀性，减少补药剂量：四是利用横向风道形态实现横向环流充氮气调技术和食品级惰性粉气溶胶物理杀虫等技术的应用，实现绿无公害储粮。
四、升级过程及升级后的技术内容
横向通风技术升级是一个长期的技术积累和总结突破的过程。国家粮食局科学研究院在2000年即通过概念设计和中试测试后申请了“粮仓横向通风方法及其系统(ZL2009)”的发明专利。之后，又陆续申请了“粮情报警系统、粮情控制系统及粮堆安全状态判别方法(ZL2011)”“粮情预测系统、粮情控制系统及粮堆安全状态判别方法(ZL2011)”“一种基于温度湿度场耦合的粮堆结露预警防控系统及方法(ZL2014)”“一种负压式粮仓冷却系统(ZL2014)”等发明专利，以及“一种粮仓谷物冷却设备(ZL2014)”等实用新型专利。经过实验室理论测算、180t仓容中试粮仓的深入系统研究，以及2013年在浙江粮库和2014年在河北粮库的实仓验证开发，上述横向通风基础上的“四合一”升级新技术的集成应用取得圆满成功。实仓验证结果表明，新技术在秉承原“四合一”储粮技术优势基础上，不但为平房仓进出粮作业实现全程机械化扫清了障碍，还显著提升了粮食储藏自动化、信息化和智能化水平，对实现绿储粮、节能增效、质量安全和品质保鲜起到重要作用。升级后的“四合”储粮技术，依据我国储粮生态区域特点，以粮堆生态系统理论为基础，以多场耦合控制方法为手段，以绿储粮、节能增效、质量安全和品质保鲜为目标，其集成创新的技术内容主要包括：高大平房仓横向负压通风、负压分体式横向谷冷通风、多介质环流防治储粮害虫(包括充氮气调、食品级惰性粉气溶胶防虫、磷化氢环流熏蒸)和储粮温度、湿度、气体多参数监测系统。储粮“四合一”升级新技术关系图见图1-4和彩图1-4。
1.横向通风技术
横向通风系统包括仓房和粮面覆盖的密封薄膜组成的密闭粮堆，固定于平房仓檐墙两侧的通风口、主
风道、竖向支风道和仓外-一侧通风口连接的吸出式风机。作业时通过吸出式风机吸出仓内粮堆间的空气，使整个粮堆空间形成负压，气流从对面一侧的通风口吸入并横向穿过粮堆后从另侧的风机排出，从而对粮堆进行冷却降温、均温均湿、惰性粉喷施等各类通风作业的创新工艺。
平房仓采用横向通风技术后，与传统的竖向通风技术相比，其技术特点：一是所有支风道固定安装在两侧檐墙上，粮食进出仓时免装拆地上笼，仓房地面整洁，有利于实现粮食进出仓全程机械化作业：二是通风和储藏期间粮面可全程覆膜，免去以前一个储藏周期需要多次覆膜、揭膜的麻烦；三是通风气流途径比大幅度减小，通风均匀性比竖向通风更好，如一-座60mx21m、装粮高度6m的高大平房仓，采用一机四道的地上笼通风系统时，其通风途径比为1.5~1.8，采用支风道间隔为3m左右的横向通风系统时，其通风途径比为1.16；四是采用负压吸出式通风，气流在粮堆内水平横向流动，粮堆单位面积通风量比竖向通风提高3-5倍，通风气流在粮堆内的流动路径比竖向通风增加3~5倍，进入粮堆的气体介质冷量、有效浓度等利用率大大提高，湿热交换充分，通凤效率大幅度提高，如一座60mx21m、装粮高度6m 的高大平房仓，竖向通风谷冷时，冷空气穿过粮层6m后即排出去，横向通风时则要穿过21m，空气温度与粮堆温度可以多次交换，冷空气的利用效率大大提高。横向与竖向通风工艺性能比较。根据国家粮食局科学研究院昌平基地180t中试仓和浙江2100t储粮实仓测试和应用结果，粳稻和早稻谷横向通风单位粮层阻力明显小于竖向通风，只相当于竖向通风的40%左右“"。根据国家粮食局科学研究院昌平基地180t中试仓和河北等地5700储粮实仓测试和应用结果：玉米粮堆横向
通风单位粮层阻力明显小于竖向通风，为竖向通风阻力的50%左右。小麦粮仓横向通风单位粮层阻力在粮堆单位面积通风量为0.01~0.02m/s时，与竖向通风基本相等：小于0.01m/s时，低于整向通风：大于0.02m/s时，略大于竖向通风。这表明，对跨度较大的小麦粮堆采用横向通风后，必须选择较小功率的风机。实仓测试结果也表明，选用更为适宜的较小功率的风机后，小麦粮堆通风均匀性更好，热交换更为充分，通风效率更高。
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