控溫儲糧技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

張學(xué)亮 姜懿珊 王乃東 王福彬 張強(qiáng) 南小江 劉霞

摘要：糧食是維持人們生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著生活質(zhì)量的提高， 人們對儲糧安全和糧食品質(zhì)的要求同步提升， 綠色環(huán)保是保證安全的前提下的進(jìn)階要求?？販貎Z是糧食儲后數(shù)量與質(zhì)量安全的重要手段，因其綠色、高效、安全的特點(diǎn)，在儲糧減損保值方面發(fā)揮著重要作用。文章介紹了倉房保溫隔熱、機(jī)械通風(fēng)降溫、內(nèi)環(huán)流控溫儲糧、機(jī)械控溫以及空調(diào)制冷等常用控溫儲糧技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和主要技術(shù)特點(diǎn)，并對糧食控溫儲藏技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：控溫；糧食儲藏；技術(shù)現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

中圖分類號：S379.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20210520

控溫儲糧是指根據(jù)儲糧地區(qū)氣溫、濕度等特點(diǎn)，依靠倉房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱防護(hù)設(shè)施，通過自然或機(jī)械降溫、控溫措施使得糧堆溫度長期維持在較低的水平，抑制蟲霉發(fā)生和糧食自身的呼吸代謝，從而達(dá)到降低糧食損耗、實(shí)現(xiàn)保鮮儲糧的目的[1]?？販貎Z技術(shù)不僅可穩(wěn)定儲糧糧情，降低儲糧費(fèi)用，更重要的是能保持糧食品質(zhì)，抑制蟲霉生長，減少藥劑使用，不僅可實(shí)現(xiàn)綠色儲糧，還可提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)與社會效益，是當(dāng)前最為安全、可靠、合理和最為符合環(huán)保要求的儲糧手段。本文主要綜述幾種目前常用的控溫儲糧技術(shù)，評價其儲糧減損保質(zhì)的成效，并展望我國糧食控溫儲藏技術(shù)的趨勢。

1 控溫儲糧技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 倉房改造保溫隔熱控溫技術(shù)

糧倉隔熱保冷是糧食儲藏達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。由于我國已有倉房大部分整體結(jié)構(gòu)隔熱性較差，很難維持北方冬季蓄冷量度夏或增加南方制冷機(jī)組的運(yùn)行時間和開機(jī)次數(shù)，最終導(dǎo)致費(fèi)用增多。目前國內(nèi)常用的保溫隔熱方法有以下幾類。

1.1.1 墻體隔熱改造

目前常見糧倉墻體結(jié)構(gòu)層有磚砌體墻、SP板墻、壓型鋼板墻、現(xiàn)澆混凝土墻、預(yù)制混凝土墻等，當(dāng)糧食的堆積高度增加，糧倉的側(cè)壁壓力逐漸增加，且會趨于定值，出現(xiàn)糧倉效應(yīng)。糧倉本身的隔熱是糧倉溫度控制的關(guān)鍵，針對此問題，諸多學(xué)者提出對糧倉墻體采用雙層外墻，并在外墻內(nèi)側(cè)使用保溫隔熱材料，在保證糧倉堅(jiān)固的同時有效控制內(nèi)外溫差，避免結(jié)露和返潮。為保證糧倉堅(jiān)固度，墻體結(jié)構(gòu)層對應(yīng)的厚度為250～500 mm；墻體保溫層可分為聚苯板保溫層[導(dǎo)熱系數(shù)一般小于0.042 W/（m·K），25 ℃]、擠塑板保溫層[導(dǎo)熱系數(shù)一般小于0.030 W/（m·K），25 ℃]、膨脹珍珠巖水泥板保溫層[導(dǎo)熱系數(shù)一般小于0.055 W/（m·K），25 ℃]、聚氨酯保溫層[導(dǎo)熱系數(shù)一般小于0.020 W/（m·K），25 ℃]等，導(dǎo)熱系數(shù)越小，保溫效果越好。保溫材料因其本身帶有非常多的密閉小孔，其中的空氣、惰性氣體傳熱具有慢導(dǎo)性，因此受外界溫度變化影響較小，可達(dá)到保溫的效果。

除使用保溫材料之外，還可在高溫側(cè)防潮層大面積涂刷阻熱材料，類似聚氨酯、空心玻璃微珠、合成樹脂、改性樹脂、太陽能阻隔劑等。此類本身具有防潮、阻熱、反射和輻射性能，可反射、輻射產(chǎn)生熱量的各種射線（可見光、紅外線），隔絕水蒸氣，并有效減緩糧倉溫度隨熱源輻射的上升。

1.1.2 倉頂架空隔熱層

對于高大平房倉等倉型，倉頂傳熱是導(dǎo)致夏季倉內(nèi)溫度及表層糧食溫度上升的主要原因。因此，在倉頂與倉內(nèi)空間之間留出吊頂層，是目前普遍采用的一種倉頂保溫方式。為進(jìn)一步提高保溫性能，還可在吊頂層中設(shè)置防潮層和隔熱層，在倉頂外部涂刷隔熱性能涂料、配備噴淋降溫設(shè)備、平房倉下弦板保溫改造等措施。

1.1.3 門、窗和孔洞保溫

低溫儲糧時，倉房的門、窗和孔洞很易造成冷量流失，因此，其氣密保溫改造是控溫儲藏的關(guān)鍵之一。選用導(dǎo)熱系數(shù)小、容重小的隔熱材料來改造，并且在門框、通風(fēng)洞、窗戶外沿包裹嵌入橡膠密封條保持其密封性。

1.2 機(jī)械通風(fēng)降溫技術(shù)

冬季低溫，是北方地區(qū)儲糧寶貴的天然冷源。機(jī)械通風(fēng)降溫是指使用通風(fēng)機(jī)或通風(fēng)管道系統(tǒng)將自然冷空氣送入糧堆，可以調(diào)節(jié)溫度、控制水分、抑制微生物生長。但因機(jī)械通風(fēng)降溫技術(shù)利用的是天然冷源，易受氣候條件、地理位置的影響。一般在初冬，氣溫下降的時候使用該技術(shù)，采用強(qiáng)力通風(fēng)冷卻效果優(yōu)于自然降溫。機(jī)械通風(fēng)降溫要根據(jù)實(shí)際情況選擇風(fēng)機(jī)和布局通風(fēng)管網(wǎng)，盡可能減少送風(fēng)死角，達(dá)到最佳通風(fēng)效果，實(shí)現(xiàn)不同糧層、不同部位糧堆均溫。冬季應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)、倉房具體性能和儲藏糧食類型，確定通風(fēng)指數(shù)，采用分階段降溫通風(fēng)手段、間歇式通風(fēng)或小功率通風(fēng)方式，充分發(fā)揮天然低溫的作用，讓糧溫呈階梯式降低，減少糧食水分非必要散失。

華祝田等[2]在連云港港口國家糧食儲備庫進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)降溫試驗(yàn)，當(dāng)?shù)貫楹Ｑ笮詺夂?，夏季最高溫度可達(dá)40 ℃，試驗(yàn)中先通過自然冷源通風(fēng)降溫，再通過7.5 kW離心風(fēng)機(jī)或3.5 kW混流風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，達(dá)到目標(biāo)溫度后，停止作業(yè)，全程間歇通風(fēng)。該試驗(yàn)在減少糧溫變化、控制害蟲發(fā)生、保持糧食品質(zhì)方面均取得較好效果，實(shí)現(xiàn)年平均糧溫基本處于15 ℃以下。周祥[3]利用小型軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)降低倉庫糧堆溫度，確定通風(fēng)降溫時機(jī)，選擇在大氣濕度80%、糧堆均溫比大氣溫度高8～10 ℃時開始通風(fēng)，通過分析糧食溫度和風(fēng)機(jī)能耗情況，發(fā)現(xiàn)小功率風(fēng)機(jī)不會顯著性降低糧食水分，適合于需降溫通風(fēng)的糧食。張來林等[4]對不同風(fēng)道分配器的通風(fēng)阻力進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)表觀風(fēng)速越快，風(fēng)阻越大，與分配器樣式關(guān)系較小。

1.3 內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)

隨著科技儲糧技術(shù)的迭代更新，內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)因其出色的控溫能力、簡便的操作方式、具有競爭力的低價格而被廣泛應(yīng)用。該技術(shù)通過環(huán)流風(fēng)機(jī)將冬季通風(fēng)后糧堆保存的大量冷源，輸送到表面高溫糧層及其他高溫區(qū)域，達(dá)到降低糧倉積熱的目的。王洋等[5]對中央儲備糧新鄉(xiāng)直屬庫的儲糧倉房實(shí)施保溫隔熱改造結(jié)合內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)夏季試驗(yàn)倉房的糧溫變化在 13.2～18.4 ℃，顯著低于對照倉房的糧溫15.5～23.8 ℃，有效解決了倉內(nèi)儲糧“熱皮冷芯”問題；同時，試驗(yàn)倉內(nèi)濕度為22.4%～35.3%，對照倉內(nèi)濕度43.9%～56.7%，表明內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)可顯著降低倉內(nèi)濕度，有效避免了由于內(nèi)外溫度差易造成的表層糧食結(jié)露和周邊糧食掛壁問題。除此之外，由于內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)應(yīng)用過程中糧倉屬于封閉環(huán)境，與外界環(huán)境沒有濕熱交換，因此糧堆水分不易流失的同時還能吸附高濕氣體，利于糧食保水。張美麗等[6]發(fā)現(xiàn)利用內(nèi)環(huán)流技術(shù)對于害蟲防治方面，低溫低濕的儲糧環(huán)境能夠有效抑制儲糧害蟲生長和繁殖，從而減少化學(xué)藥熏蒸的次數(shù)，達(dá)到安全儲糧、綠色儲糧和減損儲糧的目的。

1.4 機(jī)械制冷控溫技術(shù)

20世紀(jì)50年代起德國開始關(guān)于谷物冷卻機(jī)的研究，1958年已投入工業(yè)化生產(chǎn)。1998年，我國規(guī)劃建設(shè)倉容250億kg的中央直屬糧庫，使用國外已經(jīng)普遍使用的谷物冷卻機(jī)。國家糧食局原計(jì)劃從國外進(jìn)口400臺，每臺就要120萬元，這在當(dāng)時是一筆不小的開銷。國家機(jī)械工業(yè)局得知這個消息后，經(jīng)過一年的試驗(yàn)，自主研發(fā)、完成了谷物冷卻劑的國產(chǎn)化工作，造出了“爭氣機(jī)”，振興了民族工業(yè)[7]。時至今日，谷物冷卻機(jī)歷經(jīng)各類糧種、多種氣候條件的考驗(yàn)，仍在使用之中。谷物冷卻機(jī)的使用不受氣候條件制約，可按需設(shè)置機(jī)器參數(shù)，有效低溫安全儲糧，同時降低了谷物水分損失。谷物冷卻機(jī)控溫技術(shù)常用于水稻、玉米、大豆等易受溫度影響的糧食。經(jīng)過多年的生產(chǎn)實(shí)踐，谷物冷卻機(jī)逐漸被我囯的糧食儲藏行業(yè)認(rèn)同，特別適合溫度、濕度較高的地區(qū)，廣受用戶歡迎。

劉國金等[8]在廣西壯族自治區(qū)柳州糧食儲備庫進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)?shù)叵募炯Z食入庫時環(huán)境溫度高，為解決玉米入庫糧溫較高的問題，使用額定制冷量85 kW、額定風(fēng)量5 500 m3/h的谷物冷卻機(jī)降溫148 h，將玉米上層糧溫由25.8 ℃降至18.9 ℃，層糧溫由22.9 ℃降至16.2 ℃，整倉平均糧溫由24.3 ℃降至17.6 ℃，降溫幅度達(dá)6.7 ℃；總用電量為7 252 kW·h，電費(fèi)為5 221元，噸糧耗電量為1.42 kW·h/t，噸糧降溫成本為1.02元/t。通過機(jī)械通風(fēng)均濕降溫處理后，及時將糧倉進(jìn)行密閉保溫處理，可延緩玉米品質(zhì)劣變，延長夏季玉米儲藏期。

1.5 空調(diào)制冷

在四季溫差顯著的北方地區(qū)，可借用自然低溫或使用機(jī)械通風(fēng)為糧庫降溫。但在夏季溫度高的南方則需要補(bǔ)冷作業(yè)。糧食降溫除使用專業(yè)的谷物機(jī)械制冷機(jī)外，也可以用常用的空調(diào)制冷機(jī)降溫，使用方便，操作簡單，而且可快速降低糧堆上層空間溫度。然而，傳統(tǒng)室外空調(diào)懸掛機(jī)組以及出風(fēng)口溫度較低易引起結(jié)露、濕度升高，在進(jìn)行熏蒸時還需要額外對倉內(nèi)機(jī)組進(jìn)行保護(hù)。近年，出現(xiàn)了糧庫專用新型空調(diào)，可將空調(diào)冷風(fēng)直接通過送風(fēng)管輸入糧倉內(nèi)，控制糧堆表面溫度，并可按需設(shè)置出風(fēng)口溫濕度，防止糧堆表面結(jié)露，綜合提升儲糧效果。

周濤等[9]在湖南開慧高大平房倉研究了糧食儲藏專用空調(diào)制冷技術(shù)對稻谷溫度、水分、脂肪酸值等指標(biāo)的影響，結(jié)果顯示糧食儲藏專用空調(diào)能在濕熱氣候延緩倉溫升高，在溫度設(shè)置為 25 ℃時，糧堆均溫可達(dá)到準(zhǔn)低溫水平。糧堆保持在準(zhǔn)低溫水平下，能一定程度保水，延緩糧食黃變、陳化。

1.6 新型制冷機(jī)組制冷

谷物制冷機(jī)和空調(diào)的制冷效果很好，但因其耗電量大，導(dǎo)致成本較高，難以推廣應(yīng)用。近年來，新型制冷機(jī)組應(yīng)運(yùn)而生，如地下水水冷制冷機(jī)組、地表水水冷制冷機(jī)組、淺層地能制冷機(jī)組等，其中淺層地能制冷機(jī)組已在多地投入使用。淺層地能制冷機(jī)組進(jìn)行糧庫降溫，相比谷物冷卻機(jī)節(jié)能30%～40%[10]。淺層地能是指利用熱交換系統(tǒng)將低溫冷源通過循環(huán)水等載體輸送至地源熱泵機(jī)組的冷凝端，利用熱泵機(jī)組將冷量置換至蒸發(fā)端，再通過連接蒸發(fā)端的循環(huán)水管路將置換到的冷量通過風(fēng)機(jī)輸送至糧堆，實(shí)現(xiàn)糧堆降溫[11]。

王平坪等[12]在中央儲備糧荊門直屬庫開展了利用淺層地能的夏季空調(diào)降溫糧倉試驗(yàn)，試驗(yàn)倉在熏蒸作業(yè)時將空調(diào)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，糧堆表面溫度高達(dá)22.7 ℃，但在空調(diào)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時糧堆表面平均溫度全年低于 20 ℃。可見，在湖北地區(qū)采用淺層地能的夏季空調(diào)降溫糧倉效果顯著，既能控制倉溫、緩慢降低糧堆表面溫度，將超高大平房倉糧溫穩(wěn)定在低溫水平、將普通平房倉糧溫穩(wěn)定在準(zhǔn)低溫水平，又能保證糧食的品質(zhì)。

2 存在的問題及建議

2.1 倉房改造保溫隔熱控溫技術(shù)

倉房的保溫隔熱問題是對糧食進(jìn)行控溫儲藏的關(guān)鍵，更是基礎(chǔ)。選取日射吸收低的涂料。做好門、窗的防護(hù)工作，防止外界熱量滲入。選用相應(yīng)的保溫材料，運(yùn)用熱工分析保溫層的厚度，進(jìn)行改造。從儲糧的源頭基礎(chǔ)設(shè)施控制糧溫，才能保證其他設(shè)施設(shè)備最大程度地發(fā)揮作用。

2.2 機(jī)械通風(fēng)降溫技術(shù)

儲糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)，在儲糧行業(yè)廣泛應(yīng)用，其特點(diǎn)為成本低、見效快、效果顯著、操作易上手等?？捎糜谛录Z入倉的平衡通風(fēng)、冬季的冷卻通風(fēng)、夏季的排積熱通風(fēng)、冷芯糧的均溫通風(fēng)。在操作時要注重風(fēng)網(wǎng)布置、風(fēng)機(jī)選用、通風(fēng)時機(jī)選擇、通風(fēng)均勻性的檢測。

2.3 內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)

內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)應(yīng)用在夏季高溫的糧庫，保障儲存糧食的品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)安全、綠色儲糧。該技術(shù)操作簡單，成本低，工作強(qiáng)度小，還能改善工作環(huán)境，一舉多得，性價比較高。

2.4 機(jī)械制冷控溫技術(shù)

谷冷機(jī)人為操作，可以確保糧堆長期處于低溫，使用時不受自然氣候條件的限制，能最大程度避免糧食呼吸和蟲、霉所帶來的危害，可以不用或少用化學(xué)藥劑延緩糧食劣變，保證糧食安全。但谷冷機(jī)停機(jī)后不久，溫度很快回升，因此能耗過大，降溫成本較高。使用谷冷機(jī)就更需注意倉房的隔熱保溫性能，科學(xué)安排運(yùn)行時段。

2.5 空調(diào)制冷

空調(diào)相對于其他儲量手段耗電量高，空調(diào)控溫主要應(yīng)用在南方，并且適用于玉米、大豆、稻谷等難儲糧種。除此之外，空調(diào)降溫還易導(dǎo)致上層糧食水分散失，加重糧食出庫損耗。如何做到既能有效控溫，又能減少水分損失、節(jié)約能源，還需要進(jìn)一步探索。

2.6 新型制冷機(jī)組制冷

淺層地能資源清潔、環(huán)保、來源廣闊，初投資低，運(yùn)行能耗少，作為低溫儲糧的新冷源具有顯著優(yōu)勢。淺層地能表層控溫儲糧系統(tǒng)是一項(xiàng)技術(shù)成熟的、值得大規(guī)模推廣的儲糧技術(shù)。

3 控溫儲糧技術(shù)發(fā)展趨勢

溫度是儲藏保鮮的關(guān)鍵，準(zhǔn)低溫儲糧是生態(tài)儲糧的主要措施[13]。隨著我國糧食生產(chǎn)力的不斷提高和一代代科技工作者的貢獻(xiàn)，我國糧食產(chǎn)業(yè)取得了舉世矚目的成績。經(jīng)多年實(shí)踐證明，合適的控溫儲糧技術(shù)具有一定的可行性、實(shí)用性、先進(jìn)性。但控溫儲糧技術(shù)目前仍然存在諸多問題：第一，控溫儲糧基礎(chǔ)性研究有待深入，不同地區(qū)、不同糧種和品種最佳的溫度、濕度閾值對于開發(fā)控溫儲藏技術(shù)極為重要；第二，經(jīng)濟(jì)的降溫技術(shù)是控溫儲糧的基礎(chǔ)，地源熱泵、太陽能、風(fēng)能等新技術(shù)已有相應(yīng)的基礎(chǔ)，其應(yīng)用可有效降低降溫費(fèi)用；第三，綜合應(yīng)用技術(shù)將是未來發(fā)展的趨勢，例如外層保溫涂層結(jié)合機(jī)械降溫等。鉆研符合我國國情的控溫儲糧技術(shù)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，將有廣泛應(yīng)用市場。

未來，人們對儲糧安全、糧食品質(zhì)等方面的要求還將進(jìn)一步提升，如何在保證糧食安全的基礎(chǔ)上做到綠色儲糧、高效儲糧、智慧儲糧，并將研究成果應(yīng)用在田間地頭將是控溫儲糧的發(fā)展趨勢。

參 考 文 獻(xiàn)

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Zhang Xueliang1， Jiang Yishan2， Wang Naidong3， Wang Fubin3， Zhang Qiang3， Nan Xiaojiang1， Liu Xia2

（ 1.Tianjin Jizhou District Food Industry Development Service Center， Tianjin 301900； 2. School of Food Science and Engineering， Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300457； 3.Tianjin Jizhou District Shangcang Grain Purchase and Marketing Company， Tianjin 301906 ）

Abstract： Food is an important material basis for maintaining people’s livelihood. With the improvement of the quality of life， people’s requirements for the safety and quality of stored grain are improving simultaneously. Green environmental protection is an advanced requirement under the premise of ensuring safety. Temperaturecontrolled grain storage is an important means of grain quantity and quality safety after storage. Because of its green， efficient and safe characteristics， stored grain plays an important role in reducing loss and maintaining value. This paper introduces the development status and main technical characteristics of common temperature controlled grain storage technologies such as thermal insulation， mechanical ventilation and cooling， internal circulation temperature controlled grain storage， mechanical temperature control and air conditioning refrigeration， and prospects the development trend of grain temperature controlled grain storage technology in the future.

Key words： temperature control， food storage， technology status， the development trend