高溫高濕儲(chǔ)糧區(qū)空調(diào)控溫儲(chǔ)藏應(yīng)用研究*

王平坪 陳忠南 王文強(qiáng) 譚達(dá)川 李 巖

(1 武漢輕工大學(xué) 430023)(2 中央儲(chǔ)備糧漳州直屬庫(kù)有限公司 363105)

中央儲(chǔ)備糧漳州直屬庫(kù)有限公司地處福建東南沿海地區(qū)，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均降雨量1315 mm，年平均氣溫20.6℃，夏季氣溫高、濕度大、時(shí)間長(zhǎng)，年平均最高氣溫28℃，夏季最高氣溫達(dá)40℃。為解決南方高溫高濕地區(qū)玉米、大豆儲(chǔ)糧度夏管理難度大的問(wèn)題，2008年開(kāi)始研發(fā)和應(yīng)用倉(cāng)內(nèi)環(huán)流均衡溫濕度技術(shù)，有效解決了玉米、大豆等糧食度夏期間濕熱轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的發(fā)霉發(fā)熱問(wèn)題。2013年以來(lái)，積極推廣控溫氣調(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)，將空調(diào)控溫、氣調(diào)儲(chǔ)糧與倉(cāng)內(nèi)環(huán)流技術(shù)結(jié)合，探索適合南方高溫高濕地區(qū)的科學(xué)儲(chǔ)糧新模式。

經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用研究，空調(diào)控溫技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)低溫儲(chǔ)糧的重要方式之一已獲得普遍認(rèn)可，空調(diào)控溫技術(shù)在倉(cāng)溫和表層糧溫的控制以及儲(chǔ)糧品質(zhì)保質(zhì)減損方面的作用顯著[1～4]。眾多的報(bào)道顯示，稻谷[5～7]、玉米[8～10]、大豆[11]均可通過(guò)空調(diào)制冷控溫的方式實(shí)現(xiàn)安全度夏、延緩品質(zhì)的變化。本研究通過(guò)2017～2019年在漳州庫(kù)開(kāi)展的空調(diào)控溫實(shí)倉(cāng)試驗(yàn)，分析不同倉(cāng)型中的空調(diào)應(yīng)用效果及其影響因素，為梳理空調(diào)控溫與氮?dú)鈿庹{(diào)組合模式在應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)及不足提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)倉(cāng)房及糧種

試驗(yàn)倉(cāng)房包含平房倉(cāng)和立筒倉(cāng)兩種倉(cāng)型，每種倉(cāng)型的尺寸相同，儲(chǔ)藏的糧食種類有稻谷、小麥和玉米，平房倉(cāng)采用吊頂及倉(cāng)壁和屋面的隔熱處理，情況見(jiàn)表1。

表1 倉(cāng)房基本情況

1.2 空調(diào)設(shè)備

試驗(yàn)倉(cāng)1號(hào)倉(cāng)和12號(hào)倉(cāng)在糧食入庫(kù)時(shí)倉(cāng)內(nèi)，已安裝4臺(tái)單冷型掛壁式空調(diào)，制冷量：5200 W，2018年空調(diào)作業(yè)停止后2個(gè)試驗(yàn)倉(cāng)的空調(diào)更換為單冷型分體式壁掛空調(diào)，數(shù)量仍為4臺(tái)，制冷量7260 W。立筒倉(cāng)601號(hào)倉(cāng)配置1臺(tái)直流變頻風(fēng)管機(jī)，制冷量：7200 W。

平房倉(cāng)南北墻各安裝2臺(tái)空調(diào)，立筒倉(cāng)空調(diào)安裝在進(jìn)人孔旁邊頂梁上。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 倉(cāng)房及糧面的隔熱處理 平房倉(cāng)安裝菱鎂板吊頂，在倉(cāng)內(nèi)壁粘貼PE保溫棉鋁膜板進(jìn)行保溫隔熱，屋面刷隔熱反射涂料。立筒倉(cāng)上通廊隔熱，在外露半圓刷隔熱反射涂料，屋面刷隔熱反射涂料。倉(cāng)房的窗戶及風(fēng)機(jī)口均使用加厚泡沫板及薄膜密封。

平房倉(cāng)糧面覆蓋PE/PA尼龍共計(jì)五層薄膜壓蓋達(dá)到氣密和隔熱作用，在糧面四周布置打孔PVC管連接環(huán)流熏蒸機(jī)實(shí)現(xiàn)氮?dú)鈧}(cāng)內(nèi)環(huán)流平衡糧堆表層濕度，防止內(nèi)結(jié)露。

1.3.2 冬季機(jī)械通風(fēng)降溫 利用冬季低溫條件，選擇適宜的通風(fēng)時(shí)機(jī)，使用吸出式的通風(fēng)方式，分階段進(jìn)行通風(fēng)降溫，2017年、2018年冬季分別將試驗(yàn)倉(cāng)平均糧溫控制在16.4℃和18.6℃以下，為下一年度控溫儲(chǔ)藏蓄冷。

1.3.3 氮?dú)鈿庹{(diào)作業(yè) 每年4月開(kāi)啟制氮設(shè)備，向倉(cāng)房?jī)?nèi)充氮?dú)庵翝舛?8%以上。4月～10月為氣調(diào)儲(chǔ)糧階段，整個(gè)氣調(diào)過(guò)程中根據(jù)氮?dú)鉂舛茸兓闆r適時(shí)進(jìn)行補(bǔ)氣，保證氮?dú)獾挠行舛取?/p>

1.3.4 夏季空調(diào)控溫 12號(hào)倉(cāng)2017年4月入倉(cāng)后，6月初即開(kāi)啟空調(diào)進(jìn)行控溫作業(yè)。2018年～2019年在1號(hào)、12號(hào)、601號(hào)試驗(yàn)倉(cāng)中開(kāi)展了空調(diào)控溫儲(chǔ)藏實(shí)倉(cāng)應(yīng)用效果研究。2018年在以往空調(diào)儲(chǔ)糧應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上確定了開(kāi)機(jī)時(shí)間、開(kāi)機(jī)溫度等參數(shù)，2019年根據(jù)前一年的應(yīng)用情況對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。試驗(yàn)倉(cāng)空調(diào)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)倉(cāng)2017～2019年空調(diào)運(yùn)行參數(shù)

1.3.5 糧情檢測(cè) 采用糧情檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)所有供試倉(cāng)房的溫度變化情況進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)和記錄，測(cè)溫布點(diǎn)按照《糧油儲(chǔ)藏技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。使用普通溫度計(jì)和數(shù)顯式溫濕度計(jì)對(duì)外溫和倉(cāng)溫進(jìn)行測(cè)定。糧情檢測(cè)每周兩次，每次測(cè)定選擇8:00～9:00時(shí)間段進(jìn)行，注意觀察各測(cè)溫點(diǎn)的數(shù)據(jù)，出現(xiàn)較多溫度異常點(diǎn)時(shí)盡快檢查和更換溫度傳感器，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2 結(jié)果與分析

2.1 空調(diào)控溫應(yīng)用效果分析

2.1.1 平房倉(cāng)三溫變化分析 12號(hào)試驗(yàn)倉(cāng)與8號(hào)對(duì)照倉(cāng)2017年的三溫變化情況見(jiàn)圖1。從圖1可以看出，試驗(yàn)倉(cāng)和對(duì)照倉(cāng)的糧溫變化趨勢(shì)一致，呈現(xiàn)表層糧溫>底層糧溫>中上層糧溫>中下層糧溫的規(guī)律；試驗(yàn)倉(cāng)與對(duì)照倉(cāng)的倉(cāng)溫在開(kāi)啟空調(diào)前基本一樣，空調(diào)啟用后有了明顯的差別，最大溫度差2.8℃；試驗(yàn)倉(cāng)新糧入庫(kù)后進(jìn)行了通風(fēng)降溫處理，因此基礎(chǔ)糧溫低于對(duì)照倉(cāng)，試驗(yàn)倉(cāng)新糧第一年度夏的糧溫上升幅度明顯大于對(duì)照倉(cāng)，因啟用空調(diào)在一定程度上減緩了升溫幅度，使得試驗(yàn)倉(cāng)的表層糧溫雖增幅較大但一直低于對(duì)照倉(cāng)。

圖1 平房倉(cāng)2017年4月～12月三溫變化曲線

2018年對(duì)試驗(yàn)倉(cāng)1號(hào)倉(cāng)、12號(hào)倉(cāng)及對(duì)照倉(cāng)8號(hào)倉(cāng)進(jìn)行了全年的三溫變化情況分析，見(jiàn)圖2。糧堆各層溫度的變化規(guī)律與2017年相同。2018年倉(cāng)溫的變化在空調(diào)開(kāi)啟前基本一致，空調(diào)開(kāi)啟后，對(duì)照倉(cāng)8號(hào)倉(cāng)的倉(cāng)溫明顯高于試驗(yàn)倉(cāng)1號(hào)倉(cāng)和12號(hào)倉(cāng)，最大溫差達(dá)5.6℃；2019年3號(hào)倉(cāng)的倉(cāng)溫?zé)o明顯差別。2018年的糧堆溫度變化規(guī)律基本一致，為8號(hào)倉(cāng)表層溫度>12號(hào)倉(cāng)表層溫度>1號(hào)倉(cāng)表層溫度，糧堆表層均溫差別明顯，兩個(gè)試驗(yàn)倉(cāng)的表層均溫在26℃以下，對(duì)照倉(cāng)的表層均溫在28.4℃以下；整倉(cāng)均溫試驗(yàn)倉(cāng)與對(duì)照倉(cāng)的溫差低于0.8℃。

圖2 平房倉(cāng)2018年三溫變化曲線

2.1.2 立筒倉(cāng)三溫變化情況 立筒倉(cāng)的三溫變化情況見(jiàn)圖3。2018年和2019年5月～10月開(kāi)啟空調(diào)期間，試驗(yàn)倉(cāng)601號(hào)倉(cāng)的倉(cāng)溫明顯低于對(duì)照倉(cāng)608號(hào)倉(cāng)，差值范圍3.0℃～5.1℃。試驗(yàn)倉(cāng)和對(duì)照倉(cāng)表層均溫的差別在2018年5月～6月比較明顯，溫差約4℃，之后的變化趨勢(shì)基本一致，在空調(diào)控溫作業(yè)期間有細(xì)微差別，溫差在0.8℃以下。兩年內(nèi)糧堆溫度變化規(guī)律一致，底層糧溫(12層)的變化幅度最大，其次是表層(1層)，中間層(6、7層)的變化幅度相對(duì)較小。開(kāi)啟空調(diào)在一定程度上減緩了夏季表層糧溫的變化幅度，601號(hào)倉(cāng)在啟用空調(diào)期間表層糧溫低于底層糧溫，其余時(shí)段均高于底層糧溫，對(duì)照倉(cāng)608號(hào)倉(cāng)在8月～9月高溫時(shí)期表層糧溫由5月～6月的低于底層糧溫變?yōu)楦哂诘讓蛹Z溫，且對(duì)照倉(cāng)在2018年12月時(shí)還發(fā)生了中間層出現(xiàn)高溫點(diǎn)的情況。

圖3 立筒倉(cāng)2018年～2019年三溫變化曲線

2.1.3 不同糧種的控溫效果比較 在倉(cāng)型及尺寸、倉(cāng)房隔熱措施、空調(diào)配置相同的條件下，對(duì)儲(chǔ)藏不同糧種的平房倉(cāng)(1號(hào)倉(cāng)稻谷、12號(hào)倉(cāng)玉米)的空調(diào)控溫效果進(jìn)行比較。1號(hào)倉(cāng)和12號(hào)倉(cāng)分別于2017年9月和2017年4月完成儲(chǔ)糧入庫(kù)。2017年冬季(2017.10.20～2018.2.8)完成機(jī)械通風(fēng)作業(yè)后，兩倉(cāng)的倉(cāng)溫、表層均溫及整倉(cāng)均溫都非常接近且呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，直至5月空調(diào)開(kāi)機(jī)后開(kāi)始出現(xiàn)明顯的差別(見(jiàn)圖2)。在空調(diào)開(kāi)機(jī)溫度及運(yùn)行模式相同的情況下，1號(hào)倉(cāng)的倉(cāng)溫及表層均溫在2018年空調(diào)運(yùn)行期間均明顯低于12號(hào)倉(cāng)，6月～8月倉(cāng)溫的差值范圍在1.5℃～2.5℃。2018年10月分階段機(jī)械通風(fēng)作業(yè)后，1號(hào)倉(cāng)和12號(hào)倉(cāng)的倉(cāng)溫及表層糧溫又逐漸達(dá)到相同水平，2019年空調(diào)運(yùn)行期間(5.20～10.16)，兩倉(cāng)倉(cāng)溫變化不規(guī)律，但12號(hào)倉(cāng)表層均溫及整倉(cāng)均溫都呈現(xiàn)出高于1號(hào)倉(cāng)的狀態(tài)。由此可見(jiàn)，在相同的倉(cāng)房條件及空調(diào)運(yùn)行條件下，玉米倉(cāng)的倉(cāng)溫及表層糧溫要高于稻谷倉(cāng)。

2.2 空調(diào)控溫能耗分析

試驗(yàn)期間，各試驗(yàn)倉(cāng)的空調(diào)運(yùn)行能耗情況見(jiàn)表3。2018年空調(diào)運(yùn)行時(shí)開(kāi)機(jī)溫度統(tǒng)一設(shè)置為25℃，但在度夏過(guò)程中出現(xiàn)了結(jié)露現(xiàn)象，2019年對(duì)平房倉(cāng)和立筒倉(cāng)的空調(diào)開(kāi)機(jī)溫度都進(jìn)行了調(diào)整。2018年1號(hào)倉(cāng)和12號(hào)倉(cāng)的日均噸糧電耗分別為0.0168 kW·h/t和0.0124 kW·h/t，2019年將空調(diào)開(kāi)機(jī)溫度調(diào)至26℃后，1號(hào)倉(cāng)和12號(hào)倉(cāng)的日均噸糧電耗比2018年有所下降，分別為0.0119 kW·h/t和0.0037 kW·h/t。立筒倉(cāng)受外溫的影響更為突出，因此2019年的空調(diào)開(kāi)機(jī)溫度根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置為27℃或28℃，在整個(gè)空調(diào)運(yùn)行期間，兩倉(cāng)的日均噸糧電耗分別為0.0082 kW·h/t和0.0040 kW·h/t，開(kāi)機(jī)溫度調(diào)高2℃～3℃，運(yùn)行能耗下降50%。

表3 試驗(yàn)倉(cāng)空調(diào)運(yùn)行能耗分析

3 討論與小結(jié)

3.1 不同糧食品種空調(diào)控溫效果的差異性

不同糧食品種的熱特性和吸附特性等物理性質(zhì)存在差異，這些性質(zhì)與空調(diào)的控溫效果密切相關(guān)[12]。稻谷和玉米相比，玉米粒因胚部占比較大，生命活動(dòng)更加旺盛，儲(chǔ)藏穩(wěn)定性比稻谷差。嘉興庫(kù)的空調(diào)控溫儲(chǔ)藏玉米試驗(yàn)顯示，將空調(diào)溫度設(shè)置為22℃～24℃，可將糧堆上層平均糧溫控制在25℃以下[9]。溫州庫(kù)的玉米實(shí)倉(cāng)控溫儲(chǔ)藏試驗(yàn)也表明，空調(diào)溫度設(shè)定為23℃，并將糧面用礱糠包壓蓋，可以將上層糧溫控制在24℃以下[8]。成都庫(kù)空調(diào)控溫儲(chǔ)藏稻谷探索中，采用倉(cāng)溫高于25℃開(kāi)啟、倉(cāng)溫低于23℃停用空調(diào)的模式，可將糧堆上層均溫控制在22℃以下[3]。長(zhǎng)樂(lè)庫(kù)在空調(diào)控溫儲(chǔ)藏稻谷時(shí)，將空調(diào)溫度設(shè)置為22℃，將空調(diào)倉(cāng)的倉(cāng)溫控制在了24℃以下[13]。已有報(bào)道的實(shí)倉(cāng)試驗(yàn)展現(xiàn)的都是單一糧種的控溫效果，即使是同一儲(chǔ)糧區(qū)，因倉(cāng)型、隔熱措施、空調(diào)類型等的差異，無(wú)法分析不同糧種空調(diào)控溫效果的差異性。

漳州庫(kù)的實(shí)倉(cāng)試驗(yàn)中，在前一年冬季機(jī)械通風(fēng)后稻谷倉(cāng)和玉米倉(cāng)糧溫基本相同的情況下，稻谷倉(cāng)和玉米倉(cāng)的倉(cāng)溫及表層糧溫都表現(xiàn)出了差異，2018年和2019年空調(diào)運(yùn)行期間，兩倉(cāng)的表層糧溫都存在明顯差異，差值范圍在0.5℃～1.8℃。?？趲?kù)的實(shí)倉(cāng)試驗(yàn)也有類似的結(jié)果，相同的倉(cāng)房及空調(diào)運(yùn)行條件下，2018年5～7月玉米倉(cāng)的表層均溫比稻谷倉(cāng)高了2℃～3℃，2019年5～7月份玉米倉(cāng)的表層均溫比稻谷倉(cāng)高了3℃～4℃(數(shù)據(jù)尚未發(fā)表)?？梢?jiàn)，在其他條件相同的情況下，儲(chǔ)糧種類的差異也會(huì)導(dǎo)致空調(diào)控溫效果的不同。

3.2 空調(diào)開(kāi)機(jī)溫度對(duì)控溫效果及能耗的影響

在試驗(yàn)過(guò)程中，不同年份的空調(diào)開(kāi)機(jī)溫度根據(jù)糧情進(jìn)行了調(diào)整。平房倉(cāng)2017年和2018年空調(diào)溫度設(shè)置為25℃，2019年提高了1℃，立筒倉(cāng)則由2018年的25℃調(diào)整為2019年的27℃，從三年同期的數(shù)據(jù)(表4)來(lái)看，空調(diào)開(kāi)機(jī)溫度的提高并未引起倉(cāng)溫及表層均溫的顯著變化，平房倉(cāng)2019年的表層糧溫反而比2018年同期的低，立筒倉(cāng)因開(kāi)機(jī)溫度提高了2℃，2019年的倉(cāng)溫及表層糧溫比2018年同期要高。

表4 不同年份試驗(yàn)倉(cāng)的倉(cāng)溫及糧堆表層均溫 (單位：℃)

從空調(diào)運(yùn)行能耗來(lái)看，提高了空調(diào)開(kāi)機(jī)溫度之后，平房倉(cāng)和立筒倉(cāng)的能耗降低了很多，1號(hào)倉(cāng)和12號(hào)倉(cāng)日均噸糧電耗分別下降了29.2%和70.2%，601號(hào)倉(cāng)的日均噸糧電耗下降了51.2%。

綜上所述，在實(shí)倉(cāng)應(yīng)用中，倉(cāng)房隔熱條件良好的情況下，第一年度夏使用空調(diào)較好地控制了表層糧溫后，第二年適當(dāng)提高開(kāi)機(jī)溫度既可保證控溫目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，也能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

3.3 小結(jié)

3.3.1 在高溫高濕儲(chǔ)糧區(qū)夏季高溫季節(jié)開(kāi)啟空調(diào)，可以有效控制倉(cāng)溫和表層糧溫的上升幅度。平房倉(cāng)(29 m×42 m)使用4臺(tái)制冷量5200 W壁掛式空調(diào)可將表層糧溫控制在26℃以下，立筒倉(cāng)(R12 m、H34.25 m)使用1臺(tái)制冷量7200 W變頻風(fēng)管機(jī)可將表層糧溫控制在27℃以下。

3.3.2 立筒倉(cāng)糧堆底層和表層的溫度變化幅度都比較大，在夏季高溫季節(jié)開(kāi)啟空調(diào)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)表層糧溫的控制，使其變化幅度和溫度值低于底層的幅度和溫度。

3.3.3 在相同的倉(cāng)型和空調(diào)運(yùn)行條件下，稻谷倉(cāng)的控溫效果優(yōu)于玉米倉(cāng)。

3.3.4 空調(diào)溫度的設(shè)置可根據(jù)氣溫的變化及糧情的變化適時(shí)做出調(diào)整，降低能耗的同時(shí)也可防止因糧堆溫差過(guò)大導(dǎo)致結(jié)露的發(fā)生。