多級控溫冷卻技術在谷物冷卻機組中的應用

溫素珍，袁杰，金阿龍，金賢松，麻林海，劉斌斌，戴陳渲

（浙江青風環(huán)境股份有限公司，浙江 麗水 323000）

0 引言

近年來，關于利用控溫冷卻實現(xiàn)糧食安全存儲保障的研究顯著增多，而不同于傳統(tǒng)高溫晾曬糧食方式的是，谷物控溫冷卻技術能夠進一步加強對于蟲害等問題的控制，有利于保障糧食干燥和糧食品質。因此，設計一種基于多級控溫冷卻工藝的谷物冷卻機組，不僅具有較廣的濕度與溫度調節(jié)范圍，同時也能針對糧食儲倉內的送風量和送冷量進行調節(jié)，實現(xiàn)對于倉儲溫度的精確化調節(jié)，保障倉儲糧食時刻處于最佳存儲環(huán)境之下。

1 研究背景及意義

1.1 研究背景

現(xiàn)階段，糧食安全存儲問題已經成為世界性難題。根據(jù)聯(lián)合國糧農組織調查統(tǒng)計，全世界范圍內每年因霉變、蟲害等問題所致的糧食損失達到糧食總產量的8%，這一現(xiàn)象在我國更加嚴重，究其原因，主要與現(xiàn)有相對落后的糧食存儲技術和不完善的糧食倉儲管理機制有關。在此基礎上，如何進一步提高糧食存儲安全，是當前我國糧食產業(yè)發(fā)展面臨的關鍵問題。對此，通過研究發(fā)現(xiàn)，完善的倉房及配套設施、先進的儲藏保管技術以及科學的倉儲管理機制是確保糧食存儲安全的決定性要素，而設計一套有效的儲藏保管工藝，是保障糧食存儲安全的基礎前提[1]。

1.2 研究意義

我國是產糧大國，也是糧食消費大國，因此糧食存儲工作既關系到軍需民事，更影響到社會的穩(wěn)定及國家的安全。其中，習近平總書記在吉林省考察時指出，應把保障糧食安全放在突出位置，毫不放松抓好糧食生產，轉變農業(yè)發(fā)展方式，確?！笆种杏屑Z、心中不慌”。此外，中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所研究員龍飛表示，糧食安全是經濟社會穩(wěn)定發(fā)展的重要基礎，做好糧食存儲工作，其關鍵在于藏糧于地、藏糧于技，由此可見，提高對于糧食存儲技術的研究應用。此外，根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2020年我國全國夏糧總產量達14281萬噸，同比2019年增長120.8萬噸，這說明我國糧食規(guī)模呈上升趨勢，因此，做好糧食存儲管理，是我國糧食產業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要保障。

2 技術介紹及應用優(yōu)勢分析

2.1 傳統(tǒng)糧食儲藏方式與谷物冷卻技術對比

針對傳統(tǒng)糧食儲藏方式，多依托自然通風、倒倉、藥物熏蒸等方式實現(xiàn)谷物儲藏管理，而在儲藏過程中，因水分減少、蟲害、霉變等問題，每年所造成的糧食損失高達糧食總產量的1%～3%，這意味著每億斤容量的糧庫損失將要達到數(shù)百萬元。在此基礎上，谷物冷卻機組利用冷負壓通風降溫，能夠充分利用糧堆自身“冷心”，在結合倉頂軸流風機排熱、谷物干燥冷卻機通風口補充冷源的基礎上使糧堆形成負壓，從而控制與平衡糧堆的上層溫度，解決“冷心、熱皮”所致的糧堆發(fā)熱點，一方面避免糧堆內部的水分轉移、分層、結露和異味，另一方面控制蟲害在糧倉內的發(fā)展，最終使糧倉內的糧食達到“三高”（高品質、高營養(yǎng)、高效益）和“三低”（低損耗、低污染、低成本）的存儲要求，并確保糧食存儲的安全性與穩(wěn)定性[2]。

此外，相比于傳統(tǒng)糧食儲藏方式，谷物冷卻技術的成本更低，其成本估算對比如表1。

表1 傳統(tǒng)糧食儲藏方式與谷物冷卻技術的成本估算對比

2.2 低溫儲藏技術分析

不同于傳統(tǒng)晾曬糧食所采用的高溫儲糧方式，低溫儲藏是現(xiàn)階段糧食儲藏的關鍵所在[3]，我國對于低溫儲藏技術的研究相對較早，而根據(jù)美國普渡大學農業(yè)和生物工程系教授Dirk Mailer的研究，可將低溫儲藏對于糧食儲藏的優(yōu)勢分為以下幾點：①低溫儲藏有利于糧食干燥。根據(jù)實驗，冷卻可使糧食的干燥能力提高至少50%，這意味著用于糧食干燥的費用將顯著降低，同時，冷卻能夠調節(jié)糧食籽粒間的水分分布，在保持糧堆內部水分均勻的基礎上提高糧食的存儲壽命。而應注意的是，低溫儲藏使得傳統(tǒng)糧食晾曬所必需的高溫脫水環(huán)節(jié)不再必需，這大大減少了糧食存儲的人力成本，有利于提高糧食儲藏的經濟效益。②低溫儲藏有利于控制蟲害問題。研究發(fā)現(xiàn)，當糧食溫度控制在10～18℃時，大多數(shù)昆蟲均會進入休眠狀態(tài)而停止生長繁殖，這意味著傳統(tǒng)糧食儲藏所存在的藥物熏蒸工藝將得到省略，不僅可提高對于蟲害問題的控制效果，同時也能避免糧食污染，保障糧食的安全性。③低溫儲藏有利于避免倒倉。在低溫儲藏狀態(tài)下，糧食內部籽粒自然呼吸，但其新陳代謝活動將得到明顯減緩，這使得干物質的損失量顯著減少，不再需要通過倒倉以排除廢棄物，能夠顯著降低糧食存儲管理的人力成本，提高經濟效益。④低溫儲藏有利于抑制粉塵。由于低溫儲藏使得倒倉不再必須，避免了糧食粉塵的出現(xiàn)。同時，由于減少倒倉環(huán)節(jié)和熏蒸環(huán)節(jié)，且消除了糧食粉塵，使得糧倉內部工人的健康與安全得到保障，避免了其他安全問題的出現(xiàn)。⑤低溫儲藏有利于減少霉變損失。通過對糧堆溫度的精確控制，使得糧堆內部的含水率保持在穩(wěn)定狀態(tài)，有利于控制霉菌繁殖。⑥低溫儲藏有利于避免凝露現(xiàn)象。當環(huán)境溫度較低時，糧倉內部壁面及頂面會逐漸變冷，中間的暖氣流會上升至倉頂并沿壁面下降，這使得糧倉內壁及頂面會出現(xiàn)凝露問題，而當凝露水滴入外層谷物時，容易導致谷物腐爛，在此基礎上，通過應用低溫儲藏方式，能夠將環(huán)境溫度控制在最佳狀態(tài)，既可避免凝露問題出現(xiàn)，又能夠保證糧食的營養(yǎng)品質和新鮮度。

2.3 多級控溫谷物冷卻技術分析

對于多級控溫冷卻技術視角下的谷物冷卻機組（如圖1），其能夠連續(xù)為糧倉提供所需溫度的冷空氣，實現(xiàn)對于玉米、稻子、小麥等谷物的低溫儲藏，保障谷物的存儲新鮮度，減少谷物存儲損失，提升糧食儲藏的經濟效益和社會效益。其中，該技術的核心工藝包括：①多級控溫冷卻技術。該技術具有比原有冷卻機組更低的出風溫度，能夠實現(xiàn)對于大規(guī)模糧倉的大溫差供冷。②機組變頻離心風機。利用該工藝，增大出風風量，提高送風風壓，實現(xiàn)對于送風管理的變頻處理，滿足不同糧倉、不同谷物、不同儲藏環(huán)境的送風需求。③冷卻系統(tǒng)疊加。該技術將單機工作與雙機工作進行整合，能夠實現(xiàn)分段容量調節(jié)，滿足不同儲藏環(huán)境下的谷物存儲需求，同時由于可自由調節(jié)機組，能夠有效降低機組能耗。④采用先進的熱氣旁通閥，提高送風濕度的精準度。⑤機組控制系統(tǒng)。借助由PLC自主編程的機組控制系統(tǒng)，實現(xiàn)±0.5℃的精確控溫[4]。

圖1 多級控溫谷物冷卻機組

3 技術應用指標分析

針對多級控溫谷物冷卻機組，主要針對新進入庫糧、局部發(fā)熱糧、整倉高溫糧進行局部或整倉冷卻處理，其主要技術應用指標如表2。

表2 多級控溫谷物冷卻機組的技術應用指標

4 技術應用成果

通過應用多級控溫谷物冷卻機組，達到了以下糧食存儲管理效果：其一，該技術整合利用多級控溫技術與變頻調節(jié)系統(tǒng)，能夠提供更低的出風溫度，在實現(xiàn)大溫差供冷和大規(guī)模冷卻的同時滿足不同糧倉、不同谷物、不同控溫環(huán)境的冷卻需求，同時，系統(tǒng)所具有的變頻調節(jié)功能能夠實現(xiàn)不同時間段的溫控管理，可有效降低系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)經濟效益；其二，該技術采用熱氣旁通調溫調濕技術，能夠實現(xiàn)對于送風相對濕度的精確控制。此外，在應用該冷卻機組后，產品COP達到2.91，單位功率送風量達到200（m3/h）/kW，滿足國家《谷物冷卻機》（GB/T18835-2002）的規(guī)定要求，能夠在實際應用中發(fā)揮重要作用，具有廣闊的應用前景[5]。

5 結語

綜上，糧食存儲問題關系到我國社會穩(wěn)定及國家安全，通過應用多級控溫谷物冷卻機組，顯著提升糧食存儲安全，有助于降低蟲害等糧食存儲問題，減少糧食存儲成本，提高糧食存儲經濟效益，推動糧食產業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展。