基于內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)的糧堆生態(tài)系統(tǒng)研究*

洪凱歌 司武劍

(中國儲備糧管理集團有限公司北京分公司 100045)

20世紀(jì)50年代提出了糧堆生態(tài)系統(tǒng)理論，揭示了糧堆生物因子與非生物因子相互影響和作用的機理。近年來廣泛應(yīng)用的內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)(以下簡稱內(nèi)環(huán)流技術(shù))，是對糧堆生態(tài)系統(tǒng)影響大且依存度高的一項儲糧技術(shù)。一方面，內(nèi)環(huán)流技術(shù)對糧堆生態(tài)系統(tǒng)的溫、濕、氣等非生物因子和糧食、害蟲、微生物等生物因子，均能進行調(diào)控與優(yōu)化，營造了糧堆生態(tài)系統(tǒng)夏季低溫低濕、冷氣體持續(xù)環(huán)流的有效狀態(tài)；另一方面，內(nèi)環(huán)流技術(shù)所需冷源取自糧堆又用于糧堆，開拓了利用糧堆冷源解決自身控溫問題的新途徑，也使糧堆冷源成為內(nèi)環(huán)流技術(shù)不可或缺的組成部分和影響其功效的重要因素。

1 內(nèi)環(huán)流技術(shù)對糧堆非生物因子的影響

1.1 對倉溫和糧溫的影響

內(nèi)環(huán)流技術(shù)將通過冬季蓄冷儲存于糧堆中的冷源抽送至倉間，并可根據(jù)外界氣溫、糧堆體積和倉溫控制需求等條件將倉溫控制在準(zhǔn)低溫儲糧或低溫儲糧狀態(tài)。內(nèi)環(huán)流系統(tǒng)的持續(xù)運行，使倉溫能在整個夏季始終保持相對穩(wěn)定的低溫狀態(tài)。內(nèi)環(huán)流技術(shù)對糧溫的直接影響，是在其降低倉溫的同時也將糧堆表層溫度降至20℃～25℃，還通過冷熱氣體在倉間和糧堆中的循環(huán)交換，縮小夏季糧堆各層間的溫度梯度，消除春夏之交極易出現(xiàn)的糧堆“冷心熱皮”帶來的儲糧隱患，能夠有效降低倉溫和抑制表層糧食溫度上升，有效防止糧堆結(jié)露、糧面結(jié)頂?shù)痊F(xiàn)象的發(fā)生。

1.2 對倉濕和水分的影響

內(nèi)環(huán)流技術(shù)在夏季降低倉溫的同時，還將倉間相對濕度普遍降至35%以下，明顯低于同期未使用內(nèi)環(huán)流技術(shù)的倉房50%～60%的倉間濕度。內(nèi)環(huán)流在啟動和間歇期間，倉間濕度在15%～35%之間呈現(xiàn)規(guī)律性波動。據(jù)統(tǒng)計，抽送至倉間的糧堆冷源溫度和倉間溫度之差與降低倉濕的幅度成正比，而當(dāng)夏季新糧入倉或冬季倉間溫度較低時，即便開啟內(nèi)環(huán)流也不能降低倉間濕度；糧食的水分、品種和倉房氣密保溫性能，也對內(nèi)環(huán)流技術(shù)降低倉濕有一定影響。

內(nèi)環(huán)流技術(shù)對糧堆水分的影響，主要表現(xiàn)在其具有降水、保水和均水的三重功效。其降水功能主要是伴隨倉濕的降低發(fā)生的，此時表層糧食開始解析，水分和相對濕度均有所下降；因內(nèi)環(huán)流系統(tǒng)的運行屬封閉循環(huán)，與外界空氣沒有濕熱交換，所以表層糧食略有下降的水分不會流失只會轉(zhuǎn)移。其保水功能主要是通過調(diào)質(zhì)手段實現(xiàn)的，即在相對濕度80%以上的天氣條件下，將高濕度空氣引入糧堆，借助持續(xù)的整倉環(huán)流促進糧堆吸附效果的緩式增濕。其均水功能主要是借助持續(xù)的整倉環(huán)流不斷達(dá)到新的糧食平衡水分實現(xiàn)的，當(dāng)收儲的糧食水分和溫度不均時，可利用內(nèi)環(huán)流技術(shù)的循環(huán)功能，持續(xù)散溫散濕以均衡糧堆的溫度和水分。

1.3 對氣體和氣流的影響

內(nèi)環(huán)流技術(shù)對糧堆氣流的影響，主要體現(xiàn)在其持續(xù)加劇了糧堆的氣流運動，形成了一股比糧堆微氣流流量更大、流速更快的氣流，其力度和速度足以抵消由濕熱擴散和水分轉(zhuǎn)移形成的糧堆微氣流，從而有利于消除微氣流對安全儲糧造成的不利影響。此外，內(nèi)環(huán)流運行所形成的氣流運動，對糧食的導(dǎo)熱性、導(dǎo)溫性和平衡水分的影響，以及對糧堆作為熱的不良導(dǎo)體的影響，都有進一步研究的價值和必要。

2 內(nèi)環(huán)流技術(shù)對糧堆生物因子的影響

2.1 對糧食的影響

內(nèi)環(huán)流技術(shù)對糧食的影響是多方面的。其一，內(nèi)環(huán)流技術(shù)營造的低溫均溫儲糧環(huán)境，是夏季糧食安全儲存的理想狀態(tài)，消除了氣溫影響倉溫、倉溫影響糧溫規(guī)律對夏季儲糧安全帶來的不利影響。其二，內(nèi)環(huán)流技術(shù)獨有的持續(xù)降低倉濕的功能，使糧堆表層的水分和相對濕度均有所降低，孔隙度增大，散落性提高，降低了表層糧食發(fā)熱、結(jié)露、霉變的風(fēng)險，也不會造成儲糧水分的損失。其三，內(nèi)環(huán)流技術(shù)的循環(huán)功能對糧食的影響是復(fù)雜多樣的，其輸送冷源至倉間降溫降濕，實現(xiàn)糧堆的均溫均水并消除濕熱擴散、水分轉(zhuǎn)移等，均有利于糧食的安全儲存；其對糧堆氣體和氣流的影響，以及加劇了糧食和害蟲的呼吸代謝等，還有待作進一步的深入研究。

內(nèi)環(huán)流技術(shù)對糧食的影響還是系統(tǒng)性的。其一，在內(nèi)環(huán)流技術(shù)的作用下，糧堆成為既能補充冷源又能釋放冷源、既能調(diào)控倉間溫度又能調(diào)控倉間濕度的具有一定自我調(diào)節(jié)和補償能力的人工生態(tài)系統(tǒng)。其二，內(nèi)環(huán)流技術(shù)的降溫降濕與氣體環(huán)流功能是相互依賴、共生共存的，同步作用和優(yōu)化糧堆生態(tài)系統(tǒng)。其三，內(nèi)環(huán)流技術(shù)的循環(huán)功能，構(gòu)筑了氣流有規(guī)律的持續(xù)運動、溫度和水分持續(xù)均衡、冷心資源持續(xù)利用的具有一定可持續(xù)性的糧堆生態(tài)系統(tǒng)。

2.2 對害蟲的影響

內(nèi)環(huán)流技術(shù)對害蟲的影響主要體現(xiàn)在對害蟲的有效防治上。內(nèi)環(huán)流技術(shù)營造的低溫低濕的控蟲環(huán)境，屬于物理防治中溫控加濕控的綜合防治，提供了一種非化學(xué)、非器械綜合防治儲糧害蟲的新方法。《糧油儲藏技術(shù)規(guī)范》所列19種主要儲糧害蟲與螨類種群中，內(nèi)環(huán)流形成的低溫低濕環(huán)境能有效控制的有14種。特別是書虱等對濕度變化比較敏感的害蟲，開啟內(nèi)環(huán)流系統(tǒng)降溫降濕后便不再孳生，尚存的也會停止繁殖并很快死亡。內(nèi)環(huán)流控溫系統(tǒng)具備磷化氫環(huán)流熏蒸系統(tǒng)的功能，利用其循環(huán)功能促進磷化氫向糧堆內(nèi)部的滲透和擴散，且穿透速度更快，分布更均勻，也不會造成糧堆冷源的損失，實現(xiàn)了環(huán)流熏蒸殺蟲的效果。

2.3 對微生物的影響

內(nèi)環(huán)流技術(shù)對微生物的影響主要體現(xiàn)在對引起糧食品質(zhì)劣變的主要微生物——霉菌的預(yù)防和抑制上。研究表明，當(dāng)倉溫低于20℃、倉濕低于65%時，霉菌可以被有效抑制。內(nèi)環(huán)流技術(shù)營造的溫度20℃左右、濕度35%以下的低溫低濕環(huán)境，對防止霉菌產(chǎn)生、抑制霉菌生長效果顯著。

3 糧堆生態(tài)系統(tǒng)對內(nèi)環(huán)流技術(shù)的影響和制約

內(nèi)環(huán)流技術(shù)有別于其他儲糧技術(shù)的一個顯著特點，就是它對糧堆生態(tài)系統(tǒng)不限于單向的干預(yù)與調(diào)控，而是雙向的影響、制約和優(yōu)化關(guān)系。通過分析糧堆冬季蓄冷的條件、糧堆夏季降溫的控制、糧堆圍護結(jié)構(gòu)的密閉、糧堆規(guī)模和形態(tài)、糧堆冷源不足的補救等，有助于不斷提升內(nèi)環(huán)流技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)化水平。

3.1 糧堆冬季蓄冷的條件

氣溫影響倉溫，倉溫影響糧溫，且溫度的變化幅度是氣溫大于倉溫，倉溫大于糧溫，但由于高大平房倉倉容較大，糧面面積大，在氣溫多變季節(jié)，氣溫上升較快，倉溫也隨之上升，而糧粒是熱的不良導(dǎo)體，糧堆升溫較慢，此時糧堆變化表現(xiàn)活躍區(qū)域主要集中在糧堆表層、沿倉墻部分比較接近倉溫與外溫，而不活躍區(qū)域即升幅較小的部分在糧堆的中心部位，即“冷心”。

運用內(nèi)環(huán)流技術(shù)的必要前提是糧堆要具有冬季蓄冷的氣候條件。因此，內(nèi)環(huán)流技術(shù)主要適用于冬季氣溫0℃以下地區(qū)，包括低溫干燥的第二儲糧生態(tài)區(qū)、低溫高濕的第三儲糧生態(tài)區(qū)和中溫干燥的第四儲糧生態(tài)區(qū)。目前僅中儲糧系統(tǒng)在上述3個儲糧生態(tài)區(qū)的11個省(區(qū)、市)安裝使用內(nèi)環(huán)流技術(shù)的倉容已達(dá)3500萬噸。其中，第二、三儲糧生態(tài)區(qū)的低溫氣候，冬季蓄冷條件最好，平均糧溫可降至-10℃以下；第四儲糧生態(tài)區(qū)氣候干燥且冬季低溫氣候持續(xù)時間相對較短，因而冬季蓄冷需抓住有利時機，才能將平均糧溫降至5℃以下。秋冬季蓄冷不充足，糧堆“冷心”未降至適宜低溫，在夏季利用環(huán)流風(fēng)機降溫期間冷源不足，與倉內(nèi)空間氣體熱交換后，冷源損耗較大，倉溫、表層糧溫難以下降至25℃以下，從而進一步加大了環(huán)流風(fēng)機通風(fēng)時長，增加了能耗，但降溫效果不明顯。

此外，內(nèi)環(huán)流技術(shù)也可在冬季氣溫0～10℃的地區(qū)試用，包括中溫高濕的第五儲糧生態(tài)區(qū)和中溫低濕的第六儲糧生態(tài)區(qū)。上述區(qū)域冬季蓄冷后平均糧溫一般在10℃以下，向倉間輸送的冷氣體也在20℃以下，可滿足將倉溫控制在30℃以下的需要，如配合空調(diào)機或谷冷機等機械補冷則控溫效果更好。在安徽、湖北、福建等省的一些糧庫，內(nèi)環(huán)流技術(shù)也成功運用。

3.2 糧堆夏季降溫的控制

對內(nèi)環(huán)流系統(tǒng)倉溫上下限的設(shè)置極大地影響了表層糧溫，當(dāng)上下限溫度設(shè)置過高時不能起到良好的降溫效果；當(dāng)上下限溫度設(shè)定過低時，降溫效果良好，但對冷源消耗大，風(fēng)機能耗大；當(dāng)上下限溫度的差幅設(shè)置過大時，會導(dǎo)致每次從較高的溫度降溫，降溫難度加大。內(nèi)環(huán)流技術(shù)的溫度控制，應(yīng)根據(jù)糧堆冷心、糧食品種、倉房密閉等情況合理確定。研究表明，建議第二、三儲糧生態(tài)區(qū)溫度上下限設(shè)置為22℃/20℃，第四儲糧生態(tài)區(qū)溫度上下限設(shè)置為26℃/24℃(或根據(jù)當(dāng)?shù)販囟茸兓M行實時調(diào)整)。在京津冀地區(qū)實現(xiàn)低溫儲糧，可將環(huán)流風(fēng)機開啟溫度值設(shè)定為20℃，關(guān)閉溫度值設(shè)定為18℃；實現(xiàn)準(zhǔn)低溫儲糧，可將環(huán)流風(fēng)機開啟溫度值設(shè)定為25℃，關(guān)閉溫度值設(shè)定為23℃。糧堆“冷心”溫度較低、倉房密閉效果較好且儲存稻谷、玉米、大豆等品種，可按低溫儲糧控制溫度；糧堆“冷心”溫度和倉房密閉效果不理想的，宜按準(zhǔn)低溫儲糧控制溫度。如倉房密閉條件不好仍控溫較低，則糧堆“冷心”消耗和平均糧溫回升均較快，反而不利于儲糧安全。

內(nèi)環(huán)流技術(shù)的使用時間，也應(yīng)根據(jù)倉溫、糧溫及當(dāng)?shù)貧鉁氐群侠泶_定。通常情況下，當(dāng)夏初倉溫和表層糧溫上升至20℃或25℃，且當(dāng)?shù)厝臻g氣溫已高于倉溫和表層糧溫時，可開啟環(huán)流風(fēng)機降溫；當(dāng)夏末當(dāng)?shù)厝臻g氣溫下降至20℃或25℃，且低于倉溫和表層糧溫時，可關(guān)閉環(huán)流風(fēng)機停止降溫。顯然，內(nèi)環(huán)流設(shè)定的低溫或準(zhǔn)低溫儲糧的溫度，一定要與倉溫、糧溫及當(dāng)?shù)貧鉁叵嚆暯?，特別要避免倉溫和糧溫已較高時再開啟內(nèi)環(huán)流降溫，這不僅不利于儲糧安全，而且也耗費大量電能和費用。

3.3 糧堆圍護結(jié)構(gòu)的密閉

倉房隔熱性能較差將直接導(dǎo)致倉溫、表層及整倉平均糧溫明顯上升，消耗大量糧堆冷源，對內(nèi)環(huán)流系統(tǒng)控溫效果減弱，增加了環(huán)流風(fēng)機運行時間，使得夏季運行費用顯著上升，但控溫效果卻顯著下降。

倉房氣密性較差，內(nèi)環(huán)流系統(tǒng)控溫、控濕效果將大打折扣。在夏季高溫多雨的地區(qū)，倉外的濕空氣將對倉內(nèi)濕度產(chǎn)生顯著影響。由于倉房密閉不良，倉內(nèi)環(huán)流冷氣不僅與上部空間空氣進行熱交換，還將與倉外空氣進行熱交換，將加快冷源消耗，導(dǎo)致通風(fēng)時間延長，運行能耗費用明顯增加，內(nèi)環(huán)流技術(shù)應(yīng)用效果降低。

倉房的氣密性達(dá)標(biāo)和保溫隔熱性能良好，是使用內(nèi)環(huán)流技術(shù)的前提條件，如能對倉房的門窗和通風(fēng)口進行密封并進行吊頂，則能達(dá)到冷源損失少、電能消耗低和降溫速度快的效果。通過對轄區(qū)幾百個倉房進行密閉隔熱改造前后的比較和測定，改造后由于倉房隔熱保冷效果明顯提高，使得冬季蓄冷時平均糧溫相同的糧堆，夏初時糧堆平均溫度和抽送至倉間冷氣的溫度均降低2℃左右；改造后內(nèi)環(huán)流控溫的日運行時間，也比改造前普遍減少三分之一以上。研究表明，內(nèi)環(huán)流技術(shù)應(yīng)用中，建議墻體采取6 cm厚聚乙烯保溫苯板；倉門采用雙層門(內(nèi)置塑鋼門，外置彩鋼保溫門)進行保溫隔熱；倉窗采用雙層窗(內(nèi)置塑鋼窗，外置彩鋼保溫窗)進行保溫隔熱；軸流風(fēng)機孔采用5 cm厚聚乙烯苯板；環(huán)流管道采用5 cm厚聚氨酯，以便提高倉房的隔熱密封效果。

3.4 糧堆系統(tǒng)單位通風(fēng)量

在內(nèi)環(huán)流系統(tǒng)中，底部的冷氣被環(huán)流風(fēng)機抽出到倉房上部時，將與倉內(nèi)上部氣體進行熱交換，從而降低倉溫，進一步降低糧堆表層糧溫，達(dá)到降溫效果。風(fēng)量增加，其降溫速度顯著增加。

當(dāng)風(fēng)量過大時，過早將大量“冷心”冷氣抽至糧堆上層進行降溫，并將倉內(nèi)表層糧溫與倉溫降至過低時，若倉房隔熱密閉不好，極易造成與倉外過多的熱交換，導(dǎo)致冷源被浪費，夏季高溫時段冷源不夠用，或冷源溫度過高，使降低倉溫能力下降，使得通風(fēng)時間進一步延長，能耗增加，降溫效果下降。

當(dāng)風(fēng)量過小時，冷氣被抽至糧堆上部風(fēng)量較小，致使降溫速度變慢，糧堆底層溫度上升緩慢，“冷心”與倉內(nèi)上部空氣熱交換過于緩慢，降溫效果不明顯。雖然倉內(nèi)平均溫度較低，但糧堆表層活躍區(qū)溫度較高，無法徹底解決“熱皮冷心”現(xiàn)象，對玉米等物料影響顯著。同時會導(dǎo)致夏季高溫時段，環(huán)流風(fēng)機通風(fēng)時間明顯延長，增加能耗。

考慮到冬季蓄冷效果及夏季使用“冷心”的需要，目前安裝內(nèi)環(huán)流技術(shù)的主流倉型為糧堆高度6 m、倉容4000 t以上的高大平房倉；少數(shù)糧堆高度在7 m以上、倉容8000 t以上的高大平房倉，使用內(nèi)環(huán)流控溫的效果更佳；少數(shù)糧堆高度僅 4 m、倉容2000 t左右的平房倉，如遇“冷心”不足則需適當(dāng)調(diào)高控制溫度或加裝空調(diào)機輔助補冷；對于糧堆較高的淺圓倉，應(yīng)安裝比高大平房倉功率更大的環(huán)流風(fēng)機，以保證抽取和環(huán)流冷氣體的速率。研究表明，建議內(nèi)環(huán)流系統(tǒng)啟動后，每噸糧食的單位風(fēng)量應(yīng)控制在0.7 m3/h～1.2 m3/h。

3.5 糧堆冷源不足的補救

在春季和夏季有入糧需要的北方地區(qū)，也可在安裝內(nèi)環(huán)流技術(shù)的同時，在相應(yīng)倉房加裝空調(diào)機或使用谷冷機，以解決新入倉糧食無“冷心”可用和需要均溫均水的問題，確保不耐高溫的稻谷、玉米、大豆等能夠安全度夏。在冬季蓄冷不夠充足的南方地區(qū)，可采用空調(diào)機或谷冷機補冷與內(nèi)環(huán)流技術(shù)結(jié)合使用的方式，既能充分利用南方地區(qū)有限的冷源資源，又能同時達(dá)到補充冷源和均溫均水的效果。

4 結(jié)論與討論

4.1 內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)解決了糧食儲藏過程中易結(jié)露、易掛壁等難題，通過利用糧堆“冷心”作為冷源降低了倉溫和糧溫，縮小了糧堆各層的溫度梯度，從而杜絕了糧食度夏時“冷心熱皮”帶來的儲糧隱患。一方面減少了倉儲保管費用的投入，降低了儲藏期間糧食水分損耗，延緩了糧食品質(zhì)劣變，增加基層承儲企業(yè)經(jīng)濟效益，達(dá)到了節(jié)能減排、降本增效的目的；另一方面實現(xiàn)了非藥物防治書虱等儲糧有害生物的目的，有效解決了儲糧害蟲防治主要依靠化學(xué)藥劑的問題，有利于保護生態(tài)環(huán)境和保障人民的身體健康?？傊?，內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術(shù)是一種安全、經(jīng)濟、高效、實用的綠色儲糧技術(shù)，因而具備廣闊的應(yīng)用前景。呼吁盡早頒布相應(yīng)的糧食行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將其納入專業(yè)教材與培訓(xùn)計劃。

4.2 內(nèi)環(huán)流技術(shù)作為北方地區(qū)科學(xué)儲糧的主導(dǎo)技術(shù)，在未來的倉房建設(shè)，特別是高大平房倉的建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)在氣密保溫性能、通風(fēng)系統(tǒng)布設(shè)、糧堆高度與規(guī)模等方面予以研究考量，圍繞內(nèi)環(huán)流技術(shù)功能最大化進行設(shè)計，確保內(nèi)環(huán)流技術(shù)合理應(yīng)用，杜絕先建后改的資源浪費和成本增加。

4.3 內(nèi)環(huán)流技術(shù)創(chuàng)造的夏季低溫低濕儲糧的恒定狀態(tài)，以及對儲糧害蟲和異常糧情的有效防治，極大地延緩了糧食品質(zhì)劣變的速度，延長了糧食保質(zhì)保鮮的時間，從而為適當(dāng)延長糧食儲存年限提供了可能，為將儲存年限主要對應(yīng)糧食品種改為主要對應(yīng)糧食品質(zhì)提供了充分依據(jù)。同時，相對于常溫下的糧食安全儲存水分標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)環(huán)流技術(shù)營造的低溫低濕儲糧環(huán)境，也為偏高水分糧的安全儲存提供了現(xiàn)實可能。

4.4 內(nèi)環(huán)流技術(shù)作為一項儲糧新技術(shù)，雖然推廣使用多年且成效顯著，但仍需作進一步研究、改進和完善。①對不同地區(qū)、不同倉型、不同糧種運用內(nèi)環(huán)流技術(shù)的共性規(guī)律與個性特點的研究，使內(nèi)環(huán)流技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更佳的使用效能和綜合效益；②將在設(shè)計、安裝、使用、維護內(nèi)環(huán)流技術(shù)中許多經(jīng)驗做法和試驗性探索，加以總結(jié)、歸納和提高，盡早實現(xiàn)科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、流程化作業(yè)；③對內(nèi)環(huán)流技術(shù)引發(fā)的顯著降低倉間濕度、加劇糧堆氣流運動、加速糧食呼吸和新陳代謝等一系列前所末有的新變化，予以更多理論上、原理上的闡釋和說明，使內(nèi)環(huán)流技術(shù)能夠早日成為糧油儲藏科學(xué)重要的研究對象和研究內(nèi)容。