不同控温方法对华南地区高大平房仓储存玉米的综合影响

陈城煜 钟天明 丁力行 沈露露 张雪琪

(仲恺农业工程学院1，广州 510225) (广州市番禺粮食储备有限公司2，广州 511455)

温度是影响粮食储藏的最主要因素，而我国华南地区高温时间长，夏季一般可持续六个月以上，导致粮食在常温下极易发生品质劣变甚至发霉难以安全度夏，另外在高温条件下害虫活动更加旺盛，需要时间更长浓度更高的磷化氢熏蒸才能完全抑制虫害，根据相关研究磷化氢熏蒸时间越长会导致其在粮食表面的残留量越高，而浓度越高则会导致其消散到环境中的量越高，不符合绿色发展理念，因此采用控温措施是粮食安全度夏的必要手段[1-4]。目前粮食储藏最常用的控温措施分别是机械通风整仓降温，谷物冷却机整仓降温，以及空调表层控温。其中机械通风整仓降温能耗最低，一般用于冬季的通风蓄冷，为度夏做准备，由于华南地区自然冷源不充足，通常只能将平均粮温降低至13～15 ℃，导致必须在夏季补冷方能将平均粮温控制在目标温度以内[5]。夏季补冷措施主要为谷物冷却机整仓降温以及空调表层控温两种，谷物冷却机整仓降温以及空调表层控温能耗均较高，但其控温方式及效果大有不同，谷物冷却机整仓降温是短时间内通过大风量将人工冷源自下而上打通粮堆从而使平均粮温以及仓温急速下降，而空调控温则是通过长时间控制粮堆上方的仓温来减缓粮堆温度的升高，因此谷冷整仓降温的特点是短而急，空调控温的特点则是长而缓。目前关于整仓降温与空调控温的对比研究主要集中在两种措施单独使用的控温效果以及能耗成本上，需要更深入的研究[6，7]。因此本研究在两种措施单独使用的基础上增加一组两种措施相配合的实验组，另外在控温效果和能耗成本的基础上结合了储存品质变化以及粮食损耗率进行综合对比的分析研究，本研究为华南地区的控温储粮提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验仪器

本实验采用粮情监控系统监测仓内温度，环境温度以及粮仓温度。

空调：采用水源热泵系统，配套控温外机2台，单台输入功率12 kW，名义制冷量48 kW，控温面积400 m2；控温内机4台，单台输入功率0.85 kW，名义制冷量24 kW，气流径向到达距离15 m，最低出风温度13.0 ℃，可调节出风湿度。

谷物冷却机：LBW-2J300WYH型谷物冷却机2台，总功率53 kW；

离心风机：75 kW风机；

品质检测相关仪器及材料：JZDZ-Ⅰ脂肪酸值专用震荡器；JXFM110锤式旋风磨；MSE324S万分之一天平；DHQ-9003恒温鼓风干燥箱；JSFM-Ⅱ粮食水分磨；DHP-9012电热恒温箱。

1.2 实验仓房基本情况

实验地点位于广东广州番禺港口粮库，仓房情况如下：

谷冷降温仓：高大平房仓，尺寸为32 m×29 m×8 m，粮堆高度5.5 m，仓顶采用彩瓦以及岩棉天花吊顶隔热。

短期空调仓：高大平房仓，尺寸为32 m×29 m×8 m，粮堆高度5.5 m，仓顶采用彩瓦以及岩棉天花吊顶隔热。

长期空调仓：高大平房仓，尺寸为32 m×29 m×8 m，粮堆高度5.5 m，仓顶采用彩瓦以及岩棉天花吊顶隔热。

三种仓房均储藏同等规模的玉米，粮仓中玉米入仓时的质量情况列于表1中。

表1 储粮质量情况表

1.3 控温方法

多次谷冷整仓降温：谷冷降温仓在冬季蓄冷后粮堆均温降至13.0 ℃，随后进行薄膜密闭粮堆熏蒸，6月初揭膜散气，在6月中后开始采用谷物冷却机进行整仓降温，控温原则为粮堆均温接近20 ℃时进行整仓降温，将粮堆均温降低至18 ℃，整个储藏期间共采用3次整仓降温，实现整个储藏期间粮堆均温未超过21 ℃。

短期空调表层控温配合整仓降温：短期空调仓在冬季蓄冷后粮堆均温降至13.4 ℃，随后进行薄膜密闭粮堆熏蒸，6月初揭膜散气，在6月份中旬粮堆均温达到20 ℃后开启空调表层控温系统，将仓温控制在23～25 ℃，在8月初粮堆均温达到20.8 ℃时进行整仓降温，降至18 ℃，同时继续保持空调控温以维持仓温，之后储藏期间粮堆均温未超过21 ℃。

长期空调表层控温替代整仓降温：长期空调仓在冬季蓄冷后粮堆均温降至13.3 ℃，然后进行薄膜密闭粮堆熏蒸，为实现空调控温替代整仓降温度夏，在3月底提前开启表层控温系统减缓粮堆温度散失，在4至6月将仓温控制在23 ℃，到了7至8月酷夏期则将仓温降低至约20 ℃，9至10月气温略下降，将仓温恢复至23 ℃直至出库。实现整个储藏期间粮堆均温未超过21 ℃，无需采用整仓降温。表2为三种控温方法的具体实施方案。

表2 整仓降温与表层控温对比

粮仓降温工艺见图1。

图1 粮仓降温工艺示意图

2 结果与分析

2.1 控温效果分析及对比

从图2中可见谷冷整仓降温对整体粮温以及仓温能够起到一个在短时间内迅速降低的效果，但温度反弹恢复也比较明显，导致温度波动比较大；而仓温与环境温度的变化在一般情况下是趋于一致的，由于仓顶的隔热效果会有一定的滞后性但总体上相差不大，唯有在整仓降温后的一段时间内仓温会显著低于环境温度；表层温度变化幅度大于粮芯温度与平均粮温，而且平均粮温与粮芯温度的变化趋势较接近[8]。

图2 谷冷降温仓全年温度变化图

图3 短期空调仓全年温度变化

从图3中可见在未进行空调控温前表层温度与仓内温度以及环境温度变化基本趋于一致，平均粮温与冷芯温度变化趋势相差不大，但冷芯温度相对较平缓；在平均粮温到达20 ℃时开启空调控温，开启后仓温以及表层温度明显低于环境温度且逐步下降，冷芯温度依旧缓慢上升，相对而言变化不大，而平均粮温变化明显减缓，与冷芯温度以及表层温度逐渐接近；开启空调控温大约45 d后平均粮温升高至20.8 ℃，此时开启谷冷整仓降温，将平均粮温降低至18 ℃，在空调控温的配合下温度反弹速度与谷冷降温仓相比明显减缓，直到出库前平均粮温未超过20 ℃。

图4 长期空调仓全年温度变化

从图4中可见在3月底开启空调控温后仓温与表层温度均能够保持在23 ℃左右，与图2，图3相比平均粮温与冷芯温度的上升明显减缓，但仍然会缓慢升高，而在7月初将空调温度降低至20 ℃之后，平均粮温与冷芯温度几乎没有变化，从7月初至9月初平均粮温仅上升了0.7 ℃，成功在未使用整仓降温的条件下度过最炎热的7、8月份，9月初开始将空调控温恢复至23 ℃，节省能耗，粮堆表层温度也在短时间内随仓温恢复至23 ℃，平均粮温与冷芯温度也逐步上升直至出库，在未使用谷冷整仓降温的前提下，整个储藏期间平均粮温不超过21 ℃，实现了空调表层控温替代谷冷整仓降温实验。

图5 控温效果对比图

从图5中可以看出三种控温方法均能使平均粮温的平均值保持在20 ℃以下，表层平均温度的平均值保持在25 ℃以下，基本满足准低温储藏的要求，均能使玉米在华南地区气候下安全度夏。从整个夏季来看，谷冷降温仓的冷芯温度平均值为最低，其余平均值均为最高，控温效果较差，这是由于谷冷降温能够将冷量直接打入粮堆，从而使冷芯温度下降，但是由于没有进行空调控温，使其表层温度上升过快，导致其平均粮温也较快上升，温度波动较大；而长期空调仓除了冷芯温度外的各项平均值均为最低，这是由于该仓在长期空调的作用下，各项温度平均值一直维持在准低温的水平，故不需要整仓降温，而空调控温只能通过降低表层温度来延缓冷芯温度的上升而无法像整仓降温那样降低冷芯温度，故冷芯温度稍高，但总体控温效果最好。

2.2 三种控温方法储藏效果及能耗对比

从图6可以看出三个仓的出库脂肪酸值均在国标规定的宜存范围内(≤65)，储存效果良好，该脂肪酸值是粮库各点取样检测后的平均值，其中谷冷降温仓的脂肪酸值提升最高，长期空调仓的脂肪酸值提升最低，脂肪酸值是体现玉米品质的最主要指标，脂肪酸值越低则品质越好。而脂肪酸值的变化主要与温度相关，根据研究，一般而言温度越低，玉米脂肪酸值变化越小[10]。因此长时空调仓的储藏效果胜于谷冷降温仓以及短时空调仓。

图6 脂肪酸值变化图

图7 储藏水分变化图

从图7可以看出采用了整仓降温的谷冷降温仓与短期空调仓减少的水分明显高于不采用整仓降温的长期空调仓，不采用整仓降温的长期空调仓水分损失更少，这是因为粮食在储藏过程中水分的降低主要由温度及通风因素共同作用，温度较低时的粮食湿热交换较少，水分减量较缓，温度较高时粮食湿热交换更容易进行，水分减量较快；当进行谷冷整仓降温时，粮堆呼吸中产生的水分与热量一起排出粮堆，即使调节了谷物冷却机的湿度，由于风压较高，仍然会使粮粒内游离水向外解析，从而使粮堆水分减少，因此采用了整仓降温的谷冷降温仓以及短期空调仓水分损失更多[9]。

图8 能耗对比图

由于各仓玉米轮换时间并不一致，因此储藏时间有所差别，所以对实际能耗进行偏差修正，根据储藏时间的差距进行能耗估算，最后得出修正后的总能耗。从图8可以看出谷冷降温仓与短期空调仓能耗相差较小，而长期空调仓能耗明显较高，长期空调仓能耗分别为谷冷降温仓的144%，短期空调仓的129%；忽略峰谷电价，按0.8元/度电计算，长期空调仓相比谷冷降温仓要多交4 950.4元电费，相比短期空调仓要多交3 618.4元电费。吨粮费用分别为谷冷降温仓3.09元/t，短期空调仓3.39元/t，长期空调仓5.31元/t，分别占总利润的0.89%，0.91%，1.12%。

2.3 三种控温方法储藏经济性对比

从图9可以看出粮食损耗为长期空调仓<短期空调仓<谷冷降温仓，谷冷降温仓损耗最多，长期空调仓损耗最少。粮食损耗主要有两方面原因，一方面为自然损耗，由于粮食自身的呼吸作用，粮食在储藏过程中会消耗干物质，导致粮食重量降低，温度越高粮食呼吸作用则越强，消耗干物质亦越多，反之亦然。另一方面为水分损耗，粮食在储藏过程中水分的降低主要由温度及通风因素共同作用。因为谷冷降温仓进行多次整仓降温而没有采用空调控温，一方面表层温度更高导致表层粮食呼吸作用更强消耗干物质更多，另一方面进行多次整仓降温使水分损失较多，故其损耗率最高。而短期空调仓由于采用了80 d空调控温配合谷物整仓降温，使粮堆表层温度有所降低，故其粮食损耗率低于谷冷降温仓。而只采用空调控温的长期空调仓采用了207 d空调控温取代了谷冷整仓降温，使表层温度更低，粮食水分损失更少，故损耗率最低[11]。

图9 粮食损耗量

图10 粮食利润

从图10可算出长期空调仓利润比短期空调仓多得2.81万元，比谷冷降温仓多得7.69万元，增长的经济效益显著多于增长的能耗成本。由于储存的是饲料用玉米，且三仓的品质均满足国标要求属于宜存级别，故品质对价格影响不明显，三仓售出的单位价格基本相同。所以影响饲料用玉米利润的因素主要是粮食损耗率，长期空调仓的利润更高主要建立在其粮食损耗率更低的基础上。

3 结论

三种控温储藏模式下的玉米出库品质均符合国标要求属于宜存级别，从原则上讲三种控温方法均可使用。

夏季只采用谷冷整仓降温的控温方法虽然也可以使用，但由于没有使用空调控温，从结果上看，该库储藏效果不如其它两种控温方法，虽然能耗相对低一点，但实际经济效益反而更差，故不推荐该种控温方法。

夏季采用短期空调控温配合谷冷整仓降温的方法要好于谷冷降温仓，由于采用了短期空调控温，从结果上看，其储藏效果优于谷冷降温仓，除去能耗成本后经济效益也更高，故该控温方法优于谷冷降温仓。

夏季采用长期空调控温的方法效果最好，从结果上看，除了能耗较高以外，储藏效果，经济效益均优于谷冷降温仓以及短期空调仓，故采用该控温方法较佳。

综上所述，冬季蓄冷过后，高大平房仓在夏季应以空调控温为主，谷冷整仓降温更适合作为一种应急手段而不是主流措施。