空调节能控温保质储粮的研究*

金 浩 王 耘 胡云芳 张 峰 何正平 魏 群 吴文扬

(中央储备粮苏州直属库有限公司 210003)

苏州位于江苏省东南部，长江三角洲中部，东临上海，南接嘉兴，西抱太湖，北依长江。属亚热带季风海洋性气候，四季分明，雨量充沛。年平均气温为15℃～22℃，最热月平均气温28℃～35℃，全年平均降水量1076 mm。夏季高温高湿不利于粮食的储存，易加速其品质劣变，所以，控制粮温是储粮安全度夏和延缓粮食品质劣变的重要手段。通过空调控温能保持粮堆不受外界影响，是一种安全、经济、方便、有效的绿色储粮方法。空调控温能改善储粮在夏季高温期间的储藏环境，有效控制仓温的急剧上升，抑制粮堆上层粮温上升的速度，延缓粮食品质的劣变，防止因温差过大引起粮堆内部结露、发热，有效的低温能抑制粮堆内害虫的生长，延长幼虫的孵化时间，使粮食保持在低温条件下，实现粮食低温储藏。针对这种情况，采用空调制冷技术应用于散装粮仓内，经过大量试验验证取得了良好的效果。本试验以中央储备粮苏州直属库有限公司的4个仓为试验仓，利用空调对入库的稻谷和玉米进行控温储藏，测定粮食储藏期间的品质变化情况，探究空调控温与粮食水分、储藏品质之间的关系。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验仓房 选用本库9号仓、21号仓作为稻谷试验仓，选取太仓分库3号仓、16号仓作为玉米试验仓。四个仓均为高大平房仓，仓墙为砖混结构，设计堆粮高度6 m，仓房规格及储粮情况见表1。

表1 试验仓储粮基本情况

1.1.2 试验仓空调配备 试验仓房空调配备情况见表2。

表2 试验仓空调配置情况

1.1.3 试验设备 粮情检测设备:采用北京产粮情电子检测系统，每仓布有49组测温线，每根线分上、中、下、底层4个点，上层和底层测温点分别设在距粮面、底部0.3 m处,其他各层分别间隔1.8 m设置，共计196个测温点。

扦样及其他设备:真空扦样器、单仓电表、谷物冷却机、透气小布袋、砻谷机、天平、整精米机、烘箱、旋风磨等。

1.2 试验方法

1.2.1 试验准备工作 试验仓在入库完成后均经过冬季通风降温，降低基础粮温，并于3月底前对仓房门窗、通风道口用聚乙烯粮膜封闭，仓房密闭保温处理。5月底之前在粮堆中预先布样，粮食混合均匀分装到通风透气小布袋中(每个小布袋装稻谷300 g，玉米装400 g)，并在小布袋上做好编号，每个仓有5个布样点(中心点和四角点，四个角落布样点距墙壁0.6 m)，每个点样品分三层埋入粮堆(第一层距粮面0.1 m、第二层距粮面0.5 m、第三层距粮面1.5 m)。此后每月月底在每个布样点取一个小布袋样品进行检验，分层检测质量情况。

1.2.2 试验过程中的数据记录 6月～9月开启空调，温度设置为25℃，将仓温控制在25℃左右。试验期间利用粮情电子检测系统和手工测温杆检查粮温，定期查抄电表，试验期间随时检查粮情，查看有无虫害、结露板结等异常情况，并做好记录。10月初，白天平均气温低于25℃，停止空调控温。

1.2.3 粮食质量检测 每月月底在5个预埋样品点位取一个小布袋样品进行检验，并分取样点记录数据。取样点具体位置如图1所示。

图1 粮食检测取样点

2 试验结果与分析

2.1 控温与粮情比较分析

从表3中可以看出，在开启空调控制仓内温湿度的4个月中，仓温一直保持在设定温度24℃～25℃之间，在此期间，粮温主要受仓温、仓房围护结构和外界温度的影响逐步上升。经过4个月的空调控温，9号试验仓平均粮温上升4℃,上层均温上升3.8℃，上层最高温上升4.2℃，共计耗电5280 kW·h，单位能耗1.72 kW·h/t；21号试验仓平均粮温上升3.9℃,上层均温上升2.1℃，上层最高温上升2.4℃，共计耗电7130 kW·h，单位能耗2.42 kW·h/t；16号试验仓平均粮温上升3.7℃,上层均温上升0.6℃，上层最高温上升3.4℃，共计耗电11160 kW·h，单位能耗4.18 kW·h/t；3号试验仓平均粮温上升4.0℃,上层均温上升1.6℃，上层最高温上升2.5℃，共计耗电11260 kW·h，单位能耗3.66 kW·h/t。在空调控温期间，试验仓的平均粮温上升值大于上层均温，即空调对表层粮温的控制效果良好。

表3 空调使用与粮情变化情况表

2.2 试验仓粮食品质变化情况

从表4可以看出，9号、21号稻谷仓黄粒米变化情况：①时间对黄粒米的影响：从7月开始预埋点样品黄粒米相继升高至0.2%，其中7月初次升至0.2%的点有6个，8月初次升至0.2%的点有5个，9月初次升至0.2%的点有7个；②黄粒米发生的部位集中于部位8、9、11、12、13、14、15(中心距粮面0.5 m和1.5 m处、东北角距粮面0.5 m和1.5 m处、西北角距粮面0.1 m、0.5 m、1.5 m处)，黄粒米发生的位置多集中于距粮面0.1 m 和0.5 m处，距粮面1.5 m处较少发生。

表4 试验稻谷仓黄粒米变化情况表 (单位：%)

从表5可以看出，3号、16号玉米仓生霉粒(>1.0%)集中发生在8月，且部位集中于四周的预埋点位、层次集中于距粮面0.5 m和1.5 m处。

表5 试验玉米仓生霉粒变化情况表 (单位：%)

粮食脂肪酸值与粮食储藏品质有很好的相关性，且反应灵敏，是粮食储存品质判定的一项重要指标[1]。从表6和表7可以看出，3号试验仓玉米的脂肪酸值平均值从6月的43.0(KOH/干基)/(mg/100g)升至9月的49.0(KOH/干基)/(mg/100g)，升幅13%，其中部位1、8、9、11、15(对应东南角距粮面0.1 m处、中心距粮面0.5 m和1.5 m、东北角距粮面0.5 m、西北角距粮面1.5 m)升幅较小；16号试验仓玉米的脂肪酸值平均值从6月的44.2(KOH/干基)/(mg/100g)至9月的50.5(KOH/干基)/(mg/100g)，升幅14.3%，其中部位3、6、12、15(对应东南角距粮面1.5 m、西南角距粮面1.5 m、东北角距粮面1.5 m、西北角距粮面1.5 m)升幅较小。9、21号稻谷试验仓预埋样品的黄粒米增幅在0.1%以内；9号试验仓脂肪酸值平均值从6月的21.6(KOH/干基)/(mg/100g)升至9月的23.6(KOH/干基)/(mg/100g)，升幅9.2%，其中部位6、7、8、9、10、12(西南角距粮面1.5 m、中心距粮面0.1 m、0.5 m、1.5 m、东北角距粮面0.1 m、1.5 m处)升幅较大；21号试验仓脂肪酸值从6月的21.1(KOH/干基)/(mg/100g)升至9月的21.8(KOH/干基)/(mg/100g)，升幅3.3%。

表6 脂肪酸值变化情况表 〔单位：(KOH/干基)/(mg/100g)〕

表7 脂肪酸值平均值表 〔单位:(KOH/干基)/(mg/100g)〕

通过分析表4～表7可以发现：一是玉米比稻谷更容易受环境影响而使脂肪发生酸败。稻谷和玉米试验仓各层样品的脂肪酸值，在整个储存过程中一直呈现上升的趋势，并且由于玉米胚部含有整粒中80%以上的脂肪，因此玉米相对于稻谷更容易受环境影响而使脂肪发生酸败；二是低温可以延缓粮食劣变速度，提高储粮稳定性。对比各层样品脂肪酸值数据，升幅较小的点大多分布在第三层。第三层预埋点是介于测温点上层与中层之间，是三层预埋点中的温度较低的部位。因此储藏温度对储粮的影响很大，温度升高会带来粮食籽粒生理活性提高、呼吸作用增强、微生物、霉菌和虫害繁殖等一系列影响储粮稳定性的问题。

2.3 水分变化分析

通过表8和表9可以看出，9号试验仓样品袋中平均水分从预埋样品水分13.3%降至9月的12.37%，降幅6.9%；21号试验仓样品袋中平均水分从预埋样品水分13.3%降至9月的12.43%，降幅6.5%；3号玉米试验仓样品袋中平均水分从6月的13.9%降至9月的13.26%，降幅4.6%；16号玉米试验仓样品袋中平均水分从6月的13.4%降至9月的12.73%，降幅5%。根据粮食吸湿和解吸的特性可知，当粮食在一定湿度的环境中储藏一定的时间，就会表现为粮食的含水量稳定在一定的数值不变，即粮食与环境之间达到吸湿与解吸的平衡。查阅相关表格可知：在温度25℃、湿度60%的环境中储藏，稻谷的相对平衡水分在12.2%左右；玉米的相对平衡水分在12.7%左右。稻谷和玉米仓的水分均高于平衡水分，在储藏过程中都要解吸湿，粮食水分向相对平衡水分靠近，粮堆表层的水分先降低，而且第一个月水分下降幅度最大，其他月份水分变化不明显。

表8 水分变化情况表 (单位：%)

表9 各层水分平均值 (单位：%)

综合4个试验仓的水分变化情况可知，粮食的含水量与仓内空间的温湿度始终保持一个动态平衡，值得注意的是即使环境湿度不变，环境温度升高也会导致粮食平衡相对湿度的升高。因此在粮食储藏中可以利用这个特性，通过空调控制仓内的温度与湿度，进而将储粮的水分控制在适宜储藏的范围内，维持储粮稳定性。

2.4 能耗分析

试验仓试验期间能耗对比见表10。

表10 试验仓单位能耗情况

通过对比9号仓与21号试验仓的单位能耗发现，9号仓比21号仓的单位能耗要低29%，且这两个仓的仓房条件、储存品种和数量基本一样，为了探究其中的原因，我们从每百平米制冷量、粮堆高度和上层基础粮温三个方面来对比分析。一是从空调配置需满足的制冷量来看，选配空调的负荷需满足100 m2～200 m2的平面面积3500 W制冷量的要求，在空调控温期间只有21号仓不满足此项要求(见表8)；二是从粮堆高度上看，21号仓比9号仓的粮堆高度低0.2 m，则多出173 m3的空间体积需制冷。在空调风量一定的情况下，空间越大则空调的运行时间越长，能耗也就越高。三是从上层粮温对仓温的补偿方面看。在夏季外围储粮受外温影响而升温，中间部位粮温较低，形成冷核心粮。当外围粮堆温度升高，孔隙中的空气变暖向上运动至表层空间四周，中间部位粮温较低，由于中间部位的上、下层压力差，使空间热空气向下运动并被储粮吸热后变冷、下沉，并向四周扩散给与补充，形成粮堆内外热力对流循环回路。根据冷核心粮的这一特性可知，当粮堆中心温度低于仓温时，中心低温会对仓温进行“冷补偿”，从而在一定程度上降低空调的能耗。

3 结论

高温季节采用空调制冷降低仓温的方法能延缓粮温的上升速度、保持粮食品质、取得了一些成果，并能取得较好的经济效益。研究从空调控温对粮温、储粮水分和品质变化规律入手，对玉米仓、稻谷仓储粮的适宜性及储粮性能进行试验研究与分析，温度对储粮的品质变化有很大的影响，高温不利于粮食的安全储存，且加速其品质变化。

试验表明：储藏温度对储粮的影响很大，环境温度升高，粮食平衡相对湿度升高，带来粮食籽粒生理活性提高、呼吸作用增强、微生物、霉菌和虫害繁殖等一系列影响储粮稳定性的问题，加速储粮品质劣变。因此为储粮营造良好的储藏环境，是使粮食安全度夏的重要措施之一。

其中尤以利用空调来控温仓温的方法较为经济、适用。空调安装简单，一次性投资少，使用成本也低，使用空调制冷对粮食无污染，不影响周围环境，符合绿色储粮要求。在能耗方面，空调配置时须满足单位制冷量的要求，不加剧空调负荷；同时粮堆在冬季通风时使形成冷心，空调控温时中心低温会对仓温进行“冷补偿”，从而在一定程度上降低空调的能耗。