控温储粮技术探索与实践*

金建德 盛林霞 刘林生 刘益云 林 涛 高艺书 余永红 陈福明

(浙江省粮食局直属粮油储备库 311112)

温度作为储粮生态系统中重要的非生物因子，对储粮稳定性有着很大影响。低温不仅能降低粮食的呼吸强度，延缓粮食品质劣变，还可抑制害虫的种群发展，甚至致其死亡[1]。控温储粮主要是采取系列措施，控制储粮温度长时间处于相对较低温度状态，通过抑制粮食的呼吸作用、抑制粮堆害虫的生物活性等[2]，保护储粮生态，提高储粮稳定性，实现绿色储粮。我库地处第五储粮生态区，年平均气温16℃左右，高温季节平均温度32℃左右，本文立足我库储粮实际，讨论总结了多年来控温储粮的探索实践和应用研究。

1 隔热控温

隔热控温技术是基于对粮食“冷心”的保护而采取的一系列隔热保温措施，包括仓房基础改造、地坪隔热、仓顶隔热处理及粮面隔热压盖等。

1.1 结构改造

我库建于1996年，多为拱板包装仓，仓房尺寸54 m×18 m，檐口高度7 m，仓壁墙体为240 mm 一砖墙，屋顶为预应力钢筋砼拱版屋盖，地坪为堆载预压沉降稳定后再做永久地坪，整体防潮、隔热、气密性能等较差。为此，我库结合包改散项目对仓房进行了升级改造。

墙体及地坪改造：采用内加固挡土墙式，按小麦堆高5.0 m进行内加固变载面钢筋砼墙(厚度150 mm～350 mm)，地坪整体浇筑钢筋砼进行处理，以提高墙体抗侧压力和地坪承载力；钢筋砼挡粮墙采用锚杆静压桩加固，待钢筋砼挡粮墙浇筑完后开始施工，钢筋砼墙与原有墙体间设30 mm厚挤塑板保温层，外墙的外露柱采用120 mm厚的砖砌体做平。内墙堆粮线下粘贴聚氨酯保温板，进行隔热一体化改造，经测试改造后仓房的平均粮温随气温的增长幅度亦较对照仓房偏低1℃～2℃。

仓顶改造：铲除仓内顶上的粉刷层直至拱板砼结构层，先对拱板与山墙连接处和拱板间裂缝进行密封处理，用专用胶水将PEF板粘贴仓顶。

门窗改造：采用优质粮仓专用保温密闭门窗，更换原有的木质门窗。减少窗户数量，将原有南面的两扇大门密封，留向阳的一侧窗户由原来的4个调整为3个。此外，在仓库大门及检查门内侧安装保温密闭门，通风孔洞用圆柱形隔热珍珠棉密闭隔热，同时在窗框内侧制作安装中间夹有隔热材料的内墙隔热保温窗。

经改造后仓房墙体传热系数大大降低(经测试传热系数为0.37 W/m2·K)，气密性-300 Pa→-150 Pa半衰期从(40～70)s提升至(200～320)s，隔热密闭性能大幅提升。

1.2 太阳能光伏屋顶

将太阳能光伏跨界应用到粮食行业，通过在仓房拱形屋顶上安装“人”字形光伏方阵钢构支架，铺设单晶硅光伏陶瓷瓦片，形成一个完整的封闭式太阳能光伏建筑屋顶，采用屋顶26.57°倾角南偏西+6°安装方式，14列28行。仓房改造后隔热控温效果显著提升，其中改造仓隔热层温度、仓温、上层粮温分别较对照仓分别低12℃～14℃、6℃～8℃、2℃～3℃。同时对仓房进行建筑太阳能光电一体化改造，实现了仓房屋面资源充分利用，获得廉价清洁能源(发电量为40000 kW·h/年·仓)，为我库节能控温储粮和打造“零能耗”粮库奠定坚实基础。

2 通风控温

通风控温是利用自然冷源或粮堆自身冷源，通过气体交换或循环达到排出积热、控制温度的目的。

2.1 自然通风

夏秋季节，仓温或表层粮温明显高于外温，适时开窗通风，及时排除仓内积热，降低仓温和表层粮温。

2.2 机械通风

冬季利用自然冷源进行通风，降低粮堆温度。春季温度回升前，采用均温补冷技术延缓粮温回升，夏季高温进行膜下环流通风，将粮堆内蓄集的冷源与粮堆表皮在夏季形成的积热进行交换，均衡粮堆各部位温度，以最小能耗达到控温目的。

2.3 横向通风

2014年，我库率先将横向通风技术用于储粮实践，先后进行了一系列的探索和实践。横向风网系统平面图见图1，在我库的P21号仓和P22号仓进行平房仓横向与竖向通风系统的降温效果研究，结果见表1，发现横向通风系统的单位空气降温速率是竖向通风的1.3倍，通风均匀性为77.45%，优于竖向通风系统的55.57%。

表1 横竖向通风效果对比

图1 横向风网系统平面图

3 制冷控温

制冷控温技术是利用外界冷源，结合通风技术，达到换气降温的目的。常用的有谷物冷却机制冷、空调制冷设备等。

3.1 谷物冷却

基于我库横向通风储粮实际，从制冷时机、制冷方式、风道风网选择或设计等方面着手，对不同的谷冷工艺进行了探索和分析。一是在负压分体谷冷时，采取直冲直排模式，气温较高时，很难获取较低温度冷源(谷冷机进风温度31℃时，出风温度为14℃)，降温效率低；二是采用循环模式时，回风阻力大，出风温度降至0℃，存在结露隐患；三是冷源部分回收负压分体谷冷模式，通过分配谷冷机的进风，排风风机的风量，则可达到理想的效果。经过测试，目前，单位能耗为0.36 kW·h/(℃·t)。

3.2 智能控温

我库的智能型制冷温控系统主要是在通风降温、隔热密闭、排除积热等基础上，通过温度探头连接智控装置启闭温控机，增加了控时装置，错峰对粮堆空间温度进行调节，对比二者均能达到准低温储粮目的。选择我库P8号仓为试验仓，P5号仓为对照仓，通过使用智能温控设备，两仓最高粮温均从7月初的22℃～23℃上升到8月底的24℃～25℃，之后开始下降，变化趋势基本相同。此外，试验仓费用减少657.6元/仓，吨粮费用减少0.53元，节约费用达30%，有效实现了节能控温储粮。

3.3 基于横向风网的智能控温

将智能温控设备出风口与横向风网的支风道连接，使较低温度空气通过支风道、主风道并向四周粮堆扩散，有效控制仓房四周粮堆热皮温度，保持粮堆冷心。此外，在原有横向通风仓风网系统的基础上，通过在储粮仓房山墙加装机械制冷设备和送、回风管道，进而将四周靠墙体部位粮温控制在相对较低范围内，更好确保准低温储粮效果。具体布设情况见图2。

图2 基于横向风网的智能温控管道布设情况

4 新型控温技术探索

4.1 多维立体动态控温储粮

多维立体动态控温储粮是综合利用太阳能光伏发电项目、双层架空隔热层排积热、仓顶粘贴PEF板、仓内空间智能温控、粮面压盖等技术手段控制仓温及粮堆上层温度，结合“多维立体动态控温储粮技术”将制冷设备通过风网系统与粮堆连接成闭合回路，通过开展多种形式的膜下微环流冷却通风，控制或均匀降低“热皮”温度，通过粮堆四周控温，建立动态隔热屏障，达到控温或局部降温的目的。制冷风网与控温管路布置见图3。在采用温控设备控制上层粮温的基础上，将温控设备产生的低温空气通过基于横向风网的“五面控温”系统输入粮堆，形成内部循环，控制粮堆四周“热皮”温度，解决粮堆“最后1 m温度”控制难点。试验结果见图4，可知试验仓降温效果较对照仓低1℃～2℃，基本实现预期目标。

图3 多维立体动态控温管路布置图

图4 多维立体动态控温情况

4.2 辐射制冷控温

辐射制冷[3]是利用红外辐射“大气窗口”波段(8 μm～13 μm)，将地表上的物体与温度很低的外太空之间进行辐射换热，从而达到一定的制冷效果，通过发射该波段不被大气吸收的红外线，搭设一个高效热量输送通道，将地表物体热量通过红外电磁波持续传递至外太空低温冷源，实现零耗能、24 h不间断制冷，而不消耗电力。我库选择P26号仓为试验仓，P25号为对照仓，进行该技术的应用试验。在卷材屋顶铺设丁基胶型辐射制冷卷材，结构见图5，对墙体金属门窗采用反射型辐射制冷膜综合应用。据厂家数据，选用的辐射制冷膜应用在金属门、窗上，辐射制冷功率达到150 W/m2以上，大气窗口发射率达到92%；辐射制冷卷材与PVC卷材比较，辐射制冷功率强劲，降温效果显著，对比原有PVC卷材表面温度下降可达30℃～35℃，见图6。经过几个月的试验，发现该材料降温效果显著，在我库所处的储粮生态区，夏季典型高温40℃条件下，可将仓顶外层温度降低25℃～30℃，拱板层内温度降低20℃左右，仓温降低5℃左右，有望在不耗能或少量耗能的情况下实现平均粮温20℃，局部粮温不超过25℃的准低温储粮。

图5 丁基胶型辐射制冷卷材产品结构示意图

图6 2018年12月18日辐射制冷卷材与普通PVC卷材温降对比

5 讨论和展望

我库从仓房的结构改造隔热控温，将太阳能光伏应用到粮食行业，到横向通风、再到多维立体控温和辐射制冷控温，不断探索新的控温技术和工艺。机械通风控温简单易行且成本低，但效果受自然气候的影响较大，有很大的局限性，谷物冷却机和空调制冷控温虽然能突破气候的限制，但存在水分丢失及运行费用高等问题。单一技术控温存在不同程度的局限。适合各自储粮生态环境的综合控温技术将成为绿色储粮的关键。下一步，我们还将继续加大新型设备、新兴材料应用力度，大胆尝试，守正创新，为储粮技术的发展提供更多实践参考。