我国低温储粮技术的应用与发展*

项宽宽 吴东亮 张爱强 周小坚 简冠炽 彭灿杰

(1 广东省储备粮管理总公司东莞直属库 523145)(2 中央储备粮厦门直属库有限公司 361026)

温度是储粮生态系统中重要的非生物因子，对粮食储藏的稳定具有很大的影响。低温情况下可以抑制储粮的呼吸作用与新陈代谢活动，提高储粮稳定性，延缓储粮的劣变速度，保持粮食的新鲜品质，还可以在不使用化学药剂的情况下抑制虫霉的孳生。低温储藏不仅能实现安全储粮的目的，而且还具有绿色环保的特点，是粮食行业比较推崇的一项储粮技术。低温储粮技术指使粮堆温度常年保持在15℃及以下，局部最高粮温不超过20℃的储粮技术。本文主要介绍了我国常用的几种低温储粮技术在近些年的研究与应用，分析了不同低温储粮技术的特点，并展望了未来我国低温储粮技术的发展趋势。

1 自然低温储藏技术的研究与应用

自然低温储藏技术是一项古老的储粮技术，有研究[1]发现在我国隋唐时期就有建造地窖，利用地下自然冷源对粮食进行储藏。自然低温储藏技术主要是利用自然冷源对粮食降温和维持粮温并辅助隔热保冷的技术，防止储粮温度随外界气温的升高而升高，使粮食在一定时间内处于低温状态。自然低温储藏技术的关键点在于冷源的获取和仓房的密闭隔热。因为冷源能借助地理环境和气候条件获得，如冬季的寒冷空气、地下浅层低温以及地下水冷源等，所以自然低温储藏技术具有经济节能、绿色环保的特点。

自然低温储藏技术在发展过程中形成了地上自然低温储粮、地下自然低温储粮以及水下自然低温储粮几种形式，应用最广泛的是地上自然低温储粮技术。在我国北方的冬季，气温可以达到0℃以下，可以选择在冬季最寒冷的时期进行粮食入仓，这样可以很大程度上利用冷空气进行低温储藏，在储藏期间打开仓房的门窗和通风口，使冷空气进入仓内对储粮进行自然冷却通风，维持储粮的低温状态。赵兴元[2]等人通过对储藏稻谷秋冬季自然通风试验发现，在秋冬季采取自然通风冷冻降温，可实现自然低温储粮；王瑞元[3]等人发现利用北方坝上地区气候条件能够使储粮常年保持在低温或准低温状态，而且在防虫、防品质下降以及抑制虫霉孳生方面具有显著的效果。虽然在冬季自然通风具有一定的效果，但自然通风对高大粮仓中部或底部的效果并不太明显，所以通常采取机械通风或者机械制冷设备进行辅助降温，如罗家宾[4]等人对浅圆仓低温储粮技术进行探究，发现利用自然冷源结合机械制冷低温储藏，能使粮堆长期保持在15℃以下，维持储粮的品质稳定，还避免使用化学药剂，具有很好的经济效益和社会效益。

地下自然低温储粮是利用土层等自然低温冷源实现储粮低温储藏的一种方式。地下的温度比较稳定，地下1 m到地下20 m，被称为地壳的温度年变化带，此温度带的温度变化幅度不大，20 m以下的深度称为恒温带，不受地面气温变化影响。地下仓是根据地形建造的仓型，具有低温、密闭、隔热、机械操作方便、能耗少等特点，科研人员结合地下仓的特点对其储粮技术进行了一系列的探索。杨航柱[5]等以机械通风和自动补冷低温为主，辅以隔热密闭的地下仓低温综合储粮的技术路线，实现了地下仓储粮无污染、无公害、绿色节能的目的；张祥祥[6]等人研究地下仓通风对粮堆温度场变化的影响，发现在相同时间内竖向通风比横向通风的降温效果更好。虽然地下仓具有很多优点，但仍有很多的局限性，比如建仓易受地形等自然条件影响，对防潮具有较高要求，机械化程度还较低等。

2 机械通风低温储藏技术的研究与应用

机械通风低温储藏技术是通过利用机械风机产生的压力差将自然冷源——冷空气输入粮层，强行对粮堆进行通风降温，达到低温储藏的目的。机械通风低温储藏仍然属于利用自然冷源的范畴，所以同样受气温条件和季节性的限制，但不同的是配置了机械风机和风道，因而其降温效果要优于自然低温储藏。机械通风不仅能降低粮食的温度，还能平衡粮食水分，消除粮堆异味，改善粮堆生态环境等，从而达到延缓粮食品质劣变、抑制虫霉孳生的目的。

早在20世纪50年代，我国便开始进行储粮机械通风技术应用研究，目前的研究主要围绕节能和高效来开展，包括风机的选择、通风方式的选择以及智能化通风技术。

2.1 风机的选择

风机为储粮机械通风提供动力，合理的风机选择能够在保证通风效果的前提下，降低储存成本，提高经济效益。机械通风设备根据原理分为离心式风机和轴流式风机。离心式风机与轴流式风机相比，在同样的风量下风机压力较高，且能保持相对稳定的风速与流量，快速降温，因此，深层的粮堆一般选择离心式风机通风降温。但离心式风机的能耗较大，使用成本较高。轴流式风机适合用于储粮的表面通风或中小型粮库，其功耗低，成本较低。乔东升[7]等人研究了离心风机和轴流风机对浅圆仓的降温效果和能耗对比，发现离心风机的降温效果优于轴流风机，离心风机通风的仓房吨粮电费为0.71元/t，轴流风机通风的仓房吨粮电费为0.32元/t。因为两种风机的特点不同，所以应根据实际情况选择，对于需要快速降温的储粮可以使用离心风机快速降温，在气温较低、通风时间足够的情形下可以使用轴流风机通风降温。

2.2 通风方式的选择

通风方式的选择对降温效果的影响也很大，有研究[8]对不同粮堆横向和竖向通风的效果进行对比，发现压入式送风比吸出式送风效果好，横向通风比竖向通风(大豆例外)效果好，竖向压入式通风比横向吸出式通风效果好。姜俊伊[9]等人在相同储藏条件下使用横向和竖向的通风方式对仓房进行通风，并对降温效果分析发现横向通风系统截面间每米温度差约为0.25℃，小于竖向通风系统中粮堆间每米温度差约0.49℃，通风操作结束时，横向仓整仓平均粮温为5℃，竖向仓整仓平均粮温为8℃，横向通风系统具有降温速度较快、降温幅度较大、作用效率较高等特点。丁江涛[10]等人使用压入式、吸出式、压入与吸出相结合的通风方式进行降温试验发现，吸出式通风对储粮进行降温处理，水分流失少；压入吸出相结合通风在整体降温方面具有一定优势；压入式通风对处理高水分粮效果比较明显。张云峰[11]等人对平房仓横向与竖向通风降温失水率研究结果发现，采用横向通风系统可以以较低的单位通风量达到较好的降温保水效果，通风失水率、单位能耗低于竖向通风。王远成[12]等人使用计算机流体力学的方法对横向谷冷通风过程的数值模拟研究发现，横向通风与垂直通风相比，横向通风时粮堆内部速度分布均匀、温度梯度较小，且具有降温速度快，冷却效率高的特点。

2.3 智能通风技术

近年来，随着计算机技术、智能传感器技术、物联网技术等智能化信息技术的发展，智能化技术在储粮通风中也得到了研究与应用，极大地提高了工作效率，与传统机械通风技术相比具有降温效果好、能耗低、劳动强度低的优点。智能通风技术通过布置多个传感器来获取储粮的粮情数据，然后根据储粮知识和专家经验建立的数学模型对数据进行分析，自动判断是否通风或者通风类型[13]，来达到智能化通风的目的。李文泉[14]等人研究了智能通风技术在储存大豆的浅圆仓中的应用效果，并与传统的机械通风效果进行对比，发现智能通风技术可充分地均衡粮温，能够有效地控制仓温、粮温，而且还具有显著的经济效益。罗智洪[15]等人研究了智能通风技术在保水降温通风中的实践应用，发现智能通风系统能准确捕捉通风时机，避免无效通风和有害通风的发生，不仅在低耗能的情况下控制内外温差在8℃以内，还可以避免储粮水分大量流失。

3 机械制冷低温储藏技术的研究与应用

机械制冷低温储藏是指利用机械制冷设备所产生的冷源来降低粮温，达到低温储藏的一种技术。此低温储藏技术是利用人工冷源，因此不受地理位置以及气候的限制与影响，是储粮安全度夏的一种有效方法，可以有效解决粮堆发热，延缓粮食品质劣变，保持粮食的新鲜度。常用的机械制冷设备通常有空调和谷物冷却机等。

3.1 空调制冷低温储藏技术

空调制冷低温储粮技术主要应用于华南地区及夏季高温季节，通过空调的作用人工制造冷源达到控制粮温的目的，空调制冷低温储粮技术不仅能实现对储粮的低温控制，而且还可以控制储粮的湿度，所以比较适合在南方使用。

传统的空调制冷低温储粮技术使用的是民用分体式空调，但随着储粮技术的发展，普通民用分体式空调的不足也逐渐暴露，比如在进行熏蒸时还需要对仓内空调内机的铜管、换热器、电路板和排水管等进行保护；无远程控制接口，不能实现与智能化系统的互联；在运行时存在除湿结水作用降低储粮水分。针对这些问题研究者改进开发出粮仓专用新型空调[16]，张杰[17]等人使用粮仓专用空调对储存玉米进行控温发现，粮仓专用空调具有安全性高、损耗降低、操作方便、控温持久等优点。卢全祥[18]等人通过对粮仓专用空调控温储粮进行试验，结果表明粮仓专用空调控温效果要优于民用分体式空调，而且粮仓专用空调的安装更符合气调储藏的相关要求。为降低空调控温的能耗，贺光辉[19]等人开展利用粮堆的冷心进行环流辅助空调控温的技术研究，不仅实现了快速有效控制粮食温度而且降低了能耗。为提高设备利用率，安晓鹏[20]等人采用移动式空调控温法，灵活实现了一机多用，从而减少了投入成本。

空调制冷低温储粮技术虽然具有诸多优点，但其相对于其他储粮技术的耗电量较高，而且还易造成储粮的水分散失，造成粮食的损耗。为达到既能有效控制温度，又能节约能源降低水分损失，近年来一些新型的空调被人们开发与使用，刘东方[21]设计了粮仓补空间空调系统和仓顶光伏发电系统，借用太阳能为空调提供动力，具有显著的节能减排效益；方志杰[22]等人使用水冷空调对低温储粮技术进行研究，结果表明水冷空调与同样功率的风冷空调能耗降低27.4%，而且运行稳定效益明显；曹景华[23]等人利用蒸发冷却空调进行控温储粮试验，结果表明蒸发冷却空调可以对储粮有效进行降温，并具有节能环保的特点。

3.2 谷物冷却机低温储藏技术

谷物冷却机低温储粮技术是综合了机械通风技术、机械制冷技术、自动控制技术于一体的储粮新技术，是储粮四项新技术之一。谷物冷却机技术最早是德国在20世纪50年代开始研究和应用，我国是在21世纪初开始使用谷物冷却机，直到现在因其良好的降温效果，使用不受地域与气候条件限制的特点，仍在广泛使用，谷物冷却机低温储粮技术适用于玉米[24]、稻谷[25]、大豆[26]等易受温度影响的粮食种类。经过多年的科学研究与实践应用，谷物冷却机低温储粮技术在低温储粮的优势受到了我国储粮企业的广泛认同，余军林[27]使用冬季自然通风与谷物冷却机低温储粮技术相结合的方式，实现了粮温常年在20℃以下；刘进吉[28]等人使用谷物冷却机对大直径筒仓进行谷冷作业，有效降低粮堆的温度，确保储粮安全度夏。

虽然谷物冷却机低温储粮技术具有很好的降温效果，但其在应用过程中的高能耗让很多企业望而却步，这极大限制了谷物冷却机在低温储粮技术中的应用，为降低能耗广大研究者与从业者进行了相关研究，徐玉斌[29]等人对单冷水源热泵谷冷机和风冷谷冷机进行分析比较，结果表明单冷水源热泵谷冷机具有能耗低，使用率高、运行稳定等优点；温素珍[30]等人将多级控温冷却技术在谷物冷却机中应用，不仅有效降低了系统能耗，而且可实现送风相对湿度的精确控制；许海峰[31]对谷物冷却机增设环流冷却系统并进行改造，发现在降温幅度相同时吨粮运行成本费用节约了46%，与改造前相比单位能耗降低了0.18 kW·h/℃·t；周敏[32]等人利用自主研发多功能变频小型仓储谷物冷却机对库存玉米进行度夏降温研究，冷却通风77 h，实现平均降温15℃，单位能耗为0.12 kW·h/℃·t，为国家规定的15%，大大节省了能耗。

4 思考与展望

低温储粮是生态储粮的重要手段，经过多年的实践证明，低温储粮技术具有可行性、实用性，是今后我国粮食储藏行业中具有发展前景的技术。虽然我国已经在低温储粮方面取得了巨大的成就，但目前仍存在一些问题：第一，国家还需要出台相关政策进一步鼓励各地因地制宜，结合本地的气候地理条件，积极探索适合当地的低温储粮技术；第二，绿色环保低能耗的储粮技术是低温储粮发展的永恒主题，太阳能、风能、水源热泵等新能源技术已在低温储粮技术中得到应用，可有效降低低温储粮能耗，但还需进一步深入研究更加节能，效率更高的低温储粮技术；第三，信息化、智能化储粮技术是未来低温储粮技术的发展方向，低温储粮技术的智能化可以大大减轻工作人员的劳动强度，还需要建设一批符合当前和未来发展的、机械化程度高的低温储粮仓库，提高我国储粮技术的智能化水平。