陳城煜 鐘天明 丁力行 沈露露 張雪琪

(仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院1，廣州 510225) (廣州市番禺糧食儲備有限公司2，廣州 511455)

溫度是影響糧食儲藏的最主要因素，而我國華南地區(qū)高溫時間長，夏季一般可持續(xù)六個月以上，導(dǎo)致糧食在常溫下極易發(fā)生品質(zhì)劣變甚至發(fā)霉難以安全度夏，另外在高溫條件下害蟲活動更加旺盛，需要時間更長濃度更高的磷化氫熏蒸才能完全抑制蟲害，根據(jù)相關(guān)研究磷化氫熏蒸時間越長會導(dǎo)致其在糧食表面的殘留量越高，而濃度越高則會導(dǎo)致其消散到環(huán)境中的量越高，不符合綠色發(fā)展理念，因此采用控溫措施是糧食安全度夏的必要手段[1-4]。目前糧食儲藏最常用的控溫措施分別是機(jī)械通風(fēng)整倉降溫，谷物冷卻機(jī)整倉降溫，以及空調(diào)表層控溫。其中機(jī)械通風(fēng)整倉降溫能耗最低，一般用于冬季的通風(fēng)蓄冷，為度夏做準(zhǔn)備，由于華南地區(qū)自然冷源不充足，通常只能將平均糧溫降低至13～15 ℃，導(dǎo)致必須在夏季補(bǔ)冷方能將平均糧溫控制在目標(biāo)溫度以內(nèi)[5]。夏季補(bǔ)冷措施主要為谷物冷卻機(jī)整倉降溫以及空調(diào)表層控溫兩種，谷物冷卻機(jī)整倉降溫以及空調(diào)表層控溫能耗均較高，但其控溫方式及效果大有不同，谷物冷卻機(jī)整倉降溫是短時間內(nèi)通過大風(fēng)量將人工冷源自下而上打通糧堆從而使平均糧溫以及倉溫急速下降，而空調(diào)控溫則是通過長時間控制糧堆上方的倉溫來減緩糧堆溫度的升高，因此谷冷整倉降溫的特點(diǎn)是短而急，空調(diào)控溫的特點(diǎn)則是長而緩。目前關(guān)于整倉降溫與空調(diào)控溫的對比研究主要集中在兩種措施單獨(dú)使用的控溫效果以及能耗成本上，需要更深入的研究[6，7]。因此本研究在兩種措施單獨(dú)使用的基礎(chǔ)上增加一組兩種措施相配合的實(shí)驗(yàn)組，另外在控溫效果和能耗成本的基礎(chǔ)上結(jié)合了儲存品質(zhì)變化以及糧食損耗率進(jìn)行綜合對比的分析研究，本研究為華南地區(qū)的控溫儲糧提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)采用糧情監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測倉內(nèi)溫度，環(huán)境溫度以及糧倉溫度。

空調(diào)：采用水源熱泵系統(tǒng)，配套控溫外機(jī)2臺，單臺輸入功率12 kW，名義制冷量48 kW，控溫面積400 m2；控溫內(nèi)機(jī)4臺，單臺輸入功率0.85 kW，名義制冷量24 kW，氣流徑向到達(dá)距離15 m，最低出風(fēng)溫度13.0 ℃，可調(diào)節(jié)出風(fēng)濕度。

谷物冷卻機(jī)：LBW-2J300WYH型谷物冷卻機(jī)2臺，總功率53 kW；

離心風(fēng)機(jī)：75 kW風(fēng)機(jī)；

品質(zhì)檢測相關(guān)儀器及材料：JZDZ-Ⅰ脂肪酸值專用震蕩器；JXFM110錘式旋風(fēng)磨；MSE324S萬分之一天平；DHQ-9003恒溫鼓風(fēng)干燥箱；JSFM-Ⅱ糧食水分磨；DHP-9012電熱恒溫箱。

1.2 實(shí)驗(yàn)倉房基本情況

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)位于廣東廣州番禺港口糧庫，倉房情況如下：

谷冷降溫倉：高大平房倉，尺寸為32 m×29 m×8 m，糧堆高度5.5 m，倉頂采用彩瓦以及巖棉天花吊頂隔熱。

短期空調(diào)倉：高大平房倉，尺寸為32 m×29 m×8 m，糧堆高度5.5 m，倉頂采用彩瓦以及巖棉天花吊頂隔熱。

長期空調(diào)倉：高大平房倉，尺寸為32 m×29 m×8 m，糧堆高度5.5 m，倉頂采用彩瓦以及巖棉天花吊頂隔熱。

三種倉房均儲藏同等規(guī)模的玉米，糧倉中玉米入倉時的質(zhì)量情況列于表1中。

表1 儲糧質(zhì)量情況表

1.3 控溫方法

多次谷冷整倉降溫：谷冷降溫倉在冬季蓄冷后糧堆均溫降至13.0 ℃，隨后進(jìn)行薄膜密閉糧堆熏蒸，6月初揭膜散氣，在6月中后開始采用谷物冷卻機(jī)進(jìn)行整倉降溫，控溫原則為糧堆均溫接近20 ℃時進(jìn)行整倉降溫，將糧堆均溫降低至18 ℃，整個儲藏期間共采用3次整倉降溫，實(shí)現(xiàn)整個儲藏期間糧堆均溫未超過21 ℃。

短期空調(diào)表層控溫配合整倉降溫：短期空調(diào)倉在冬季蓄冷后糧堆均溫降至13.4 ℃，隨后進(jìn)行薄膜密閉糧堆熏蒸，6月初揭膜散氣，在6月份中旬糧堆均溫達(dá)到20 ℃后開啟空調(diào)表層控溫系統(tǒng)，將倉溫控制在23～25 ℃，在8月初糧堆均溫達(dá)到20.8 ℃時進(jìn)行整倉降溫，降至18 ℃，同時繼續(xù)保持空調(diào)控溫以維持倉溫，之后儲藏期間糧堆均溫未超過21 ℃。

長期空調(diào)表層控溫替代整倉降溫：長期空調(diào)倉在冬季蓄冷后糧堆均溫降至13.3 ℃，然后進(jìn)行薄膜密閉糧堆熏蒸，為實(shí)現(xiàn)空調(diào)控溫替代整倉降溫度夏，在3月底提前開啟表層控溫系統(tǒng)減緩糧堆溫度散失，在4至6月將倉溫控制在23 ℃，到了7至8月酷夏期則將倉溫降低至約20 ℃，9至10月氣溫略下降，將倉溫恢復(fù)至23 ℃直至出庫。實(shí)現(xiàn)整個儲藏期間糧堆均溫未超過21 ℃，無需采用整倉降溫。表2為三種控溫方法的具體實(shí)施方案。

表2 整倉降溫與表層控溫對比

糧倉降溫工藝見圖1。

圖1 糧倉降溫工藝示意圖

2 結(jié)果與分析

2.1 控溫效果分析及對比

從圖2中可見谷冷整倉降溫對整體糧溫以及倉溫能夠起到一個在短時間內(nèi)迅速降低的效果，但溫度反彈恢復(fù)也比較明顯，導(dǎo)致溫度波動比較大；而倉溫與環(huán)境溫度的變化在一般情況下是趨于一致的，由于倉頂?shù)母魺嵝Ч麜幸欢ǖ臏笮缘傮w上相差不大，唯有在整倉降溫后的一段時間內(nèi)倉溫會顯著低于環(huán)境溫度；表層溫度變化幅度大于糧芯溫度與平均糧溫，而且平均糧溫與糧芯溫度的變化趨勢較接近[8]。

圖2 谷冷降溫倉全年溫度變化圖

圖3 短期空調(diào)倉全年溫度變化

從圖3中可見在未進(jìn)行空調(diào)控溫前表層溫度與倉內(nèi)溫度以及環(huán)境溫度變化基本趨于一致，平均糧溫與冷芯溫度變化趨勢相差不大，但冷芯溫度相對較平緩；在平均糧溫到達(dá)20 ℃時開啟空調(diào)控溫，開啟后倉溫以及表層溫度明顯低于環(huán)境溫度且逐步下降，冷芯溫度依舊緩慢上升，相對而言變化不大，而平均糧溫變化明顯減緩，與冷芯溫度以及表層溫度逐漸接近；開啟空調(diào)控溫大約45 d后平均糧溫升高至20.8 ℃，此時開啟谷冷整倉降溫，將平均糧溫降低至18 ℃，在空調(diào)控溫的配合下溫度反彈速度與谷冷降溫倉相比明顯減緩，直到出庫前平均糧溫未超過20 ℃。

圖4 長期空調(diào)倉全年溫度變化

從圖4中可見在3月底開啟空調(diào)控溫后倉溫與表層溫度均能夠保持在23 ℃左右，與圖2，圖3相比平均糧溫與冷芯溫度的上升明顯減緩，但仍然會緩慢升高，而在7月初將空調(diào)溫度降低至20 ℃之后，平均糧溫與冷芯溫度幾乎沒有變化，從7月初至9月初平均糧溫僅上升了0.7 ℃，成功在未使用整倉降溫的條件下度過最炎熱的7、8月份，9月初開始將空調(diào)控溫恢復(fù)至23 ℃，節(jié)省能耗，糧堆表層溫度也在短時間內(nèi)隨倉溫恢復(fù)至23 ℃，平均糧溫與冷芯溫度也逐步上升直至出庫，在未使用谷冷整倉降溫的前提下，整個儲藏期間平均糧溫不超過21 ℃，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)表層控溫替代谷冷整倉降溫實(shí)驗(yàn)。

圖5 控溫效果對比圖

從圖5中可以看出三種控溫方法均能使平均糧溫的平均值保持在20 ℃以下，表層平均溫度的平均值保持在25 ℃以下，基本滿足準(zhǔn)低溫儲藏的要求，均能使玉米在華南地區(qū)氣候下安全度夏。從整個夏季來看，谷冷降溫倉的冷芯溫度平均值為最低，其余平均值均為最高，控溫效果較差，這是由于谷冷降溫能夠?qū)⒗淞恐苯哟蛉爰Z堆，從而使冷芯溫度下降，但是由于沒有進(jìn)行空調(diào)控溫，使其表層溫度上升過快，導(dǎo)致其平均糧溫也較快上升，溫度波動較大；而長期空調(diào)倉除了冷芯溫度外的各項(xiàng)平均值均為最低，這是由于該倉在長期空調(diào)的作用下，各項(xiàng)溫度平均值一直維持在準(zhǔn)低溫的水平，故不需要整倉降溫，而空調(diào)控溫只能通過降低表層溫度來延緩冷芯溫度的上升而無法像整倉降溫那樣降低冷芯溫度，故冷芯溫度稍高，但總體控溫效果最好。

2.2 三種控溫方法儲藏效果及能耗對比

從圖6可以看出三個倉的出庫脂肪酸值均在國標(biāo)規(guī)定的宜存范圍內(nèi)(≤65)，儲存效果良好，該脂肪酸值是糧庫各點(diǎn)取樣檢測后的平均值，其中谷冷降溫倉的脂肪酸值提升最高，長期空調(diào)倉的脂肪酸值提升最低，脂肪酸值是體現(xiàn)玉米品質(zhì)的最主要指標(biāo)，脂肪酸值越低則品質(zhì)越好。而脂肪酸值的變化主要與溫度相關(guān)，根據(jù)研究，一般而言溫度越低，玉米脂肪酸值變化越小[10]。因此長時空調(diào)倉的儲藏效果勝于谷冷降溫倉以及短時空調(diào)倉。

圖6 脂肪酸值變化圖

圖7 儲藏水分變化圖

從圖7可以看出采用了整倉降溫的谷冷降溫倉與短期空調(diào)倉減少的水分明顯高于不采用整倉降溫的長期空調(diào)倉，不采用整倉降溫的長期空調(diào)倉水分損失更少，這是因?yàn)榧Z食在儲藏過程中水分的降低主要由溫度及通風(fēng)因素共同作用，溫度較低時的糧食濕熱交換較少，水分減量較緩，溫度較高時糧食濕熱交換更容易進(jìn)行，水分減量較快；當(dāng)進(jìn)行谷冷整倉降溫時，糧堆呼吸中產(chǎn)生的水分與熱量一起排出糧堆，即使調(diào)節(jié)了谷物冷卻機(jī)的濕度，由于風(fēng)壓較高，仍然會使糧粒內(nèi)游離水向外解析，從而使糧堆水分減少，因此采用了整倉降溫的谷冷降溫倉以及短期空調(diào)倉水分損失更多[9]。

圖8 能耗對比圖

由于各倉玉米輪換時間并不一致，因此儲藏時間有所差別，所以對實(shí)際能耗進(jìn)行偏差修正，根據(jù)儲藏時間的差距進(jìn)行能耗估算，最后得出修正后的總能耗。從圖8可以看出谷冷降溫倉與短期空調(diào)倉能耗相差較小，而長期空調(diào)倉能耗明顯較高，長期空調(diào)倉能耗分別為谷冷降溫倉的144%，短期空調(diào)倉的129%；忽略峰谷電價，按0.8元/度電計算，長期空調(diào)倉相比谷冷降溫倉要多交4 950.4元電費(fèi)，相比短期空調(diào)倉要多交3 618.4元電費(fèi)。噸糧費(fèi)用分別為谷冷降溫倉3.09元/t，短期空調(diào)倉3.39元/t，長期空調(diào)倉5.31元/t，分別占總利潤的0.89%，0.91%，1.12%。

2.3 三種控溫方法儲藏經(jīng)濟(jì)性對比

從圖9可以看出糧食損耗為長期空調(diào)倉<短期空調(diào)倉<谷冷降溫倉，谷冷降溫倉損耗最多，長期空調(diào)倉損耗最少。糧食損耗主要有兩方面原因，一方面為自然損耗，由于糧食自身的呼吸作用，糧食在儲藏過程中會消耗干物質(zhì)，導(dǎo)致糧食重量降低，溫度越高糧食呼吸作用則越強(qiáng)，消耗干物質(zhì)亦越多，反之亦然。另一方面為水分損耗，糧食在儲藏過程中水分的降低主要由溫度及通風(fēng)因素共同作用。因?yàn)楣壤浣禍貍}進(jìn)行多次整倉降溫而沒有采用空調(diào)控溫，一方面表層溫度更高導(dǎo)致表層糧食呼吸作用更強(qiáng)消耗干物質(zhì)更多，另一方面進(jìn)行多次整倉降溫使水分損失較多，故其損耗率最高。而短期空調(diào)倉由于采用了80 d空調(diào)控溫配合谷物整倉降溫，使糧堆表層溫度有所降低，故其糧食損耗率低于谷冷降溫倉。而只采用空調(diào)控溫的長期空調(diào)倉采用了207 d空調(diào)控溫取代了谷冷整倉降溫，使表層溫度更低，糧食水分損失更少，故損耗率最低[11]。

圖9 糧食損耗量

圖10 糧食利潤

從圖10可算出長期空調(diào)倉利潤比短期空調(diào)倉多得2.81萬元，比谷冷降溫倉多得7.69萬元，增長的經(jīng)濟(jì)效益顯著多于增長的能耗成本。由于儲存的是飼料用玉米，且三倉的品質(zhì)均滿足國標(biāo)要求屬于宜存級別，故品質(zhì)對價格影響不明顯，三倉售出的單位價格基本相同。所以影響飼料用玉米利潤的因素主要是糧食損耗率，長期空調(diào)倉的利潤更高主要建立在其糧食損耗率更低的基礎(chǔ)上。

3 結(jié)論

三種控溫儲藏模式下的玉米出庫品質(zhì)均符合國標(biāo)要求屬于宜存級別，從原則上講三種控溫方法均可使用。

夏季只采用谷冷整倉降溫的控溫方法雖然也可以使用，但由于沒有使用空調(diào)控溫，從結(jié)果上看，該庫儲藏效果不如其它兩種控溫方法，雖然能耗相對低一點(diǎn)，但實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益反而更差，故不推薦該種控溫方法。

夏季采用短期空調(diào)控溫配合谷冷整倉降溫的方法要好于谷冷降溫倉，由于采用了短期空調(diào)控溫，從結(jié)果上看，其儲藏效果優(yōu)于谷冷降溫倉，除去能耗成本后經(jīng)濟(jì)效益也更高，故該控溫方法優(yōu)于谷冷降溫倉。

夏季采用長期空調(diào)控溫的方法效果最好，從結(jié)果上看，除了能耗較高以外，儲藏效果，經(jīng)濟(jì)效益均優(yōu)于谷冷降溫倉以及短期空調(diào)倉，故采用該控溫方法較佳。

綜上所述，冬季蓄冷過后，高大平房倉在夏季應(yīng)以空調(diào)控溫為主，谷冷整倉降溫更適合作為一種應(yīng)急手段而不是主流措施。