項(xiàng)寬寬 吳東亮 張愛強(qiáng) 周小堅(jiān) 簡冠熾 彭燦杰

(1 廣東省儲(chǔ)備糧管理總公司東莞直屬庫 523145)(2 中央儲(chǔ)備糧廈門直屬庫有限公司 361026)

溫度是儲(chǔ)糧生態(tài)系統(tǒng)中重要的非生物因子，對(duì)糧食儲(chǔ)藏的穩(wěn)定具有很大的影響。低溫情況下可以抑制儲(chǔ)糧的呼吸作用與新陳代謝活動(dòng)，提高儲(chǔ)糧穩(wěn)定性，延緩儲(chǔ)糧的劣變速度，保持糧食的新鮮品質(zhì)，還可以在不使用化學(xué)藥劑的情況下抑制蟲霉的孳生。低溫儲(chǔ)藏不僅能實(shí)現(xiàn)安全儲(chǔ)糧的目的，而且還具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)，是糧食行業(yè)比較推崇的一項(xiàng)儲(chǔ)糧技術(shù)。低溫儲(chǔ)糧技術(shù)指使糧堆溫度常年保持在15℃及以下，局部最高糧溫不超過20℃的儲(chǔ)糧技術(shù)。本文主要介紹了我國常用的幾種低溫儲(chǔ)糧技術(shù)在近些年的研究與應(yīng)用，分析了不同低溫儲(chǔ)糧技術(shù)的特點(diǎn)，并展望了未來我國低溫儲(chǔ)糧技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 自然低溫儲(chǔ)藏技術(shù)的研究與應(yīng)用

自然低溫儲(chǔ)藏技術(shù)是一項(xiàng)古老的儲(chǔ)糧技術(shù)，有研究[1]發(fā)現(xiàn)在我國隋唐時(shí)期就有建造地窖，利用地下自然冷源對(duì)糧食進(jìn)行儲(chǔ)藏。自然低溫儲(chǔ)藏技術(shù)主要是利用自然冷源對(duì)糧食降溫和維持糧溫并輔助隔熱保冷的技術(shù)，防止儲(chǔ)糧溫度隨外界氣溫的升高而升高，使糧食在一定時(shí)間內(nèi)處于低溫狀態(tài)。自然低溫儲(chǔ)藏技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于冷源的獲取和倉房的密閉隔熱。因?yàn)槔湓茨芙柚乩憝h(huán)境和氣候條件獲得，如冬季的寒冷空氣、地下淺層低溫以及地下水冷源等，所以自然低溫儲(chǔ)藏技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)節(jié)能、綠色環(huán)保的特點(diǎn)。

自然低溫儲(chǔ)藏技術(shù)在發(fā)展過程中形成了地上自然低溫儲(chǔ)糧、地下自然低溫儲(chǔ)糧以及水下自然低溫儲(chǔ)糧幾種形式，應(yīng)用最廣泛的是地上自然低溫儲(chǔ)糧技術(shù)。在我國北方的冬季，氣溫可以達(dá)到0℃以下，可以選擇在冬季最寒冷的時(shí)期進(jìn)行糧食入倉，這樣可以很大程度上利用冷空氣進(jìn)行低溫儲(chǔ)藏，在儲(chǔ)藏期間打開倉房的門窗和通風(fēng)口，使冷空氣進(jìn)入倉內(nèi)對(duì)儲(chǔ)糧進(jìn)行自然冷卻通風(fēng)，維持儲(chǔ)糧的低溫狀態(tài)。趙興元[2]等人通過對(duì)儲(chǔ)藏稻谷秋冬季自然通風(fēng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在秋冬季采取自然通風(fēng)冷凍降溫，可實(shí)現(xiàn)自然低溫儲(chǔ)糧；王瑞元[3]等人發(fā)現(xiàn)利用北方壩上地區(qū)氣候條件能夠使儲(chǔ)糧常年保持在低溫或準(zhǔn)低溫狀態(tài)，而且在防蟲、防品質(zhì)下降以及抑制蟲霉孳生方面具有顯著的效果。雖然在冬季自然通風(fēng)具有一定的效果，但自然通風(fēng)對(duì)高大糧倉中部或底部的效果并不太明顯，所以通常采取機(jī)械通風(fēng)或者機(jī)械制冷設(shè)備進(jìn)行輔助降溫，如羅家賓[4]等人對(duì)淺圓倉低溫儲(chǔ)糧技術(shù)進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)利用自然冷源結(jié)合機(jī)械制冷低溫儲(chǔ)藏，能使糧堆長期保持在15℃以下，維持儲(chǔ)糧的品質(zhì)穩(wěn)定，還避免使用化學(xué)藥劑，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

地下自然低溫儲(chǔ)糧是利用土層等自然低溫冷源實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)糧低溫儲(chǔ)藏的一種方式。地下的溫度比較穩(wěn)定，地下1 m到地下20 m，被稱為地殼的溫度年變化帶，此溫度帶的溫度變化幅度不大，20 m以下的深度稱為恒溫帶，不受地面氣溫變化影響。地下倉是根據(jù)地形建造的倉型，具有低溫、密閉、隔熱、機(jī)械操作方便、能耗少等特點(diǎn)，科研人員結(jié)合地下倉的特點(diǎn)對(duì)其儲(chǔ)糧技術(shù)進(jìn)行了一系列的探索。楊航柱[5]等以機(jī)械通風(fēng)和自動(dòng)補(bǔ)冷低溫為主，輔以隔熱密閉的地下倉低溫綜合儲(chǔ)糧的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)了地下倉儲(chǔ)糧無污染、無公害、綠色節(jié)能的目的；張祥祥[6]等人研究地下倉通風(fēng)對(duì)糧堆溫度場(chǎng)變化的影響，發(fā)現(xiàn)在相同時(shí)間內(nèi)豎向通風(fēng)比橫向通風(fēng)的降溫效果更好。雖然地下倉具有很多優(yōu)點(diǎn)，但仍有很多的局限性，比如建倉易受地形等自然條件影響，對(duì)防潮具有較高要求，機(jī)械化程度還較低等。

2 機(jī)械通風(fēng)低溫儲(chǔ)藏技術(shù)的研究與應(yīng)用

機(jī)械通風(fēng)低溫儲(chǔ)藏技術(shù)是通過利用機(jī)械風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的壓力差將自然冷源——冷空氣輸入糧層，強(qiáng)行對(duì)糧堆進(jìn)行通風(fēng)降溫，達(dá)到低溫儲(chǔ)藏的目的。機(jī)械通風(fēng)低溫儲(chǔ)藏仍然屬于利用自然冷源的范疇，所以同樣受氣溫條件和季節(jié)性的限制，但不同的是配置了機(jī)械風(fēng)機(jī)和風(fēng)道，因而其降溫效果要優(yōu)于自然低溫儲(chǔ)藏。機(jī)械通風(fēng)不僅能降低糧食的溫度，還能平衡糧食水分，消除糧堆異味，改善糧堆生態(tài)環(huán)境等，從而達(dá)到延緩糧食品質(zhì)劣變、抑制蟲霉孳生的目的。

早在20世紀(jì)50年代，我國便開始進(jìn)行儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用研究，目前的研究主要圍繞節(jié)能和高效來開展，包括風(fēng)機(jī)的選擇、通風(fēng)方式的選擇以及智能化通風(fēng)技術(shù)。

2.1 風(fēng)機(jī)的選擇

風(fēng)機(jī)為儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)提供動(dòng)力，合理的風(fēng)機(jī)選擇能夠在保證通風(fēng)效果的前提下，降低儲(chǔ)存成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)械通風(fēng)設(shè)備根據(jù)原理分為離心式風(fēng)機(jī)和軸流式風(fēng)機(jī)。離心式風(fēng)機(jī)與軸流式風(fēng)機(jī)相比，在同樣的風(fēng)量下風(fēng)機(jī)壓力較高，且能保持相對(duì)穩(wěn)定的風(fēng)速與流量，快速降溫，因此，深層的糧堆一般選擇離心式風(fēng)機(jī)通風(fēng)降溫。但離心式風(fēng)機(jī)的能耗較大，使用成本較高。軸流式風(fēng)機(jī)適合用于儲(chǔ)糧的表面通風(fēng)或中小型糧庫，其功耗低，成本較低。喬?hào)|升[7]等人研究了離心風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)對(duì)淺圓倉的降溫效果和能耗對(duì)比，發(fā)現(xiàn)離心風(fēng)機(jī)的降溫效果優(yōu)于軸流風(fēng)機(jī)，離心風(fēng)機(jī)通風(fēng)的倉房噸糧電費(fèi)為0.71元/t，軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)的倉房噸糧電費(fèi)為0.32元/t。因?yàn)閮煞N風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)不同，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇，對(duì)于需要快速降溫的儲(chǔ)糧可以使用離心風(fēng)機(jī)快速降溫，在氣溫較低、通風(fēng)時(shí)間足夠的情形下可以使用軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)降溫。

2.2 通風(fēng)方式的選擇

通風(fēng)方式的選擇對(duì)降溫效果的影響也很大，有研究[8]對(duì)不同糧堆橫向和豎向通風(fēng)的效果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)壓入式送風(fēng)比吸出式送風(fēng)效果好，橫向通風(fēng)比豎向通風(fēng)(大豆例外)效果好，豎向壓入式通風(fēng)比橫向吸出式通風(fēng)效果好。姜俊伊[9]等人在相同儲(chǔ)藏條件下使用橫向和豎向的通風(fēng)方式對(duì)倉房進(jìn)行通風(fēng)，并對(duì)降溫效果分析發(fā)現(xiàn)橫向通風(fēng)系統(tǒng)截面間每米溫度差約為0.25℃，小于豎向通風(fēng)系統(tǒng)中糧堆間每米溫度差約0.49℃，通風(fēng)操作結(jié)束時(shí)，橫向倉整倉平均糧溫為5℃，豎向倉整倉平均糧溫為8℃，橫向通風(fēng)系統(tǒng)具有降溫速度較快、降溫幅度較大、作用效率較高等特點(diǎn)。丁江濤[10]等人使用壓入式、吸出式、壓入與吸出相結(jié)合的通風(fēng)方式進(jìn)行降溫試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，吸出式通風(fēng)對(duì)儲(chǔ)糧進(jìn)行降溫處理，水分流失少；壓入吸出相結(jié)合通風(fēng)在整體降溫方面具有一定優(yōu)勢(shì)；壓入式通風(fēng)對(duì)處理高水分糧效果比較明顯。張?jiān)品錥11]等人對(duì)平房倉橫向與豎向通風(fēng)降溫失水率研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用橫向通風(fēng)系統(tǒng)可以以較低的單位通風(fēng)量達(dá)到較好的降溫保水效果，通風(fēng)失水率、單位能耗低于豎向通風(fēng)。王遠(yuǎn)成[12]等人使用計(jì)算機(jī)流體力學(xué)的方法對(duì)橫向谷冷通風(fēng)過程的數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，橫向通風(fēng)與垂直通風(fēng)相比，橫向通風(fēng)時(shí)糧堆內(nèi)部速度分布均勻、溫度梯度較小，且具有降溫速度快，冷卻效率高的特點(diǎn)。

2.3 智能通風(fēng)技術(shù)

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等智能化信息技術(shù)的發(fā)展，智能化技術(shù)在儲(chǔ)糧通風(fēng)中也得到了研究與應(yīng)用，極大地提高了工作效率，與傳統(tǒng)機(jī)械通風(fēng)技術(shù)相比具有降溫效果好、能耗低、勞動(dòng)強(qiáng)度低的優(yōu)點(diǎn)。智能通風(fēng)技術(shù)通過布置多個(gè)傳感器來獲取儲(chǔ)糧的糧情數(shù)據(jù)，然后根據(jù)儲(chǔ)糧知識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動(dòng)判斷是否通風(fēng)或者通風(fēng)類型[13]，來達(dá)到智能化通風(fēng)的目的。李文泉[14]等人研究了智能通風(fēng)技術(shù)在儲(chǔ)存大豆的淺圓倉中的應(yīng)用效果，并與傳統(tǒng)的機(jī)械通風(fēng)效果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)智能通風(fēng)技術(shù)可充分地均衡糧溫，能夠有效地控制倉溫、糧溫，而且還具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。羅智洪[15]等人研究了智能通風(fēng)技術(shù)在保水降溫通風(fēng)中的實(shí)踐應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)智能通風(fēng)系統(tǒng)能準(zhǔn)確捕捉通風(fēng)時(shí)機(jī)，避免無效通風(fēng)和有害通風(fēng)的發(fā)生，不僅在低耗能的情況下控制內(nèi)外溫差在8℃以內(nèi)，還可以避免儲(chǔ)糧水分大量流失。

3 機(jī)械制冷低溫儲(chǔ)藏技術(shù)的研究與應(yīng)用

機(jī)械制冷低溫儲(chǔ)藏是指利用機(jī)械制冷設(shè)備所產(chǎn)生的冷源來降低糧溫，達(dá)到低溫儲(chǔ)藏的一種技術(shù)。此低溫儲(chǔ)藏技術(shù)是利用人工冷源，因此不受地理位置以及氣候的限制與影響，是儲(chǔ)糧安全度夏的一種有效方法，可以有效解決糧堆發(fā)熱，延緩糧食品質(zhì)劣變，保持糧食的新鮮度。常用的機(jī)械制冷設(shè)備通常有空調(diào)和谷物冷卻機(jī)等。

3.1 空調(diào)制冷低溫儲(chǔ)藏技術(shù)

空調(diào)制冷低溫儲(chǔ)糧技術(shù)主要應(yīng)用于華南地區(qū)及夏季高溫季節(jié)，通過空調(diào)的作用人工制造冷源達(dá)到控制糧溫的目的，空調(diào)制冷低溫儲(chǔ)糧技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)糧的低溫控制，而且還可以控制儲(chǔ)糧的濕度，所以比較適合在南方使用。

傳統(tǒng)的空調(diào)制冷低溫儲(chǔ)糧技術(shù)使用的是民用分體式空調(diào)，但隨著儲(chǔ)糧技術(shù)的發(fā)展，普通民用分體式空調(diào)的不足也逐漸暴露，比如在進(jìn)行熏蒸時(shí)還需要對(duì)倉內(nèi)空調(diào)內(nèi)機(jī)的銅管、換熱器、電路板和排水管等進(jìn)行保護(hù)；無遠(yuǎn)程控制接口，不能實(shí)現(xiàn)與智能化系統(tǒng)的互聯(lián)；在運(yùn)行時(shí)存在除濕結(jié)水作用降低儲(chǔ)糧水分。針對(duì)這些問題研究者改進(jìn)開發(fā)出糧倉專用新型空調(diào)[16]，張杰[17]等人使用糧倉專用空調(diào)對(duì)儲(chǔ)存玉米進(jìn)行控溫發(fā)現(xiàn)，糧倉專用空調(diào)具有安全性高、損耗降低、操作方便、控溫持久等優(yōu)點(diǎn)。盧全祥[18]等人通過對(duì)糧倉專用空調(diào)控溫儲(chǔ)糧進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明糧倉專用空調(diào)控溫效果要優(yōu)于民用分體式空調(diào)，而且糧倉專用空調(diào)的安裝更符合氣調(diào)儲(chǔ)藏的相關(guān)要求。為降低空調(diào)控溫的能耗，賀光輝[19]等人開展利用糧堆的冷心進(jìn)行環(huán)流輔助空調(diào)控溫的技術(shù)研究，不僅實(shí)現(xiàn)了快速有效控制糧食溫度而且降低了能耗。為提高設(shè)備利用率，安曉鵬[20]等人采用移動(dòng)式空調(diào)控溫法，靈活實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，從而減少了投入成本。

空調(diào)制冷低溫儲(chǔ)糧技術(shù)雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其相對(duì)于其他儲(chǔ)糧技術(shù)的耗電量較高，而且還易造成儲(chǔ)糧的水分散失，造成糧食的損耗。為達(dá)到既能有效控制溫度，又能節(jié)約能源降低水分損失，近年來一些新型的空調(diào)被人們開發(fā)與使用，劉東方[21]設(shè)計(jì)了糧倉補(bǔ)空間空調(diào)系統(tǒng)和倉頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，借用太陽能為空調(diào)提供動(dòng)力，具有顯著的節(jié)能減排效益；方志杰[22]等人使用水冷空調(diào)對(duì)低溫儲(chǔ)糧技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)果表明水冷空調(diào)與同樣功率的風(fēng)冷空調(diào)能耗降低27.4%，而且運(yùn)行穩(wěn)定效益明顯；曹景華[23]等人利用蒸發(fā)冷卻空調(diào)進(jìn)行控溫儲(chǔ)糧試驗(yàn)，結(jié)果表明蒸發(fā)冷卻空調(diào)可以對(duì)儲(chǔ)糧有效進(jìn)行降溫，并具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。

3.2 谷物冷卻機(jī)低溫儲(chǔ)藏技術(shù)

谷物冷卻機(jī)低溫儲(chǔ)糧技術(shù)是綜合了機(jī)械通風(fēng)技術(shù)、機(jī)械制冷技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)于一體的儲(chǔ)糧新技術(shù)，是儲(chǔ)糧四項(xiàng)新技術(shù)之一。谷物冷卻機(jī)技術(shù)最早是德國在20世紀(jì)50年代開始研究和應(yīng)用，我國是在21世紀(jì)初開始使用谷物冷卻機(jī)，直到現(xiàn)在因其良好的降溫效果，使用不受地域與氣候條件限制的特點(diǎn)，仍在廣泛使用，谷物冷卻機(jī)低溫儲(chǔ)糧技術(shù)適用于玉米[24]、稻谷[25]、大豆[26]等易受溫度影響的糧食種類。經(jīng)過多年的科學(xué)研究與實(shí)踐應(yīng)用，谷物冷卻機(jī)低溫儲(chǔ)糧技術(shù)在低溫儲(chǔ)糧的優(yōu)勢(shì)受到了我國儲(chǔ)糧企業(yè)的廣泛認(rèn)同，余軍林[27]使用冬季自然通風(fēng)與谷物冷卻機(jī)低溫儲(chǔ)糧技術(shù)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了糧溫常年在20℃以下；劉進(jìn)吉[28]等人使用谷物冷卻機(jī)對(duì)大直徑筒倉進(jìn)行谷冷作業(yè)，有效降低糧堆的溫度，確保儲(chǔ)糧安全度夏。

雖然谷物冷卻機(jī)低溫儲(chǔ)糧技術(shù)具有很好的降溫效果，但其在應(yīng)用過程中的高能耗讓很多企業(yè)望而卻步，這極大限制了谷物冷卻機(jī)在低溫儲(chǔ)糧技術(shù)中的應(yīng)用，為降低能耗廣大研究者與從業(yè)者進(jìn)行了相關(guān)研究，徐玉斌[29]等人對(duì)單冷水源熱泵谷冷機(jī)和風(fēng)冷谷冷機(jī)進(jìn)行分析比較，結(jié)果表明單冷水源熱泵谷冷機(jī)具有能耗低，使用率高、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)；溫素珍[30]等人將多級(jí)控溫冷卻技術(shù)在谷物冷卻機(jī)中應(yīng)用，不僅有效降低了系統(tǒng)能耗，而且可實(shí)現(xiàn)送風(fēng)相對(duì)濕度的精確控制；許海峰[31]對(duì)谷物冷卻機(jī)增設(shè)環(huán)流冷卻系統(tǒng)并進(jìn)行改造，發(fā)現(xiàn)在降溫幅度相同時(shí)噸糧運(yùn)行成本費(fèi)用節(jié)約了46%，與改造前相比單位能耗降低了0.18 kW·h/℃·t；周敏[32]等人利用自主研發(fā)多功能變頻小型倉儲(chǔ)谷物冷卻機(jī)對(duì)庫存玉米進(jìn)行度夏降溫研究，冷卻通風(fēng)77 h，實(shí)現(xiàn)平均降溫15℃，單位能耗為0.12 kW·h/℃·t，為國家規(guī)定的15%，大大節(jié)省了能耗。

4 思考與展望

低溫儲(chǔ)糧是生態(tài)儲(chǔ)糧的重要手段，經(jīng)過多年的實(shí)踐證明，低溫儲(chǔ)糧技術(shù)具有可行性、實(shí)用性，是今后我國糧食儲(chǔ)藏行業(yè)中具有發(fā)展前景的技術(shù)。雖然我國已經(jīng)在低溫儲(chǔ)糧方面取得了巨大的成就，但目前仍存在一些問題：第一，國家還需要出臺(tái)相關(guān)政策進(jìn)一步鼓勵(lì)各地因地制宜，結(jié)合本地的氣候地理?xiàng)l件，積極探索適合當(dāng)?shù)氐牡蜏貎?chǔ)糧技術(shù)；第二，綠色環(huán)保低能耗的儲(chǔ)糧技術(shù)是低溫儲(chǔ)糧發(fā)展的永恒主題，太陽能、風(fēng)能、水源熱泵等新能源技術(shù)已在低溫儲(chǔ)糧技術(shù)中得到應(yīng)用，可有效降低低溫儲(chǔ)糧能耗，但還需進(jìn)一步深入研究更加節(jié)能，效率更高的低溫儲(chǔ)糧技術(shù)；第三，信息化、智能化儲(chǔ)糧技術(shù)是未來低溫儲(chǔ)糧技術(shù)的發(fā)展方向，低溫儲(chǔ)糧技術(shù)的智能化可以大大減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還需要建設(shè)一批符合當(dāng)前和未來發(fā)展的、機(jī)械化程度高的低溫儲(chǔ)糧倉庫，提高我國儲(chǔ)糧技術(shù)的智能化水平。