高溫高濕儲糧區空調控溫儲藏應用研究*

王平坪 陳忠南 王文強 譚達川 李 巖

(1 武漢輕工大學 430023)(2 中央儲備糧漳州直屬庫有限公司 363105)

中央儲備糧漳州直屬庫有限公司地處福建東南沿海地區，屬亞熱帶海洋性季風氣候，年平均降雨量1315 mm，年平均氣溫20.6℃，夏季氣溫高、濕度大、時間長，年平均最高氣溫28℃，夏季最高氣溫達40℃。為解決南方高溫高濕地區玉米、大豆儲糧度夏管理難度大的問題，2008年開始研發和應用倉內環流均衡溫濕度技術，有效解決了玉米、大豆等糧食度夏期間濕熱轉移導致的發霉發熱問題。2013年以來，積極推廣控溫氣調儲糧技術，將空調控溫、氣調儲糧與倉內環流技術結合，探索適合南方高溫高濕地區的科學儲糧新模式。

經過多年的應用研究，空調控溫技術作為實現低溫儲糧的重要方式之一已獲得普遍認可，空調控溫技術在倉溫和表層糧溫的控制以及儲糧品質保質減損方面的作用顯著[1～4]。眾多的報道顯示，稻谷[5～7]、玉米[8～10]、大豆[11]均可通過空調制冷控溫的方式實現安全度夏、延緩品質的變化。本研究通過2017～2019年在漳州庫開展的空調控溫實倉試驗，分析不同倉型中的空調應用效果及其影響因素，為梳理空調控溫與氮氣氣調組合模式在應用中的優點及不足提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗倉房及糧種

試驗倉房包含平房倉和立筒倉兩種倉型，每種倉型的尺寸相同，儲藏的糧食種類有稻谷、小麥和玉米，平房倉采用吊頂及倉壁和屋面的隔熱處理，情況見表1。

表1 倉房基本情況

1.2 空調設備

試驗倉1號倉和12號倉在糧食入庫時倉內，已安裝4臺單冷型掛壁式空調，制冷量：5200 W，2018年空調作業停止后2個試驗倉的空調更換為單冷型分體式壁掛空調，數量仍為4臺，制冷量7260 W。立筒倉601號倉配置1臺直流變頻風管機，制冷量：7200 W。

平房倉南北墻各安裝2臺空調，立筒倉空調安裝在進人孔旁邊頂梁上。

1.3 試驗方法

1.3.1 倉房及糧面的隔熱處理 平房倉安裝菱鎂板吊頂，在倉內壁粘貼PE保溫棉鋁膜板進行保溫隔熱，屋面刷隔熱反射涂料。立筒倉上通廊隔熱，在外露半圓刷隔熱反射涂料，屋面刷隔熱反射涂料。倉房的窗戶及風機口均使用加厚泡沫板及薄膜密封。

平房倉糧面覆蓋PE/PA尼龍共計五層薄膜壓蓋達到氣密和隔熱作用，在糧面四周布置打孔PVC管連接環流熏蒸機實現氮氣倉內環流平衡糧堆表層濕度，防止內結露。

1.3.2 冬季機械通風降溫 利用冬季低溫條件，選擇適宜的通風時機，使用吸出式的通風方式，分階段進行通風降溫，2017年、2018年冬季分別將試驗倉平均糧溫控制在16.4℃和18.6℃以下，為下一年度控溫儲藏蓄冷。

1.3.3 氮氣氣調作業 每年4月開啟制氮設備，向倉房內充氮氣至濃度98%以上。4月～10月為氣調儲糧階段，整個氣調過程中根據氮氣濃度變化情況適時進行補氣，保證氮氣的有效濃度。

1.3.4 夏季空調控溫 12號倉2017年4月入倉后，6月初即開啟空調進行控溫作業。2018年～2019年在1號、12號、601號試驗倉中開展了空調控溫儲藏實倉應用效果研究。2018年在以往空調儲糧應用的經驗基礎上確定了開機時間、開機溫度等參數，2019年根據前一年的應用情況對運行參數進行了調整。試驗倉空調運行參數見表2。

表2 試驗倉2017～2019年空調運行參數

1.3.5 糧情檢測 采用糧情檢測系統對所有供試倉房的溫度變化情況進行全程監測和記錄，測溫布點按照《糧油儲藏技術規范》執行。使用普通溫度計和數顯式溫濕度計對外溫和倉溫進行測定。糧情檢測每周兩次，每次測定選擇8:00～9:00時間段進行，注意觀察各測溫點的數據，出現較多溫度異常點時盡快檢查和更換溫度傳感器，以保證數據的準確性。

2 結果與分析

2.1 空調控溫應用效果分析

2.1.1 平房倉三溫變化分析 12號試驗倉與8號對照倉2017年的三溫變化情況見圖1。從圖1可以看出，試驗倉和對照倉的糧溫變化趨勢一致，呈現表層糧溫>底層糧溫>中上層糧溫>中下層糧溫的規律；試驗倉與對照倉的倉溫在開啟空調前基本一樣，空調啟用后有了明顯的差別，最大溫度差2.8℃；試驗倉新糧入庫后進行了通風降溫處理，因此基礎糧溫低于對照倉，試驗倉新糧第一年度夏的糧溫上升幅度明顯大于對照倉，因啟用空調在一定程度上減緩了升溫幅度，使得試驗倉的表層糧溫雖增幅較大但一直低于對照倉。

圖1 平房倉2017年4月～12月三溫變化曲線

2018年對試驗倉1號倉、12號倉及對照倉8號倉進行了全年的三溫變化情況分析，見圖2。糧堆各層溫度的變化規律與2017年相同。2018年倉溫的變化在空調開啟前基本一致，空調開啟后，對照倉8號倉的倉溫明顯高于試驗倉1號倉和12號倉，最大溫差達5.6℃；2019年3號倉的倉溫無明顯差別。2018年的糧堆溫度變化規律基本一致，為8號倉表層溫度>12號倉表層溫度>1號倉表層溫度，糧堆表層均溫差別明顯，兩個試驗倉的表層均溫在26℃以下，對照倉的表層均溫在28.4℃以下；整倉均溫試驗倉與對照倉的溫差低于0.8℃。

圖2 平房倉2018年三溫變化曲線

2.1.2 立筒倉三溫變化情況 立筒倉的三溫變化情況見圖3。2018年和2019年5月～10月開啟空調期間，試驗倉601號倉的倉溫明顯低于對照倉608號倉，差值范圍3.0℃～5.1℃。試驗倉和對照倉表層均溫的差別在2018年5月～6月比較明顯，溫差約4℃，之后的變化趨勢基本一致，在空調控溫作業期間有細微差別，溫差在0.8℃以下。兩年內糧堆溫度變化規律一致，底層糧溫(12層)的變化幅度最大，其次是表層(1層)，中間層(6、7層)的變化幅度相對較小。開啟空調在一定程度上減緩了夏季表層糧溫的變化幅度，601號倉在啟用空調期間表層糧溫低于底層糧溫，其余時段均高于底層糧溫，對照倉608號倉在8月～9月高溫時期表層糧溫由5月～6月的低于底層糧溫變為高于底層糧溫，且對照倉在2018年12月時還發生了中間層出現高溫點的情況。

圖3 立筒倉2018年～2019年三溫變化曲線

2.1.3 不同糧種的控溫效果比較 在倉型及尺寸、倉房隔熱措施、空調配置相同的條件下，對儲藏不同糧種的平房倉(1號倉稻谷、12號倉玉米)的空調控溫效果進行比較。1號倉和12號倉分別于2017年9月和2017年4月完成儲糧入庫。2017年冬季(2017.10.20～2018.2.8)完成機械通風作業后，兩倉的倉溫、表層均溫及整倉均溫都非常接近且呈現相同的變化趨勢，直至5月空調開機后開始出現明顯的差別(見圖2)。在空調開機溫度及運行模式相同的情況下，1號倉的倉溫及表層均溫在2018年空調運行期間均明顯低于12號倉，6月～8月倉溫的差值范圍在1.5℃～2.5℃。2018年10月分階段機械通風作業后，1號倉和12號倉的倉溫及表層糧溫又逐漸達到相同水平，2019年空調運行期間(5.20～10.16)，兩倉倉溫變化不規律，但12號倉表層均溫及整倉均溫都呈現出高于1號倉的狀態。由此可見，在相同的倉房條件及空調運行條件下，玉米倉的倉溫及表層糧溫要高于稻谷倉。

2.2 空調控溫能耗分析

試驗期間，各試驗倉的空調運行能耗情況見表3。2018年空調運行時開機溫度統一設置為25℃，但在度夏過程中出現了結露現象，2019年對平房倉和立筒倉的空調開機溫度都進行了調整。2018年1號倉和12號倉的日均噸糧電耗分別為0.0168 kW·h/t和0.0124 kW·h/t，2019年將空調開機溫度調至26℃后，1號倉和12號倉的日均噸糧電耗比2018年有所下降，分別為0.0119 kW·h/t和0.0037 kW·h/t。立筒倉受外溫的影響更為突出，因此2019年的空調開機溫度根據實際情況設置為27℃或28℃，在整個空調運行期間，兩倉的日均噸糧電耗分別為0.0082 kW·h/t和0.0040 kW·h/t，開機溫度調高2℃～3℃，運行能耗下降50%。

表3 試驗倉空調運行能耗分析

3 討論與小結

3.1 不同糧食品種空調控溫效果的差異性

不同糧食品種的熱特性和吸附特性等物理性質存在差異，這些性質與空調的控溫效果密切相關[12]。稻谷和玉米相比，玉米粒因胚部占比較大，生命活動更加旺盛，儲藏穩定性比稻谷差。嘉興庫的空調控溫儲藏玉米試驗顯示，將空調溫度設置為22℃～24℃，可將糧堆上層平均糧溫控制在25℃以下[9]。溫州庫的玉米實倉控溫儲藏試驗也表明，空調溫度設定為23℃，并將糧面用礱糠包壓蓋，可以將上層糧溫控制在24℃以下[8]。成都庫空調控溫儲藏稻谷探索中，采用倉溫高于25℃開啟、倉溫低于23℃停用空調的模式，可將糧堆上層均溫控制在22℃以下[3]。長樂庫在空調控溫儲藏稻谷時，將空調溫度設置為22℃，將空調倉的倉溫控制在了24℃以下[13]。已有報道的實倉試驗展現的都是單一糧種的控溫效果，即使是同一儲糧區，因倉型、隔熱措施、空調類型等的差異，無法分析不同糧種空調控溫效果的差異性。

漳州庫的實倉試驗中，在前一年冬季機械通風后稻谷倉和玉米倉糧溫基本相同的情況下，稻谷倉和玉米倉的倉溫及表層糧溫都表現出了差異，2018年和2019年空調運行期間，兩倉的表層糧溫都存在明顯差異，差值范圍在0.5℃～1.8℃。海口庫的實倉試驗也有類似的結果，相同的倉房及空調運行條件下，2018年5～7月玉米倉的表層均溫比稻谷倉高了2℃～3℃，2019年5～7月份玉米倉的表層均溫比稻谷倉高了3℃～4℃(數據尚未發表)。可見，在其他條件相同的情況下，儲糧種類的差異也會導致空調控溫效果的不同。

3.2 空調開機溫度對控溫效果及能耗的影響

在試驗過程中，不同年份的空調開機溫度根據糧情進行了調整。平房倉2017年和2018年空調溫度設置為25℃，2019年提高了1℃，立筒倉則由2018年的25℃調整為2019年的27℃，從三年同期的數據(表4)來看，空調開機溫度的提高并未引起倉溫及表層均溫的顯著變化，平房倉2019年的表層糧溫反而比2018年同期的低，立筒倉因開機溫度提高了2℃，2019年的倉溫及表層糧溫比2018年同期要高。

表4 不同年份試驗倉的倉溫及糧堆表層均溫 (單位：℃)

從空調運行能耗來看，提高了空調開機溫度之后，平房倉和立筒倉的能耗降低了很多，1號倉和12號倉日均噸糧電耗分別下降了29.2%和70.2%，601號倉的日均噸糧電耗下降了51.2%。

綜上所述，在實倉應用中，倉房隔熱條件良好的情況下，第一年度夏使用空調較好地控制了表層糧溫后，第二年適當提高開機溫度既可保證控溫目標的實現，也能達到節能降耗的目的。

3.3 小結

3.3.1 在高溫高濕儲糧區夏季高溫季節開啟空調，可以有效控制倉溫和表層糧溫的上升幅度。平房倉(29 m×42 m)使用4臺制冷量5200 W壁掛式空調可將表層糧溫控制在26℃以下，立筒倉(R12 m、H34.25 m)使用1臺制冷量7200 W變頻風管機可將表層糧溫控制在27℃以下。

3.3.2 立筒倉糧堆底層和表層的溫度變化幅度都比較大，在夏季高溫季節開啟空調，可實現對表層糧溫的控制，使其變化幅度和溫度值低于底層的幅度和溫度。

3.3.3 在相同的倉型和空調運行條件下，稻谷倉的控溫效果優于玉米倉。

3.3.4 空調溫度的設置可根據氣溫的變化及糧情的變化適時做出調整，降低能耗的同時也可防止因糧堆溫差過大導致結露的發生。