控温储粮技术现状及发展趋势

张学亮 姜懿珊 王乃东 王福彬 张强 南小江 刘霞

摘要：粮食是维持人们生活的重要物质基础。随着生活质量的提高， 人们对储粮安全和粮食品质的要求同步提升， 绿色环保是保证安全的前提下的进阶要求。控温储粮是粮食储后数量与质量安全的重要手段，因其绿色、高效、安全的特点，在储粮减损保值方面发挥着重要作用。文章介绍了仓房保温隔热、机械通风降温、内环流控温储粮、机械控温以及空调制冷等常用控温储粮技术的发展现状和主要技术特点，并对粮食控温储藏技术的发展趋势进行了展望。

关键词：控温；粮食储藏；技术现状；发展趋势

中图分类号：S379.2 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20210520

控温储粮是指根据储粮地区气温、湿度等特点，依靠仓房围护结构的隔热防护设施，通过自然或机械降温、控温措施使得粮堆温度长期维持在较低的水平，抑制虫霉发生和粮食自身的呼吸代谢，从而达到降低粮食损耗、实现保鲜储粮的目的[1]。控温储粮技术不仅可稳定储粮粮情，降低储粮费用，更重要的是能保持粮食品质，抑制虫霉生长，减少药剂使用，不仅可实现绿色储粮，还可提高企业的经济与社会效益，是当前最为安全、可靠、合理和最为符合环保要求的储粮手段。本文主要综述几种目前常用的控温储粮技术，评价其储粮减损保质的成效，并展望我国粮食控温储藏技术的趋势。

1 控温储粮技术现状

1.1 仓房改造保温隔热控温技术

粮仓隔热保冷是粮食储藏达标的关键。由于我国已有仓房大部分整体结构隔热性较差，很难维持北方冬季蓄冷量度夏或增加南方制冷机组的运行时间和开机次数，最终导致费用增多。目前国内常用的保温隔热方法有以下几类。

1.1.1 墙体隔热改造

目前常见粮仓墙体结构层有砖砌体墙、SP板墙、压型钢板墙、现浇混凝土墙、预制混凝土墙等，当粮食的堆积高度增加，粮仓的侧壁压力逐渐增加，且会趋于定值，出现粮仓效应。粮仓本身的隔热是粮仓温度控制的关键，针对此问题，诸多学者提出对粮仓墙体采用双层外墙，并在外墙内侧使用保温隔热材料，在保证粮仓坚固的同时有效控制内外温差，避免结露和返潮。为保证粮仓坚固度，墙体结构层对应的厚度为250～500 mm；墙体保温层可分为聚苯板保温层[导热系数一般小于0.042 W/（m·K），25 ℃]、挤塑板保温层[导热系数一般小于0.030 W/（m·K），25 ℃]、膨胀珍珠岩水泥板保温层[导热系数一般小于0.055 W/（m·K），25 ℃]、聚氨酯保温层[导热系数一般小于0.020 W/（m·K），25 ℃]等，导热系数越小，保温效果越好。保温材料因其本身带有非常多的密闭小孔，其中的空气、惰性气体传热具有慢导性，因此受外界温度变化影响较小，可达到保温的效果。

除使用保温材料之外，还可在高温侧防潮层大面积涂刷阻热材料，类似聚氨酯、空心玻璃微珠、合成树脂、改性树脂、太阳能阻隔剂等。此类本身具有防潮、阻热、反射和辐射性能，可反射、辐射产生热量的各种射线（可见光、红外线），隔绝水蒸气，并有效减缓粮仓温度随热源辐射的上升。

1.1.2 仓顶架空隔热层

对于高大平房仓等仓型，仓顶传热是导致夏季仓内温度及表层粮食温度上升的主要原因。因此，在仓顶与仓内空间之间留出吊顶层，是目前普遍采用的一种仓顶保温方式。为进一步提高保温性能，还可在吊顶层中设置防潮层和隔热层，在仓顶外部涂刷隔热性能涂料、配备喷淋降温设备、平房仓下弦板保温改造等措施。

1.1.3 门、窗和孔洞保温

低温储粮时，仓房的门、窗和孔洞很易造成冷量流失，因此，其气密保温改造是控温储藏的关键之一。选用导热系数小、容重小的隔热材料来改造，并且在门框、通风洞、窗户外沿包裹嵌入橡胶密封条保持其密封性。

1.2 机械通风降温技术

冬季低温，是北方地区储粮宝贵的天然冷源。机械通风降温是指使用通风机或通风管道系统将自然冷空气送入粮堆，可以调节温度、控制水分、抑制微生物生长。但因机械通风降温技术利用的是天然冷源，易受气候条件、地理位置的影响。一般在初冬，气温下降的时候使用该技术，采用强力通风冷却效果优于自然降温。机械通风降温要根据实际情况选择风机和布局通风管网，尽可能减少送风死角，达到最佳通风效果，实现不同粮层、不同部位粮堆均温。冬季应根据当地气候特点、仓房具体性能和储藏粮食类型，确定通风指数，采用分阶段降温通风手段、间歇式通风或小功率通风方式，充分发挥天然低温的作用，让粮温呈阶梯式降低，减少粮食水分非必要散失。

华祝田等[2]在连云港港口國家粮食储备库进行机械通风降温试验，当地为海洋性气候，夏季最高温度可达40 ℃，试验中先通过自然冷源通风降温，再通过7.5 kW离心风机或3.5 kW混流风机进行机械通风，达到目标温度后，停止作业，全程间歇通风。该试验在减少粮温变化、控制害虫发生、保持粮食品质方面均取得较好效果，实现年平均粮温基本处于15 ℃以下。周祥[3]利用小型轴流风机通风降低仓库粮堆温度，确定通风降温时机，选择在大气湿度80%、粮堆均温比大气温度高8～10 ℃时开始通风，通过分析粮食温度和风机能耗情况，发现小功率风机不会显著性降低粮食水分，适合于需降温通风的粮食。张来林等[4]对不同风道分配器的通风阻力进行对比，发现表观风速越快，风阻越大，与分配器样式关系较小。

1.3 内环流控温技术

随着科技储粮技术的迭代更新，内环流控温技术因其出色的控温能力、简便的操作方式、具有竞争力的低价格而被广泛应用。该技术通过环流风机将冬季通风后粮堆保存的大量冷源，输送到表面高温粮层及其他高温区域，达到降低粮仓积热的目的。王洋等[5]对中央储备粮新乡直属库的储粮仓房实施保温隔热改造结合内环流控温技术，实现夏季试验仓房的粮温变化在 13.2～18.4 ℃，显著低于对照仓房的粮温15.5～23.8 ℃，有效解决了仓内储粮“热皮冷芯”问题；同时，试验仓内湿度为22.4%～35.3%，对照仓内湿度43.9%～56.7%，表明内环流控温技术可显著降低仓内湿度，有效避免了由于内外温度差易造成的表层粮食结露和周边粮食挂壁问题。除此之外，由于内环流控温技术应用过程中粮仓属于封闭环境，与外界环境没有湿热交换，因此粮堆水分不易流失的同时还能吸附高湿气体，利于粮食保水。张美丽等[6]发现利用内环流技术对于害虫防治方面，低温低湿的储粮环境能够有效抑制储粮害虫生长和繁殖，从而减少化学药熏蒸的次数，达到安全储粮、绿色储粮和减损储粮的目的。

1.4 机械制冷控温技术

20世纪50年代起德国开始关于谷物冷却机的研究，1958年已投入工业化生产。1998年，我国规划建设仓容250亿kg的中央直属粮库，使用国外已经普遍使用的谷物冷却机。国家粮食局原计划从国外进口400台，每台就要120万元，这在当时是一笔不小的开销。国家机械工业局得知这个消息后，经过一年的试验，自主研发、完成了谷物冷却剂的国产化工作，造出了“争气机”，振兴了民族工业[7]。时至今日，谷物冷却机历经各类粮种、多种气候条件的考验，仍在使用之中。谷物冷却机的使用不受气候条件制约，可按需设置机器参数，有效低温安全储粮，同时降低了谷物水分损失。谷物冷却机控温技术常用于水稻、玉米、大豆等易受温度影响的粮食。经过多年的生产实践，谷物冷却机逐渐被我囯的粮食储藏行业认同，特别适合温度、湿度较高的地区，广受用户欢迎。

刘国金等[8]在广西壮族自治区柳州粮食储备库进行试验，当地夏季粮食入库时环境温度高，为解决玉米入库粮温较高的问题，使用额定制冷量85 kW、额定风量5 500 m3/h的谷物冷却机降温148 h，将玉米上层粮温由25.8 ℃降至18.9 ℃，层粮温由22.9 ℃降至16.2 ℃，整仓平均粮温由24.3 ℃降至17.6 ℃，降温幅度达6.7 ℃；总用电量为7 252 kW·h，电费为5 221元，吨粮耗电量为1.42 kW·h/t，吨粮降温成本为1.02元/t。通过机械通风均湿降温处理后，及时将粮仓进行密闭保温处理，可延缓玉米品质劣变，延长夏季玉米储藏期。

1.5 空调制冷

在四季温差显著的北方地区，可借用自然低温或使用机械通风为粮库降温。但在夏季温度高的南方则需要补冷作业。粮食降温除使用专业的谷物机械制冷机外，也可以用常用的空调制冷机降温，使用方便，操作简单，而且可快速降低粮堆上层空间温度。然而，传统室外空调悬挂机组以及出风口温度较低易引起结露、湿度升高，在进行熏蒸时还需要额外对仓内机组进行保护。近年，出现了粮库专用新型空调，可将空调冷风直接通过送风管输入粮仓内，控制粮堆表面温度，并可按需设置出风口温湿度，防止粮堆表面结露，综合提升储粮效果。

周涛等[9]在湖南开慧高大平房仓研究了粮食储藏专用空调制冷技术对稻谷温度、水分、脂肪酸值等指标的影响，结果显示粮食储藏专用空调能在湿热气候延缓仓温升高，在温度设置为 25 ℃时，粮堆均温可达到准低温水平。粮堆保持在准低温水平下，能一定程度保水，延缓粮食黄变、陈化。

1.6 新型制冷机组制冷

谷物制冷机和空调的制冷效果很好，但因其耗电量大，导致成本较高，难以推广应用。近年来，新型制冷机组应运而生，如地下水水冷制冷机组、地表水水冷制冷机组、浅层地能制冷机组等，其中浅层地能制冷机组已在多地投入使用。浅层地能制冷机组进行粮库降温，相比谷物冷却机节能30%～40%[10]。浅层地能是指利用热交换系统将低温冷源通过循环水等载体输送至地源热泵机组的冷凝端，利用热泵机组将冷量置换至蒸发端，再通过连接蒸发端的循环水管路将置换到的冷量通过风机输送至粮堆，实现粮堆降温[11]。

王平坪等[12]在中央储备粮荆门直属库开展了利用浅层地能的夏季空调降温粮仓试验，试验仓在熏蒸作业时将空调停止运转，粮堆表面温度高达22.7 ℃，但在空调正常运转时粮堆表面平均温度全年低于 20 ℃。可见，在湖北地区采用浅层地能的夏季空调降温粮仓效果显著，既能控制倉温、缓慢降低粮堆表面温度，将超高大平房仓粮温稳定在低温水平、将普通平房仓粮温稳定在准低温水平，又能保证粮食的品质。

2 存在的问题及建议

2.1 仓房改造保温隔热控温技术

仓房的保温隔热问题是对粮食进行控温储藏的关键，更是基础。选取日射吸收低的涂料。做好门、窗的防护工作，防止外界热量渗入。选用相应的保温材料，运用热工分析保温层的厚度，进行改造。从储粮的源头基础设施控制粮温，才能保证其他设施设备最大程度地发挥作用。

2.2 机械通风降温技术

储粮机械通风技术作为一项新技术，在储粮行业广泛应用，其特点为成本低、见效快、效果显著、操作易上手等。可用于新粮入仓的平衡通风、冬季的冷却通风、夏季的排积热通风、冷芯粮的均温通风。在操作时要注重风网布置、风机选用、通风时机选择、通风均匀性的检测。

2.3 内环流控温技术

内环流控温技术应用在夏季高温的粮库，保障储存粮食的品质，实现安全、绿色储粮。该技术操作简单，成本低，工作强度小，还能改善工作环境，一举多得，性价比较高。

2.4 机械制冷控温技术

谷冷机人为操作，可以确保粮堆长期处于低温，使用时不受自然气候条件的限制，能最大程度避免粮食呼吸和虫、霉所带来的危害，可以不用或少用化学药剂延缓粮食劣变，保证粮食安全。但谷冷机停机后不久，温度很快回升，因此能耗过大，降温成本较高。使用谷冷机就更需注意仓房的隔热保温性能，科学安排运行时段。

2.5 空调制冷

空调相对于其他储量手段耗电量高，空调控温主要应用在南方，并且适用于玉米、大豆、稻谷等难储粮种。除此之外，空调降温还易导致上层粮食水分散失，加重粮食出库损耗。如何做到既能有效控温，又能减少水分损失、节约能源，还需要进一步探索。

2.6 新型制冷机组制冷

浅层地能资源清洁、环保、来源广阔，初投资低，运行能耗少，作为低温储粮的新冷源具有显著优势。浅层地能表层控温储粮系统是一项技术成熟的、值得大规模推广的储粮技术。

3 控温储粮技术发展趋势

温度是储藏保鲜的关键，准低温储粮是生态储粮的主要措施[13]。随着我国粮食生产力的不断提高和一代代科技工作者的贡献，我国粮食产业取得了举世瞩目的成绩。经多年实践证明，合适的控温储粮技术具有一定的可行性、实用性、先进性。但控温储粮技术目前仍然存在诸多问题：第一，控温储粮基础性研究有待深入，不同地区、不同粮种和品种最佳的温度、湿度阈值对于开发控温储藏技术极为重要；第二，经济的降温技术是控温储粮的基础，地源热泵、太阳能、风能等新技术已有相应的基础，其应用可有效降低降温费用；第三，综合应用技术将是未来发展的趋势，例如外层保温涂层结合机械降温等。钻研符合我国国情的控温储粮技术和经济运行模式，将有广泛应用市场。

未來，人们对储粮安全、粮食品质等方面的要求还将进一步提升，如何在保证粮食安全的基础上做到绿色储粮、高效储粮、智慧储粮，并将研究成果应用在田间地头将是控温储粮的发展趋势。

参 考 文 献

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[5] 王洋，李长明，刘中超，等.内环流技术对高大平房仓储粮的控温效果研究[J].现代食品，2019（20）：5-9+15.

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[13] 宋立新，周亚豪，姜立均.空调控温准低温储粮技术探讨[J].粮食科技与经济，2020，45（5）：60-62. Current Situation and Development Tendency of Temperature Control Grain Storage Technology

Zhang Xueliang1， Jiang Yishan2， Wang Naidong3， Wang Fubin3， Zhang Qiang3， Nan Xiaojiang1， Liu Xia2

（ 1.Tianjin Jizhou District Food Industry Development Service Center， Tianjin 301900； 2. School of Food Science and Engineering， Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300457； 3.Tianjin Jizhou District Shangcang Grain Purchase and Marketing Company， Tianjin 301906 ）

Abstract： Food is an important material basis for maintaining people’s livelihood. With the improvement of the quality of life， people’s requirements for the safety and quality of stored grain are improving simultaneously. Green environmental protection is an advanced requirement under the premise of ensuring safety. Temperaturecontrolled grain storage is an important means of grain quantity and quality safety after storage. Because of its green， efficient and safe characteristics， stored grain plays an important role in reducing loss and maintaining value. This paper introduces the development status and main technical characteristics of common temperature controlled grain storage technologies such as thermal insulation， mechanical ventilation and cooling， internal circulation temperature controlled grain storage， mechanical temperature control and air conditioning refrigeration， and prospects the development trend of grain temperature controlled grain storage technology in the future.

Key words： temperature control， food storage， technology status， the development trend