夏佐強

(成都錦沅廣智科技有限公司，四川 成都 610300)

溫度是影響糧食品質(zhì)的主要因素，低溫儲藏可延緩糧食品質(zhì)陳化，減少干物質(zhì)損耗，抑制蟲害及霉變，保持糧食新鮮品質(zhì)[1-3]。有研究表明，糧食低溫儲藏以15℃為臨界線，在15℃以下，絕大多數(shù)害蟲無法繁殖，最有利于糧食品質(zhì)保鮮。低溫儲藏技術(shù)是全世界公認的安全、有效的綠色保質(zhì)儲糧技術(shù)[4-5]。

目前國內(nèi)低溫儲糧技術(shù)大多停留在以谷冷機降溫為主，利用空調(diào)設(shè)備控制糧堆表層空間溫度，使糧堆平均溫度低于15℃，表層空間溫度維持在20℃以內(nèi)，基本能實現(xiàn)準(zhǔn)低溫儲糧。當(dāng)夏季側(cè)壁傳熱使糧堆平均溫度高于15℃時，再利用谷冷機進行1～2次補冷，對于保溫性能較差的舊倉房往往需要進行倉房保溫改造，以降低儲藏能耗。結(jié)合目前使用情況，如果全倉各點溫度不能完全控制在15℃以下，由于局部糧食溫度較高而沒有得到有效降溫，當(dāng)害蟲達到有效積溫就能繁殖[6]，從而危害整倉糧食安全，因此在糧食保管期內(nèi)還需進行熏蒸殺蟲，只是相對減少熏蒸次數(shù)，無法完全實現(xiàn)低溫免熏蒸。要實現(xiàn)低溫免熏蒸，就需將糧堆整體溫度降至15℃以下，即局部高溫點也控制在15℃以內(nèi)，這就需要更高效的方式解決局部高溫難道，使整倉溫度均勻維持在15℃，才能將整體能耗降低，否則采用傳統(tǒng)谷冷機技術(shù)來解決局部高溫問題勢必造成很大能源浪費，且長時間低溫除濕會造成更多水分流失。

對于解決糧堆局部高溫問題，已有許多實際操作[7]，如通過在側(cè)壁增加橫向通風(fēng)管網(wǎng)，夏季利用空調(diào)控溫設(shè)備解決側(cè)壁傳熱問題，可將局部高溫點控制到18℃左右，基本實現(xiàn)低溫儲藏，但通風(fēng)管網(wǎng)改造施工難度較高，且整體能耗過高，不便于大面積推廣使用。

采用內(nèi)環(huán)流結(jié)合制冷技術(shù)可使整倉糧溫均勻，減少水分流失，其優(yōu)點是充分利用冬季自然冷源，降低制冷能耗，國內(nèi)有許多相關(guān)的實驗研究和適用性探索[8-12]，但依然不能完全實現(xiàn)低溫，只能將糧溫控制在20℃以上，基本實現(xiàn)準(zhǔn)低溫，其主要問題是沒有高效解決局部通風(fēng)難題，只有一種通風(fēng)模式不能將局部產(chǎn)生的熱量快速帶走。同時對使用地區(qū)氣候條件及倉房保溫要求較高，不能普遍推廣使用。為此，我們研究了一種包括多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)、精準(zhǔn)通風(fēng)系統(tǒng)、多功能儲糧機和智能控制系統(tǒng)的綠色免熏蒸低溫儲糧系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)原理及組成

1.1 系統(tǒng)原理

傳統(tǒng)谷冷低溫儲糧是在地面或側(cè)壁鋪設(shè)地上籠通風(fēng)道，利用倉外移動式谷冷機輸入冷風(fēng)對整倉糧堆進行通風(fēng)降溫，由于墻體傳熱、門窗滲透以及雜質(zhì)等原因，使得糧倉內(nèi)各區(qū)域糧食溫度難以均勻，而傳統(tǒng)的地上籠布置方式無法解決通風(fēng)死角以及實現(xiàn)局部強化通風(fēng)等問題，要維持低溫環(huán)境就需采用其他方式降低局部高溫點，如采用谷冷機對整倉進行通風(fēng)降溫勢必造成較大的能源浪費，最終因為局部高溫產(chǎn)生蟲害而不得不進行整倉熏蒸殺蟲。

綠色免熏蒸低溫儲糧系統(tǒng)通過在原有地上籠通風(fēng)體系增加通風(fēng)管網(wǎng)與控制模塊，特別是墻體四周及大門通風(fēng)薄弱部位，將倉房分成多個獨立的通風(fēng)單元及控溫區(qū)域，并在糧倉通風(fēng)薄弱部位增加布置糧情傳感器感知糧食溫濕度狀態(tài)參數(shù)，利用多功能控溫機組提供冷源，抵消外界傳熱及糧食自身呼吸熱，解決局部通風(fēng)降溫難題。同時可對倉內(nèi)濕度及氣體成分進行調(diào)節(jié)，通過倉內(nèi)多參數(shù)糧情傳感器反饋，自動實現(xiàn)相應(yīng)通風(fēng)單元和制冷機組動作和模式切換，高效實現(xiàn)整倉糧溫均勻保持在15℃以內(nèi)，有效抑制蟲害，最大保持糧食新鮮品質(zhì)，達到綠色免熏蒸低溫儲糧目的。

1.2 系統(tǒng)組成

綠色免熏蒸低溫儲糧系統(tǒng)包括多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)、精準(zhǔn)通風(fēng)系統(tǒng)、多功能儲糧機和智能控制系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 綠色免熏蒸低溫儲糧系統(tǒng)組成示意圖

其中，多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)可對糧堆內(nèi)部糧食水分、蟲害、空氣溫度與空氣相對濕度進行在線檢測，以及倉內(nèi)表層空間和倉外空氣溫濕度檢測，為智能控制系統(tǒng)提供糧情感知及判斷依據(jù)。

精準(zhǔn)通風(fēng)系統(tǒng)主要在現(xiàn)有平房倉或筒倉通風(fēng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行整體加密和分區(qū)控制，通過改變通風(fēng)道布局方式，充分利用原有糧庫地上籠通風(fēng)道，主要在四周側(cè)壁、墻角及大門等區(qū)域增加通風(fēng)道布置，分區(qū)增設(shè)精準(zhǔn)通風(fēng)控制單元，每個通風(fēng)單元可單獨定點精準(zhǔn)通風(fēng)控制，解決局部定點通風(fēng)問題。

多功能儲糧機為整個系統(tǒng)提供冷源，具有糧堆表層空間及糧堆整體內(nèi)部控溫控濕能力，配合精準(zhǔn)通風(fēng)系統(tǒng)，可實現(xiàn)對糧堆局部精準(zhǔn)通風(fēng)降溫，或整倉糧堆通風(fēng)降溫功能，同時具有機械通風(fēng)及定溫定濕通風(fēng)功能，為糧堆冬季蓄冷通風(fēng)、內(nèi)環(huán)流通風(fēng)及緩蘇出庫調(diào)質(zhì)通風(fēng)提供多種功能選擇。機組冷源形式有風(fēng)冷、淺層地能及蒸發(fā)冷等多種選擇，其中風(fēng)冷結(jié)構(gòu)形式簡單，性價比高，設(shè)備成本低，淺層地能及蒸發(fā)冷具有較大節(jié)能優(yōu)勢。

智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)對整個糧堆安全儲藏提供專家決策，通過多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)反饋，準(zhǔn)確判斷糧倉進行何種通風(fēng)需求，如是否進行局部精準(zhǔn)通風(fēng)或整倉通風(fēng)或冬季蓄冷通風(fēng)等，自動對相應(yīng)精準(zhǔn)通風(fēng)控制單元風(fēng)閥進行調(diào)節(jié)，并對多功能儲糧機組運行參數(shù)進行控制及功能模式選擇，當(dāng)糧堆達到安全儲藏所設(shè)定的參數(shù)時自動停止相關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)整倉或局部糧堆通風(fēng)需求。根據(jù)糧庫運行條件需求，智能控制系統(tǒng)可實現(xiàn)自動節(jié)能控制和手動控制兩種模式，并能實現(xiàn)遠程操控。自動節(jié)能模式只需設(shè)置低溫儲糧相應(yīng)主要參數(shù)，如溫濕度等，系統(tǒng)自動實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備及執(zhí)行機構(gòu)運行，并實時顯示相關(guān)設(shè)備及糧食狀態(tài)參數(shù)。手動控制模式可實現(xiàn)糧庫工作人員依據(jù)糧情檢測情況，人為對精準(zhǔn)通風(fēng)系統(tǒng)或多功能儲糧機進行相應(yīng)功能的啟?？刂?，實現(xiàn)對設(shè)備使用靈活控制。如在入糧階段，由于糧食經(jīng)過烘干后糧溫相對較高，且入倉時間較長，如在此期間不進行通風(fēng)降溫，容易引起品質(zhì)變化，同時由于糧食覆蓋通風(fēng)管網(wǎng)情況不確定，以及缺少相應(yīng)糧情參數(shù)在線感知條件，此時需要人為開啟低溫設(shè)備以及相應(yīng)覆蓋糧堆所對應(yīng)的通風(fēng)區(qū)域通風(fēng)控制，實現(xiàn)糧食入倉過程邊進糧邊降溫，較少后續(xù)大功率谷冷機整倉進行初始降溫需求，降低能耗同時保持糧食新鮮品質(zhì)及防止蟲害發(fā)生。

2 系統(tǒng)的特點

2.1 實現(xiàn)整倉各點15℃低溫儲糧

在糧食低溫儲藏過程中，由于夏季維護結(jié)構(gòu)傳熱及糧堆內(nèi)部雜質(zhì)分布不均等將引起局部糧溫升高。當(dāng)倉內(nèi)多參數(shù)糧情傳感器檢測到局部糧溫超過15℃時，智能控制柜中的PLC控制器首先對精準(zhǔn)通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)道進行調(diào)節(jié)，判斷高溫點所對應(yīng)通風(fēng)區(qū)域，并打開相應(yīng)控制區(qū)域?qū)?yīng)的精準(zhǔn)通風(fēng)控制單元風(fēng)閥組件，同時關(guān)閉其他區(qū)域?qū)?yīng)的風(fēng)閥組件，精準(zhǔn)通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整到位后多功能儲糧機開始運行制冷模式，機組產(chǎn)生的低溫空氣通過精準(zhǔn)通風(fēng)系統(tǒng)分配到所需通風(fēng)區(qū)域，低溫空氣至下而上通過局部高溫區(qū)域糧堆進行降溫，溫度回升后的空氣再由糧堆上層空間經(jīng)風(fēng)道回到多功能儲糧機，當(dāng)倉內(nèi)多參數(shù)糧情傳感器反饋溫度到達低溫設(shè)定值后，設(shè)備進入待機模式，待溫度回升或其他區(qū)域產(chǎn)生高溫點后再啟動設(shè)備，以此循環(huán)，使整倉糧堆維持低溫15℃以內(nèi)，實現(xiàn)綠色低溫儲糧。

2.2 節(jié)能增效

由于采用精準(zhǔn)通風(fēng)管網(wǎng)布置和通風(fēng)單元控制，機組提供的冷空氣可高效集中通過所需通風(fēng)降溫區(qū)域，對其他無需通風(fēng)降溫區(qū)域糧堆影響較小，理論上所配多功能儲糧機冷量只需滿足抵消倉體維護結(jié)構(gòu)傳熱、門窗滲透熱量以及糧食自身呼吸產(chǎn)生熱量，即可維持糧堆低溫儲藏環(huán)境。對比傳統(tǒng)采用谷冷機對整倉糧堆進行降溫通風(fēng)，消耗大量的電能用于無需通風(fēng)區(qū)域的糧堆再降溫，使得要實現(xiàn)低溫儲糧需要付出較大能耗。同時，利用多功能儲糧機冬季通風(fēng)模式可充分利用秋冬自然冷源，對糧堆進行蓄冷通風(fēng)，當(dāng)溫度回升時可優(yōu)先采用糧堆所蓄冷量實現(xiàn)整倉均溫，當(dāng)整倉溫度超過15℃時，再啟用制冷模式進行補冷，最大限度降低儲藏能耗，高效節(jié)能實現(xiàn)綠色低溫儲糧。同時利用多功能儲糧機控濕功能，可實現(xiàn)糧堆水分調(diào)節(jié)，降低糧食水分損失，減少干物質(zhì)損耗，提高糧食保管單位經(jīng)濟收益。

2.3 實現(xiàn)邊進糧邊降溫

現(xiàn)有糧倉通風(fēng)管網(wǎng)無法解決入糧階段通風(fēng)降溫需求，必須等到通風(fēng)管網(wǎng)完全覆蓋以后才能進行降溫，在高溫季節(jié)入糧時由于糧食溫度不能較快降下來，使得糧食品質(zhì)變差，即使后續(xù)通過低溫保鮮手段延緩品質(zhì)變差也無法達到最佳品質(zhì)。如新糧入倉階段，需對經(jīng)烘干后較高溫度糧食進行通風(fēng)降溫處理，防止糧食入倉階段糧堆內(nèi)部積熱導(dǎo)致蟲害與結(jié)露等引起糧食品質(zhì)變化。由于糧食覆蓋地面通風(fēng)道情況不同，以及倉內(nèi)糧情傳感器需等糧食入倉完成后才能進行布置，缺少入糧階段糧食參數(shù)感知條件，此時需手動進行入倉糧食通風(fēng)降溫，通過人員對已覆蓋糧堆區(qū)域精準(zhǔn)通風(fēng)支風(fēng)道判斷，對相關(guān)區(qū)域風(fēng)閥進行通斷控制，防止送入倉內(nèi)低溫空氣通過其他未覆蓋區(qū)域流走，開啟多功能儲糧機選擇新風(fēng)降溫功能模式，將室外新鮮空氣經(jīng)過制冷機組處理后送入糧倉，對已覆蓋糧堆區(qū)域?qū)崿F(xiàn)定向降溫，提高糧堆降溫效果，滿足糧食邊進糧邊降溫需求，限度保持糧食新鮮品質(zhì)，解決入倉階段通風(fēng)降溫問題。

3 應(yīng)用實例及效果

以下結(jié)合江蘇南京龍?zhí)稁?號倉實倉測試結(jié)果，驗證綠色免熏蒸低溫儲糧系統(tǒng)使用效果及限制條件。

3.1 應(yīng)用情況

江蘇南京龍?zhí)稁?號倉于2021年7月6日完成小麥入糧工作，入倉小麥水分12.2%、雜質(zhì)0.8%，總儲量5 131.7 t。配套使用4臺多功能儲糧機，機組額定制冷量15 kW，制冷功率7 kW。實驗倉精準(zhǔn)通風(fēng)系統(tǒng)管網(wǎng)布置如圖2所示，多功能儲糧機整倉送風(fēng)口連接到倉體通風(fēng)口處，對小麥進行初始降溫和局部降溫實驗。

圖2 實驗倉精準(zhǔn)通風(fēng)布置平面圖

由于入糧溫度較高，平均溫度超過30℃，初始采用糧庫原有4臺谷冷機進行整倉快速降溫，通風(fēng)360 h后整倉平均溫度降至20.2℃。由于谷冷機能耗較高且回風(fēng)低于20℃機組有結(jié)冰現(xiàn)象，故后續(xù)采用所配4臺多功能儲糧機進行整倉降溫，整倉降溫通風(fēng)865 h后整倉平均溫度降至13.4℃，局部最高溫度19.5℃，高溫點主要分布在四周墻壁附近，故調(diào)整通風(fēng)模式為側(cè)壁通風(fēng)模式，即打開精準(zhǔn)通風(fēng)系統(tǒng)對應(yīng)側(cè)壁通風(fēng)道控制單元，關(guān)閉中間其他風(fēng)道支路，使多功能儲糧機產(chǎn)生的冷量集中供給四周側(cè)壁對應(yīng)糧堆。通風(fēng)380 h，局部最高溫度降至15.6℃，整倉平均溫度為11.3℃，通風(fēng)降溫階段完成。降溫完成后由于室外天氣已經(jīng)轉(zhuǎn)冷，整倉各點溫度趨于穩(wěn)定，無需再進行通風(fēng)。后續(xù)結(jié)合冬季通風(fēng)進行蓄冷，充分利用自然冷源將糧堆溫度降低至5～10℃，待氣溫回升后首先利用多功能機組內(nèi)循環(huán)通風(fēng)模式，結(jié)合精準(zhǔn)通風(fēng)系統(tǒng)，利用糧堆冬季所蓄冷量解決四周傳熱引起的局部溫度回升，當(dāng)整倉平均溫度高于設(shè)定值時，開啟制冷模式，對糧堆進行補冷，帶走維護結(jié)構(gòu)及門窗傳入熱量，使整倉各點溫度維持在15℃。

通過精準(zhǔn)通風(fēng)系統(tǒng)對側(cè)壁高溫點進行準(zhǔn)確降溫后，超過16℃點位共計0個，低溫保證率100%。由于來糧溫度較高及可能帶有蟲卵，在初始降溫階段對蟲糧篩檢，雖然有少量害蟲，但符合國家標(biāo)準(zhǔn)基本無蟲糧等級[13]，未進行熏蒸殺蟲，后續(xù)整倉溫度均勻降低后害蟲數(shù)量逐步降低，說明低溫對蟲害繁殖產(chǎn)生抑制作用，半年內(nèi)測試結(jié)果到達免熏蒸效果。

降溫期間谷冷機耗電量為43 504 kW·h，多功能儲糧機耗電量為27 067 kW·h，以電費價格1.0元/(kW·h)計，3年保管期內(nèi)低溫儲藏預(yù)估年平均能耗7～8元/(t·a)。

3.2 使用限制

對于高溫季節(jié)入糧，由于糧食本身溫度較高，如入倉時間短，采用多功能儲糧機進行邊進糧邊降溫尚不能將糧溫降低至安全儲藏溫度范圍時，還需大功率谷冷機配合進行整倉降溫，將高溫糧堆快速降低至準(zhǔn)低溫狀態(tài)，防止入糧期間由于糧溫過高引起蟲害發(fā)生及品質(zhì)較大變化。

4 結(jié)論及展望

采用綠色免熏蒸低溫儲糧系統(tǒng)可實現(xiàn)整倉糧溫保持著均勻15℃以內(nèi)，高效節(jié)能，解決了局部控溫難題，使綠色低溫儲糧自動化、智能化。綠色免熏蒸低溫儲糧技術(shù)的實際應(yīng)用，可為國家“優(yōu)糧優(yōu)儲”提供技術(shù)應(yīng)用途徑，服務(wù)糧食產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，實現(xiàn)更高水平保障糧食安全，促進綠色低溫儲糧技術(shù)應(yīng)用進步和倉儲功效升級、提質(zhì)增效。