多级控温冷却技术在谷物冷却机组中的应用

温素珍，袁杰，金阿龙，金贤松，麻林海，刘斌斌，戴陈渲

（浙江青风环境股份有限公司，浙江 丽水 323000）

0 引言

近年来，关于利用控温冷却实现粮食安全存储保障的研究显著增多，而不同于传统高温晾晒粮食方式的是，谷物控温冷却技术能够进一步加强对于虫害等问题的控制，有利于保障粮食干燥和粮食品质。因此，设计一种基于多级控温冷却工艺的谷物冷却机组，不仅具有较广的湿度与温度调节范围，同时也能针对粮食储仓内的送风量和送冷量进行调节，实现对于仓储温度的精确化调节，保障仓储粮食时刻处于最佳存储环境之下。

1 研究背景及意义

1.1 研究背景

现阶段，粮食安全存储问题已经成为世界性难题。根据联合国粮农组织调查统计，全世界范围内每年因霉变、虫害等问题所致的粮食损失达到粮食总产量的8%，这一现象在我国更加严重，究其原因，主要与现有相对落后的粮食存储技术和不完善的粮食仓储管理机制有关。在此基础上，如何进一步提高粮食存储安全，是当前我国粮食产业发展面临的关键问题。对此，通过研究发现，完善的仓房及配套设施、先进的储藏保管技术以及科学的仓储管理机制是确保粮食存储安全的决定性要素，而设计一套有效的储藏保管工艺，是保障粮食存储安全的基础前提[1]。

1.2 研究意义

我国是产粮大国，也是粮食消费大国，因此粮食存储工作既关系到军需民事，更影响到社会的稳定及国家的安全。其中，习近平总书记在吉林省考察时指出，应把保障粮食安全放在突出位置，毫不放松抓好粮食生产，转变农业发展方式，确保“手中有粮、心中不慌”。此外，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员龙飞表示，粮食安全是经济社会稳定发展的重要基础，做好粮食存储工作，其关键在于藏粮于地、藏粮于技，由此可见，提高对于粮食存储技术的研究应用。此外，根据国家统计局数据，2020年我国全国夏粮总产量达14281万吨，同比2019年增长120.8万吨，这说明我国粮食规模呈上升趋势，因此，做好粮食存储管理，是我国粮食产业持续发展的重要保障。

2 技术介绍及应用优势分析

2.1 传统粮食储藏方式与谷物冷却技术对比

针对传统粮食储藏方式，多依托自然通风、倒仓、药物熏蒸等方式实现谷物储藏管理，而在储藏过程中，因水分减少、虫害、霉变等问题，每年所造成的粮食损失高达粮食总产量的1%～3%，这意味着每亿斤容量的粮库损失将要达到数百万元。在此基础上，谷物冷却机组利用冷负压通风降温，能够充分利用粮堆自身“冷心”，在结合仓顶轴流风机排热、谷物干燥冷却机通风口补充冷源的基础上使粮堆形成负压，从而控制与平衡粮堆的上层温度，解决“冷心、热皮”所致的粮堆发热点，一方面避免粮堆内部的水分转移、分层、结露和异味，另一方面控制虫害在粮仓内的发展，最终使粮仓内的粮食达到“三高”（高品质、高营养、高效益）和“三低”（低损耗、低污染、低成本）的存储要求，并确保粮食存储的安全性与稳定性[2]。

此外，相比于传统粮食储藏方式，谷物冷却技术的成本更低，其成本估算对比如表1。

表1 传统粮食储藏方式与谷物冷却技术的成本估算对比

2.2 低温储藏技术分析

不同于传统晾晒粮食所采用的高温储粮方式，低温储藏是现阶段粮食储藏的关键所在[3]，我国对于低温储藏技术的研究相对较早，而根据美国普渡大学农业和生物工程系教授Dirk Mailer的研究，可将低温储藏对于粮食储藏的优势分为以下几点：①低温储藏有利于粮食干燥。根据实验，冷却可使粮食的干燥能力提高至少50%，这意味着用于粮食干燥的费用将显著降低，同时，冷却能够调节粮食籽粒间的水分分布，在保持粮堆内部水分均匀的基础上提高粮食的存储寿命。而应注意的是，低温储藏使得传统粮食晾晒所必需的高温脱水环节不再必需，这大大减少了粮食存储的人力成本，有利于提高粮食储藏的经济效益。②低温储藏有利于控制虫害问题。研究发现，当粮食温度控制在10～18℃时，大多数昆虫均会进入休眠状态而停止生长繁殖，这意味着传统粮食储藏所存在的药物熏蒸工艺将得到省略，不仅可提高对于虫害问题的控制效果，同时也能避免粮食污染，保障粮食的安全性。③低温储藏有利于避免倒仓。在低温储藏状态下，粮食内部籽粒自然呼吸，但其新陈代谢活动将得到明显减缓，这使得干物质的损失量显著减少，不再需要通过倒仓以排除废弃物，能够显著降低粮食存储管理的人力成本，提高经济效益。④低温储藏有利于抑制粉尘。由于低温储藏使得倒仓不再必须，避免了粮食粉尘的出现。同时，由于减少倒仓环节和熏蒸环节，且消除了粮食粉尘，使得粮仓内部工人的健康与安全得到保障，避免了其他安全问题的出现。⑤低温储藏有利于减少霉变损失。通过对粮堆温度的精确控制，使得粮堆内部的含水率保持在稳定状态，有利于控制霉菌繁殖。⑥低温储藏有利于避免凝露现象。当环境温度较低时，粮仓内部壁面及顶面会逐渐变冷，中间的暖气流会上升至仓顶并沿壁面下降，这使得粮仓内壁及顶面会出现凝露问题，而当凝露水滴入外层谷物时，容易导致谷物腐烂，在此基础上，通过应用低温储藏方式，能够将环境温度控制在最佳状态，既可避免凝露问题出现，又能够保证粮食的营养品质和新鲜度。

2.3 多级控温谷物冷却技术分析

对于多级控温冷却技术视角下的谷物冷却机组（如图1），其能够连续为粮仓提供所需温度的冷空气，实现对于玉米、稻子、小麦等谷物的低温储藏，保障谷物的存储新鲜度，减少谷物存储损失，提升粮食储藏的经济效益和社会效益。其中，该技术的核心工艺包括：①多级控温冷却技术。该技术具有比原有冷却机组更低的出风温度，能够实现对于大规模粮仓的大温差供冷。②机组变频离心风机。利用该工艺，增大出风风量，提高送风风压，实现对于送风管理的变频处理，满足不同粮仓、不同谷物、不同储藏环境的送风需求。③冷却系统叠加。该技术将单机工作与双机工作进行整合，能够实现分段容量调节，满足不同储藏环境下的谷物存储需求，同时由于可自由调节机组，能够有效降低机组能耗。④采用先进的热气旁通阀，提高送风湿度的精准度。⑤机组控制系统。借助由PLC自主编程的机组控制系统，实现±0.5℃的精确控温[4]。

图1 多级控温谷物冷却机组

3 技术应用指标分析

针对多级控温谷物冷却机组，主要针对新进入库粮、局部发热粮、整仓高温粮进行局部或整仓冷却处理，其主要技术应用指标如表2。

表2 多级控温谷物冷却机组的技术应用指标

4 技术应用成果

通过应用多级控温谷物冷却机组，达到了以下粮食存储管理效果：其一，该技术整合利用多级控温技术与变频调节系统，能够提供更低的出风温度，在实现大温差供冷和大规模冷却的同时满足不同粮仓、不同谷物、不同控温环境的冷却需求，同时，系统所具有的变频调节功能能够实现不同时间段的温控管理，可有效降低系统能耗，提高系统经济效益；其二，该技术采用热气旁通调温调湿技术，能够实现对于送风相对湿度的精确控制。此外，在应用该冷却机组后，产品COP达到2.91，单位功率送风量达到200（m³/h）/kW，满足国家《谷物冷却机》（GB/T18835-2002）的规定要求，能够在实际应用中发挥重要作用，具有广阔的应用前景[5]。

5 结语

综上，粮食存储问题关系到我国社会稳定及国家安全，通过应用多级控温谷物冷却机组，显著提升粮食存储安全，有助于降低虫害等粮食存储问题，减少粮食存储成本，提高粮食存储经济效益，推动粮食产业的稳定持续发展。