平房仓稻谷储藏温度检测试验探究

粮温是粮食安全储藏的重要指标，粮食温度过高会导致粮食发热、结露、生霉、生虫及品质劣变等诸多储粮问题。因此，需要研究粮温升高的影响因素及粮温变化规律，以控制粮温升高。近年来，国内外学者开展了小麦、玉米储藏温度、湿度等影响因素及变化规律的基础研究。THORPE[1]利用CFD软件，模拟建立了粮堆湿热传递模型。HAMMAMIA等[2]开展了筒仓内物料的传热数学模型研究。尹君等[3]通过实测粮温数据，研究浅圆仓小麦温湿度场分布。白忠权[4]、潘钰等[5]开展了小麦粮堆内热湿耦合及变化规律研究。王若兰等[6]采用人工加热方法研究了模拟仓内小麦粮堆热量传递及变化规律。王小萌等[7]研究了模拟仓内小麦粮堆霉变和温度场的时空耦合关系。粳稻谷是本地区主要储藏粮食品种，科技人员一般采用隔热密闭、空调控温等方法控制夏季稻谷温度升高，以确保稻谷安全储藏。在粮仓密闭情况下，粮食温度主要受环境温度影响而变化。为掌握稻谷温度的变化规律，本文在铁岭粮食集团直属储备库有限公司P7平房仓储藏的稻谷粮堆中，开展了粮温检测实仓试验。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 仓房及储粮情况

P7仓为平房仓，东西朝向，长54.1 m，宽17.2 m，装粮高度5.1 m，仓顶为人字支架的大型屋面板结构，仓顶内侧喷涂5 cm厚聚氨酯发泡隔热。仓内空间高度1.8～3.0 m，设有18个1.2 m×0.9 m塑钢玻璃窗，夏季用8 cm厚的聚乙烯泡沫板密封所有窗户。仓墙为砖混结构。仓房内安装WPV4型粮情检测系统。仓内储存2019年地产稻谷2 815.9 t，入仓水分14.5%，杂质0.5%。

1.1.2 测试仪表

温湿度记录仪、数显温度计、测温电缆等，测试仪表的性能参数见表1。

表1 主要测试用仪表性能参数表

1.2 方法

1.2.1 空气温湿度检测

应用1台温湿度记录仪自动检测记录仓内空间温湿度，检测间隔1 h，传感器位于粮仓中部粮面上1 m高位置。应用另1台温湿度记录仪自动检测记录仓外大气温湿度，检测间隔1 h。每月从记录仪中读取数据1次，并校核仪表。在仪表电池充电期间或数据读取期间用温湿度检测仪检测环境及仓内空间温湿度。

1.2.2 粮温检测

用数显温度计检测粮仓中部粮堆上层0 m、0.2 m、0.4 m、0.6 m、0.8 m、1.0 m、1.2 m、1.4 m和1.6 m深粮食温度，温度计布置见图1。用数显温度计检测仓壁处粮面下1.0 m深，分别距离仓壁0.03 m、0.10 m、0.20 m、0.30 m、0.40 m、0.50 m、0.70 m、0.90 m、1.10 m、1.30 m和1.50 m处粮食温度，温度计布置见图2。用测温电缆检测靠近墙壁处粮食温度，共6根测温电缆垂直布设在粮堆内，测温电缆依次距离墙壁0.05 m、0.20 m、0.40 m、0.60 m、0.80 m和1.00 m，每根测温电缆布设在粮面下传感器共14个，依次距离粮面0.1 m、0.4 m、0.7 m、1.0 m、1.3 m、1.6 m、1.9 m、2.2 m、2.5 m、2.8 m、3.1 m、3.4 m、3.7 m和4.0 m。每月5日、10日、15日、20日、25日和30日上午8:00—9:00检测并记录粮温数据。

图1 粮仓中部温度计布置图

图2 仓壁处温度计布置图

2 结果与分析

2.1 环境温度、仓内温度变化情况

2.1.1 一年温度变化

选择每月中旬接近当月平均气温的一天，实测环境温度、仓内（空间）平均温度，绘制图3。由图3可知，一年之中，环境温度呈先升后降的变化，1—7月环境温度升高，8—12月环境温度降低，其中1月、12月，环境温度最低，低于-14.1 ℃；6—9月环境温度最高，高于22.1 ℃。仓内温度呈先升后降的变化趋势，1—7月仓内温度升高，8—12月仓内温度降低，其中1月、12月，仓内温度最低，低于-8.6 ℃；6月—9月仓内温度最高，高于22.3 ℃。仓内温度随环境温度同向变化，6—9月环境温度高于仓内温度，平均温度差不超过4.8 ℃；其他月份环境温度低于仓内温度，日平均温度差不超过5.5 ℃。

图3 环境温度、仓内温度变化图

2.1.2 短期温湿度变化

选择开始与结束时环境温湿度相当的日期7月3日，用环境温湿度、仓内温湿度数据绘制曲线，见图4。一天之中，夜间温度低，湿度高，白天温度高，湿度低。0:00—3:00环境温度缓慢降低，环境湿度缓慢升高，3:00—5:00环境温度降至最低值，环境湿度升至最高值；6:00—15:00点环境温度快速升高，环境湿度快速降低，15:00—17:00环境温度升至最高值，环境湿度降到最低值；18:00—0:00环境温度快速降低，环境湿度快速升高。经过计算比对，9:00和20:00的温度和湿度接近一天的平均值。一天之中，仓内温湿度随环境温湿度略有变化，仓内空间温度最低23.0 ℃，最高24.9 ℃；湿度最低55.9%，最高62.0%。仓内空间温度的最高点比环境温度最高点晚2 h左右；最低点比环境温度最低点晚2 h左右。仓内空间湿度受环境湿度影响不明显。

图4 7月3日环境及仓内空间温湿度图

选择阴雨天8月26日，用环境温湿度、仓内温湿度数据绘制曲线，见图5。由图5可知，阴雨天环境湿度大且变化幅度较小，在75.1%～88.3%。环境温度、仓内温湿度变化幅度较小。

图5 8月26日环境及仓内空间温湿度图

选择连续晴天的7月21—25日和11月27—29日，用环境温湿度、仓内温湿度数据绘制曲线，见图6、图7。由图6可知，连续晴天的7月21—25日环境温度、湿度呈现明显的波动状态，波动周期为24 h，温度波动幅度13.8～21.0 ℃，湿度波动幅度25.3%～49.1%；仓内空间温湿度呈现不明显的波动状态，波动周期为24 h；其中，湿度呈现逐步降低的波动状态，湿度从58.3%降到41.9%；温度呈现逐步升高的波动状态，温度从22.8 ℃升到25.4 ℃。

图6 7月21—25日环境及仓内空间温湿度图

由图7可知，11月27—29日环境温度、湿度呈现波动状态，温度波动幅度4.0～5.1 ℃，湿度波动幅度20.6%～22.7%。仓内空间温湿度呈现不明显的波动状态，其中，温度呈现逐步降低的波动状态，温度从-0.9 ℃降到-5.8 ℃。总体上环境温湿度、仓内温湿度晴天的波动幅度比阴天的波动幅度高（不包括阴晴转换天气），夏天的波动幅度比冬天的波动幅度高（不包括明显的降温和升温天气）。

图7 11月27—29日环境及仓内空间温湿度图

以7月3日、8月26日的环境温度与仓内空间温度差值及差值的平均值绘制曲线，见图8。7月3日温差在0.7～9.0 ℃，平均4.1 ℃；8月26日温差在-0.6～4.6 ℃，平均2.1 ℃。温差曲线形状与环境温度曲线形状相似。

图8 7月3日和8月26日环境及仓内空间温差图

2.2 粮温变化

2.2.1 数显温度计检测粮温变化

由图9可知，环境温度、仓内温度、0.0 m深粮温曲线波动比较明显，0.2 m深、0.4 m深粮温略有波动，0.6 m深及更深粮温曲线比较平滑，夏季0.8 m深粮温处于20 ℃以下。各深度粮温都有随环境温度及仓内温度变化的趋势。图10是靠墙1.0 m深粮温曲线图，由图10可知，环境温度、仓内温度、距离墙壁0 m、0.1 m粮温曲线波动比较明显，距离墙壁0.2 m粮温略有波动，距离墙壁0.3 m更远粮温曲线比较平滑。距离墙壁各距离粮温都有随环境温度及仓内温度变化的趋势。

图9 粮堆上层粮温曲线图

图10 靠墙1.0 m深粮温曲线图

2.2.2 测温电缆检测粮温变化

图11～16是测温电缆距离墙壁0.05 m、0.20 m、0.40 m、0.60 m、0.80 m和1.00 m远不同深度粮温曲线图。由图11～16可知，图11～14中曲线比较密集靠近，说明距离墙壁0.6 m厚以内的粮层受墙壁热传递影响明显，而受粮堆深度影响不明显。图15～16曲线比较疏散，说明距离墙壁0.8 m及以上厚粮层受墙壁热传递影响不明显，而受粮堆深度影响明显。

图11 距墙0.05 m远粮温曲线图

图12 距墙0.20 m远粮温曲线图

图14 距墙0.60 m远粮温曲线图

图15 距墙0.80 m远粮温曲线图

图17为距离墙壁1.0 m厚粮食平均粮温曲线图，8月14日平均粮温最高为19.9 ℃，为粮食受墙壁传热影响最明显的日期。用8月14日测温数据绘制靠墙粮温曲线图，见图18，距离墙壁0.6 m后曲线明显发散，距离墙壁0.8 m以上曲线发散不明显。说明距离墙壁0.6m厚粮层受墙壁热传递影响明显，距离墙壁0.8 m及以上厚粮层受墙壁热传递影响不明显。

图17 靠墙1.0 m厚粮食平均粮温曲线图

图18 8月14日靠墙粮温曲线图

图19是5月25日靠墙粮温曲线图，由图19可知，距墙0.05 m粮温较高，且从上到下温差不大，最大温差3.9 ℃。距墙0.2 m、0.4 m、0.6 m粮温依次降低，温差依次增大，最大温差分别达到6.0 ℃、9.0 ℃、11.0 ℃，且从上到下中间温度低，上下温度高，1.3～2.2 m深粮温较低。距墙0.8 m、1.0 m粮温最低，温差最大，最大温差分别达到23.1 ℃、25.2 ℃，且从上到下温度依次降低。可见气温大幅升高时，靠墙粮温上下部位升温速度快，中间部位升温速度慢。

图16 距墙1.00 m远粮温曲线图

图19 5月25日靠墙粮温曲线图

图20是10月30日靠墙粮温曲线图，由图20可知，距墙0.05 m粮温较低，且从上到下温差不大，最大温差3.0 ℃。距墙0.2 m、0.4 m、0.6 m、0.8 m、1.0 m粮温依次升高，温差依次增大，最大温差分别达到5.8 ℃、7.7 ℃、7.9 ℃、9.4 ℃、10.2 ℃，且从上到下中间温度高，上下温度低，0.4～1.6 m深粮温较高。可见气温大幅降低时，靠墙粮温上下部位降温速度快，中间部位降温速度慢。

图20 10月30日靠墙粮温曲线图

3 结论与建议

3.1 结论

（1）一年之中，环境（月平均）温度和仓内（空间月平均）温度呈现先升后降变化，1—7月环境温度和仓内温度升高，8—12月降低，其中1月、12月环境温度最低，环境温度低于-10 ℃，仓内温度低于-8.6 ℃。6—9月环境温度和仓内温度最高，环境温度高于22.1 ℃，仓内温度高于22.3 ℃。仓内温度随环境温度同向变化，6—9月环境温度高于仓内温度，月平均温度差不超过4.8 ℃；其他月份环境温度低于仓内温度，月平均温度差不超过5.5 ℃。

（2）一天之中，环境温度、湿度呈现波动状态，夜间温度低，湿度高，白天温度高，湿度低。3:00—5:00环境温度降至最低值，环境湿度升至最高值；15:00—17:00环境温度升至最高值，环境湿度降到最低值；9:00和20:00的温度和湿度接近一天的平均温度、湿度。

（3）连续晴天的环境温湿度、仓内空间温湿度呈现明显的波动状态，波动周期为24 h。

（4）一天之中，仓内温湿度随环境温湿度略有变化。仓内空间温度的最高点比环境温度最高点晚2 h左右；最低的比环境温度最低的晚2 h左右。仓内空间湿度受环境湿度影响不明显。夏季环境温度与仓内空间温度差值曲线形状与环境温度曲线形状相似。

（5）粮堆上层0.0 m深粮温曲线波动比较明显，0.2 m深、0.4 m深粮温略有波动，0.6 m深及更深粮温曲线比较平滑。各深度粮温都有随环境温度及仓内温度变化的趋势。距离墙壁0 m、0.1 m粮温曲线波动比较明显，距离墙壁0.2 m粮温略有波动，距离墙壁0.3 m更远粮温曲线比较平滑。距离墙壁各距离粮温都有随环境温度及仓内温度变化的趋势。距离墙壁0.6 m厚粮层受墙壁热传递影响明显，而受粮堆深度影响不明显，可认为该厚度粮堆的“热皮”厚度。距离墙壁0.8 m及以上厚粮层受墙壁热传递影响不明显，而受粮堆深度影响明显，可认为粮堆的“冷心”。

（6）气温大幅升高时，靠墙粮温上下部位升温速度快，中间部位升温速度慢。气温大幅降低时，靠墙粮温上下部位降温速度快，中间部位降温速度慢。

3.2 建议

①为了不同日期的温度数据形成有效对照，建议环境温度检测时间为每日9:00，补充检测时间20:00。②由于夏季粮堆明显的“热皮”厚度0.6 m以内，明显的“冷心”距离粮堆四周0.8 m以上，为了获得比较全面的粮温变化数据，建议新设计的小型实验仓仓内粮堆尺寸在2.4 m×2.4 m×2.4 m以上。