基于内环流控温储粮技术的粮堆生态系统研究*

洪凯歌 司武剑

(中国储备粮管理集团有限公司北京分公司 100045)

20世纪50年代提出了粮堆生态系统理论，揭示了粮堆生物因子与非生物因子相互影响和作用的机理。近年来广泛应用的内环流控温储粮技术(以下简称内环流技术)，是对粮堆生态系统影响大且依存度高的一项储粮技术。一方面，内环流技术对粮堆生态系统的温、湿、气等非生物因子和粮食、害虫、微生物等生物因子，均能进行调控与优化，营造了粮堆生态系统夏季低温低湿、冷气体持续环流的有效状态；另一方面，内环流技术所需冷源取自粮堆又用于粮堆，开拓了利用粮堆冷源解决自身控温问题的新途径，也使粮堆冷源成为内环流技术不可或缺的组成部分和影响其功效的重要因素。

1 内环流技术对粮堆非生物因子的影响

1.1 对仓温和粮温的影响

内环流技术将通过冬季蓄冷储存于粮堆中的冷源抽送至仓间，并可根据外界气温、粮堆体积和仓温控制需求等条件将仓温控制在准低温储粮或低温储粮状态。内环流系统的持续运行，使仓温能在整个夏季始终保持相对稳定的低温状态。内环流技术对粮温的直接影响，是在其降低仓温的同时也将粮堆表层温度降至20℃～25℃，还通过冷热气体在仓间和粮堆中的循环交换，缩小夏季粮堆各层间的温度梯度，消除春夏之交极易出现的粮堆“冷心热皮”带来的储粮隐患，能够有效降低仓温和抑制表层粮食温度上升，有效防止粮堆结露、粮面结顶等现象的发生。

1.2 对仓湿和水分的影响

内环流技术在夏季降低仓温的同时，还将仓间相对湿度普遍降至35%以下，明显低于同期未使用内环流技术的仓房50%～60%的仓间湿度。内环流在启动和间歇期间，仓间湿度在15%～35%之间呈现规律性波动。据统计，抽送至仓间的粮堆冷源温度和仓间温度之差与降低仓湿的幅度成正比，而当夏季新粮入仓或冬季仓间温度较低时，即便开启内环流也不能降低仓间湿度；粮食的水分、品种和仓房气密保温性能，也对内环流技术降低仓湿有一定影响。

内环流技术对粮堆水分的影响，主要表现在其具有降水、保水和均水的三重功效。其降水功能主要是伴随仓湿的降低发生的，此时表层粮食开始解析，水分和相对湿度均有所下降；因内环流系统的运行属封闭循环，与外界空气没有湿热交换，所以表层粮食略有下降的水分不会流失只会转移。其保水功能主要是通过调质手段实现的，即在相对湿度80%以上的天气条件下，将高湿度空气引入粮堆，借助持续的整仓环流促进粮堆吸附效果的缓式增湿。其均水功能主要是借助持续的整仓环流不断达到新的粮食平衡水分实现的，当收储的粮食水分和温度不均时，可利用内环流技术的循环功能，持续散温散湿以均衡粮堆的温度和水分。

1.3 对气体和气流的影响

内环流技术对粮堆气流的影响，主要体现在其持续加剧了粮堆的气流运动，形成了一股比粮堆微气流流量更大、流速更快的气流，其力度和速度足以抵消由湿热扩散和水分转移形成的粮堆微气流，从而有利于消除微气流对安全储粮造成的不利影响。此外，内环流运行所形成的气流运动，对粮食的导热性、导温性和平衡水分的影响，以及对粮堆作为热的不良导体的影响，都有进一步研究的价值和必要。

2 内环流技术对粮堆生物因子的影响

2.1 对粮食的影响

内环流技术对粮食的影响是多方面的。其一，内环流技术营造的低温均温储粮环境，是夏季粮食安全储存的理想状态，消除了气温影响仓温、仓温影响粮温规律对夏季储粮安全带来的不利影响。其二，内环流技术独有的持续降低仓湿的功能，使粮堆表层的水分和相对湿度均有所降低，孔隙度增大，散落性提高，降低了表层粮食发热、结露、霉变的风险，也不会造成储粮水分的损失。其三，内环流技术的循环功能对粮食的影响是复杂多样的，其输送冷源至仓间降温降湿，实现粮堆的均温均水并消除湿热扩散、水分转移等，均有利于粮食的安全储存；其对粮堆气体和气流的影响，以及加剧了粮食和害虫的呼吸代谢等，还有待作进一步的深入研究。

内环流技术对粮食的影响还是系统性的。其一，在内环流技术的作用下，粮堆成为既能补充冷源又能释放冷源、既能调控仓间温度又能调控仓间湿度的具有一定自我调节和补偿能力的人工生态系统。其二，内环流技术的降温降湿与气体环流功能是相互依赖、共生共存的，同步作用和优化粮堆生态系统。其三，内环流技术的循环功能，构筑了气流有规律的持续运动、温度和水分持续均衡、冷心资源持续利用的具有一定可持续性的粮堆生态系统。

2.2 对害虫的影响

内环流技术对害虫的影响主要体现在对害虫的有效防治上。内环流技术营造的低温低湿的控虫环境，属于物理防治中温控加湿控的综合防治，提供了一种非化学、非器械综合防治储粮害虫的新方法。《粮油储藏技术规范》所列19种主要储粮害虫与螨类种群中，内环流形成的低温低湿环境能有效控制的有14种。特别是书虱等对湿度变化比较敏感的害虫，开启内环流系统降温降湿后便不再孳生，尚存的也会停止繁殖并很快死亡。内环流控温系统具备磷化氢环流熏蒸系统的功能，利用其循环功能促进磷化氢向粮堆内部的渗透和扩散，且穿透速度更快，分布更均匀，也不会造成粮堆冷源的损失，实现了环流熏蒸杀虫的效果。

2.3 对微生物的影响

内环流技术对微生物的影响主要体现在对引起粮食品质劣变的主要微生物——霉菌的预防和抑制上。研究表明，当仓温低于20℃、仓湿低于65%时，霉菌可以被有效抑制。内环流技术营造的温度20℃左右、湿度35%以下的低温低湿环境，对防止霉菌产生、抑制霉菌生长效果显著。

3 粮堆生态系统对内环流技术的影响和制约

内环流技术有别于其他储粮技术的一个显著特点，就是它对粮堆生态系统不限于单向的干预与调控，而是双向的影响、制约和优化关系。通过分析粮堆冬季蓄冷的条件、粮堆夏季降温的控制、粮堆围护结构的密闭、粮堆规模和形态、粮堆冷源不足的补救等，有助于不断提升内环流技术应用的科学化水平。

3.1 粮堆冬季蓄冷的条件

气温影响仓温，仓温影响粮温，且温度的变化幅度是气温大于仓温，仓温大于粮温，但由于高大平房仓仓容较大，粮面面积大，在气温多变季节，气温上升较快，仓温也随之上升，而粮粒是热的不良导体，粮堆升温较慢，此时粮堆变化表现活跃区域主要集中在粮堆表层、沿仓墙部分比较接近仓温与外温，而不活跃区域即升幅较小的部分在粮堆的中心部位，即“冷心”。

运用内环流技术的必要前提是粮堆要具有冬季蓄冷的气候条件。因此，内环流技术主要适用于冬季气温0℃以下地区，包括低温干燥的第二储粮生态区、低温高湿的第三储粮生态区和中温干燥的第四储粮生态区。目前仅中储粮系统在上述3个储粮生态区的11个省(区、市)安装使用内环流技术的仓容已达3500万吨。其中，第二、三储粮生态区的低温气候，冬季蓄冷条件最好，平均粮温可降至-10℃以下；第四储粮生态区气候干燥且冬季低温气候持续时间相对较短，因而冬季蓄冷需抓住有利时机，才能将平均粮温降至5℃以下。秋冬季蓄冷不充足，粮堆“冷心”未降至适宜低温，在夏季利用环流风机降温期间冷源不足，与仓内空间气体热交换后，冷源损耗较大，仓温、表层粮温难以下降至25℃以下，从而进一步加大了环流风机通风时长，增加了能耗，但降温效果不明显。

此外，内环流技术也可在冬季气温0～10℃的地区试用，包括中温高湿的第五储粮生态区和中温低湿的第六储粮生态区。上述区域冬季蓄冷后平均粮温一般在10℃以下，向仓间输送的冷气体也在20℃以下，可满足将仓温控制在30℃以下的需要，如配合空调机或谷冷机等机械补冷则控温效果更好。在安徽、湖北、福建等省的一些粮库，内环流技术也成功运用。

3.2 粮堆夏季降温的控制

对内环流系统仓温上下限的设置极大地影响了表层粮温，当上下限温度设置过高时不能起到良好的降温效果；当上下限温度设定过低时，降温效果良好，但对冷源消耗大，风机能耗大；当上下限温度的差幅设置过大时，会导致每次从较高的温度降温，降温难度加大。内环流技术的温度控制，应根据粮堆冷心、粮食品种、仓房密闭等情况合理确定。研究表明，建议第二、三储粮生态区温度上下限设置为22℃/20℃，第四储粮生态区温度上下限设置为26℃/24℃(或根据当地温度变化进行实时调整)。在京津冀地区实现低温储粮，可将环流风机开启温度值设定为20℃，关闭温度值设定为18℃；实现准低温储粮，可将环流风机开启温度值设定为25℃，关闭温度值设定为23℃。粮堆“冷心”温度较低、仓房密闭效果较好且储存稻谷、玉米、大豆等品种，可按低温储粮控制温度；粮堆“冷心”温度和仓房密闭效果不理想的，宜按准低温储粮控制温度。如仓房密闭条件不好仍控温较低，则粮堆“冷心”消耗和平均粮温回升均较快，反而不利于储粮安全。

内环流技术的使用时间，也应根据仓温、粮温及当地气温等合理确定。通常情况下，当夏初仓温和表层粮温上升至20℃或25℃，且当地日间气温已高于仓温和表层粮温时，可开启环流风机降温；当夏末当地日间气温下降至20℃或25℃，且低于仓温和表层粮温时，可关闭环流风机停止降温。显然，内环流设定的低温或准低温储粮的温度，一定要与仓温、粮温及当地气温相衔接，特别要避免仓温和粮温已较高时再开启内环流降温，这不仅不利于储粮安全，而且也耗费大量电能和费用。

3.3 粮堆围护结构的密闭

仓房隔热性能较差将直接导致仓温、表层及整仓平均粮温明显上升，消耗大量粮堆冷源，对内环流系统控温效果减弱，增加了环流风机运行时间，使得夏季运行费用显著上升，但控温效果却显著下降。

仓房气密性较差，内环流系统控温、控湿效果将大打折扣。在夏季高温多雨的地区，仓外的湿空气将对仓内湿度产生显著影响。由于仓房密闭不良，仓内环流冷气不仅与上部空间空气进行热交换，还将与仓外空气进行热交换，将加快冷源消耗，导致通风时间延长，运行能耗费用明显增加，内环流技术应用效果降低。

仓房的气密性达标和保温隔热性能良好，是使用内环流技术的前提条件，如能对仓房的门窗和通风口进行密封并进行吊顶，则能达到冷源损失少、电能消耗低和降温速度快的效果。通过对辖区几百个仓房进行密闭隔热改造前后的比较和测定，改造后由于仓房隔热保冷效果明显提高，使得冬季蓄冷时平均粮温相同的粮堆，夏初时粮堆平均温度和抽送至仓间冷气的温度均降低2℃左右；改造后内环流控温的日运行时间，也比改造前普遍减少三分之一以上。研究表明，内环流技术应用中，建议墙体采取6 cm厚聚乙烯保温苯板；仓门采用双层门(内置塑钢门，外置彩钢保温门)进行保温隔热；仓窗采用双层窗(内置塑钢窗，外置彩钢保温窗)进行保温隔热；轴流风机孔采用5 cm厚聚乙烯苯板；环流管道采用5 cm厚聚氨酯，以便提高仓房的隔热密封效果。

3.4 粮堆系统单位通风量

在内环流系统中，底部的冷气被环流风机抽出到仓房上部时，将与仓内上部气体进行热交换，从而降低仓温，进一步降低粮堆表层粮温，达到降温效果。风量增加，其降温速度显著增加。

当风量过大时，过早将大量“冷心”冷气抽至粮堆上层进行降温，并将仓内表层粮温与仓温降至过低时，若仓房隔热密闭不好，极易造成与仓外过多的热交换，导致冷源被浪费，夏季高温时段冷源不够用，或冷源温度过高，使降低仓温能力下降，使得通风时间进一步延长，能耗增加，降温效果下降。

当风量过小时，冷气被抽至粮堆上部风量较小，致使降温速度变慢，粮堆底层温度上升缓慢，“冷心”与仓内上部空气热交换过于缓慢，降温效果不明显。虽然仓内平均温度较低，但粮堆表层活跃区温度较高，无法彻底解决“热皮冷心”现象，对玉米等物料影响显著。同时会导致夏季高温时段，环流风机通风时间明显延长，增加能耗。

考虑到冬季蓄冷效果及夏季使用“冷心”的需要，目前安装内环流技术的主流仓型为粮堆高度6 m、仓容4000 t以上的高大平房仓；少数粮堆高度在7 m以上、仓容8000 t以上的高大平房仓，使用内环流控温的效果更佳；少数粮堆高度仅 4 m、仓容2000 t左右的平房仓，如遇“冷心”不足则需适当调高控制温度或加装空调机辅助补冷；对于粮堆较高的浅圆仓，应安装比高大平房仓功率更大的环流风机，以保证抽取和环流冷气体的速率。研究表明，建议内环流系统启动后，每吨粮食的单位风量应控制在0.7 m3/h～1.2 m3/h。

3.5 粮堆冷源不足的补救

在春季和夏季有入粮需要的北方地区，也可在安装内环流技术的同时，在相应仓房加装空调机或使用谷冷机，以解决新入仓粮食无“冷心”可用和需要均温均水的问题，确保不耐高温的稻谷、玉米、大豆等能够安全度夏。在冬季蓄冷不够充足的南方地区，可采用空调机或谷冷机补冷与内环流技术结合使用的方式，既能充分利用南方地区有限的冷源资源，又能同时达到补充冷源和均温均水的效果。

4 结论与讨论

4.1 内环流控温储粮技术解决了粮食储藏过程中易结露、易挂壁等难题，通过利用粮堆“冷心”作为冷源降低了仓温和粮温，缩小了粮堆各层的温度梯度，从而杜绝了粮食度夏时“冷心热皮”带来的储粮隐患。一方面减少了仓储保管费用的投入，降低了储藏期间粮食水分损耗，延缓了粮食品质劣变，增加基层承储企业经济效益，达到了节能减排、降本增效的目的；另一方面实现了非药物防治书虱等储粮有害生物的目的，有效解决了储粮害虫防治主要依靠化学药剂的问题，有利于保护生态环境和保障人民的身体健康。总之，内环流控温储粮技术是一种安全、经济、高效、实用的绿色储粮技术，因而具备广阔的应用前景。呼吁尽早颁布相应的粮食行业标准，将其纳入专业教材与培训计划。

4.2 内环流技术作为北方地区科学储粮的主导技术，在未来的仓房建设，特别是高大平房仓的建设中，应当在气密保温性能、通风系统布设、粮堆高度与规模等方面予以研究考量，围绕内环流技术功能最大化进行设计，确保内环流技术合理应用，杜绝先建后改的资源浪费和成本增加。

4.3 内环流技术创造的夏季低温低湿储粮的恒定状态，以及对储粮害虫和异常粮情的有效防治，极大地延缓了粮食品质劣变的速度，延长了粮食保质保鲜的时间，从而为适当延长粮食储存年限提供了可能，为将储存年限主要对应粮食品种改为主要对应粮食品质提供了充分依据。同时，相对于常温下的粮食安全储存水分标准，内环流技术营造的低温低湿储粮环境，也为偏高水分粮的安全储存提供了现实可能。

4.4 内环流技术作为一项储粮新技术，虽然推广使用多年且成效显著，但仍需作进一步研究、改进和完善。①对不同地区、不同仓型、不同粮种运用内环流技术的共性规律与个性特点的研究，使内环流技术能够实现更佳的使用效能和综合效益；②将在设计、安装、使用、维护内环流技术中许多经验做法和试验性探索，加以总结、归纳和提高，尽早实现科学化、标准化、流程化作业；③对内环流技术引发的显著降低仓间湿度、加剧粮堆气流运动、加速粮食呼吸和新陈代谢等一系列前所末有的新变化，予以更多理论上、原理上的阐释和说明，使内环流技术能够早日成为粮油储藏科学重要的研究对象和研究内容。