高大平房仓储粮温度变化规律及数学模型研究

粮食储藏技术

高大平房仓储粮温度变化规律及数学模型研究

张　前　周永杰　辛立勇　刘志强

(中央储备粮三河直属库　河北　065206)

曹　阳

(郑州工程学院粮油食品学院　河南　450052)

摘要　在储藏小麦和玉米的高大平房仓进行了为期一年多的温度检测,将测温区划分为粮堆“热皮”测点区和“冷心”测点区,对粮堆“冷心热皮”现象给予描述,分析了在气温和仓温变化的影响下粮堆“热皮”和“冷心”温度的变化规律,组建了气温、仓温、“热皮”和“冷心”粮温变化的数学模型。研究结果表明全年的气温、仓温和“热皮”温度数学模型为二次方程。“冷心”

温度的数学模型为直线方程。说明外界气温影响仓温非常明显,对粮堆“热皮”区域温度影响也非常明显,而对粮堆“冷心”区域影响很小。在相同的条件下,玉米和小麦粮堆的“热皮”温度变化稍有差异,两者的“冷心”温度差异较大,这与玉米和小麦粮堆的物理特性不同有关。

关键词　高大平房仓　储藏　小麦　玉米　温度　数学模型

低温储粮能保持粮食较好的品质,已成为当今科学保粮技术发展的新方向〔1,2,3,4〕。在我国南方江苏省,李逢春(1999)报道要实现房式仓常年准低温储粮,需采取房顶隔热改造,墙壁与地坪的防热防湿和利用空调降低粮堆空间温度等多项措施〔5〕。在江西省,万拯群(2000)进行了“六双”低温仓的低温储粮研究,通过整仓的双顶、双墙、双门、双窗、双槽、双膜的“六双”措施,实现了低温和准低温储粮〔6〕,王飞生(2001)采用“四双”,双门、双窗、双顶、双墙技术改造苏式仓,进行准低温储粮〔7〕。还有的采用粮堆表层压盖〔8〕,内墙贴装4cm厚的聚苯乙烯泡沫板〔9〕等隔热保冷措施。在我国北方利用冬季低温通风降低粮堆温度。北京昌平的陶自沛(2002)在11～12月份,应用机械通风降低大型浅圆仓中小麦温度,通风208小时,平均粮温降至5.8℃〔10〕。夏季采用适当密闭保温措施,不采取人工制冷(谷物冷却技术)等措施也能实现常年低温储粮的目的。

中央储备粮三河直属库地处华北北部,气候属大陆性季风气候,四季分明,春季多风少雨干旱,夏季光照充足,炎热多雨,秋季秋高气爽,气温下降迅速,冬季寒冷干燥,适宜开展低温储粮。

三河直属库多年的储粮实践证明,储粮粮堆温度随四季的变化而变化,粮堆温度的变化活跃区域主要集中在粮堆表层、沿南墙、北墙、西山墙和东山墙等部分。粮温变化不活跃区域,即温度变化幅度小甚至基本不变化的部分在粮堆的中心部位。宋伟(2001)〔11〕和周全申(2002)〔12〕将这种在寒冷季节机械通风降低粮温,随着暑期的到来,首先是粮堆表层及靠近仓壁的粮温逐渐升高,酷暑期可达32℃,甚至更高,而粮堆内部温度升幅较小的现象,称为“冷心热皮”现象。当粮温变化过大时,即温差较大时,储粮可能会出现问题,例如玉米在储存过程中,因温差较大,粮堆的表层,即粮面以下30～50cm左右的局部出现结露、发热甚至“点翠”现象。

粮堆发生虫害的主要部位集中在粮堆表层等粮温变化活跃区域,在夏季高温季节,粮面以下30～50cm左右的个别部位的温度高于20℃,甚至高于30℃,如果粮堆感染了害虫,就会出现害虫危害问题。此时进行全仓熏蒸,因粮堆中心部分低温,可能导致熏蒸效果不理想。如果使用防护剂处理粮面和局部熏蒸等技术,也很难彻底消灭粮堆内的储粮害虫,当处理结束时,经过一段时间粮堆内又会有害虫活动,甚至发生严重危害,使得技术人员认为害虫杀不死,或者产生了抗性。由于表层粮温上升,带来的局部结露,即微生物危害问题,以及表层害虫危害问题,使得低温储粮安全受到威胁,在我国北方已成为储粮的突出问题之一。在我国南方如湖北也有类似情况,周天智(2002)指出,粮堆局部常常因微生物和虫害等活动而出现发热,如果局部高温不及时处理,往往会引起整个粮堆粮温上升。以往采用的单管风

机、局部处理机、地槽通风,辅之揭膜或人工翻挖等办法应急处理,处理费用高,劳动强度大,处理效果也不尽如人意。〔9〕

为了解决低温储粮粮堆在温度上升季节出现粮堆表层和四周区域的温度升高,局部结露发热和害虫危害问题,寻找最佳的解决方式和方法,必须充分了解高大平房仓储粮的温度变化规律。因此,我们对高大平房仓温度变化规律及数学模型进行了研究,为我国开展低温储粮提供基础参数。

1　材料与方法

111　材料

11111　三河市气候情况　三河市年平均温度一般在12℃左右,最低平均温度在-10℃以下,平均相对湿度60%左右,是典型的温带大陆性气候,适于储备粮食。

11112　试验仓　为了避免仓房东西两端温度的影响,选择位置居中的21和17号小麦仓,37和38号玉米仓为试验仓,试验仓具体情况见表1。

表1　试验仓基本情况

仓号仓房规格

(m)

品　种

数量

(t)

入粮时间

1750.9×36×6国产小麦81891999.12～2000.2 2150.9×36×6国产小麦82631999.11～2000.1 3750.9×36×6国产玉米80232000.2～2000.3 3854.5×36×6国产玉米83292000.2～2000.3

11113　供试粮情　21号和17号仓所储小麦平均水分12%左右,杂质0.6%左右,容重分别为764g/L和768g/L,不完善粒分别为6.1%和6.6%。37号和38号仓所储玉米平均水分13%左右,杂质0.5%左右,容重分别为758g/L和734g/L,不完善粒分别为6.6%和6.9%。

11114　试验仓的科学保粮措施　4个仓分别在入粮后第一年,即2000年8、9月份进行了磷化氢环流熏蒸

。而后,在9月份玉米仓的粮堆表层30～50cm 用保粮磷粉剂1:2500处理,人工搅拌均匀。在10月份小麦仓粮堆表层30～50cm喷施了防虫磷30mg/kg,人工搅拌均匀。

11115　仪器设备　测温系统为Dalas型测温系统,温度传感器布点位置见图1。平面布置8行,每行11点,共计88点。每个测点的4个温度传感器分4层设置,即:s4为表层、s3为中上层、s2为中下层、s1为底层,共计352个温度传感器。

图1　温度传感器布点位置示意图

112　方法

11211　测温时间　为了更准确有效地研究高大平房仓的储粮温度变化规律性,使各仓测定的温度更具可比性,每隔5天测定1次温度,测定的数据存储在计算机内。每隔10天,即测定2次后,将测定温度数据打印存档。

11212　“冷心热皮”现象　常温大型粮仓,通过冬季通风,将粮堆的温度降低,但随着气温的升高,粮堆表层及东、西、南、北墙部位的粮温升幅较大,而粮堆内部粮温升幅较小,这种现象称为“冷心热皮”现象。粮堆表层及东、西、南、北墙部位的粮温升高幅度大的部位称为“热皮”,粮堆内部粮温升高幅度较小的部位称为“冷心”。需要特别说明的是,粮堆体积越大,“冷心热皮”现象越明显,反之则不明显。

11213　“热皮”温度测点　由于处理仓为仓房中间的廒间,“热皮”温度为所有的1～88点的上层s4的88个温度传感器的温度,加上1～11点和78～88点的s3、s2和s1的温度传感器温度,共计154个温度传感器的温度平均值。

11214　“冷心”温度测点　“冷心”温度为除了“热皮”测点的温度传感器,即12～77点的s3、s2和s1温度传感器的温度,共计198个温度传感器的温度平均值。

11215　数据处理　采用Microsoft Excel处理图表。2　结果与分析

211　粮仓温度变化情况

在高大平房仓的两年储藏期间,平均仓温受平均气温的影响极为显著。仓温随气温变化而变化,全年温度变化范围从最高25℃到最低-5℃。程兰萍(2002)在河南商丘研究的新型平房仓小麦粮堆各层平均粮温年变化规律中,其粮温规律与本研究的相同〔13〕。刘红如(2001)在河南郑州对立筒仓上层粮温变化研究结果也与本研究的相似〔14〕。

212　小麦仓粮温变化情况

从图2和4可见,“热皮”温度随仓温变化而变化,全年温度变化范围为最高22.2℃到最低0.9℃。平均“热皮”温度高于20℃(即害虫活动温度)以上的