粮堆结露成因与预防处理研究进展

粮堆结露成因与预防处理研究进展

陆文龙1 苗瑞恬2

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摘要:通过对粮堆结露的原因和影响因素的归纳总结，从粮堆的温湿场构建、静态储存和通风条件下的水热传输模型等方面，逐层深入地阐述了目前关于粮堆冷凝水的研究动向和发展方向，并提出了相应的防治措施。

关键词:粮食储藏；粮堆结露；模型；数值模拟

引言:

粮食是一种重要的战略资源，与民生息息相关，事关国家的自立、经济的发展、社会的安定。谷物是一个有机体，从收割到储存的整个过程中，它与周围的环境构成了一个储存的生态系统。储粮系统中存在着温度、湿度、微气流等非生物因子，以及生物因子（如微生物、储粮害虫等），对粮食储存系统的稳定性起着至关重要的作用。据统计，在我国，每年都有大量的粮食生产环节出现结露现象，但由于没有得到及时的检测和处理而引起的病害，给粮食生产带来了巨大的损失。如果按照1.5亿吨的动态储备量来估计，减少的幅度在0.5%-1%之间，就会造成75万-150万吨的损失；而我国农民的粮食存损率在8%左右，这一比例将达到2000万吨。“十三五”计划中明确指出：“要牢牢守住耕地，坚持最严格的耕地保护制度，落实好粮于地、藏粮于技，提升粮食生产能力，保证粮食基本自给，口粮绝对安全。”由此可以看出，国家对于食品问题的高度关注，所以，实现食品安全储存就显得尤为重要。

一、粮堆结露成因及影响因素

（一）建筑物引起结露

粮堆冷凝现象是粮食颗粒之间或颗粒表面的不饱和水蒸气，在骤冷条件下，当气温升高至露点时，水分会以液态形式在谷物颗粒表面凝结。仓壁结构也是导致粮堆结露的重要原因之一，多数建筑外墙与外界有气流交换，外部气流对仓壁附近的粮层有明显的影响。金属仓壁易受到外界温度的影响，但谷物导热能力差，传热缓慢，在外界温度低于谷物温度时，仓壁附近的谷物在低温环境下易冷凝，谷物湿度高，易产生结露。砖砌体谷仓，随时间推移，墙体容易开裂，贴墙的谷物也容易受外界温度的影响。

（二）季节交替引起结露

温度差是影响谷物表面凝结水凝结的一个主要原因，随着温度的升高，水凝结现象更加严重。在实际生产中，粮堆在季节性变化过程中易出现结冻现象，尤以秋季、冬季气温骤降时最为常见。秋季和冬季，由于室外温度急剧降低，粮食温度降低缓慢，所以，粮食中下部潮湿、热气向上运动，与表面低温接触，在接近露点温度时，会发生冷凝现象。从春末到初夏，外部气温逐步升高，粮温降低，升温慢，外部热气容易在粮堆表面冷凝，产生结露现象。

（三）粮堆结露影响因素

在谷物有结露的情况下，并不意味着谷物必然发生结露。举个例子，1米高的麦垛湿度为15%，粮温为10℃，要增加1%的湿度，至少要有470立方米的热风通过冷粮层。由此可以看出，谷物堆的结露是有一个过程的。实验表明，当大气中的水蒸气浓度达到相位时的300%-400%时，冷凝过程仍然很难进行，所以，在冷凝过程中，必须要有冷凝温度。储粮中普遍存在的土壤颗粒、工矿颗粒和化学颗粒等冷凝晶核，是导致谷物冷凝的主要原因，而冷凝核的存在会促进谷物的冷凝。另外，粮堆冷凝现象还与粮堆内部气流的阻力、外部粮层的透气性、谷物的品种等有关。

二、粮堆温湿度场的构建

通过建立粮堆温湿场，实现粮温湿度的物理化和数字化，建立相应的预警模型和软件，实现对粮温湿度的实时监控。近年来，国际上提出了一种新的数值计算方法，可以用于研究粮食储藏、粮仓等生态环境的演变，为粮食储藏、粮仓生态系统演变等研究提供了一种有效的数值计算与优化手段。

利用数值模拟技术研究储粮室内温湿度分布，是国际上最早采用的研究手段。1996年 AbeTetal.等将温度作为影响储粮状况的主要影响因子，对贮库过程中温度、湿度场进行研究，利用热传导微分方程得到密闭仓内温度场，利用吸湿物质的湿度平衡方程得到密闭仓内的湿度场。目前，对谷物颗粒表面吸附效应的研究主要集中在颗粒表面，而忽视了水分的扩散效应，其预报模式有待改进。Jia J、 Ruska L等人利用2 D柱坐标下的热传导微分方程，推导出笛卡尔坐标下的筒仓内部温度场和温度场随环境温度的变化规律；利用 Fortan程序，分析了不同环境条件下谷物内部温度场的变化，但未考虑谷物吸附、去湿对潜热的影响，也没有考虑谷物内部的水分运移与再分布，导致其在实际生产中的适用性较差。

我国最早采用田野调查的方式来建立粮堆温湿度场。例如；门艳忠根据传热学原理，采用有限元法，对不同温度场条件下的稻谷温度场进行仿真计算，分析不同温度条件下稻谷内部温度场的变化规律，确定稻谷在不同温度条件下可能出现的温度场，为其工程实践提供依据，但由于未考虑粮食堆积的孔隙特征以及粮食堆积中粮食水分的变化，使得其建立的数学模型较为粗糙。蒋华伟等在只计及粮堆内部局部生热的条件下，对其进行了简化，建立了相应的数学模型。2010年，梁醒培利用有限元方法，对聊城粮库一座平房仓进行了不稳定温度的数值模拟，得到了一年来的粮堆温度随时间的变化规律，其实验值与实测值具有良好的一致性。该模型的应用，对改进国家粮食储备的粮情监控技术、指导实际储粮工作具有重要意义。

三、粮堆结露的预防及处理

（一）新粮入库

实际生产证明，谷物含水率愈小，凝结所需要的温差愈大，愈不易凝结。所以，要尽可能地把谷物烘干，并使入库的谷物含水量在国家规定的安全湿度范围内。另外，要做好谷仓的防潮和铺床工作，用草席、麻袋等材料铺在粮堆底或上面、边上，不仅能减缓突然变化的粮温，而且还能吸收露水。烘干后的热粮或新出的粮食，在进入仓库前，必须先将其冷却，以防止热粮入库。

（二）机械通风

秋季与冬季交接时，外部温度急剧降低，粮温因其传热性差，导致粮温变化滞后，加之粮堆内部湿、热气上升受低温影响，形成结露现象，已有研究表明，在距粮表面0.5-1 m处，粮层冷凝现象更为严重。若不能及时消除粮温与仓内温度之间的差异，则会加重结露现象，为长时间储存的谷物带来危险，严重时还可能导致粮堆发热、发霉。在这种情况下，可采取分期多次的通风方式，使仓中各层粮的温度下降和平衡，从而减少冷凝温差，保证储粮的安全性。冬、春两个季节交替期间，粮食表面的温度一般都很低，但随着深冬季节的到来，外部气温逐渐升高，外界热风遭遇低温，容易在粮堆表面形成冷凝。在这个时候，可以在外部温度还没有显著升高的时候，通过通风，平均每一层粮的温度，减少每一层粮之间的湿度差异，从而保证粮食的安全度过夏天。

（三）粮堆结露的处理

在粮面凝结前期或未硬化前，采用机械通风对粮面结露进行治理，可取得明显的效果。当谷物表面有部分凝结现象时，可以利用单管鼓风机在谷物表面的凝露点周围布置，并进行压入式通风。在粮堆中、下部出现局部冷凝现象时，可以采取抽吸式通风的方法，将粮堆中的湿气抽走，排出库外。

另外，也可采用手动或翻谷机对谷面进行翻谷，以消除粮堆表面的冷凝现象。中储粮昆明库和周口库采用翻谷机代替手工翻谷，研究表明，翻谷过程中，谷物表层和下层的谷物得到了充分的混合，从而减小了内部的水分差，从而在某种程度上缓解了谷物的干燥不均，同时也能使粮堆变得疏松，处理了结露层的团聚问题，提高了谷物的透气性。使用机械翻谷面具有快速、均匀、节约能源等优点，且与手工翻谷相比，操作成本大大降低。

四、结语

现有的粮食储藏研究主要基于物料传输、传热、动力学等抽象层面，缺乏理论和实际相结合的研究，难以满足实际需求。研究结果将为进一步完善粮情监测系统、指导储粮实践和保障粮食安全提供科学依据。

参考文献：

[1] 章铖,田兴国,何荣,等.粮堆结露成因与预防处理研究进展[J].粮食储藏, 2018, 47(1):6.

[2] 王东华,赵红.粮堆的结露和预防处理[J].粮食科技与经济, 2004(4):2.DOI:10.3969/j.issn.1007-1458.2004.04.015.

[3] 陶金亚,张来林,郑颂,等.粮堆表层结露的预防与处理[J].粮食流通技术, 2015(24):68-70.