W różnych fazach cyklu koniunkturalnego zmienia się bilans siły między kupującym a producentem rolnym. Wszyscy rolnicy muszą dobrze planować sprzedaż plonów, a to, nawet w 70% przypadków powoduje konieczność składowania zboża nawet na okres ponad 3 miesięcy. W tej sytuacji magazyn zbożowy przestaje być wyłącznie elementem infrastruktury, a staje się jednym z kluczowych czynników decydujących o końcowym wyniku ekonomicznym produkcji.
Długotrwałe przechowywanie ziarna niesie jednak istotne ryzyka. Nawet dobrze zapowiadający się plon może w trakcie magazynowania utracić parametry jakościowe, zostać przeklasyfikowany do ziarna paszowego lub całkowicie stracić wartość handlową. W zdecydowanej większości przypadków nie jest to efekt jednego błędu, lecz splotu czynników biologicznych i fizycznych, wśród których kluczową rolę odgrywa temperatura i ściśle powiązana z nią wilgotność.
Przygotowanie ziarna do przechowywania
Podstawowym warunkiem bezpiecznego magazynowania jest właściwe przygotowanie ziarna. Obejmuje ono czyszczenie oraz suszenie. Czyszczenie polega na oddzieleniu od ziarna zanieczyszczeń mineralnych, resztek słomy, niedomłotów, nasion chwastów oraz ziarna uszkodzonego lub niedorozwiniętego. Pozostawienie takich domieszek sprzyja lokalnemu zatrzymywaniu wilgoci i rozwojowi mikroorganizmów.
Po czyszczeniu ziarno należy dosuszyć. Dla krótkiego okresu przechowywania za graniczną uznaje się wilgotność 14,5%, natomiast przy długotrwałym magazynowaniu bezpieczniej jest obniżyć ją poniżej 14% (link). Dopiero tak przygotowany materiał można uznać za względnie stabilny biologicznie. To jednak nadal nie gwarantuje bezpieczeństwa, jeśli magazyn wprowadza do ziarna nadmiar energii cieplnej lub powoduje duże gradienty temperatury.
Samozagrzewanie zboża – mechanizm sprzężony
Jednym z najgroźniejszych zjawisk występujących podczas przechowywania zbóż jest samozagrzewanie ziarna. Proces ten nie jest wyłącznie konsekwencją wysokiej temperatury otoczenia ani błędów w suszeniu. W praktyce jest on wynikiem sprzężenia dwóch mechanizmów: fizycznego nagrzewania przegród magazynu oraz biologicznej aktywności samego ziarna.
Magazynowane ziarno oddycha, zużywając tlen i wytwarzając dwutlenek węgla, parę wodną oraz ciepło, prowadząc do utraty suchej masy ziarna. Kluczowe znaczenie ma tu temperatura – im jest ona wyższa, tym intensywniejsze oddychanie, a tym samym większa produkcja ciepła i wilgoci.
W praktyce oznacza to, że nawet niewielki, lokalny wzrost temperatury, na przykład w strefie przyściennej lub pod dachem, może uruchomić procesy, które zaczynają się same napędzać. Ziarno nagrzane przez ciepłą ścianę lub dach oddycha intensywniej, wytwarza więcej ciepła i wilgoci, co z kolei sprzyja dalszemu wzrostowi temperatury. W ten sposób powstaje dodatnie sprzężenie zwrotne, prowadzące do lokalnego samozagrzewania.
Co istotne, zjawisko to może wystąpić nawet wtedy, gdy średnia temperatura ziarna wynosi około 15°C, a jego początkowa wilgotność mieści się w bezpiecznym zakresie 12–13%. Oznacza to, że średnie wartości parametrów magazynowania nie gwarantują bezpieczeństwa, jeśli w silosie występują lokalne gradienty temperatury.
Rozróżnia się dwa podstawowe mechanizmy samozagrzewania. Tak zwane grzanie mokre pojawia się przy wilgotności ziarna przekraczającej 15% i jest związane z intensywnym rozwojem grzybów, które wytwarzają dodatkowe ciepło i wodę (link) (link).
Grzanie suche występuje przy wilgotności niższej niż 15% i jest inicjowane przez owady oraz roztocza. Ich obecność prowadzi do lokalnego wzrostu wilgotności i wtórnego rozwoju mikroorganizmów, co z czasem również skutkuje wzrostem temperatury.
W obu przypadkach czynnikiem inicjującym jest podwyższona temperatura, bardzo często pochodząca nie z całej masy ziarna, lecz z jej kontaktu z nagrzanymi przegrodami magazynu.
Rozumiejąc niekorzystne zjawiska powodowane przed nadmierną temperaturę przy składowaniu zboża oraz starając się zmierzyć z trudnym rachunkiem ekonomicznym produkcji rolnej, wprowadziliśmy na polski rynek rozwiązania chłodzenia pasywnego. Opierają się one na zastosowaniu na powierzchni silosów nowoczesnych folii bądź powłok, które potrafią w pełnym słońcu uzyskać temperaturę powierzchni poniżej temperatury otaczającego powietrza. Folie lub membrany Radi-Cool wykorzystują do tego świetne właściwości odbicia energii i optymalizację emisji ciepła w zakresie tzw. okna atmosferycznego – niewchodzącego w interakcję z atmosferą. Tym samym emitowane ciepło nie ogrzewa warstwy przypowierzchniowej powietrza, co pozwala na obniżenie temperatury. Więcej na temat fizyki działania matriałów PDRC dowiesz się tu.
Rozwiązania te stosowane są w rolnictwie za granicą, przynosząc wymierne efekty w obniżeniu temperatury składowanego zboża, stabilizację dziennych wahań temperatury oraz, w magazynach klimatyzowanych, realną (do 40%) obniżkę kosztów energii związanych z chłodzeniem. Wszystko to bez dodatkowych nakładów na energię, utrzymanie i konserwację.
Typy magazynów i charakterystyka obiektów pomiarowych
Pomiary, do których odwołuje się ten tekst, prowadzone były w magazynach o konstrukcji betonowej, izolowanej lub o betonowych ścianach z pokrytych lekkim, blaszanym dachem. We wszystkich przypadkach dachy pokryto wydajną folią Radi-Cool (wysoka refleksyjność i wysoka emisyjność), natomiast ściany zabezpieczono farbą chłodzącą, o niższej efektywności chłodniczej niż folia dachowa. Są to obiekty o naturalnie lepszej stabilności cieplnej niż typowy silos blaszany, więc wyniki należy czytać jako bardzo konserwatywny punkt odniesienia, a nie efekty w warunkach optymalnych.
W polskich realiach spotyka się zarówno magazyny betonowe, jak i silosy blaszane. Obiekty blaszane są najpopularniejsze, w związku z łatwością i szybkością budowy, rozbudowy oraz lekkością konstrukcji. Charakteryzują się jednak, w odróżnieniu od silosów betonowych, cienkościenną budową i związaną z nią wysoką przewodnością cieplną, szybkim nagrzewaniem i chłodzeniem oraz dużą dobową amplitudą wahań temperatury. W takich silosach zastosowanie rozwiązań pasywnych Radi-Cool będzie najefektywniejsze.
Bilans temperaturowy magazynu – mechanizm i realne wyniki pomiarów
Bilans cieplny magazynu zbożowego jest wynikiem równowagi pomiędzy energią dopływającą z otoczenia, energią oddawaną na zewnątrz oraz energią akumulowaną w masie ziarna. Najważniejszym zewnętrznym źródłem energii jest promieniowanie słoneczne. W praktyce to dach i ściany wystawione na słońce (południowo-wschodnie, południowe i południowo-zachodnie) są elementami, które odpowiadają za warunki termiczne w magazynie, bo to przez nie przedostaje się najwięcej ciepła do wewnątrz budynku.
W magazynach objętych pomiarami kluczowe było rozróżnienie dwóch poziomów oddziaływania:
- temperatura przegród (dach, ściany) i jej amplituda dobowa,
- wpływ temperatury przegród na wnętrze, czyli temperatura powietrza w magazynie oraz temperatura ziarna w różnych strefach (centrum, przy ścianie).
Dach jest najbardziej eksponowany na słońce, a więc odpowiada za największy dobowy dopływ energii do obiektu. W zestawieniu wielomiesięcznych danych na wykresach temperatur zewnętrznej powierzchni dachu widoczna jest istotna różnica pomiędzy obiektem referencyjnym i obiektem z zastosowaną technologią chłodzenia radiacyjnego. W ujęciu maksymalnym różnica temperatur zewnętrznej powierzchni dachu wynosiła 26,1°C w danych dla 2020 r. i 30°C w danych dla 2021 r.
Te liczby są szczególnie istotne, bo pokazują, że dach działa jak główne źródło przegrzewania, a jednocześnie jest elementem, na którym można osiągnąć największą redukcję temperatury powierzchni.
Temperatura wewnątrz magazynu: największe znaczenie operacyjne
W tych samych danych zestawiono temperaturę wnętrza magazynu (powietrza). Maksymalna różnica temperatury wewnętrznej, nad powierzchnią zboża wyniosła 8.8°C (2020) i 10,4°C (2021).
Temperatura wewnątrz stabilizowana jest przez bezwładność termiczną obiektu oraz dodatkowo przez masę ziarna. Z punktu widzenia przechowywania to różnica o realnym znaczeniu, bo temperatura powietrza wpływa na strefy przypowierzchniowe i na tempo wymiany wilgoci.
Za temperaturą powietrza w silosie podąża temperatura ziarna (mierzona przy powierzchni składu). Osiągnięta różnica w temperaturze między składami, wykorzystując jedynie metody pasywnego chłodzenia, to 4,5°C.
Stabilność temperatury jako kluczowy czynnik
W przeciwdziałaniu samozagrzewaniu zbóż istotna jest nie tylko średnia bądź maksymalna temperatura, mierzona w jednym miejscu, lecz przede wszystkim stabilność warunków termicznych w całym przekroju składu. Ma to szczególnie duże znaczenie, gdy rozpatrujemy gradient temperatury pomiędzy centrum składu a obszarami przy ścianach. Duże dobowe wahania temperatury sprzyjają migracji wilgoci i inicjacji procesów samozagrzewania. Ograniczenie nagrzewania dachu i ścian prowadzi do spłaszczenia dobowych wahań temperatury, zmniejszenia gradientów oraz stabilizacji warunków w najbardziej wrażliwych strefach magazynu.
Jak się to przekłada na silosy blaszane?
W silosach blaszanych mechanizmy bilansu cieplnego przebiegają z większą intensywnością. Cienkościenne przegrody stalowe bardzo szybko przenoszą energię z nagrzanej powierzchni zewnętrznej do wnętrza obiektu, a dobowy bilans cieplny ma dużą amplitudę. Oznacza to szybsze nagrzewanie stref przyściennych i poddachowych oraz większą podatność na lokalne inicjacje procesów prowadzących do migracji wilgoci i samozagrzewania.
Jednocześnie oznacza to, że ograniczenie nagrzewania przegród w takich obiektach powinno przynosić relatywnie większą poprawę stabilności warunków przechowywania niż w magazynach betonowych. Wyniki uzyskane na obiektach betonowych i izolowanych należy więc traktować jako konserwatywny punkt odniesienia.
Wyniki prowadzone w tropikach, znajdują potwierdzenie w obserwacjach prowadzonych w Polsce. Dach kontenera pokrytego membraną chłodzącą Radi Cool rozgrzewał się do 30 stopni poniżej dachu referencyjnego (09.08.2025). W nocy temperatura dachów zrównywała się. Amplituda wahań dobowych dla kontenera testowego wynosiła od 5°C (dzień pochmurny, chłodny) do 20°C (zimna bezchmurna noc i ciepły słoneczny dzień). W tym samym czasie dach referencyjny osiągał amplitudę dobową od 10 do ponad 50°C.
Kluczowym jest to, że powierzchnie wystawione na słońce utrzymują temperaturę zbliżoną do temperatury powietrza. Eliminujemy tym samym przegrzewanie powierzchni wystawionej na słońce, a tym samym przegrzewanie ziarna w obwodzie składu. To pozwala na niwelację migracji wilgoci oraz, przy odpowiednim przewietrzaniu, lepszą kontrolę nad temperaturą i wilgocią składu.
Podsumowanie
Magazyn zbożowy jest układem, w którym biologia ziarna i fizyka przegród są ze sobą ściśle powiązane. Przegrzewanie i samozagrzewanie nie są zjawiskami przypadkowymi, lecz wynikiem konkretnego bilansu energetycznego. Dane pomiarowe pokazują, że redukcja temperatury przegród oraz ich dobowa stabilizacja przekładają się na mierzalne różnice temperatury wnętrza oraz poprawę jakości składowanego ziarna.
Stabilne warunki termiczne, ograniczenie nagrzewania dachu i ścian oraz właściwe przygotowanie ziarna przed magazynowaniem stanowią fundament bezpiecznego i długotrwałego przechowywania zbóż.