Факторы сокращения потерь

При принятом сегодня способе хранения яблок для сокращения потерь при хранении используют изменение следующих факторов:

- снижение температуры хранения ;

- оптимизация относительной влажности воздуха;

- изменение состава воздуха в хранилище (CA-хранение).

Задача специалистов произвести расчеты техники так, чтобы добиться оптимальных для каждого отдельного сорта условий.

 

Снижение температуры

Самой эффективной возможностью замедлить процесс порчи свежих фруктов и овощей по-прежнему является быстрое и необходимое сразу же после сбора урожая понижение температуры в хранилище.

При хранении играет существенную роль не только сама температура, но и скорость, с которой достигается необходимая температура. Через 5-8 дней товар должен достичь температуры хранения. Любая слишком поздняя закладка на хранение или промежуточное хранение при более высоких температурах сокращает сохранность товара.

Основное правило при длительном хранении заключается в следующем: день позднего или длительного охлаждения может стоить недели хранения (при длительном хранении до июня или июля следящего года).

Для оптимизации относительной влажности воздуха возможны следующие способы:

- Увлажнение

- Большие поверхности испарителей

- Оптимальное регулирование холодильных установок согласно условиям хранения.

В последние годы дополнительное увлажнение потеряло своё значение. Мы рассчитываем наши холодильные установки так, чтобы большие поверхности пластинок воздухоохладителей (испарителей), а также низкий показатель разницы в температуре (Δt), т.е. разница между температурой воздуха в помещении и температурой поверхностей пластинок воздухоохладителей, создавали возможность держать потери влажности на технически минимально возможном уровне. Мы разработали также специальную систему регулирования для хранения фруктов. Если, например, температурный зонд в помещении сигнализирует «мне нужен холод», то для начала включаются вентиляторы, иногда этого одного бывает достаточно. Мы устанавливаем энергосберегающие, чётко настроенные холодильники, оснащённые трёх-восьми ступенчатым или бесступенчатым регулированием – то после ее включения запускается вентилятор. После подключения установки первым делом включается вентилятор. А для холодного времени года, когда холодильная машина почти не работает, вентиляторы включаются периодически – регулярность устанавливается произвольно (например, 15 минут в час). Таким образом мы можем предупредить неравномерность температурного режима и неравномерность состава воздуха (так называемые скопления СО₂) в помещении хранилища.

Изменения в составе воздуха (хранение СА):

Яблоки забирают, как мы все знаем, при дыхании постоянно кислород и отдают приблизительно то же количество углекислого газа. Если изменить концентрацию этих участвующих в дыхательном обмене газов, то можно продолжительно влиять на интенсивность дыхания фруктов. Соответственно замедляются процессы созревания и разложения веществ и увеличивается длительность хранения. В качестве эксперимента мы уже хранили яблоки более 1 года, что, конечно, с экономической точки зрения, нецелесообразно. Для того, чтобы изменить газовую среду в хранилище, оно должно быть газонепроницаемым. За счет этого и за счет дыхания фруктов в помещении хранилища повышается содержание CO₂ и снижается содержание O₂. В современных хранилищах СА с двусторонним регулированием с помощью абсорберов можно регулировать содержание как СО₂ так и О₂, что позволяет использовать эффект задержки созревания за счет повышения концентрации СО₂ и понижения содержания О₂. Особенно эффективным оказывается хранение в регулируемой атмосфере, если с помощью специальных устройств необходимые условия хранения достигаются в течение нескольких часов или дней. В последнее время разработаны технологии ULO (ultra-low oxygen - ультранизкий кислород), при которых содержание кислорода снижается до 1 - 2% (обычно до 3%). Это позволяет достичь еще более высокой сохранности фруктов. Особенно эффективны при этом концентрации CO₂ выше 3% и / или концентрации O₂ от 1,5 до 2%. Такое содержание кислорода лишь незначительно превышает предельное значение, необходимое для поддержания жизни яблока, и может быть достигнуто лишь с надежно работающей автоматической системой управления и регулирования газовой среды. Прибор измерения содержания СО₂ и О₂ интегрирован в систему управления, его мы, как правило, монтируем в переключательный шкаф холодильной установки. Предпосылкой хранения ULO является, конечно же, газонепроницаемое исполнение камеры. А это наш фирменный продукт!

Многие знания об оптимальных размерах хранилища, сроках закладки, темпах охлаждения и достижения атмосферного режима, скорости разгрузки хранилища, сортах, болезнях и т.п. накоплены фирмой «Plattenhardt + Wirth» за время многолетней работы в области хранения фруктов и овощей.

Связь между температурой хранения и продолжительностью хранения

 

Великолепные результаты дает хранение CA прежде всего для яблок, груш, белокочанной капусты, винограда.

1 Выбор расчетных параметров

 

Исходные данные. В камере охлаждения фруктов с темпера­турой t_пм= 0 °С и влажностью воздуха (80-90)% находятся яблоки, упакованные в деревянные ящики. На­чальная температура яблок t_н=25 °С, конечная t_к =  6°С

Требуется: определить продолжительность охлаждения, вместимость камеры, тепловую нагрузку на камерное оборудование, подобрать воздухоохладители. Для качественного и интенсивного охлаждения фруктов, уложенных в ящики, штабель формируем таким образом, чтобы обеспечить через него ин­фильтрацию холодного воздуха. При таком складировании норма загрузки отнесенная к 1 м² строительной площади камеры, составляет g_r= 400 кг/м² .

 

2 Краткое описание строительной конструкции. Требования к планировке

 

Под планировкой понимают размещение всех производственных и вспомогательных

 помещений холодильника с учетом их назначения, количества и разме­ров.

Чтобы обеспечить наиболее рациональную планировку, рекомендуется при­держиваться следующих правил.

1. Принятая планировка должна соответствовать принятой схеме техноло­гического процесса, т. е. обеспечивать точное и последовательное выполнение всех технологических операций. Желательное направление движения груза — в одну сторону без встречных н пересекающихся потоков. Двери камер должны выходить в коридор. Исключение составляют камеры замораживания и охлаждения, вход в которые может быть через помещения для загрузки, а также камеры хранения продуктов, подвергающихся товарной обработке как при поступлении, так и при выдаче через эти помещения. Не исключается применение бескоридор­ных планировок, если есть возможность обеспечить последовательное перемеще­ние груза по технологической цепочке без возврата. Последнее решение обычно возможно на холодильниках мясокомбинатов и рыбообрабатывающих предприятий.

2. Планировка должна способствовать уменьшению первоначальных затрат на строительство холодильника. Это достигается широким применением типовых строительных элементов и конструкций, использованием местных строительных материалов, сокращением площади, занимаемой вспомогательными помещениями. Однако при сокращени вспомогательных помещений нельзя забывать об удоб­ствах обслуживания, т. е. производить сокращение в ущерб эксплуатации. В этом плане правильным примером сокращения вспомогательных помещений будет применение бескоридорных планировок на некоторых производственных холодильниках, а также на ряде распределительных холодильников и фрукто - и овощехра­нилищ с непосредственным выходом из камер на платформы.

3. Планировка должна обеспечивать дешевую и удобную эксплуатацию хо­лодильника.

Прежде всего должны быть правильно выбраны размеры холодильника, обеспечивающие свободу и широту маневра погрузочно-разгрузочных и транспортных средств.

Ширину здания многоэтажного холодильника, как правило, принимают не более 40 м (что связано не с эксплуатацией, а с возможностью монтажа, обеспе­чением его удобств, но приводит к созданию платформ большой длины).

Ширина одноэтажных холодильников при центральном расположении кори­дора определяется модулем, равным 12 м, соответствующим длине наиболее распространенного пролета.

Ширину одноэтажных холодильников принимают рав­ной

12, 24, 36, 48, 60 и 72 м.

Длину здания холодильника выбирают так, чтобы длина железнодорожной платформы позволяла принимать пятивагонную рефрижераторную секцию.

Ширина железнодорожных платформ 6—7,5 м, автомобильных — в тех же пределах.

В некоторых случаях на холодильниках предусматривают соединитель­ную платформу шириной 3,5 м, но чаще проектируют холодильники со сквозными грузовыми коридорами, имеющими выход на обе платформы. Ширина коридоров обычно 6 м.

и Железнодорожную платформу на холодильниках емкостью до 600 т не преду­сматривают. Такие холодильники вообще могут иметь только одну автомобиль­ную платформу. Железнодорожные платформы делают с уступом шириной 560 мм по всей длине для обеспечения возможности разгрузки вагонов любых типов.

Для уменьшения теплопритоков в камеры их группируют в блоки с примерно одинаковым температурным режимом.

4. Планировка должна соответствовать принятой системе охлаждения. Это особенно важно учесть при проектировании одноэтажных холодильников, так как не всегда удается обеспечить слив хладагента из приборов охлаждения, что приводит к необходимости перехода на более емкие схемы с нижней подачей холодильного агента. При составлении планировки должны быть предусмотрены места для монтажа оборудования, камерных распределительных коллекторов _н

5. Планировка должна соответствовать требованиям правил техники безо­пасности и пожарной безопасности.

6. Планировка должна предусматривать возможность расширения холодиль­ника. Для этого оставляют свободной одну торцевую стену.

Следует иметь в виду, что составление планировки является наиболее трудным ответственным процессом проектирования, от которого в дальнейшем зависит эко­номическая эффективность действующего предприятия.

 

3 Определение площадей камеры и выбор плана

 

Таблица 1 - Размеры камеры

Ширина, м	Длина, м	Толщина стен, м
6,0	18,0	0,8

 

Строительная площадь камеры F, м

 

F =LB,                                                                                  (1)

 

где L- длина камеры, м;

В – ширина камеры, м.

 

F= 18,0x6,0= 108,0 м²

 

Вместимость камеры М, т

 

М=Fg _,                                                                                                     (2)

 

где F – площадь камеры, м²;

g_f - норма загрузки на 1м² ;   

g_f =400 кг/м².

 

M= 108x400 = 43 200 кг=43,2 т

Продолжительность охлаждения яблок, уложенных в деревянную тару, можно найти из зависимости Т , ч;

 

Т = (l/m)ln((t_н - t_нм)/(t_к- t_пм)),                                                    (3)

 

где m - темп охлаждения для яблок, упакованных в ящики, с;

w_н - скорости инфильтрации воздуха, w_н = 0,8-1,0 м/с;

t_н – начальная температура яблок, °С;

t_к – температура кипения, °С.

 

Т= (1/0,000018) In (25 - 0)/(6 - 0)) = 79 200 с = 22 ч

 

Теплоприток через ограждающие конструкции камеры рассчитываем с учетом теплопритока от солнечной радиации только через стенки холодильных камер Q₁, кВт;

 

Q₁= ∑(k_iF_iΔt_i)+ kFΔt_c                                                                               (4)

 

где k - коэффициент теплопередачи ограждения, принимаем для наружной стены 0,40 Вт/(м²-К);

для внутренней с коридором 0,52 Вт/(м² К), для покрытия 0,37 Вт/(м²-К);

Δt_c - дополнительная разность температур от солнечной радиации, Δt_c = 18 °С.

 

Q₁= 0,40x6x4,8 (31 -0) + 0,52x6x4,8 (12-0) +0,37x6x18 (31 -0) +0,37x6x18x18 =2,5 кВт

4 Расчет толщины теплоизоляционного слоя

 

Толщина слоя теплоизоляции δ_{из ,} м;

 

                    (5)

 

где λ_из  - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м х град.)

к_н – нормативный коэффициент теплопередачи конструкции ограждения,

Вт/(м² х град.)

δ_i – толщина отдельных слоев строительных и пароизоляционных материалов, м;

λ_i – коэффициент теплопроводности соответствующих материалов, Вт /(м²х град.)

a_{1 –} коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке с теплой с теплой стороны,

Вт/(м² х град.)

а₂ – коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху камеры, Вт/(м² х град.)

После определения толщины слоя изоляции δ_из  по формуле полученный результат округляют до значения стандартных толщин принятого теплоизоляционного материала δ˙_из .

Для принятой окончательно толщины слоя теплоизоляции δ˙_из  производят уточнение величины коэффициента теплопередачи, который будет использован в расчетах и является действительным.

δ_из = 0.030 х [1/5 – (1/8 + ∑ 7/4 + 2/8)]=38.84

 

Таблица 2- Сравнительная характеристика различных строительных материалов с точки зрения теплопроводности

Напыление полиуретаном - передовая и прогрессивная технология теплоизоляции при строительстве новых и при ремонте и реконструкции старых построек. Тепло- и гидроизоляция имеет огромное значение с точки зрения экономии энергии и охраны окружающей среды. Пена для напыления представляет собой жесткий полиуретановый пеноматериал с высоким содержанием закрытых ячеек - около 95%.

 

Таблица 3 - Физико-механические характеристики полиуретана

Показатель	Значение
Кажущаяся плотность, кг/м3	60,0
Содержание закрытых пор, %	95,0
Разрушающее напряжение при сжатии, не менее, кПа	200
Теплопроводность, не более, Вт/мК	0,03
Водопоглащение, не более, об.	2%
Теплостойкость, не менее, °С	100

Физико-механические свойства пенополиуретана зависят от его плотности. Пенополиуретан с высокой плотностью, а следовательно, и с высокими прочностными показателями используют:

Для изоляции крыш и несущих строительных конструкций. Для изоляции трубопроводов, в случаях, когда требуется стойкость к воздействию высоких температур и долговечность. Для теплоизоляции стен, потолков, внутренних поверхностей используют пенополиуретан с плотностью 40 - 45 кг/м³, физико-механические характеристики такого пенополиуретана немного ниже, однако его теплоизолирующие свойства практически не ухудшаются. При изготовлении сэндвич-панелей пенополиуретановый слой обычно имеет плотность около 40 кг/м³. Прочность панели определяется свойствами всех материалов, использованных в панели. Наибольшее распространение имеют панели, изготавливаемые с применением легких металлов и металлопластов, такие панели при малом весе имеют достаточную прочность и высокие теплоизолирующие свойства.

Очевидные преимущества напыляемой пенополиуретановой изоляции:

- разрешена органами строительного надзора;

- экономия энергии за счет отсутствия стыков, швов, тепловых мостиков;

 -одновременная гидроизоляция

-устойчивость к воздействию открытого огня

-долговечность высокая прочность, по пенополиуретановому покрытию можно ходить

-хорошая адгезия к строительным материалам

-химическая стойкость к слабокислотным осадкам, к промышленным углеводородам (бензины, масла, битумы, краски)

-тепло- и морозостойкость в диапазоне температур от -30°С до +100°С

-малый вес и отсутствие нагрузки на строительные конструкции.

5 Тепловой расчет камеры холодильника

 

Теплоприток от биохимических процессов, протекающих в яблоках Q₂б, кВт

 

Q_2б= Mхqб,                                                                      (7)

 

где qб - удельная теплота биохимического процесса, Вт/т (q₆ =9-11 Вт/т).

 

Q_2б= 43,2х9 = 400 Вт = 0,4 кВт

 

Эксплуатационные теплопритоки принимаем ориентировочно Q₄, кВт

 

Q₄ = 0,2Q₂,                                                                        (8)

 

где Q₂- теплоприток от охлаждаемых яблок, кВт.

 

Q₄ = 0,2-48,7=10 кВт

 

Тепловая нагрузка на камерное оборудование Q₀, кВт

 

Q₀ = Q₁+Q₂+Q_2б+Q₄                                                                             (9)

 

где  Q₁ – приток через ограждающие конструкции, кВт;

Q₂ – теплоприток от охлаждающих яблок, кВт;

Q_2б - Теплоприток от биохимических процессов, протекающих в яблоках, кВт;

Q₄ - Эксплуатационные теплопритоки, кВт.

Q₀ = 2,5 + 48,7 + 0,4+10 = 61,6 кВт

 

Теплообменная площадь воздухоочистителей F_в, м²;

 

F_в Q_о/(k₀Ə₀)                                                                 (10)

 

где к₀- коэффициент теплопередачи воздухоохладителя, к₀ = 15 Вт/(м²-К);

Ə₀ - температурный напор, с целью уменьшения опасности подмораживания продуктов для фруктовых камер принимают в пределах Ə₀= (5 ÷6) К.

Q₀ - тепловая нагрузка на камерное оборудование, кВт.

 

F_в=61600/(15х6)=61,6кВт

 

6 Выбор и обоснованные системы охлаждения

 

Сплит-системы состоят из двух частей: снаружи компрессорно-конденсаторный агрегат и воздухоохладитель (испаритель) внутри камеры, соединённые между собой трубопроводами. Обе части могут располагаться на необходимом расстоянии друг от друга, что позволяет разрешить проблему расположения оборудования снаружи или внутри камеры. Они могут применяться для камер встроенных в существующие помещения с толщиной стен и высотой потолков, не позволяющих провести монтаж моноблоков.

Холодильные сплит-системы Polair (Россия), изготовленные по лицензии фирмы «Zanotti», предназначены для охлаждения внутреннего объёма холодильной камеры и представляют собой холодильные агрегаты, состоящие из двух блоков — компрессорно-конденсаторного агрегата и воздухоохладителя, заправленные сухим азотом, протестированные на производстве и рассчитанные на работу при внешней температуре окружающего воздуха от +10 до +40°С. Для обеспечения нормальной работы холодильной сплит-системы при расположении камер на улице предусмотрен комплект зимнего регулирования.

Среднетемпературные холодильные сплит-системы Polair типа «SМ» предназначены для поддержания в камере температуры от -10 до +10°С, низкотемпературные морозильные типа "SB" от -15 до -25°С.

Корпус сплит-системы Polair изготовлен из оцинкованной листовой стали с полимерным покрытием. В наружной части находится медно-алюминиевый конденсатор, вентилятор обдува, компрессор, фильтр-осушитель «Danfoss», электрический блок управления. Во внутренней части сплит-системы Polair находятся: испаритель, вентилятор обдува, электрический ТЭН оттайки испарителя. При оттайке конденсат сливается по специальной трубке. Электронный блок управления фирмы «Danfoss» ЕКС — 201 установлен на электрическом щите, поддерживает заданную температуру в охлаждаемом объёме, включает режим оттаивания испарителя.

В сплит-системе Polair используются герметичные поршневые компрессоры «L'Unite Hermetique» или «Danfoss». Электрическая часть холодильной сплит-системы предусматривает подключение дополнительного оборудования: освещение камеры, обогрев дверного проёма, клапан выравнивания давления и пр.

Сплит-система оснащена системой автоматического оттаивания снеговой «шубы» на испарителе с помощью электрических нагревательных элементов с последующим отводом образующейся влаги за пределы внутреннего объема камеры. Все элементы гидросистемы холодильной машины соединены герметично.

Расчет необходимого объемного расхода воздуха проводится для условий, установившихся к концу периода охлаждения загрузки. Примем, что максимально допустимое изменение температуры загрузки по объему равно 1К, перепад температуры воздуха в холодильном агрегате равен 1К, скорость изменения температуры загрузки при охлаждении составляет 0,1 К/час. В начале периода охлаждения расход воздуха рассчитывается из предположения, что перепад температуры воздуха в воздухоохладителе составляет 3К.

Расход воздуха q_t, м³/ч

 

q_t=q_r + q_p = m хc_p х Δ t                                                               (11)

где q_t - общее количество тепла, удаляемое из камеры, Вт;

q_r - теплодыхания, Вт;

q_p - тепло, выделяемое при остывании, Вт;

m - весовой расход воздуха, кг/с;

с_р - удельная теплоемкость воздуха, кДж/кгК;

Δ t -изменение температуры воздуха, К.

или

В равновесном состоянии перепад температур по воздуху Δt равен перепаду температур по загрузке m_t, кг/с

 

m_t=q_t/(c_p·Δt)                                                                                  (12)

 

где с_р - удельная теплоемкость воздуха, кДж/кгК;

Δ t -изменение температуры воздуха, К.

m_t =7.7/(1000·1)= 0,0077 кг/с

Объемный расход воздуха, Q, м³/с

 

Q= m_t/ q_p                                                                                       (13)

Q=0,0077/1,2=0,0064 м³/с на коробку.

Для камеры, в которой находятся 400 коробок с яблоками, объемный расход воздуха должен составлять 2,76 м3/c при статическом напоре вентилятора 150 Па.

 

7 Расчет и подбор основного и вспомогательного оборудования

 

Оптимальным вариантом оборудования в холодильной камеры для хранения яблок стала сплинт – системы Polair (Россия). Так как эти системы долее долговечны в эксплуатации и показали высокую надежность и простоту монтажа. 

 

Таблица 4- Оптимальные варианты оборудования

Тип