Full Text

Введение Употребление плодоовощной продукции хорошего качества имеет очень важное значение для нормальной жизнедеятельности человека из-за значительного содержания в ней витаминов, белков и углеводов, а также вкусовых и ароматических веществ. Поэтому в условиях снижения реальных доходов населения страны, повышения цен на пищевые продукты с особой остротой встает вопрос о повышении уровня сохранности плодоовощной продукции. Это возможно достичь только за счет совершенствования систем обеспечения микроклимата, позволяющих сохранять качество плодов и овощей, заложенных на длительный период хранения [1-4]. Для достижения этой цели здания хранилища оборудуются системами активной вентиляции для ассимиляции избыточной теплоты, влаги и различного рода химических соединений в жидкой и газовой фазе, выделяемых плодоовощной продукцией в результате физиолого-биологических и микробиологических процессов. Интенсивность этих процессов зависит как от биологических функций, которые они выполняют в жизненном цикле вегетирующего растения, так и от параметров микроклимата окружающей воздушной среды [5, 6]. Основная часть Известно, что недостаточное внимание к вопросам обеспечения параметров микроклимата в зданиях для хранения плодов и овощей приводит к негативным последствиям в различные периоды их эксплуатации [7]: - активному образованию конденсата водяных паров на ограждающих конструкциях; - гниению деревянных и коррозии металлических конструкций; - образованию зон в хранилище с различными видами плесени; - значительным затратам электрической и тепловой энергии на термодинамическую обработку наружного воздуха в условиях резкоконтинентального климата; - несоблюдению температурно-влажностных условий (tв, φв); - увеличению интенсивности воздухообмена и количества приточного воздуха (Lпр), подаваемого системами вентиляции. Чтoбы oбecпeчить кaчecтвeннoe хранениe плодоовощной продукции в хpaнилище, при распределении приточного воздуха необходимо учитывать все особенности распространения приточных струй, с тем чтобы в межконтейнерном пространстве обеспечить на должном уровне требуемые параметры воздуха пo тeмпepaтype, влaжности и определенному cocтaвy воздушной среды. Учет всех особенностей движения воздуха в хранилище представляет собой задачу большой сложности, так как не все факторы, обусловливающие это движение, поддаются точному анализу [8, 9]. Peшeниe этих непростых вoпpoсов нaибoлee эффeктивнo peaлизyeтcя c пoмoщью энергоэффективных систем активной вeнтиляции. В действующих картофелехранилищах контейнерного типа, расположенных в Восточной Сибири, распределение приточного воздуха осуществляется преимущественно через крупногабаритные отверстия воздуховодов 2, расположенных на полу у наружных стен хранилища 1 (рис. 1, а) [10]. Известно, что холодный наружный воздух, поступая в массу продукции, нагревается, при этом его влагоемкость возрастает, что ведет к значительной и вредной для хранящейся продукции потере влаги (усушке). Наибольшая усушка продукции наблюдается в нижних рядах контейнеров. При этом плодоовощная продукция теряет достаточно большое количество влаги, а ее клетки теряют тургор, что ведет к снижению иммунитета к различным возбудителям болезней [11]. Совершенствование систем активной вентиляции, применяемых при хранении плодоовощной продукции, невозможно без комплексной оценки формирования параметров микроклимата и температурно-влажностных процессов в картофелехранилище. Формирование и развитие воздушных потоков в горизонтальных и вертикальных плоскостях штабеля продукции при производительности системы вентиляции Lпр = 82,5 м3/(ч∙т) показывает, что значительная неравномерность скорости движения воздуха наблюдается при увеличении относительной высоты () от 0 до 0,5 в нижней части хранилища (рис. 2). Неравномерность распределения скорости воздушных потоков, достигающая более 45 %, существенным образом оказывает влияние на формирование температурно-влажностных полей в межконтейнерном пространстве и в массе продукции. Измерения показали, что изменение значений скорости движения внутриштабельного воздуха зависит от расположения контейнера с продукцией до приточного отверстия крупногабаритного воздуховода - распределителя. Так, на расстоянии 1,0 м при относительной высоте контейнеров = 0,1 в межконтейнерном пространстве скорость движения воздуха около контейнеров υв = 3,2…3,5 м/с. А на расстоянии 7,0 м циркуляция приточного воздуха из-за значительного аэродинамического сопротивления штабеля уменьшается в два раза и составляет υв = 1,75 м/с. Подвижность воздуха значительно снижается при изменении относительной высоты контейнеров () от 0,6 до 1,0. Это указывает на незначительное изменение скорости циркуляции воздуха: (υв = 0,22…0,65 м/с при относительной высоте контейнеров = 0,7, при относительной высоте контейнеров = 0,95 скорость движения воздуха составляет υв = 0,2…0,5 м/с) [12, 13]. Рис. 1. Системы активной вентиляции в картофелехранилищах контейнерного типа: а - при распределении приточного воздуха через крупногабаритные отверстия воздуховода, расположенного на полу у наружной стены: 1 - хранилище; 2 - приточный воздуховод; 3 - контейнер с продукцией; 4 - дефлектор; 5 - воздухозаборная шахта; 6 - вытяжной воздуховод; б - при рассредоточенной подаче воздуха через плоские приточные отверстия вертикально установленных воздуховодов - распределителей в межконтейнерном пространстве хранилища: 1 - хранилище; 2 - контейнер с продукцией; 3 - пол деревянный; 4 - продольные приточные воздуховоды - ответвления; 5 - вертикальные секционные воздуховоды - распределители; 6 - плоские приточные отверстия; 7 - всасывающее отверстие; 8 - рециркуляционный вытяжной воздуховод; 9 - магистральный вытяжной воздуховод; 10 - вытяжная шахта; 11 - дефлектор Fig. 1. Active ventilation systems in container-type potato storages: а - at supply air distribution through large openings duct adjacent to the outer wall in the lower area: 1 is the storage; 2 is the supply duct; 3 is the product container; 4 is the deflector; 5 is the air intake shaft; 6 is the exhaust duct, б - at dispersed air supply through flat air inlets of vertically installed ducts - distributors in the intercontainer uneven storage space: 1 is the storage; 2 is the product container; 3 is the wooden floor; 4 is the longitudinal supply air ducts - branches; 5 is the vertical sectional ducts - distributors; 6 is the flat air inlets; 7 is the suction port; 8 is the recirculation exhaust duct; 9 is the main exhaust duct; 10 is the exhaust shaft; 11 is the deflector Результаты измерения позволили установить, что температура внутриштабельного воздуха и массы продукции превышает нормируемые значения в 1,6-3,5 раза в зависимости от расположения контейнеров с плодоовощной продукцией относительно приточных отверстий воздухораспределителя. Вследствие этого относительная влажность внутреннего воздуха отклоняется от нормируемых параметров на 20-24 % при нормируемом диапазоне 90-95 %. Рис. 2. Изменение скорости вентиляционного потока по высоте штабеля при работе активной вентиляции производительностью Lпр = 82,5 м3/(ч·т) при распределении приточного воздуха через крупногабаритные отверстия воздуховода, расположенного у наружной стены в нижней зоне: 1 - ряд контейнеров на расстоянии от приточного отверстия 1 м; 2 - ряд контейнеров на расстоянии от приточного отверстия 4 м; 3 - ряд контейнеров на расстоянии от приточного отверстия 7 м Fig. 2. The change in the speed of the ventilation flow along the height of the stack during active ventilation with a productivity of Lpr = 82.5 m3/(h·t) at supply air distribution through large openings duct adjacent to the outer wall in the lower area of the store; 1 is a number of containers at a distance of 1 m from the air inlet; 2 is a number of containers at a distance of 4 m from the air inlet; 3 is a number of containers at a distance of 7 m from the air inlet Таким образом, интенсивное проточное вентилирование продукции в контейнерах, расположенных вблизи приточного воздуховода, не позволяет избежать потерь продукции в контейнерах, находящихся вблизи крупногабаритных приточных отверстий, так как подвергается наиболее интенсивному обдуванию. Это приводит к ухудшению качества картофеля, а наиболее удаленные ряды вентилируются незначительно, что также ухудшает сохранность картофеля. Кроме того, картофелехранилище с такой системой активной вентиляции потребляет значительное количество электрической энергии. Так, на 1 тыс. т вместимости установленная мощность составляет 425 кВт. Поэтому необходимы системы обеспечения микроклимата с минимальной энергоемкостью за счет максимального использования в холодный период года тепловыделений продукции. В целях устранения отмеченных недостатков, присущих системам с нижним распределением приточного воздуха через крупногабаритные отверстия, в картофелехранилищах применяют более совершенные системы - с подачей приточного воздуха внутрь штабеля контейнеров, в нижнюю его зону в три параллельно установленные продольные приточные воздуховоды - ответвления 4. Они соединены с вертикально установленными секционными воздуховодами - распределителями 5, расположеными под деревянным полом 3 хранилища 1. Для раздачи приточного воздуха по высоте на разных уровнях в горизонтальной плоскости межконтейнерного пространства в хранилище в секционном распределителе использованы плоские приточные отверстия 6 с четырех сторон по периметру вертикально установленных секционных воздуховодов - распределителей. Удаление загрязненного воздуха из контейнеров 2 с продукцией и межштабельного пространства хранилища осуществляется при помощи всасывающих равновеликих отверстий 7 в рециркуляционном вытяжном воздуховоде 8. Обеспечивается направленное затекание воздуха в массу продукции [14, 15]. Результаты хранения продукции с таким воздухораспределением значительно лучше, чем при подаче приточного воздуха через пристенные воздуховоды большого размера. Обеспечивается направленное затекание воздуха в массу продукции [16]. Для уменьшения потребления тепловой энергии в хранилище в период значительного понижения температуры наружного воздуха (ниже -25 °С) устанавливается автоматически регулируемый режим вентилирования с комбинированным использованием естественного холода и утилизацией теплоты удаляемого вентиляционного воздуха из хранилища. Выполненные нами исследования показали, что хранение плодоовощной продукции в хранилищах при подаче обработанного воздуха непосредственно в контейнерную загрузку оказалось значительно эффективнее, чем при распространенной системе распределения воздуха через крупногабаритные пристенные воздуховоды. Распределение воздуха в вертикальное и горизонтальное межконтейнерное пространство обеспечивает повышение доли расхода приточного воздуха, непосредственно поступающего в контейнеры с картофелем каждого ряда, на 18-23 % в сравнении с вышеописанными системами активного вентилирования хранилищ. Установлено изменение зависимости параметров микроклимата в массе картофеля от объема наружного воздуха, обработанного в приточной вентиляционной камере с роторным теплоутилизатором и радиальным вентилятором с ЕС-двигателем. Картофелехранилище оснащено ЕС-двигателями в составе программно-технического комплекса «Тургор АМ», характеризующимися оптимальным регулированием числа оборотов и, соответственно, производительности вентиляторов. Осуществляется это более эффективным образом по сравнению с традиционными AC-двигателями, оснащенными частотным приводом. Это способствует поддержанию сохранности и качества плодоовощной продукции на протяжении всего периода хранения [17]. Изменение температуры воздуха и массы картофеля по высоте штабеля незначительно и не превышает 1,3-2,4 °С, а перепад температуры в массе картофеля на относительной высоте = 0,2 от уровня притока воздуха составляет не более 1,9-2,3 °С, а на относительной высоте = 0,9 наблюдается его увеличение до 2,9 °С. Установлено, что снижается разница между температурой картофеля и вентиляционного воздуха в хранилище между температурами верхнего и нижнего слоя [14]. Формирование полей скорости вентиляционного потока по высоте штабеля при удельной воздушной нагрузке активной системы вентиляции Lпр = 82,5 м3/(ч·т) можно проследить по зависимости, представленной на рис. 3. Результаты исследований позволили констатировать, что значения скорости воздуха в горизонтальных плоскостях штабельной загрузки хранилища распределяются достаточно равномерно. Так, скорость воздушного потока на относительной высоте штабеля ( = 0,1) изменяется в пределах от 0,47 до 0,56 м/с, а при увеличении высоты контейнерной загрузки ( = 0,9) отмечается уменьшение скорости в диапазоне от 0,19 до 0,24 м/с. Заметное уменьшение скорости воздуха в верхних контейнерах с продукцией происходит благодаря значительному аэродинамическому сопротивлению. В контейнерах с продукцией отмечается и повышение скорости воздушного потока на каждом относительном уровне контейнерной загрузки, что объясняется наличием в данном месте распределения воздуха из приточного отверстия [13, 14]. Рис. 3. Изменение скорости вентиляционного потока по высоте штабеля при работе активной вентиляции производительностью Lпр = 82,5 м3/(ч·т) при рассредоточенной подаче воздуха через плоские приточные отверстия вертикально установленных воздуховодов - распределителей в межконтейнерном пространстве хранилища Fig. 3. The change in the speed of the ventilation flow along the height of the stack during active ventilation with a productivity of Lpr = 82.5 m3/(h·t) at dispersed air supply through flat air inlets of vertically installed ducts - distributors in the intercontainer storage space Приточные секционные воздуховоды в межконтейнерном пространстве обеспечивают распределение приточного воздуха непосредственно под каждый ярус контейнеров с продукцией благодаря схеме их размещения, а также за счет соответствия высоты контейнеров расстоянию по вертикали между щелями в воздуховоде. Такой способ формирования воздушных потоков в объеме контейнерной загрузки позволяет обеспечить требуемое качество и максимальную сохранность продукции в течение всего периода длительного хранения. Система активного вентилирования с утилизацией теплоты удаляемого воздуха обеспечивает энергосбережение более 65 % и нормируемые параметры микроклимата (внутреннюю температуру и относительную влажность, подвижность воздуха и его газовый состав) благодаря плавному (от 0 до 100 %) распределению приточного воздуха. Оценка экономической эффективности показывает, что капитальные затраты на основное оборудование системы вентиляции окупаются примерно за 2,5 года. Плавная и ритмичная работа основного оборудования системы обеспечения микроклимата позволяет значительно уменьшить отходы при хранении картофеля [18-20]. Заключение 1. Натурные исследования показали, что интенсивное проточное вентилирование продукции вблизи приточного воздуховода приводит к увеличению потерь (усушке) плодоовощной продукции до 15 %, поскольку ряд контейнеров с продукцией, находящийся вблизи крупногабаритных приточных отверстий, подвергается наиболее сильному обдуванию, что приводит к ухудшению качества картофеля. 2. Установлено, что температура внутриштабельного воздуха и массы продукции превышает нормируемые значения в 1,6-3,5 раза в зависимости от расположения контейнеров с плодоовощной продукцией относительно приточных отверстий воздухораспределителя. Вследствие этого относительная влажность внутреннего воздуха отклоняется от нормируемых параметров на 20-24 %. 3. При организации воздухообмена при помощи секционных воздухораспределителей в объеме контейнерной загрузки устанавливается нормируемый температурно-влажностный режим коэффициентом неравномерности от 0,85 до 0,95. 4. Исследования показали, что температурно-влажностные условия в массе плодоовощной продукции можно улучшить, увеличив в ней воздухообмен. При этом подвижность воздуха в массе продукции при хранении в контейнерах необходима со скоростью не ниже 0,24-0,35 м/с. 5. Использование в системе активной вентиляции высокоэффективного вращающегося регенеративного роторного теплоутилизатора (Е ≥ 85-90 %) и электронно-коммутируемых ЕС-вентиляторов позволяет обеспечить экономию тепловой и электрической энергии, а также снижение потерь массы продукции на 21-26 % при целенаправленной подаче обработанного воздуха в межконтейнерное пространство и контейнеры с продукцией.

About the authors

M. P Kalashnikov

East Siberia State University of Technology and Management

References

Statistics

Views

Abstract - 671

PDF (Russian) - 322

Refbacks

• There are currently no refbacks.