Тепловой расчет системы охлаждения

    Лежкость картофеля и двухлетних овощей обусловлена глубиной и продолжительностью периода покоя. Состояние покоя – закрепленная генетически приспособительная реакция растений к переживанию неблагоприятных для вегетации сезонных условий. Для картофеля и лука свойственно состояние глубокого покоя, капусты и корнеплодов точки роста находятся в состоянии вынужденного покоя и при благоприятных условиях могут прорастать с осени.

    Лежкость плодов и плодовых овощей определяет продолжительность периода послеуборочного дозревания. Объекты хранения – плоды с семенами. Процесс дозревания связан с окончательным формированием зародышей семян и околоплодника. Чем продолжительнее послеуборочное дозревание, тем выше лежкость и пригодность к хранению.

    Лежкость зеленых овощей, ягод, косточковых плодовограничена. Из-за тонких покрывных тканей и клеточных стенок, сильно развитой листовой поверхности они легко теряют воду (до 2 % в сутки) и для их хранения необходимо создавать условия, препятствующие испарению и потери влаги.

    Дыхание – основной процесс обмена веществ в плодах и овощах при хранении. В процессе дыхания образуются пластические вещества и энергия, в том числе и для

    послеуборочного дозревания плодов. При дыхании в  штабелях продукции за счет выделяемой теплоты создаются условия, определяющие технологию размещения

    продукции, вентиляцию, охлаждение и т.д. Уравнение  аэробного дыхания имеет вид: 

    C₆ H₁₂ O₆ + 6O₂ = 6CO + 6H₂O + 2817,3 кДж. 

    При нарушении процесса дыхания в  объектах хранения образуются недоокисленные продукты (этиловый спирт, уксусный альдегид), что приводит к возникновению

    физиологических расстройств в виде потемнений, некрозов.

    Устойчивость  плодов и овощей к  неблагоприятным  воздействиям. Устойчивость к механическим воздействиям зависит от строения и состава покрывных тканей.

    Например, прочные покрывные ткани тыквы обуславливают ее устойчивость к механическим повреждениям, делают возможным хранение при пониженной влажности и повышенной температуре.

    Химический  состав – наличие дубильных, красящих веществ, полифенолов определяет устойчивость плодов и овощей к фитопатогенам. В устойчивости плодов и овощей определенную роль играют их строение и способность воссоздавать утраченные покрывные ткани. Основную роль в устойчивости играет дыхательный обмен, при котором выделяется энергия и синтезируются пластические вещества для  противодействия фитопатогенам.

    Оптимальные условия хранения. Температура, влажность, состав газовой среды и некоторые другие условия влияют на сохраняемость продукции.  

    Температура – основной фактор среды, определяющий сохраняемость плодов и овощей. Для длительного хранения

продукции следует поддерживать такую температуру, при которой процессы  жизнедеятельности  максимально заторможены, но не настолько, чтобы наступили физиологические  расстройства. Нижний допустимый предел температуры ограничен точкой замерзания.                                                                     

    От влажности среды зависит испарение влаги хранящимися продуктами, приводящее к потере массы. Испарение влаги возрастает при увеличении дефицита

    влажности, т.е. понижении влажности среды. Интенсивность  испарения зависит от особенностей строения и толщины покрывных  тканей плодов и овощей, гидрофильности коллоидов протоплазмы. Например, тыкву, луковицы репчатого лука и чеснока можно сохранять при влажности 70-75%. В хранилищах обычно рекомендуют поддерживать влажность 95% и выше, но в то же время нельзя допускать отпотевание продукции, при котором интенсифицируется их микробиологическая порча.

    Состав  газовой среды влияет на характер и интенсивность дыхания плодов и овощей при хранении, а следовательно, и на их сохраняемость. При дыхании в герметичных емкостях за счет дыхания происходит накопление CO2 и уменьшение концентрации O2, что снижает интенсивность дыхания и замедляет послеуборочное дозревание. Хранение плодов в холодильных камерах с регулируемой газовой средой (РГС) значительно сокращает потери и увеличивает сроки хранения продукции. 

    Хранения  плодов и овощей 

Способ  хранения выбирают по технологическим  и экономическим показателям. К технологическим относятся точность поддержания режима в оптимальных пределах и максимальный срок хранения с минимальными потерями, а к экономическим – капитальные затраты на сооружение и расходы при эксплуатации.

    Методы  хранения картофеля, овощей и плодов подразделяют на две группы: полевое хранение (временные сооружения); хранение в капитальных хранилищах (стационарные сооружения). По способу поддержания режима хранения различают следующие хранилища:

    • с естественной вентиляцией, охлаждаемые наружным воздухом за счет тепловой конвекции;

    • с принудительной циркуляцией, охлаждаемые наружным воздухом, подаваемым вентилятором (в том числе по методу активного вентилирования);

    • ледники и ледяные склады, охлаждаемые льдом;

    • холодильники с искусственным охлаждением, охлаждаемые при помощи специальных холодильных  установок;

    • холодильники с регулируемой газовой средой.

    Стационарные  хранилища различают по назначению, вместимости, планировки,  строительно-конструктивным особенностям, способам размещения продукции, системам регулирования условий хранения, механизации загрузки и выгрузки, экономическим показателям.

Хранилища могут быть многосекционными, их компонуют  из унифицированных секций вместимостью ( в условиях данной задачи) – для  свеклы  – 2500 т.

Так как  хранилище находится в районе с расчетной зимней температурой воздуха - 30°С, то мы должны выбрать хранилище полузаглубленного или заглубленного типа (если бы расчетная зимняя температура не превышала - 20°С, то лучше было бы выбрать хранилище наземного типа).

    При выборе конструкций ворот и дверей хранилищ стремятся добиться надежной теплоизоляции. Полы в крупных хранилищах делают бетонные или асфальтовые. При  хранении  картофеля, лука устраивают приподнятый над основным решетчатый пол. Под закромами делают уплотненное глинобитное покрытие. Перекрытия хранилищ делают совмещенными и раздельными. В перекрытиях совмещенной конструкции железобетонные плиты и теплоизоляция не разделены (чердачное помещение отсутствует). Эти перекрытия более просты в строительстве, однако при этом в помещении верхний слой продукции в зимний период часто отпотевает, что вынуждает устанавливать дополнительные отопительно-циркуляционные установки.

    Наиболее  важными в технологическом отношении  являются системы вентиляции, искусственного охлаждения или подогрева (в лукохранилищах).

      Системы вентиляции в хранилищ  подразделяют на естественную  и принудительную, выделяя разновидность  принудительной – активное вентилирование.

    При активном вентилировании воздух подают снизу вверх через насыпь продукции, равномерно омывая каждый ее экземпляр. В результате этого удается быстро получить оптимальный тепловой режим, поддерживать во всех точках штабеля равные температуры, влажность и газовый состав. Продукция не отпотевает и не разогревается. Все это позволяет увеличить высоту загрузки и сроки хранения. 
 
 
 

Тепловой  расчет системы охлаждения 

    Период  охлаждения в хранилищах с искусственным  охлаждением составляет до 20 ч.

    Тепловую  мощность системы охлаждения камеры хранения (охлаждения) определяют на основании теплового баланса камеры, составляемого для наиболее напряженного периода работы системы охлаждения.

    При проектировании фрукто- и овощехранилищ  учитывают период массового поступления  продукции. Сроки загрузки хранилищ принимают по нормам технологического проектирования в зависимости от климатических зон (табл.1). Расчетную температуру наружного воздуха – по соответствующей главе СНиП.

    Теплопоступление  в охлаждаемое помещение характеризуют  требуемую тепловую мощность системы  охлаждения. Суммарный поток теплопоступлений в охлаждаемую

    камеру: 

,                                                (1) 

где Ф₁- тепловой поток через ограждающие конструкции;

Ф₂- тепловой поток, обусловленный расходами теплоты на охлаждение продукции и ее

тепловыделениями;

Ф₃- тепловой поток, поступающий с наружным вентиляционным воздухом;

Ф₄-эксплуатационный тепловой поток. 

Теплопоступление  через ограждающие конструкции  происходит путем теплопередачи  и в результате солнечной радиации. Тепловой поток при теплопередаче: 

,                                                        (2) 

где А - площадь ограждающей конструкции, м²;

R₀ - термическое сопротивление теплопередаче, (м²К)/Вт;

tн и tв – расчетные температуры наружного и внутреннего воздуха, ºС.  

    Расчетная температура внутреннего воздуха  задается технологическими условиями  хранения (табл.2). Рекомендуется принимать  ее значение в камерах хранения семечковых фруктов и винограда равным минус 1ºС, при хранении косточковых фруктов и ягод – минус 0,5ºС. Расчетная температура воздуха внутри камер охлаждения фруктов и ягод – минус 2ºС.

    Теплопоступления  через не обогреваемый пол, расположенный  непосредственно на грунте, рассчитывают по отдельным зонам.

    Термическое сопротивление теплопередачи определяется требуемыми значениями, приведенными в нормах проектирования (табл.3). В числителе приведены данные для наружных стен, а в знаменателе – для покрытий над охлажденными помещениями.

    Теплопоступления  в результате солнечной радиации рассчитывают через покрытие и одну из наружных стен, через которую наблюдается наибольшее (по сравнению с другими стенами) теплопоступление.

    Расчет  производят с использованием избыточной разности температур, представленной как превышение расчетной внешней температуры над температурой наружного воздуха: 

,                                                             (3) 

где Δtc – избыточная разность температур, ºС 

    Избыточная  разность температур зависит от поверхности  плотности теплового потока солнечной радиации и коэффициента поглощения (степени черноты) наружной поверхности ограждения. В конечном счете она определяется географической широтой местности (табл.4) и состоянием наружной поверхности (табл.5 и 6).