CC BY
0М.П. Калашников, д-р техн. наук, проф.
А.В. Ванчиков, ст. преподаватель, аспирант Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления
УДК 697.94:58
ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА ПРИ ХРАНЕНИИ КАРТОФЕЛЯ
Проведен анализ результатов экспериментальных исследований температурно-влажностных параметров микроклимата в картофелехранилищах в условиях резко континентального климата Восточной Сибири. Установлены зависимости параметров микроклимата от интенсивности вентилирования плодоовощной продукции, вида вентиляции и высоты штабеля продукции. Доказана неэффективность традиционной системы активной вентиляции картофелехранилища.
Ключевые слова: вентиляция, плодоовощная продукция, параметры микроклимата, воздух, штабель, температура, относительная влажность, скорость.
M.P. Kalashnikov, D. Sc. Engineering, Prof. A.V. Vanchikov, P.G.
CHARATERISTICS OF CHANGES IN CLIMATE PARAMETERS OF POTATO STORAGE
The article presents the analysis of the experimental results of temperature and humidity parameters of microclimate in potato storehouses in extremely continental climate of Eastern Siberia. It shows the dependences of the parameters of the microclimate of the intensity of ventilation of the produce, type of ventilation and height of the stack of products. It proves ineffective traditional potato active ventilation system.
Key words: ventilation, fruits and vegetables, the parameters of the microclimate, air, stack, temperature, relative humidity, wind speed.
В результате экспериментальных и натурных исследований нами установлено, что потери влаги в основном слое насыпи плодоовощной продукции пропорциональны интенсивности удельных явных биологических тепловыделений. Необходимо по возможности обеспечить максимальную защиту продукции от внешних теплопритоков и поддерживать технологически обновленный температурный режим.
В настоящее время наиболее распространенным способом удаления избытков теплоты из массы плодоовощной продукции является активная вентиляция. При ее использовании в период распространения воздушного потока в массе плодоовощной продукции (контейнере) оптимальный влажностный режим может нарушаться. На какой-то период времени влажность воздуха становится ниже оптимальной, при которой теплота дыхания идет только на испарение влаги. В этом случае имеет место увеличение естественных потерь.
На основании выполненных нами натурных исследований параметров микроклимата в массе картофеля были построены их зависимости от интенсивности вентилирования плодоовощной продукции, вида вентиляции и высоты штабеля продукции. Изменение температуры массы картофеля по высоте штабеля при естественном вентилировании и tK = -19,2 оС незначительно и составляет 0,5 оС (рис. 1). Перепад температуры в массе картофеля на высоте 0,1 м от уровня притока воздуха не превышает 1,2 оС (рис. 2), а на высоте 0,88 м наблюдается его увеличение до 2,1 оС (рис. 3). Характер распределения полей температур в массе картофеля на высоте 1,76 м, приведен на рисунке 4. На высоте 3,13 м изменение температуры в массе картофеля более значительное, рост ее составляет до 3,2 оС (рис. 5). Величина изменения температуры поверхности контейнеров по высоте при работе системы вентиляции при tK = - 16 оС незначительна, а неравномерность параметров достигает Y = 42% (рис. 6). Формирование полей относительной влажности воздуха по высоте контейнеров при tK = - 16 оС и работе системы активной вентиляции Y = 42 % т зависит от работы системы активной вентиляции, но изменяется всего на 6% - 10 % (рис. 7). Изменение скорости вентиляционного потока по высоте штабеля при удельной воздушной нагрузке механической системы вентиляции: L = 79,4 м3 /(ч-т), можно проследить по зависимостям, представленным на рисунке 8. Вблизи приточных отверстий скорость воздушного потока достигает 2,0 - 2,5 м/с, но с увеличением относительной высоты штабеля после 0, 24 наблюдается ее выравнивание. Абсолютная
ее величина е 0,56 м/с. Это объясняется значительным сопротивлением штабеля с продукцией и способом его формирования.
♦ ряд У прохода
1 — Ь_
—-
ряд в центре
ряд у стены
ш и«
Относительная высота, м
Рис.1. Изменение температуры массы картофеля по высоте при естественном вентилировании хранилища и ^ = -19,2 0С
Диапазон температур,фС
□ 3-3,5
■ 2,5-3
□ 2-2,5
Рис.2. Распределение температурных полей в массе картофеля на высоте 0,1 м
Диапазон темпер атур,°С
□ 3,5-4
□ 3-3,5
■ 2,5-3
□ 2-2,5
Рис.3. Распределение температурных полей в массе картофеля на высоте 0,88 м
Диапазон температур ."О
□ 4-5 ■ 3-4
□ 2-3
Рис.4. Распределение температурных полей в массе картофеля на высоте 1,76 м
Диапазон температурке
□ 5-6
□ 4-5 ■ 3-4
□ 2-3
у прохода
ъ 6
Рис.5. Распределение температурных полей в массе картофеля на высоте 3,13 м
—*—ряд на растоянии от приточного отверстия 0,8 м
—■—ряд на растоянии от приточного отверстия 3,46 м
ряд на растоянии от приточного отверстия 2,5 м
ряд на растоянии от приточного отверстия 6,82 м
0,03
0,16
0,84
1,00
0,28 0,44 0,56 0,72 Относительная высота, м
Рис. 6. Изменение температуры поверхности контейнеров по высоте при работе системы вентиляции
при и = -16 0С; ф = 42 %
67 1
85 ■
й Ú
Í S 63 -
о Ё ¡5 р 61 -
и Е 59 -
I I I I I I
I I
0,03 0,16 0,28 0,44 0,56 0/2 Относительная высота, м
0,84
-ряд на растоянии от приточного отверстия 0,8 м
-ряд на растоянии от приточного отверстия 3,46 м
ряд на растоянии от приточного отверстия 6,92 м.
1,00
Рис.7. Изменение относительной влажности воздуха по высоте контейнеров при работе системы вентиляции и ^ = -16 0С; ф = 42 %
1
>2,5
1,5
,0,5
\
5г
3
X
- ряд на растоянии от приточного отверстия 0,8 м
- ряд на растоянии от приточного отверстия 3,46 м
ряд на растоянии от приточного отверстия 6,92 м.
0,03
0,16
0,28
0,44
0,56
0,72
0,64
1,00
Относительная высота, м
Рис.8. Изменение скорости вентиляционного потока по высоте штабеля при работе приточной вентиляции
Ь = 79,4 м3/(ч.т.)
Результаты натурных исследований (рис. 8) в картофелехранилище, выполненные при 1;н =-19,2 оС, показали, что температура внутреннего воздуха, имеющая нормируемый диапазон (+2оС...+4 оС), понижается до +1,3 оС...+1,8 оС в нижнем ряду контейнеров с картофелем и относительная влажность отклоняется от нормируемых параметров на 12 ... 26 % (нормируемый диапазон относительной влажности 92 . 96 %).
При повышении наружной температуры до - 16оС нормируемые параметры воздуха наблюдаются только в двух нижних рядах контейнеров с продукцией, а верхние ряды находятся в зоне повышенных температур. При этом и влажностный режим также не выдерживается в должном диапазоне. Отклонение от нормируемых параметров микроклимата, которое хорошо видно на рисунке 1, составляет 15 ... 28 %.
Во время работы механической системы вентиляции, обеспечивающей подачу наружного воздуха с температурой 1;н= -16 оС, наблюдается повышенный температурный режим вблизи приточных отверстий и соответственно понижение относительной влажности до 63 ... 70% (рис. 7 и 8).
Из вышесказанного следует, что для поддержания оптимальных параметров микроклимата действующая система вентиляции (рис. 9) не целесообразна, поскольку плодоовощная продукция в контейнерах, находящихся вблизи приточных отверстий подвержена наиболее интенсивному вентилированию, а удаленные от приточных отверстий контейнеры с картофелем практически не вентилируются (подвижность воздуха приборами практически не фиксировалась). Это обстоятельство приводит к усушке значительной части картофеля (до 25%), а значит, к ухудшению его качества.
Установлено, что испарившаяся из плодоовощной продукции влага диффундирует из штабеля благодаря разности парциальных давлений водяного пара внутри штабеля и во внештабель-ном пространстве. Количество влаги, испарившейся с поверхности продукции и осевшей на внутренних поверхностях стен и приборов охлаждения в хранилище, зависит от совокупности многих факторов, основными из которых являются: структура штабеля (плотность и способ укладки, размеры, скважность и т.д.); вид плодоовощной продукции; температурно-влажностный режим и интенсивность активного вентилирования.
Знание закономерностей формирования температурно-влажностных полей в объеме штабеля в зависимости от его габаритных размеров и работы систем инженерного оборудования хранилища позволяет наиболее эффективно обеспечивать сохранность картофеля, плодов и овощей.
В отдельные периоды хранения в штабеле продукции, как это показано выше, имеется температурный градиент, который вызывает перемещение влаги в виде пара и жидкости по направлению потока теплоты - от центра к периферии. Это явление можно объяснить тем, что при более высокой температуре поверхностное натяжение и вязкость влаги уменьшаются.
В основной период хранения установленным фактором температурного режима штабеля является увеличивающийся градиент температуры по высоте. При активном вентилировании по направлению градиента по схеме «снизу-вверх» температура поверхностей штабеля выше, чем воздуха (^.шт > 1;в), и ярко выраженные очаги конденсации влаги отсутствуют. Противоположная картина возникает в случае движения воздуха «сверху-вниз» (против градиента температур). Нагретый в верхних слоях воздух при контакте с более холодной продукцией и поверхностями контейнеров нижних рядов может охладиться до температуры точки росы и ниже ее.
Заключение. Вследствие того, что в картофелехранилище происходит отклонение темпера -турно-влажностных параметров от нормируемых, будут происходить потери картофеля и ухудшение его качества в значительных размерах, что приведет к убыточности предприятия. Также надо учитывать тот факт, что данное картофелехранилище было запроектировано для хранения картофеля навальным способом, а в данный момент оно используется для хранения продукции в контейнерах. Необходима более совершенная и энергоэффективная ситема активной вентиляции.
1 - приточный вентилятор; 2 - воздухозаборная шахта; 3 - крупногабаритный приточный воздухопровод;
4 - регулируемое приточное отверстие; 5 - вытяжной вентилятор; 6 - вытяжной воздуховод равномерного
всасывания
Библиография
1. Жадан В.З. Теплофизические основы хранения сочного растительного сырья. - М.: Пищевая пром-ть, 1976. - 239 с.
2. Калашников М.П. Обеспечение параметров микроклимата для хранения картофеля и овощей в условиях климата Восточной Сибири : Препринт/ВСГТУ. - Улан-Удэ, 1999. - 252 с.
Bibliography
1. Zhadan V.Z. Thermophysical basics of storage of juicy vegetative raw materials. - M.: Food industry, 1976. - 239 p.
2. Kalashnikov M.P. Provisio of microclimate parameters for the storage of potatoes and vegetables in East Siberia: Preprint/ ESSTU. - Ulan-Ude, 1999. - 252 p.
