CC BY
0М.П. Калашников, д-р техн. наук, проф., e-mail: kmp02@rambler.ru А.В. Ванников, апирант, ст. преподаватель, e-mail: vav vav@mail.ru Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 628.8: 631.2
РЕЖИМЫ РАБОТЫ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
МИКРОКЛИМАТА ПЛОДООВОЩЕХРАНИЛИЩ В УСЛОВИЯХ РЕЗКОКОНТИНЕНТАЛЬНОГО КЛИМАТА
Приведены результаты натурных исследований системы активного воздухораспределения в картофелехранилище при хранении плодоовощной продукции в контейнерах. Разработаны режимы работы систем кондиционирования микроклимата в условиях резкоконтинентального климата Восточной Сибири. Установлено требуемое количество приточного воздуха при различных режимах активного вентилирования плодоовощной продукции, что позволяет обеспечить поддержание параметров хранения в достаточно жестких пределах в течение длительного времени и минимизировать их потери. Достигается обеспечение поступления термодинамически обработанного наружного воздуха к контейнерам в требуемых количествах и его равномерное распределение с оптимальными нормируемыми параметрами. Гарантируются целесообразная подача воздуха по схеме «снизу вверх» по направлению движения тепловых потоков и равномерное распределение вентиляционного воздуха в массе плодоовощной продукции в горизонтальных и вертикальных плоскостях с коэффициентом неравномерности 0,8 ... 0,93. Разработанная механическая приточно-вытяжная система воздухораспределения с включением установки утилизации теплоты вытяжного воздуха на нагрев приточного наружного воздуха позволяет до 48... 53 % сократить расход теплоты на круглогодичное функционирование системы активного воздухораспределения, уменьшение требуемого количества приточного воздуха составляет от 20 до 22 %.
Ключевые слова: контейнер, температура, режим, микроклимат, система вентиляции, плодоовощная продукция, хранение, воздух, параметр.
M.P. Kalashnikov, Dr. Sc. Engineering, Prof.
A.V. Vanchikov, P.G., Senior Lecturer
THE MODES OF AIR CONDITIONING OF FRUITS AND VEGETABLES STORAGES' MICROCLIMITE IN THE CONDITIONS OF THE HARSH CONTINENTAL CLIMATE
The results of natural researches of active airdistribution system in a potato storage are given at storage of fruit and vegetable products in containers. The operating modes of airconditioning systems of a microclimate in the conditions of the harsh continental climate of Eastern Siberia are developed. The required amount of incoming air at various modes of active aeration of fruit and vegetable products is established that allows to provide maintenance of storage parameters in rather rigid limits for a long time and to minimize their losses. Thermodynamically processed external air flows to containers in the required quantities and its uniform distribution with the optimum normalized parameters is reached. The air is supplied according to the scheme "from below-up" in the direction of the movement of thermal streams. The uniform distribution of ventilating air in the mass offruit and vegetable products in the horizontal and vertical planes with coefficient of unevenness 0,8 ... 0,93 is guaranteed. The developed mechanical system of airdistribution allows to 48 ... 53% to reduce a warmth expense on year-round functioning of active airdistribution system. The reduction of the required amount of incoming air makes from 20 to 22%.
Key words: container, temperature, condition, system, ventilation, vegetable production, storage, air, equation, parameter.
Для обеспечения сохранности плодоовощной продукции (картофеля, моркови, свеклы, капусты и т.д.) в загруженных помещениях (хранилищах) первостепенное значение имеет поддержание жестких требований по допустимым отклонениям температуры (± 1 °С) и относительной влажности внутреннего воздуха (± 3 %) от задаваемых значений. Естественно, что для обеспечения столь жестких требований для поддержания оптимальных температурно-влажностных параметров микроклимата в массе продукции хранилища должны иметь не только наружные ограждения с соответствующим сопротивлением теплопередаче (R-тр), но и энергоэффективное инженерное оборудование [1].
Основным элементом инженерного оборудования является система активного воздухо-распределения (САВ), которая должна создать принудительную равномерную подачу в массу хранящейся продукции определенного количества вентиляционного воздуха (Ьпр) с заданными параметрами (^р, vпр, wпр), обеспечить поддержание требуемых технологией хранения требуемых параметров микроклимата, удалить избытки углекислого газа и этилена. В период круглогодичного хранения плодоовощной продукции необходимо обеспечивать определенные режимы функционирования системы вентиляции (сушка, лечение, охлаждение или обогрев, длительное хранение).
Таблица
Режимы работы активной вентиляции при хранении плодоовощной продукции
№ Период хранения Режимы активного вентилирования плодоовощной продукции
картофель морковь свекла
I Осушка поверхности плодоовощной продукции непрерывный 1. При fa = +10 oC и относ. вл. фн < 70%; L^ = 50 м3/(т ч), то вентилирование картофеля осуществляется подачей наружного воздуха. 2. При fa = +10°С и относ. влажности фн < 90% и L^ = 150 м3/(т-ч), применяется полная рециркуляция воздуха с включением ВОА с 2..3-кратной сменой воздуха в хранилище непрерывный непрерывный
II Лечебный САВ работает: 1. Прямоточно только на наружном воздухе L^ = 50 м3/(т-ч), включается когда tв выше fa на 1оС; 2. С частичной рециркуляцией внутреннего воздуха, обеспечивая температуру tв, подаваемого в массу картофеля, не ниже 1оС. 4...7 циклов в сутки по 18...35 мин 4.7 циклов в сутки по 16.32 мин 4.7 циклов в сутки по 15.33 мин
III Охлаждение Надо постепенно снижать температуру в насыпи клубней с tв. мас. = 12...18 оС до tв. мас. = 2...4оС. Темп снижения температуры равен 0,5 и 1оС в сутки в течение 20-40 сут непрерывный - САВ включается, если fa или подогреваемого t^, воздуха на 3 0С и более ниже tмас. картофеля Продолжительность 1 -го цикла непрерывной работы САВ составляет 9...10 ч непрерывный - САВ включается, если fa или подогреваемого t^ воздуха на 3 °С и более ниже tH^. моркови непрерывный - САВ включается, если fa или подогреваемого Ъгр воздуха на 3 °С и более ниже tмас
IV Основной период длительного хранения Режим включения САВ периодический 5.9 циклов в сутки по 20.35 мин. Интенсивность вен-я Lhf=50% • Lкормр.о. а) при tx< -1 °С: САВ наружным воздухом; б) при tK = -1,1.. 15 °С: САВ с частичной рециркуляцией; в) при fa < -15 °С полная рециркуляция с подогревом воздуха и утилизацией теплоты Lуд. 4.8 циклов по 20.32 мин. Воздухообмен равен 50% от нормативного: L^=50% Lнормр.о 4.8 циклов по 20.33 мин. Воздухообмен равен 50% от нормативного: Lhf=50% Lнормр.о
V Предреализационный период Особое внимание обращают на температуру внутреннего воздуха в хранилище не ниже fa = 10 °С. Нельзя допускать резких перепадов температуры, предусматривается подача подогретого L^ до тех пор, пока timo картофеля не будет на 3...4 °С ниже температуры fa воздуха. При этом осуществляется подача наружного воздуха L^ с тепловой обработкой и частичной утилизацией внутреннего удаляемого воздуха
Анализ существующих отечественных и зарубежных методов обсушки поверхности картофеля показал, что в настоящее время наиболее рациональной является осушка картофеля непосредственно в помещениях хранения. В хранилищах контейнерного типа предусматривают осушку влажной поверхности картофеля в течение 2...3 сут согласно технологии, приведенной в таблице.
В качестве примера рассмотрим два варианта выбора режима работы САВ при осушке поверхности картофеля. При исходных данных: температура наружного воздуха = +10 °С; относительной влажности фн = 79 %; расход подаваемого воздуха в хранилище принят Lпр = 50 м3/(т-ч). Режим вентиляции выбирают следующим образом. Согласно таблице, определяют, что в указанных условиях влажность наружного воздуха не превышает табличное значение (70 %) для данной 1н. Следовательно, вентилирование картофеля осуществляется наружным воздухом [1, 2].
При исходных данных: температура 1н = +10 °С; относительная влажность фн = 90%; расход подаваемого воздуха Lн = 50 м3/(т-ч). Выбор режима работы САВ заключается в следующем. По рисунку определяем теоретическое значение влажности (фн = 76,5 %), соответствующую температуре 1н = 7 °С и расход Lпр =50 м3/(т-ч). Так как теоретическая влажность ниже фактической (90 %), то осуществляется полная рециркуляция воздуха с включением воздушно-отопительных агрегатов с 2..3-кратной сменой воздуха в хранилище.
88 86 81 82 80 78 76 74
4 6 8 10 12 14 16 t.,X;
Рисунок - Зависимость относительной влажности воздуха от температуры наружного воздуха
и удельного расхода приточного воздуха: 1 - при Ьпр = 50 м3/(т ч); 2 - Ьпр = 70 м3/(т ч); 3 - Ьпр = 100 м3/(т ч)
Таким образом, осушка поверхности клубней проводится по периодически повторяющемуся циклу: подача в хранилище наружного воздуха; работа вентиляции в режиме полной рециркуляции с подогревом воздуха.
В лечебный период вентиляционные системы работают, как правило, только на наружном воздухе. Приточная вентиляция включается в часы, когда температура внутреннего воздуха выше температуры наружного воздуха на > 1 °С. САВ работают прямоточно или с частичной рециркуляцией внутреннего воздуха, обеспечивая температуру воздуха, подаваемого в массу картофеля, не ниже 1 °С. Вентилирование хранилища и массы картофеля осуществляется 4...6 циклами в сутки продолжительностью 20...30 мин.
При хранении картофеля навалом в хранилищах с САВ, если температура наружного воздуха выше 10 °С, то картофель вентилируют 3...4 раза в сутки по 15...20 мин.
В период охлаждения необходимо постепенно снижать температуру в насыпи клубней с 12... 1 до 2... 4 °С. Темп снижения температуры, как показано выше, равен 0,5 и 1 °С в сутки в течение 20-26-40 сут в зависимости от степени механической поврежденности клубней. В этот период подается наружный воздух, температура которого при ясном небе меняется синусоидально, поэтому целесообразно охлаждение вести в период снижения температуры наружного воздуха. Продолжительность одного цикла непрерывной работы систем вентиляции составляет 9...10 ч.
После охлаждения картофеля до оптимальной температуры начинается основной период длительного хранения. В установившийся период хранения режим включения систем вен-
тиляции периодический - 5...9 циклов работы в сутки по 20...30 мин. Интенсивность вентилирования хранилища составляет 50% от нормативного воздухообмена. Это достигается или путем включения меньшего числа приточных систем активной вентиляции или за счет сокращения времени их работы.
Для регулирования в пределах оптимальных уровней температуры и относительной влажности воздуха в массе картофеля применяют частичную или полную рециркуляцию внутреннего воздуха. С наступлением весны температура в насыпи картофеля должна быть снижена до 1,5...2,5 °С. Вентилирование осуществляют в наиболее холодные часы суток. Если температура наружного воздуха в это время выше, чем в насыпи картофеля, то вентилирование проводят в режиме «рециркуляция». При этом выбор режима вентилирования массы картофеля в основной период хранения взаимоувязан с изменениями температуры наружного воздуха:
а) при fe до -1 °С в хранилище осуществляется подача приточного наружного воздуха;
б) в интервале fe от -1,1 до -15,0 оС используется частичная рециркуляция;
в) в случае значительного понижения ^ < -15 оС системы вентиляции работают в режиме полной рециркуляции с обязательным нагреванием воздуха в калориферных установках в соответствии с тепловым балансом хранилищ. Для борьбы с конденсацией влаги на ограждениях и поверхности продукции предусматривается отопление верхней зоны помещений хранения при помощи отопительно-рециркуляционных агрегатов.
В предреализационный период особое внимание обращают на температуру внутреннего воздуха в помещениях хранилища. Как правило, товарную обработку проводят при температуре не ниже 10 °С. Поскольку нельзя допускать резких перепадов температуры, то предусматривается подача подогретого вентиляционного воздуха до тех пор, пока температура массы картофеля не будет на 3...4 °С ниже температуры наружного воздуха. При этом осуществляется подача наружного воздуха с тепловой обработкой и частичной рециркуляцией внутреннего воздуха.
В плодоовощехранилищах обслуживаемой зоной является плодоовощная продукция в контейнерах, постоянно выделяющая в процессе дыхания теплоту qv и влагу Wv. В сочетании с низкой температурой ts = +1,5.. .+2,5 °С и высокой относительной влажностью воздуха фв = 95...98% в штабеле и в свободном объеме хранилищ tb^, фвсв выявляются характерные требования к СКМ, позволяющие выделить их в особый класс сооружений.
Особая значимость системы активного воздухораспределения в загруженных помещениях для сохранности плодоовощной продукции заключается в особенностях хранения картофеля и овощей, учитывающих продолжение процессов жизнедеятельности, таких как испарение, выделение тепла, дыхание в процессе их хранения. Эти процессы напрямую влияют на газовый состав воздуха в помещениях хранилища, его температуру и влажность. Помимо дыхания и испарения источниками тепла и влаги в помещениях хранилища могут являться, например, почва или тепло, выделяющееся при конденсации влаги на границе соприкосновения поднимающегося вверх более теплого воздуха хранилища с холодной крышей [2].
Нами разработана приточно-вытяжная система воздухораспределения с утилизацией теплоты удаляемого воздуха. При ее использовании в загруженных помещениях происходит распределение термодинамически обработанного воздуха по схеме «снизу вверх» вертикально установленными секционными воздуховодами-распределителями с равномерной раздачей воздуха, которые соединены с тремя продольными приточными воздуховодами-ответвлениями нагнетающего магистрального приточного воздуховода. Подача воздуха осуществляется с раздачей в межконтейнерное пространство и контейнеры с продукцией через плоские приточные отверстия с четырех сторон по периметру. Предусмотрена возможность рециркуляции, представляющей собой смешение части удаляемого воздуха с наружным через рециркуляционный клапан и возврат его вновь в хранилище, что является простым и эффективным техническим приемом, позволяющим экономить значительное количество тепловой энергии от 20 до 22%. С помощью рециркуляции обеспечивается требуемый температурный режим [3].
Это наиболее эффективная на сегодня система активной вентиляции, предполагающая периодическое интенсивное продувание с заданной скоростью воздуха с определенными параметрами температуры и влажности сквозь массу плодоовощной продукции (в зависимости от применяемой схемы вентилирования: снизу вверх или сверху вниз). Подача наружного воздуха может осуществляться как непосредственно в массу продукции без смешивания с воздухом хранилища, так и с частичной рециркуляцией, при которой происходит смешивание холодного наружного воздуха с более теплым воздухом хранилища. При очень низких температурах наружного воздуха (-20 °С и ниже) вентилирование производится только воздухом хранилища (полная рециркуляция) [4]. Оптимальные параметры температуры и влажности могут быть достигнуты и при использовании утилизации теплоты удаляемого воздуха, что позволяет уменьшить тепловую мощность калориферов для обогрева приточного воздуха.
Выводы
1. Показана возможность обеспечения поступления термодинамически обработанного наружного воздуха к контейнерам в требуемых количествах и его равномерное распределение с оптимальными нормируемыми параметирами.
2. Разработаны возхдушные режимы работы системы воздухораспределения при подаче воздуха по схеме «снизу вверх» по направлению движения тепловых потоков с равномерным распределением вентиляционного воздуха в массе плодоовощной продукции в горизонтальных и вертикальных плоскостях с коэффициентом неравномерности 0,8.. .0,93.
3. Разработана механическая приточно-вытяжная система воздухораспределения с включением установки утилизации теплоты вытяжного воздуха на нагрев приточного наружного воздуха, которая позволяет до 48.53 % сократить расход теплоты на круглогодичное функционирование системы активного воздухораспределения, уменьшает требуемое количество приточного воздуха от 20 до 22%.
Библиография
1. Калашников М.П. Обеспечение параметров микроклимата для хранения картофеля и овощей в условиях климата Восточной Сибири: препринт. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 1999. - 252 с.
2. Бодров В.И., Бодров М.В., Ионычев Е.Г. и др. Микроклимат производственных сельскохозяйственных зданий и сооружений. - Нижний Новгород: Изд-во ННГАСУ, 2008. - 623 с.
3. Калашников М.П., Ванчиков А.В. Результаты аналитического исследования температурно-влажностных параметров в картофелехранилищах при контейнерном способе хранения // Вестник ВСГУТУ. - 2015.- № 5 (50). - С. 39-43.
4. Калашников М.П., Ванчиков А.В. Особенности формирования параметров микроклимата при работе систем воздухораспределения в загруженных помещениях // Материалы XIII Междунар. науч. конф., 15-28 апр. 2015 г., г. Сиань. - Волгоград: Изд-во ВолгГАСУ, 2015. - С. 174-180.
5. Аюрова О.Б. Комплексное определение термического сопротивления ограждения и мощности обогрева верхней зоны овощекартофелехранилищ: дис. ... канд. техн. наук. - СПб: Изд-во СПбГАСУ, 2000. - 176 с.
Bibliography
1. Kalashnikov M.P. Provision of microclimate parameters for the storage of potatoes and vegetables in East Siberia: Preprint/ESSTU. - Ulan-Ude, 1999. - 252 р.
2. Bodrov V.I., Bodrov M.V., Ionychev E.G. et al. Microclimate of industrial agricultural buildings and constructions. - N. Novgorod: NN. State University of Architecture and Civil Engineering, 2008. - 623 p.
3. KalashnikovM.P., VanchikovA.V. The results of the analytical study of the temperature and humidity parameters in potato storage containers // Bulletin of ESSUTM. - 2015. - N 5 (50). - Р. 39-43.
4. Kalashnikov M.P., Vanchikov A.V. Features of formation of microclimate parametres under the operation of the air distribution in the loaded areas. Proceedings of Xlllth International Scientific Conference, 15-17 april 2015, Sian city. - Volgograd: Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering, 2015.- P. 174-180.
5. Ayurova O.B. A comprehensive definition of the thermal resistance of the enclosure and the heat output of the upper zone of growers. Thesis for the degree of candidate of technical sciences. - SPb.: SPb. State University of Architecture and Civil Engineering, 2000. - 176 p.
