CC BY
13
УДК 621.56/59.
Теплоприток от «дыхания» растительной продукции
Д-р техн. наук А. Я. ЭГЛИТ yustassopromat@mail.ru Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет ИТМО Институт холода и биотехнологий 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9
Теплоприток от «дыхания» растительной продукции оценивается по зависимости стационарного режима. Исследование на основе метода регулярного режима показали, что ошибка может достигать 100%. Ключевые слова: теплоприток от дыхания, регулярный режим, нестационарный процесс.
Heatflow from vegetable production «respiration»
D. Sc. A. Ya. EGLIT
yustassopromat@mail.ru University ITMO Institute of Refrigeration and Biotechnologies 191002, Russia, St. Petersburg, Lomonosov str, 9
To calculate heatflow from vegetable production «respiration» based on stationary regime formula. Researches on based non-stationary method shows, that mistake maybe near 100%.
Keywords: heatflow, vegetable production «respiration», non-stationary method.
При проектировании плодоовощехранилищ учет физиологической теплоты продукта предлагается проводить [1], исходя из того, что в день полной загрузки камеры остальная продукция имеет технологически требуемую температуру. Исследования, приведенные в работе [2], свидетельствуют о том, что регламентированная температура в центре штабеля овощей достигается в низовых хранилищах за несколько недель.
Корректная оценка теплопритока от «дыхания» плодов и овощей затруднена сложностью расчета времени охлаждения штабеля. Даже в камерах с канальной системой воздухораспределения имеет место значительная разница в скорости воздуха над и под штабелем. Плодоовощную продукцию рекомендуется располагать блоками по 4...6 контейнеров в ряду, оставляя между блоками отступы в 0,2.0,3 м для отвода теплоты. Скорость воздуха в них соответствует естественной конвекции. Небесспорной является и оценка теплофизических характеристик продукции в засыпке.
Для оценки продолжительности охлаждения штабеля продукции был использован метод регулярного режима Г. М. Кондратьева [3]. Рассматривался блок из 4 рядов по 4 разборных контейнера габаритами 2^2,4x5 м. Коэффициент теплоотдачи от продукта
к воздуху принят равным 3 Вт / (м2 • К), учитывая естественную конвекцию по сторонам блока между другими блоками, минимальное перемещение воздуха под штабелем и контакт верхней поверхности с обратным потоком воздуха. Для яблок в засыпке использованы следующие характеристики: X = 0,35 Вт / (м • К); с = 2700 Дж/ (кг • К); р = 500 кг/ м3 [4]. Начальная температура штабеля -25 оС, конечная -6 оС, средняя температура воздуха 2 оС. Предполагалось, что по-дохлаждение воздуха в воздухоохладителе составляет 4 К, а его температура на выходе 0 оС. Результаты расчета показывают, что среднеобъемная температура 6 оС такого блока яблок будет достигнута через 340 ч (рис. 1).
Необходимо отметить, что на время охлаждения влияет целый ряд неоднозначных по теплофизике характеристик. Так, насыпная плотность расширительной продукции выше норм загрузки в контейнерах и, особенно, в латках. Она составляет от 300 кг / м3 для виноградов и томатов в лотках, до 500 кг / м3 для картофеля в контейнере (и это по массе брутто). Очевидно, что эффективная теплопроводность штабеля такой продукции значительно отличается от теплопроводности самого продукта. Последняя в свою очередь зависит от сорта: для яблок, например, она может колебаться от 0,37 до 0,51 Вт / (м • К). Для оценки влияния эффективной теплопроводности на время охлаждения штабеля был принят диапазон 0,2.0,4 Вт / (м • К). Как видно из рис. 2, период охлаждения увеличивается в 1,5 раза при снижении теплопроводности вдвое.
Рассмотрим три варианта загрузки: рекомендуемым штабелем (из 4 контейнеров в плане), укрупненным (из 16 контейнеров в плане) и разреженным (1 контейнер). Время достижения требуемой температуры продукта для укрупненного штабеля возрастает в 3 раза, а выигрыш в емкости камеры (при условии загрузки проезда) увеличивается лишь на 15 % по сравнению с рекомендуемым размещением (рис. 3). Разреженный штабель может быть эффективен для нежных ягод с малым сроком хранения.
Разумеется, определяющим фактором времени охлаждения штабеля является начальная температура продукции. Согласно [1], она принимается равной температуре наружного воздуха при поступлении с места сбора. Расчетную температуру фруктов, поступающих
ХОЛОД: ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
63
сро 25
10
И ?ср.об • - <7
150
120 90 60 30
" 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
т, сут
Рис. 1. Изменение среднеобъемной температуры штабеля яблок ранних и тепловыделений при дыхании в процессе охлаждения
д, Вт/Т т, ч 180
_ а = 1 Вт/(м2-К)
(1x1,2x5 м) .
— а = 3 Вт/(м2-К) (1x1,2x5 м)
— а = 5 Вт/(м2-К) (1x1,2x5 м)
_ а = 1 Вт/(м2-К) (2x2,4x5 м)
— а = 3 Вт/(м2-К) (2x2,4x5 м)
—а = 5 Вт/(м2-К)
(2x2,4x5 м) -а = 1 Вт/(м2-К)
(4x4,8x5 м) _а = 3 Вт/(м2-К)
(4x4,8x5 м) -а = 5 Вт/(м2-К) (4x4,8x5 м)
0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
0,4 0,45 X, Вт/(мК)
2000
1500
1000
500
- X а
X = 0,2 Вт/(м-К)
а = 1 Вт/(м2-К)
0,2 Вт/(м-К) 3 Вт/(м2-К) -X = 0,2 Вт/(м-К) а = 5 Вт/(м2-К) -X = 0,3 Вт/(м-К) а = 1 Вт/(м2-К) -X = 0,3 Вт/(м-К) а = 3 Вт/(м2-К) -X = 0,3 Вт/(м-К) а = 5 Вт/(м2-К) -X = 0,4 Вт/(м-К) а = 1 Вт/(м2-К) -X = 0,4 Вт/(м-К) а = 3 Вт/(м2-К) -X = 0,4 Вт/(м-К) а = 5 Вт/(м2-К)
0
2
3
4
Я
Рис. 3. Влияние габаритов штабеля на время охлаждения при гнач = 25 °С
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
-X = 0,2 Вт/(м-К)
а = 1 Вт/(м2-К), г = 8 °С
-X = 0,2 Вт/(м-К)
а = 3 Вт/(м2-К), г = 8 °С „X = 0,2 Вт/(м-К)
а = 5 Вт/(м2-К), г = 8 °С _X = 0,3 Вт/(м-К) а= 1 Вт/(м2 ;К), г= 20 °С
_X = 0,3 'В'т/(м';к)^ "
= 3 Вт/(м2;К),_г= 20 °С „X = 0,3 Вт/(м-К)
а = 5 Вт/(м2-К), г = 20 °С -X = 0,4 Вт/(м-К)
а = 1 Вт/(м2-К), г = 25 °С -X = 0,4 Вт/(м-К)
а = 3 Вт/(м2-К), г = 25 °С -X = 0,4 Вт/(м-К) а = 5 Вт/(м2-К), г = 25 °С
Рис. 2. Влияние эффективной теплопроводности штабеля на время охлаждения
Рис. 4. Влияние начальной температуры продукции на время охлаждения
т, ч
0
1
м
т, ч
0
Я
м
0
1
2
3
4
в рефрижераторах, полагают не выше 8 оС [1]. Результаты расчета представлены на рис. 4. Следует отметить два обстоятельства. Во-первых, предполагалось, что система холодоснабжения обеспечивает среднюю температуру воздуха в объеме камеры хранения 2 оС, что, как показывает практика [3, 5], в период загрузки не соблюдается. Во-вторых, расчеты велись до средне-объемной температуры штабеля 6 оС и, следовательно, охлаждение штабеля до технологически требуемой (0 оС) занимает едва ли не столько же времени, учитывая нежелательность понижения температуры воздуха на выходе из воздухоохладителя ниже минус 1 оС.
Даже, если предположить, что загрузка продукции проводилась столь медленными темпами (7% от вместимости в сутки), суммарное количество теплоты дыхания явно превосходит расчетное. В реальных условиях эксплуатации низовых плодоовощех-ранилищ в сезон сбора урожая загрузка идет заметно активнее и составляет для камер вместимостью 500 т от 3 до 5 сут.
Теплоприток от дыхания растительной продукции по действующей методике оценивается как сумма интенсивности дыхания 10 % вместимости камеры при температуре поступления и 90 % вместимости при температуре хранения. Предлагается рассчитывать его как сумму интенсивностей дыхания штабелей, равную количеству дней загрузки в предположении об одинаковости объема суточного поступления. При этом интенсивность дыхания каждой партии определяется среднеобъемной температурой штабеля по времени его пребывания в камере хранения в момент ее полной загрузки.
При расчете стационарного режима и загрузки за 5 сут, удельный теплоприток от дыхания яблок ранних составит примерно 50 Вт / Т. При оценке его, по результатам расчета среднеобъемных температур отдельных штабелей, за 14 дней загрузки эта величина близка к 100 Вт/Т. Подобный результат соответствует загрузке камеры за 2 дня по зависимости стационарного режима.
По результатам исследований можно сделать следующие выводы:
— оценка теплопритока от «дыхания» продукции, по зависимости стационарного режима, может приводить к ошибке до 100 %;
— для корректной оценки этого теплоприто-ка следует использовать метод регулярного режима Г. М. Кондратьева путем расчета среднеобъемных температур штабелей суточной загрузки;
— необходимо проведение комплекса исследований скоростного поля в объеме камер плодоовощех-ранилищ;
— следует признать, что в низовых плодоово-щехранилищах, в силу их двухфункциональности (охлаждение и собственно хранение), имеет место период ввода камеры в режим (2.3 нед) при температуре воздуха выше (на 3.5 К) технологически требуемой.
Список литературы
1. Рекомендации по проектированию фруктовых распределительных холодильников. — М.: ВНИХИ, 1969.
2. Куприн Д. А., Евреинова В. С., Сергеев А. М. Влияние воздухораспределения на температуро-влажност-ный режим в камерах хранения растительных продуктов. // Холодильная техника. 1978. № 4.
3. Кондратьев Г. М. Регулярный тепловой режим. — ГТТИ, 1954.
4. Эглит А. Я., Грязев А. С. Проблемы оценки времени охлаждения штабеля груза. В сб. «Совершенствование процессов и оборудования низкотемпературной техники и пищевых технологий». — СПб. 1998.
5. Эглит А. Я., Круглов А. А., Катраев М. Ю. Проблемы строительства объектов холодильного хранения плодов и овощей. // Вестник Международной академии холода. 2009. № 1.
