利用宁夏冬季丰富的冷资源,采用冷资源库储藏场所对园艺产品实施保鲜;符合区域气候条件与经济发展现状。该库型库体造价、运营成本较低;节能效果好,能保持库内稳定适温、湿度。冷资源库的储境无污染,是一种能满足绿色园艺产品流通链规程要求的保鲜方式,在我区有发展前途。适合我区经济发展现状。
冷资源库无机械制冷设备,单位面积营造成本明显低于气调库、机械冷库、微冷库,略高于改良式通风库,是经济型库体之一。运行成本显著小于气调库、机械冷库、及微冷库;其耗电量是它们的1/10~1/20;保质储期明显长于改良式通风库、通风窖库。
储期温、湿度易于管理,便于智能控。相对湿度较其它库型更稳定,减少产品干耗。储期无公害,不存在制冷剂泄漏伤害,符合绿色果蔬食品流通链要求。冷资源库适应我区气候与经济特点,是环保的生态保鲜模式之一。
(3)冷资源库应用的原理
水通过最大冰晶带(—1~—5℃)后会相变为冰,期间须放出热量。反之,由每kg冰相变为水时要吸收环境中的335KJ(79.68kcal/公斤)热量。冷资源库利用冬季<0℃低温引入蓄冷室完成水在其内的冻结过程;并在暖季储藏期间人为调节冰相变为水的速度,用来吸收储藏室内产品的呼吸热,实现储藏室内0°C以上,RH:85—95%的条件。
(4)冷资源库剖面示意图
冷资源库主要由产品储藏保鲜室、蓄冷室、予冷室、自控风门、风机系统和附属管道组成。如下图1、图2。冷资源库无机械制冷设备,库体维护结构热阻>3.5。蓄冷池维护结构注意隔热、防潮防水、防冻;库整体可以采用地上式、半地下式或全地下式。通常以地下为蓄冷室,地上为产品储藏保鲜室。
图冬季蓄冷储藏阶段(依据:赵丽琴2003a)
图暖季储藏期间(依据:赵丽琴2003a)
(5)冷资源库的使用
(1)冬季蓄冷储藏阶段(上图)
冷资源库是靠冬季在蓄冷室内冻结的冰来供整个储期降温、控湿的。初建当年使用时,一般供储秋季园艺产品;外界冷空气经D3进入通过加湿,由D4进入储藏室;经过循环由D1排出库外并带走产品的呼吸热,降低储藏温度。在完成水相变为冰的过程之前,过冷(指可能导致园艺产品冷害和冻害)的外界空气由D3进入,能在带走水的潜热同时被适当升温,因此,由D4进入储藏室的适温、湿空气避免了对园艺产品的伤害。
在水相变为冰的有效低温温度×时间区段内,为加速其相变蓄冷过程,可以使D3进入的低温空气经储冰室内循环,再由D2排出,完成相变储冰过程。储冰量因入储产品种类、品种、数量、呼吸热及其予冷程度和入储时间等而定。要求蓄冷水质无污染,必要时可以加消毒剂。当外界气温>0℃时完全关闭D2、D3。
(2)暖季产品储藏过程(下图)
经予冷的园艺产品入储藏室内,因为呼吸热会造成储藏室内温度升高;此时,开启D4、D5,靠循环风机F1使储藏室内热空气由D5进入蓄冷室,冰吸收热量发生相变;同时使空气降温重新由D4进入储藏室,通过循环来维持储藏室内适宜的温度与湿度。利用微机监控温度,自控调节风门开启程度及风机转速,实现精确控制温、湿度。并能最大限度降低劳动强度。
(第二节)园艺产品的冷藏保鲜方式
1851a,被称为现代制冷之父的澳大利亚人詹姆斯.哈里森(JamesHarrison)于世界上第一座制冰厂内设计制造了世界上第一台小型制冷压缩机、水池及辅助设备。
1875a.卡列和林德用氨作制冷介质,奠定了蒸汽式压缩机走向统治地位。
1917a.美国的家用冰箱投放市场。
1954a.中国开始制造制冷机,进行冷藏应用。
1机械冷藏储藏方式
机械冷藏已经被认为是实现园艺产品品质保持的必不可少的手段,在经济发达的国家,实现“门对门的运输以及适期的储藏,主要依靠冷藏手段。如果按储藏1t.的水果需要3立方米的容积计算,在20世纪70年代中后期,英、美、法、意等国家的冷藏储量就已经在20~400万吨,而我国少于10万吨。到1991年,商业系统的统计显示为总容量450万吨,其中120万吨用于果蔬的储藏保鲜。这与80年代末的微型节能冷库的迅速发展密不可分。冷藏保鲜业的迅速发展对果蔬产品的的供应品质改善、市场的排开供应、保护栽培生产者的获利有重要的贡献。
1.1园艺产品的机械冷藏保鲜原理
简单来说是利用物质三态变化中能量的变化来获得储境的低温。与此同时,产品中的热量从高处向低处转移,进而降低了产品的品温。储境的低温是靠将制冷剂置于密封内的机械系统中,迫使其发生相的变化,来带走储境中的热量,降低储境温度的。在机械制冷中利用的主要是把制冷剂由液态与气态间的相变实现热量的转移的。当然,要实现储境的低温稳定,必须具备隔热保温的库体。
在冷藏库内,要排除的热量有采后进入库内园艺产品的田间热、呼吸热、外部渗入的热量(包括人工作业)以及设施的热量(照明灯)等。这与库体结构、制冷机工作效率、制冷剂的类型、种类等因素有关。
1.2机械冷藏保鲜对制冷剂的要求
(1)汽化的温度低,即沸点低;要求在0℃以下。
(2)冷凝的温度(液化温度)、压力不太高。冷凝的温度一般要求在自然温度下即可,一般是10℃左右,并可以采用风冷、水冷方式促进液化。液化过程中压力要求不太高,通常在12~15大气压。当液化的压力大于15大气压时,一般称之为低高压,此时对设备的要求则更高。一般的致冷剂能在常温下液化是其临界温度都高于常温,而空气则是比常温要低的多的温度(—140.7℃)才能液化。
(3)单位容积的制冷量大。即在压缩机制冷过程中,吸收1米3的制冷剂将之压缩发生相转
变时(变成液态,即液化)的放热量要大;同时,在其汽化时的吸热量也大。单位容积的制冷量大小是由制冷剂本身的性质决定的,但是与发生液化或汽化时的环境温度、压力条件有关。
如商品名的Freon(氟利昂),氯化甲族的CF2Cl2(二氟二氯甲烷)R12=319kcal/公斤;
CHF2Cl(二氟一氯甲烷)R22=515kcal/公斤。在同等温度、压力条件下的制冷量有较大差别。氨的制冷量为NH3=301kcal/公斤(0℃、10大气压)。
(4)凝固温度低。是指由液态变为固态的温度低。如氨为—78℃.
(5)其它要求
(1)导热系数大,热交换效率高。
(2)黏度小。减少对管道的阻力。
(3)溶性要求:对水的溶解度要好,并且在低温下不把水析出,防止冰堵现象。
(4)化学性质稳定:要求在制冷剂工作过程中不分解、不聚合、不爆炸、腐蚀性小;对人体无害、价格适当。
Freon(氟利昂)是卤代烃的商品名,缩写CFCs。R12为CF2Cl2(二氟二氯甲烷)、、、R22为CHF2Cl(二氟一氯甲烷),是广泛使用的制冷剂;同时也作为气溶喷射剂(R12、R11)和聚氨酯(R11、R12、R13)发泡等。但是环保专家发现,卤代烃自地表进入大气同温层(10~15公里)后,被短波紫外线破坏放出氯,该元素与臭氧层的臭氧发生反应使臭氧减少,甚至造成臭氧层“空洞”进而威胁地球上的生物。所以,《维也纳公约》、《蒙特利尔议定书》、《保护臭氧层赫尔辛基宣言》都是针对保护臭氧层而拟订的。欧共体已决定在1997年以前逐渐淘汰R12、、、R22。开发的123a(CF3CHF,异四氟乙烷)用于替代R12;123(CHCl2CF3,三氟二氯乙烷)替代R22;
目前,在大型的制冷机中使用的致冷剂以NH3为多,要求含水量小于0.2%。这种致冷剂的价格低、沸点温度低、汽化潜热大(0℃,301kcal/公斤),在密封管道中的压力损失较小。但是,NH3的泄露仍然会造成对人体、环境、产品的伤害。葡萄的储期NH3伤害导致变蓝既是。如果空气中含有0.5%时(体积分数),半小时对人体即形成伤害。达到16%时会发生爆炸燃烧。所以有逐渐被取代的趋势。
1.3制冷系统
1.3.1活塞式(Piston)制冷机的:
致冷剂是在此密封的系统中靠压缩机的活塞循环往复做功,与此同时各机械部件的协调配合实现相转变完成热量的传递。
1.3.2蒸发器的冷却方式
(1)直接冷却
把蒸发器的排管直接置于储藏室内进行热交换,降温作用大,但是存在排管与储藏室的温差偏大的缺陷,经常存在—10℃~—15℃的温差,所以蒸发器类似除湿器,对库内的湿度维持显然不利。所以更多的是采用将排管置于蒸发柜内加装风道,间隔安置出口斜向顶的风筒用风机迫使冷空气的的尽可能的均匀流动;并使回流空气再次经由蒸发柜而由制冷剂带走热量。
图间接冷却示意(引自J.C.Filder,1983a.)
A制冷液接收器;B调节阀或膨胀阀;C蒸发器;D压缩机;
E空气冷凝器;1驱动和过滤器;2风柜风机;3冷冻油分离器。
(2)间接冷却
另外也可以把盐水先冷却,再将此盐水引入冷藏库中,用专门的喷淋塔喷淋来吸收库内的热量。对0℃以上的冷藏库,可以用冷却水代替盐水能减少库内的湿度损失。
对于700t.以上的冷藏库也可以把蒸发器的排管置于库外的盐水池里,先对盐水进行冷却再把冷却的盐水用盐水泵导入置于冷库内的排管里实现热交换。所以实际是两套系统。盐水充当冷媒或载冷剂的作用。采用20%的盐水,可使温度降到—16.5℃,盐水冷却方式的缺点是降温较慢,但是稳定期库内温度的波动较小。并且易于维持库内湿度较高,并避免制冷机的库内泄漏造成工作人员、园艺产品的危害。然而增加了一定程度的用电和机械的消耗。显然,采用并联机组对产品品温稳定后的减少能耗有利。载冷剂中含有的食盐或氯化钙对载冷设备有一定的腐蚀,采用乙二醇可以避免。这种间冷方式的另外一个优点是当中心制冷站需要短时检修时,可以暂时利用冷却盐水维持库内的温度。
1.3.4冷凝器的热量排除方式
可以是风冷或水冷方式。一般小型的制冷机在缺水的地区采用风冷方式排除热量。而大型的制冷机以及制冷期间环境的温度较高的地区多数采用水冷却方式排除冷凝器的热量。
1.4冷藏库库体的要求
(1)库址与库容
库址的选择首先必须是交通便利,路况较好的地带,易于与市场联系。没有阳光直射的地方或阴凉的背风山谷低地处有利于凉空气的流通都是比较理想的场所。
由于土壤的热量较大,在建造冷库库体时一般不采用地下式,因为要达到相同的库体热阻值,地下式的高温库不如地上式的经济。此外各种操作不如地上式的方便。
冷库周围的地下水位要低,排水顺畅。保持干燥对冷藏库很重要。
从储量上来分类,储量大于10000吨的为特大型冷库;2001~10000吨为大型冷库;1001~2000吨为中型储藏库;小于1000吨为小型储藏库;微型储藏库的储量为15~50吨(库容为60(5吨)~2000米3。
设计储藏库首先应确定储藏的容量,当容量确定之后再考虑高度。通常,库高与库内堆码作业方式有关,人工堆码多采用2.6~3.6米的高度,机械作业则是采用5.0~6.0米。由于产品在堆码时要保证“三离一隙”,所以单层冷库的净高一般为5.4~7.0米;多层冷藏间的高度一般为4.8米。
(2)库体(房)
(1)库体热阻要求达到3.0~3.4。
作为冷库的库体,除具有良好的防潮层外,隔热层也十分的重要。
要求保温隔热性能好:0℃库的热阻要求达到3.0~3.4。
计算隔热层厚度时,首先要应确定合理的冷库传热热阻;通常认为和理论的分析,当库温要求为0℃时,如果夏季的外界的气温为30~35℃,要求冷库外墙的热阻为2.58;夏季的外界的气温为33~36℃,要求冷库外墙的热阻为3.0。屋面要求的最小热阻值为上述值×1.15.建设—13℃库时,地面要注意防冻处理。
(2)0℃库的结构形式如下
如果在库的37墙外加一层水泥层,会对自身保护作用增加很多。在建库中,最为关键的部位是:⑴防潮层⑵隔热层。
(3)冷库的温度控制:
根据果蔬要求来调节,除设备可以制冷外,也应考虑设置加温设备。目前多采用电热丝加热,或微型库采用12米3用100瓦灯泡可维持10℃环境温度。
温度均匀问题:要求使整体(上下左右)温度差在±1℃,故应采用股风式蒸发器,如果库体过大,则采用风筒送风。如果送风的距离长,则可采用射流式以增加距离,加强温度图冷藏库冷风的送风筒示意均匀度。最佳的可达±5℃。
此外,进出冷库的操作也是影响库内温度波动的主要因素之一,所以风幕的安置对减轻库温的波动十分有效。或者设置与库内温度有4℃左右的缓冲间也十分有效,当然,进出库时人着棉服有双重效果。
冷库的电子传感器的设置原则为:
50吨2支,100吨不少于4支。精度±0.25℉(±0.14℃)。库内温度每天应检查2次以上。
(4)冷库的湿度控制:
目前冷库中一般是湿度不够,主要与库内的蒸发器有关。库内的蒸发器相当于“去湿器”不断凝结水汽成霜,减少空气中的湿度,使果品蒸气压与环境的压差加大,产品蒸发失水更加巨烈。库内湿度不足解决办法:
(1)加湿:机械加湿,如采用弥雾器,但当库内环境温度<0℃,常发生结冰现象,或蒸汽法加湿。质量过关的冷库用超微喷头的应用对解决库内湿度问题是一个好的解决方案。
(2)在实际中,更多地是采用洒水或挂草帘,这对于采用简易气调方式储藏的园艺产品是实用的,维持库内90%的相对湿度,袋内的水分损失很小。在果实储期,即使是条件好的冷藏库也会每月重量丧失0.8%,如果采用木质的包装箱也会造成0.5%的重量损失。
(5)冷库的消毒
(1)使用冷库专用CT—消毒剂。储期可使用冷库专用CT—消毒剂或百菌清烟雾剂定期处理。
(2)采用80~90%的乳酸+水,按1:1的比例混合,依据库容1毫升/米3的用量,电炉加热后,密闭6~24h.排除即可。
(3)采用等量的高锰酸钾与甲醛混合,加速汽化每100米2使用各0.5kg高锰酸钾与甲醛。先将高锰酸钾分成若干份,再加入等量的甲醛。密封48h.排除。
或按每lOO米3用40%福尔马林1.6~2.O公斤+高锰酸钾O.7公斤。具体操作步骤:称取高锰酸钾→准确定量,均分4~5份(视库容而定,lOO米3的库房,分布4~5个点)→装入小盆、桶等容器中→按比例加入福尔马林→密闭8小时~48小时→通风换气4~6小时。
(4)使用强氯精:10-20克/米3。
冷库中不要使用燃硫方式消毒,以防损坏蒸发器以及配套的风扇、金属货架、加湿器等。