Хранение неупакованных продуктов. Проблемы усушки или гниения.Способы поддержания влажности

Введение

 Сегодня мне хотелось бы более подробно остановиться на теме поддержания заданной влажности при хранении неупакованных продуктов.

На первый взгляд может показаться, что этот вопрос не столь важен по сравнению с поддержанием заданного температурного режима, однако при более тщательном рассмотрении это оказывается совсем не так.

В самом деле, отклонения температурного режима камере при длительном хранении ±1С является вполне допустимым, да и собственно говоря, какой бы совершенной не была система управления даже с применением электронных ТРВ, позволяющих поддерживать перегрев на минимально возможном уровне, и частотных преобразователей (ЧП), обеспечивающих плавное регулирование холодопроизводительности, диапазон по отклонению температурного режима в ±1С абсолютно нормален со всех точек зрения.

С поддержанием влажности дело обстоит совершенно иначе. В настоящее время «обычные» датчики могут обеспечивать точность поддержания влажности ±5 или ±3% (высоко точные).

Практически все неупакованные продукты, да и не только продукты, а например, та же самая обычная бумага, при хранении (особенно длительном, то есть более двух-трёх недель) требует соблюдения определённого влажностного режима, причём в этом случае может потребоваться как увлажнение воздуха в камере, так и его «сушка».

Не вдаваясь на данном этапе в технические подробности (об этом я расскажу более подробно в основных главах), несоблюдение такого, на первый взгляд, не самого важного параметра, как влажность, может привести к катастрофическим последствиям, например, потере товарного вида свежих овощей и фруктов, и помимо всего прочего, к прямой потере хранимой массы ( в некоторых случаях до 35…40% от первоначального значения) в случае снижения влажности в камере ниже рекомендуемых значений.

Напротив, слишком высокая влажность может привести к обратному эффекту, то есть к прямой порче и/или гниению продукта, разбуханию бумаги, и другим, весьма неприятным последствиям!

Прежде чем перейти к сути вопроса, хочу сразу оговориться, что данная статья ни в коем случае не претендует на универсальный справочник, так как в каждом конкретном случае необходимо, в первую очередь, строго придерживаться заданным технологическим процессом значений температурно-влажностного режима для различных продуктов/товаров.

Могу ещё добавить, что в отдельных случаях, например в камерах созревания сыра или газации бананов, температурно-влажностный режим не просто остаётся неизменным в течение всего времени хранения, но, напротив, может и должен изменяться по заранее заданной технологами программе.

Здесь я хочу сделать маленькое отступление и дать небольшую ремарку относительно понятия влажность воздуха. Существует абсолютная и относительная влажность воздуха.

Разница между относительной и абсолютной влажностью заключается в следующем:

Абсолютная влажность показывает, сколько граммов водяного пара содержится в воздухе объёмом 1 м³ при данных условиях. Измеряется в кг/м³, но часто в таблицах и задачах можно встретить и единицу измерения г/м³.

Относительная влажность — это отношение абсолютной влажности воздуха к плотности насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах.

Таким образом, абсолютная влажность характеризует количество влаги, которая непосредственно находится в воздухе, а относительная влажность — отношение накопленной в воздухе влаги к максимальному значению, она измеряется в процентах и показывает, сколько влаги удерживает воздух по сравнению с тем, сколько мог бы удержать в этих условиях.

Степень абсолютного влагосодержания в зависимости от температуры изменяется прямо пропорционально, то есть, при повышении температуры воздух способен удерживать больше влаги, а при понижении — меньше.

Например, 1 м³ воздуха при температуре 80 °С удерживает около 290 г, при температуре 22°С - 20 г влаги, а при температуре минус 40 °С — всего 0,1 г.

В процессе нагрева воздуха абсолютное влагосодержание остаётся неизменным, так как масса водяного пара в единице сухого воздуха не изменяется (процесс нагрева проходит без подвода или отвода влаги), в то же время относительная влажность воздуха уменьшается.

Также в процессе охлаждения воздуха происходит обратный процесс: парциальное давление водяных паров в состоянии полного насыщения снижается, при охлаждении воздух сжимается, что вызывает увеличение его относительной влажности.

Таким образом в дальнейшем во всех наших выкладках мы будем оперировать понятием только относительной влажности, так как именно её значение в зависимости от температурного режима напрямую влияет на качество и сохранность тех или иных продуктов.

 Некоторые данные по требуемой влажности для различных продуктов

 Здесь приведены лишь краткие выдержки из многочисленных нормативных данных при хранении различных продуктов и товаров.

Хочу ещё раз обратить Ваше внимание, что данные, приведённые выше, взяты из открытых источников, и ни в коем случае не претендуют на полновесность и 100% соответствие реальным параметрам, а носят лишь справочный характер.

При проектировании системы охлаждения с функцией поддержания заданной влажности, в первую очередь, необходимо получить полноценное техническое задание (Т.З.) от технологов, и уже потом приступать к расчёту и подбору холодильных компонентов, учитывая также, особенности размещения того или иного вида продукта (стеллажное/паллетное хранение, либо внавалку, наличие/отсутствия принудительной приточно-вытяжной вентиляции), а также высоту складирования и нюансы, связанные с правильным расположением воздухоохладителей!

 Поддержание повышенной влажности

 В случае необходимости поддержания более высокой влажности, чем это возможно при данном температурном режиме, в первую очередь, необходимо осуществить тщательный подбор воздухоохладителя (В/О).

На данной, очень простой диаграмме показана зависимость относительной влажности воздуха в камере в зависимости от температуры испарения (кипения) и разности температур между температурой в камере (обычно это температура воздуха на входе в испаритель) и температурой испарения.

Таким образом, при расчёте испарителя (В/О) в случае различных вариантов продуктов, как в упаковке, так и без неё, либо замороженных продуктов, можно путём «корректного» расчёта и подбора В/О добиться желаемой влажности.

В большинстве случаев этот способ даёт возможность обеспечить требуемую влажность воздуха в камере без использования дополнительных мер.

Не следует также сбрасывать со счётов, что В/О подобранный на большую разность температур (dT) будет меньше по габаритам, его стоимость будет также ниже, но…, и обмерзать он будет сильнее (в случае отрицательных температур), так как «лишняя» влага будет «удаляться» из воздуха.

Проиллюстрирую эту мысль на простом примере. При начальной температуре воздуха в камере + 20С и относительной влажности воздуха 85% абсолютное влагосодержание составит 0,85*17,31 = 14,71 г/м³.

При расчётной температуре в камере минус 20С и заданной влажности воздуха 85% абсолютное влагосодержание составит уже 0,85*0,8835 = 0,75 г/м³. То есть количество влаги, которое будет «удалено», составит (14,71–0,75) = 13,96 г/м³. Если исходить из типовой камеры объемом в 108 м³ (9*4х3), то общее количество удаляемой влаги составит уже 13,96*108=1507,68 г, или ~ 1,5 л.

Для небольшого кубического В/О с продувом (стрелой выдува) 9 м и шаге рёбер в 7 мм при разности температур 7К (для обеспечения требуемой влажности воздуха 85%) это уже довольно внушительная цифра!

Таким образом, потребуется установка аппарата с наличием электрооттайки, так как после первоначального выхода на заданный температурный режим и удаления влаги, в случае хранения неупакованных продуктов, а также при частом открытии/закрытии двери, в камеру неизбежно будет попадать «тёплый» воздух с большим абсолютным влагосодержанием.

Но иногда этого бывает недостаточно, и требуется дополнительно увлажнять воздух.

Чаще всего это относится к камерам длительного хранения овощей и фруктов с температурным режимом от +0 до +8С в зависимости от того, какой продукт находится в камере.

Кстати, в случае загрузки разных продуктов в одну камеру необходимо очень внимательно проверять, насколько требуемые температуры отличаются друг от друга, и по возможности учитывать это при их складировании, то есть продукты, требующие более низкого температурного режима, необходимо располагать в зоне выхода холодного воздуха из В/О, а в «тёплых» зонах те продукты, которым напротив требуется более высокая температура воздуха.

Вообще следует придерживаться нескольких простых правил при установке В/О в камерах, а именно:

1.  При наличии балок потолочного перекрытия воздухоохладители располагают между балками с направлением воздушной струи вдоль них,

2.  При наличии в камере колонн желательно располагать воздухоохладители в каждом межколонном пространстве,

3.  При установке в камере многоярусных стеллажей воздухоохладители располагают, как правило, между ними с направлением воздушного потока вдоль проходов,

4.  Для предотвращения попадания прямого первичного потока на хранящиеся продукты можно использовать воздуховоды для распределения воздуха по всему объёму камеры,

5.  Не рекомендуется располагать воздухоохладители в пространстве над воротами и дверями.

Дополнительные способы увлажнения воздуха

 Тем не менее, иногда требуется обеспечить более высокую влажность, особенно это актуально, как я писал выше, для «плюсовых» камер длительного хранения овощей и фруктов.

Для небольших камер можно с успехом использовать ультразвуковые увлажнители воздуха (см. картинку слева).

Для камер большого объема больше подходят промышленные увлажнители, которые располагается под потолком (см. картинку справа).

Расчёт таких увлажнителей лучше всего осуществлять с помощью специальных программ или по диаграммам влажного воздуха.

Поддержание пониженной влажности

 В случае, когда требуется наоборот «сушить» воздух в камере, следует чётко разделять эту задачу в зависимости от требований по влажности температурного режима.

При отрицательных температурах или температурах, близких к нулю, в случае, если требуется поддерживать влажность не ниже 70…75% задача легко решается путём правильного подбора В/О (см. диаграмму выше).

Следует помнить, однако, что в случае температуры кипения ниже 0С, «лишняя» влага» не будет просто удаляться из камеры путём слива через дренажное отверстие в поддоне В/О, но, напротив, превращаться в снежную шугу и равномерным слоем покрывать теплообменную поверхность, что неизбежно будет приводить к увеличению термосопротивления, и дальнейшему снижению температуры кипения для обеспечения заданной производительности.

В целом, это будет негативным образом влиять на холодильную систему, так как при снижении температуры кипения также будет падать производительность компрессора, и это может привести к росту температурного режима в камере.

Одно из основных правил в этом случае, это правильный выбор В/О с шагом рёбер не менее 6…7,5 мм (для нулевого режима), и не менее 8…10 мм для отрицательных температур ниже минус 10…15С.

Необходимо также обеспечивать правильное расположение продукта, исключая его расположение таким образом, чтобы минимизировать усушку (это особенно актуально для неупакованных замороженных продуктов).

Ещё раз хочу обратить Ваше внимание, что абсолютное влагосодержание при снижении температуры резко падает, поэтому оперируя термином «относительная влажность» следует помнить, что относительная влажность воздуха 50% при+20С (7,26 г/кг) всё равно содержит более чем в 10 раз больше влаги по сравнению с 95% при минус 20С (0,60 г/кг) в камере.

 Дополнительные способы осушки воздуха

 В случае, если речь идёт о камерах с положительным температурным режимом, в которых постоянно происходят технологические процессы охлаждения, например линия упаковки шоколадных конфет, которые выходят после термообработки с высокой температурой и высокой влажностью (как абсолютной, так и относительной), и необходимо обеспечить быстрое снижение как температуры, так и влажности до расчётных значений (например, +10С и относительной влажности 55%), «обычных» мер, связанных с подбором В/О на большую разность температур, может оказаться недостаточным.

В таких случаях необходимо применение специальных двухпоточных В/О, позволяющих «досушивать» воздух при нагревании.

Как правило необходимо вначале охладить воздух до точки росы, и уже только затем нагревать, смещаясь по диаграмме влажного воздуха влево и вверх.

Данные расчёты выполняются каждый раз в индивидуальном порядке и эта методика выходит за рамки данной статьи.

В системах кондиционирования воздуха в промышленных масштабах (то есть в помещениях, где НЕ находятся люди, а хранятся различные продукты, требующие подержания пониженной влажности с сочетании с положительными температурами применяется другой подход: основная нагрузка приходится на приточный блок, который осуществляет подготовку воздуха до заданных параметров при любых условиях окружающей среды, то есть круглогодично, и если это требуется, то в помещении дополнительно устанавливаются В/О, которые выполняют две функции: 1) обеспечивают равномерную циркуляцию и достаточную кратность воздухообмена, 2) доохлаждают воздух в случае такой необходимости.

Следует учитывать в этом случае точки расположения приточек и вытяжек, и руководствоваться нормативными данными, а также исходным Т.З., составленным главным технологом производственного предприятия.

 Нюансы при расчёте и подборе воздухоохладителей

 В настоящее время существует много производителей В/О, большинство из которых для удобства подбора и расчёта предлагают готовые программы.

Тем не менее, следует помнить, что в программе можно произвести подбор типового или даже специального аппарата, но есть некоторые параметры, которые задаются (выбираются) в процессе расчёта, и необходимо хорошо в них разбираться.

Мне хотелось бы обратить Ваше внимание только на один важный нюанс, связанный с оптимальным значением перепада температур  dT на В/О.

Следует помнить, что снижение разности температур приводит к увеличению его габаритов (из-за снижения производительности), и как следствие, более высокой стоимости, в то же самое время интенсивность обмерзания теплообменной поверхности также снижается за счёт поддержания более высокой влажности воздуха.

При увеличении разности температур аппарат становиться компактнее и дешевле, хотя при этом он начинает сильнее обмерзать, а влажность в камере понижается.

Существует некий люфт диапазона значений разности температур, как правило, в диапазоне от 5 до 10К.

Меньшие значения не дают уже существенной прибавки к влажности воздуха, и необходимо использовать дополнительные способы его увлажнения.

Большие значения приводят к росту производительности аппарата, однако необходимо принимать во внимание, что установленный в аппарате дистрибьютор (распределитель парожидкостной смеси после ТРВ) при слишком больших значениях разности (более 10…12К) перестаёт «нормально» функционировать, не обеспечивая полноценного заполнения аппарата хладагентом, что в результате приводит к резкому росту перегрева и пульсациям в работе ТРВ, что в конечном итоге, может привести к выходу из строя компрессора.

 Зависимость относительной влажности воздуха от разности температур на В/О

 Выше я уже приводил эту информацию, сейчас просто продублирую её.

 Шахматный или коридорный пучок

Большинство производителей воздухоохладителей предлагают два варианта расположения труб в трубном пучке: 1) шахматное расположение, 2) коридорное.

Принципиальное отличие между ними заключается в том, что при шахматном расположении удаётся сократить размеры аппарата за счёт компактной упаковки трубного пучка, а также повысить коэффициент теплоотдачи за счёт турбулизации воздуха.

Шахматная схема позволяет снизить температуру ребер и увеличить производительность на квадратный метр площади поверхности змеевика. Это обеспечивает большую компактность воздухоохладителя при заданной производительности.

Тем не менее, коридорный пучок также получил широкое распространение, особенно там, где необходимо поддерживать максимальную влажность воздуха, предотвращая усушку свежих продуктов (особенно овощей и фруктов).

Коридорная схема увеличивает площадь поверхности для сокращения времени оттаивания, удлинения цикла охлаждения, уменьшения перепадов давления воздуха и снижения энергопотребления вентилятора.

Это наиболее подходящий вариант для применений, где требуется поддержание высокой относительной влажности.

 Внутреннее оребрение

Внутреннее оребрение трубы (там где циркулирует хладагент) увеличивает турбулентность и внутреннюю теплообменную площадь поверхности.

 Правильная настройка оттайки теплообменной поверхности В/О

 Около 75% проблем, связанных с неисправностями воздухоохладителей, относятся к системе оттаивания. Типичные проблемы — нарастание льда на поддоне для конденсата и нижней панели, плохое распределение холода, приводящее в результате к неравномерному замораживанию или образованию льда на змеевике, и, как следствие, пониженный расход воздуха через теплообменник.

Причинами зачастую становятся такие возможные ошибки, как слишком раннее прерывание процесса оттаивания, слишком большая частота циклов оттаивания в течение дня, неправильные временные настройки, нерегулярные проверки наличия инея или льда в воздухоохладителе.

Подобных проблем можно избежать за счет регулярного контроля результатов оттаивания в первое время после ввода воздухоохладителя в эксплуатацию и изменения настроек при образовании инея в теплообменнике.

Заключение

 В данной статье[1]  я постарался вкратце рассмотреть основные моменты, связанные с поддержанием той или иной влажности в камере, акцентировав Ваше внимание на проблемах, связанных с поддержанием слишком низкой, либо, напротив, слишком высокой влажности.

Статья не ставила своей целью дать однозначные рекомендации, так как в каждом конкретном случае необходимо производить точный расчёт подбор В/О, руководствуясь соображениями подробного технического задания от клиента.

[1] Все фотографии, схемы и картинки в данной статье взяты с открытых источников в интернете.