正文 第二節 機械冷庫貯藏(1 / 3)

在氣溫偏高的季節和地區,缺乏可以利用的自然冷源(冷涼空氣),要獲得貯藏所需的適宜低溫,就需要采取人工降溫措施進行人工冷藏。人工冷藏有兩種方式:一種是較為原始的冰藏;另一種就是現代的機械冷庫貯藏(簡稱機械冷藏)。

機械冷藏起源於19世紀後期,是當今世界上應用最廣泛的新鮮果蔬貯藏方式。近20年來,為適應農業產業的發展,我國興建了不少大中型的商業冷藏庫,個人投資者也建立了眾多的中小型冷藏庫,新鮮果蔬產品冷藏技術得到了快速發展和普及。機械冷藏現已成為我國新鮮果蔬貯藏的主要方式。目前世界範圍內機械冷藏庫向著操作機械化、規範化,控製精細化、自動化的方向發展。

機械冷藏庫有堅固耐用的庫房構架,且設置有性能良好的隔熱層和防潮層,滿足了人工控製溫度和濕度條件的要求,因而適宜貯藏的產品對象和使用的地域範圍進一步擴大。冷庫可以周年使用,貯藏效果好。

機械冷藏是在利用良好隔熱材料建築的倉庫中,通過機械製冷係統的作用,將庫內的熱傳送到庫外,使庫內的溫度降低並保持在有利於延長產品貯藏期的溫度水平。機械冷藏庫根據對溫度的要求不同分為高溫庫(0℃左右)和低溫庫(低於-18℃)兩類,用於貯藏新鮮果蔬的冷庫為0℃左右的高溫庫。

機械冷藏庫由建築主體(庫房)和機械製冷係統兩大部分組成。機械冷庫以前都是土建結構,目前組裝式冷庫正在越來越廣泛地得到應用。下麵分別予以敘述。

一、機械冷庫的構造和設計

機械冷藏庫的建築主體主要由支撐係統、保溫係統和防潮係統三大部分構成。

(一)冷庫的支撐係統

冷庫的支撐係統即冷庫的骨架,是冷庫的外層結構,是保溫係統和防潮係統兩部分賴以敷設的主體,一般由鋼筋水泥築成。這一部分的施工形成了整個庫體的外形,也決定了庫容的大小。

機械冷藏庫根據貯藏容量大小大致可分為大、中、中小、小型四類。目前我國貯藏新鮮園藝產品的冷藏庫中,中小型、小型庫較多。近年來,個體投資者建設的多為小型冷藏庫。

冷庫的大小應根據經常要貯存產品的數量和產品在庫內的堆碼形式而定。設計時要先確定庫房的內部空間,這個空間是根據擬貯藏的產品堆放在庫內所必需占據的體積,加上行間過道產品與牆壁之間的空間、堆與天花板之間的空間以及包裝之間的空隙等計算出來的。確定內部空間之後,再確定冷庫的長、寬與高度。假設要建一座容量為1080m3的冷庫,若采用4m的高度,庫房所需的地平麵積就是1080/4=270m2。一般冷庫的寬度為12m,那麼冷庫的長度即為22.5m。如果在同一容量的基礎上,增加1m的高度,庫房就可以縮短4.5m,這就增加了牆壁麵積24m2。但從減少地平麵積和天花板以及梁架材料的投資來考慮,增加高度比延長長度更經濟。較大高度的庫房必須有適宜高層堆垛操作的設備來配合,如鏟車等。

冷藏庫的大小要按常年的貯藏任務而定。冷庫容量應根據單位空間果品或蔬菜的容量來計算。

(二)冷庫的保溫係統

保溫係統是體現冷庫這一建築特殊性的重要部分。冷庫在較溫暖的季節之所以能維持較低的庫溫,正是由於保溫係統限製了庫內外的熱量交流。保溫係統是由絕緣材料敷設在庫體的內側麵上,形成連續密合的絕熱層,以隔絕庫房內外的熱流動。

冷藏庫建築的關鍵問題是設法減少熱量流入庫內,絕緣材料的敷設就是為冷庫內外熱量交流設置障礙。因此,絕緣材料的性能和保溫係統的完整性對冷藏庫的性能有重要影響。

絕緣材料的絕緣性能與其材料內部截留的細微空隙有著密切的關係。堅實致密的固體其絕緣能力很差,如金屬材料的導熱能力都比較強,但如果將其製成充滿封閉的氣孔泡沫狀材料,則金屬材料也會被賦予良好的絕緣性能。絕緣材料除具備良好的絕緣性能外,還應具有廉價易得、質輕、防濕、防腐、防蟲、耐凍、無味、無毒、不變形、不下沉、便於使用等特性。對某一絕緣材料來講,其隔熱能力可借以增加絕緣材料的厚度而提高。但增加絕緣材料的厚度,直至其費用超過冷庫的維持費用時,就達到了增加厚度的限度。以軟木板為例,一般冷庫牆壁適宜的厚度為10cm左右。其他材料一般取與10cm軟木板的絕緣能力相當的厚度。

冷庫絕緣層的厚度應當使貯藏庫的暴露麵向外傳導散失的冷約與該庫的全部熱源相等,這樣才能使庫溫保持穩定。冷庫絕緣層的厚度可按下列公式計算:

絕緣層厚度(cm)=[材料的導熱率×總暴露麵積(m2)×庫內外最大溫差(℃)×24×100]/全庫熱源總量(kJ/d)

冷庫總熱量的來源主要有以下幾方麵:①田間熱:指產品從入庫溫度下降到貯藏溫度所釋放的熱,等於產品比熱(kJ/kg)×溫度下降度數(℃)×產品重(kg)。果蔬的比熱約與其含水量相對應,大多在0.8~0.9。②呼吸熱:其理論計算可按呼吸強度的[CO2mg/(kg·h)]×256.0kJ,即為1t該種果品或蔬菜1d內釋放的呼吸熱。③外界傳入的熱:當庫房內外的溫度不相等時,高溫處的熱就會通過庫體(牆壁、庫頂和庫底)向低溫處傳導。這部分熱的計算,涉及構成貯藏庫與外界的接觸麵(暴露麵)的導熱率(即建築材料的導熱率)及其厚度、總的暴露麵積及平均內外溫差。貯藏庫的不同部分所處的溫度條件不同,需分別計算。此外,還有庫內工作人員釋放的熱量;照明燈釋放的熱量;機械動力釋放的熱量等。

各種材料的絕緣性能不同。軟木板、聚氨酯泡沫塑料等材料的隔熱性能較好,但價格較高,應根據經濟實力及取材的便利情況而定。

絕緣材料的形態有幾種類型,一種是加工成固定形狀的板塊,如軟木、聚苯乙烯等;另一種是顆粒狀鬆散的材料,如木屑、糠殼等;另外,聚氨酯噴塗發泡,可以在已經建成的磚或混凝土倉庫中進行,當在牆壁上同時噴塗異氰酸酯和聚醚之後即會發生化學反應而發泡,隨之定型後既防潮又隔熱,是當前冷庫建築中較為先進的技術。

固定形狀的絕緣材料在敷設後,能經常維持其原來的狀態,持久性良好。鬆散的顆粒狀材料,一般是填充於兩層牆壁之間,填充的密度控製較難,因為顆粒之間無固定聯係,重力的影響會使其逐漸下沉,使絕緣層的上部空虛,形成漏熱的渠道,增加冷凍機的負荷。因此,要設法隨時補充顆粒材料下沉所形成的空隙,以減少漏熱。

以易腐材料做絕緣層時,要適量加入防腐劑,並且要分層設置,以免下沉。同時必須敷設好隔潮材料,絕緣材料一經吸濕,其隔熱能力會大大降低。

敷設絕熱材料時,板塊材料要分層進行。第一層用膠黏劑加上必要的釘子,牢固地敷設在建築物的牆壁、天花板和地麵上,每塊板應與相鄰的絕熱板緊密連接。第二層板材要緊密黏合在第一層絕緣板上,兩層板的接頭位置必須錯開,以免形成熱的通道。絕熱材料的敷設應使絕熱層成為一個完整連續的整體,不能讓閣柵、屋梁和支柱等參與到絕熱層中,以防破壞隔熱層的完整性。

(三)冷庫的防潮係統

冷庫的防潮係統是阻止水汽向保溫係統滲透的屏障,是維持冷庫良好的保溫性能和延長冷庫使用壽命的重要保證。冷庫的防潮係統主要是由良好的隔潮材料敷設在保溫材料周圍,形成一個閉合係統,以阻止水汽的滲入。防潮係統和保溫係統一同構成冷庫的圍護結構。

在絕熱材料內部,水汽的凝結會降低其隔熱效能。水蒸氣是能夠通過建材如磚、木材等,在蒸汽壓內外有差異時,在毛細管的作用下,由表層滲入到牆壁中。越靠近內層牆溫度越低,水蒸氣逐漸達到飽和,並凝聚成水,積留於絕熱層中,絕緣材料因此而降低其隔熱性能。同時也使隔熱材料受到侵蝕或發生腐朽。因此,在絕緣材料的兩麵與牆壁之間要加一層障礙,阻止水分進入隔熱材料。用作隔潮的材料有塑料薄膜、金屬箔片、瀝青等。無論何種防潮材料,敷設時要使完全封閉,不能留有任何微細的縫隙,尤其是在溫度較高的一麵。如果隻在絕熱層的一麵敷設防潮層,就必須敷設在絕熱層溫度通常較高的一麵。

果蔬冷藏庫一般維持的溫度在0℃左右,而地溫經常在10~15℃之間。這就意味著一定的熱量可能由地麵不斷地向庫內滲透。因此,地板也必須敷設隔熱層。通常地板的隔熱能力要求相當於5cm厚的軟木板。

當建築結構中導熱係數較大的構件(如柱、梁、管道等)穿過或嵌入冷藏庫房圍護結構的防潮隔熱層時,可形成“冷橋”,冷橋的存在破壞了隔熱層和防潮層的完整性和嚴密性,從而使隔熱材料受潮失效。因此,必須采取有效措施消除冷橋的影響。一般可采用外置式隔熱防潮係統(隔熱防潮層設置在地板、內牆和天花板外,把能形成冷橋的結構包圍在其裏麵)和內置式隔熱防潮係統(隔熱防潮層設置在地板、內牆和天花板內)來排除冷橋的影響。