По действующим нормам технологического проектирования допускается продувка насыпей картофеля и овощей только по схеме «снизувверх» [1]. Этот тезис основан на разработанной профессором В. З. Жаданом теплофизической модели тепломассообмена м. продукцией и продуваемым воздухом [2], указывающей на принцип. возможность возникновения зоны конденсации в верхних слоях насыпей при продувке по схеме «сверхувниз».

Необходимым элементом физической достоверности модели тепломассопереноса в насыпи сочного растительного сырья (СРС) является предварительная оценка распределения температурных полей в насыпях при вынужденной и естественной конвекции. Согласно исследованиям [3], близкие к равномерным по высоте насыпей температурные поля наблюдаются перед периодом охлаждения (tк(х) = const). Охлаждение сопровождается формированием градиентов температур с минимумом внизу и максимумом вверху насыпей при продувке «снизувверх». Аналогичное распределение устанавливается при естественной конвекции. На 1 приведены обобщенные результаты натурных исследований для насыпей клубней и кочанов.

В базовой период цикличные циклы вынужденной и естественной конвекции взаимосвязаны начальными условиями типа:

где b – k неравномерности температурных полей по высоте насыпи, °С/м.

Полученные в тех же исследованиях аналитические решения динамики температурных полей в насыпи СРС при работе систем активной вентиляции выявили основные особенности теплосъема: в период охлаждения – послойное; в базовой период хранения – равномерное фронтальное по всей высоте насыпей.

В связи с послойным охлаждением продукции в период охлаждения направления продувок «снизувверх» или «сверхувниз» не влияют на темп охлаждения насыпей и на принцип. возможность появления конденсата в верхних или нижних слоях, т. к. следующие по ходу движения воздуха слои продукции имеют более высокую температуру, чем предыдущие. первопричины возникновения зон конденсации отсутствуют.

Проанализируем основные первопричины и условия возникновения возможных зон конденсации в верхних слоях насыпей, высказанные профессором В. З. Жаданом, при движении воздуха против градиента температур продукции в насыпи (b = – tк.о / h), на основе которых им не рекомендован способ продувки «сверхувниз».

Когда b = tк.о / h (продувка «снизувверх»), охлаждение, например, до относительной температуры Yк = 0,5 наступает при прохождении середины теплового фронта всей высоты насыпи h. Продувку «сверхувниз» можно закончить, сняв теплоту только наиболее нагретого верхнего слоя, сэкономив 50 % времени работы САВ. Соответственно, при охлаждении до Yк = 0,7 время работы САВ снижается на 30 %, при охлаждении до Yк = 0,3 – на 70 %.

Нагретый в верхнем слое воздух при контакте с более холодной продукцией нижних слоев при продувке «сверхувниз» может охладиться до температуры точки росы tт.р (цикл 1–2’, и ниже ее (цикл 1–2”). С учетом аналитических закономерностей, подтвержденных экспериментальными и натурными исследованиями [3], конденсация не будет наблюдаться при выполнении неравенства ( :

В правой части неравенства первая скобка демонстрирует перегрев каркаса по отношению к воздуху за счет биологических тепловыделений qv, вторая скобка – начальное состояние воздуха. Вероятность возникновения очагов конденсации в насыпях картофеля и овощей снижается при следующих условиях:

• c уменьшением интенсивности биологических тепловыделений qv (значения qv определяются сортовыми особенностями продукции, ее качеством, технологией уборки);

• с уменьшением высоты насыпи h (противоречит техникоэкономическим требованиям);

• с увеличением скорости воздуха в слое u (ограничивается биологическим показателями);

• с увеличением коэффициента теплоотдачи atv (многопараметрический фактор);

• с уменьшением равновесной относительной влажности воздуха в насыпи jp (зависит от сортовых особенностей продукции).

В последнем случае параметры приточного воздуха смещаются вправо (точка 3, и температура t1т.р несколько понижается (точка .

Результаты расчетов разностей температур tк.max – tк.min, при которых при продувке насыпи картофеля по схеме «сверхувниз» будут отсутствовать условия для возникновения зон возможной конденсации в объеме насыпи, в том числе в верхней зоне, приведены в табл. 1.

Аналогичные данные для насыпей кочанов капусты даны в табл. 2.

Приведенные в табл. 1, 2 значения допустимой разности температур продукции для предотвращения образования конденсата в насыпях клубней картофеля и кочанов являются исходными данными для расчета производительности и режимов работы систем активной вентиляции. Если учесть, что при продувке «сверхувниз» воздух забирается из верхней (свободной от продукции) части хранилищ, то начальная относительная влажность приточного воздуха jв.о близка к равновесной относительной влажности картофелехранилищ и хранилищ овощей jxр.

Следует учитывать также наблюдаемый на практике эффект испарительного охлаждения в насыпи кочанов и стремление температуры продукции или к температуре мокрого термометра tм.т, или к криоскопической температуре tз. Поэтому даже теоретически трудно представить вероятность конденсации в насыпи кочанов в период охлаждения и базовой период хранения при продувке как «сверхувниз», так и «снизувверх».

Полученные значения разности температур нагретого (верхнего) и охлажденного (нижнего) слоев насыпей лежат в рекомендуемых биологами диапазонах температур. при хранении сочного растительного сырья в оптимальных условиях возможных зон образования конденсации не будет наблюдаться.

Имеющая место аналогичность формирования динамики температурных полей в насыпях СРС в циклах естественной и вынужденной конвекции дает основание для вывода о невозможности формирования зон конденсации при реверсивной механической вентиляции (режимы поочередной смены продувок по схемам «сверхувниз» и «снизувверх») насыпей СРС при соблюдении обоснованных выше ограничениях.

Принципиальная схема реверсивной системы активной вентиляции овощекартофелехранилищ приведена на 4.

Продувка «снизувверх». В насыпь СРС ( вентилятором ( по приточному воздуховоду ( подается охлаждающий продукцию воздух. В период охлаждения происходит прямоточная (без рециркуляции) подача наружного воздуха в насыпь с расходом Lоб, который полностью удаляется в атмосферу через вытяжную шахту ( .

При этом регулирующая арматура (дроссели, шиберы) на приточных воздуховодах (1 , ( (1 открыты, на остальных воздуховодах (1 , (1 , (1 закрыты. Происходит прямоточная (без рециркуляции) подача приточного воздуха в насыпь.

В базовой период хранения приготовление приточного воздуха осуществляется путем смешивания минимально необходимого количества наружного воздуха Lн с рециркуляционным Lр, забираемым из хранилища по рециркуляционному воздуховоду ( . В данном режиме эксплуатации РСАВ работает вентилятор ( , регулирующая арматура (1 , ( , (1 , (1 открыта для прохода воздуха, задвижки (шиберы) (1 , (1 закрыты. Прошедший через насыпь воздух в количестве Lн через вытяжную шахту ( удаляется в атмосферу. Остальная часть Lр = (Lоб – Lн) направляется по рециркуляционному воздуховоду ( для повторного использования.

Продувка «сверхувниз». В период охлаждения (в насыпь поступает только наружный воздух в количестве Lоб) при работающем вентиляторе ( атмосферный воздух забирается через вытяжную шахту ( , проходит через насыпь ( по воздуховодам – байпасам и удаляется в атмосферу. Открыта следующая запорная арматура: (1 , (1 , (1 ; закрыта – ( , (1 , (1 .

базовой период хранения характеризуется смешиванием наружного (Lн) и рециркуляционного (Lр) воздуха перед поступлением его в насыпь в свободной от продукции верхней части объема хранилища. Открыты дроссели (шиберы) (1 , (1 , (1 , (1 , закрыты – ( , (1 .

При наличии двух вентиляторов (отдельно для продувок «снизувверх» и «сверхувниз») эксплуатация систем реверсивной вентиляции упрощается, но усложняется их конструктивное исполнение, которое необходимо решать в каждом конкретном случае по местным условиям.

Заключение
Аналитически и практически обоснованная и рекомендуемая к практическому внедрению реверсивная система активной вентиляции овощекартофелехранилищ позволяет снизить энергоемкость систем активной вентиляции на 30–70 % в зависимости от конечных целей хранения.

Литература
ОНТП–6–8 Общесоюзные нормы технологического проектирования зданий и сооружений для хранения и переработки картофеля и плодоовощной продукции. – М. : Минплодоовощхоз СССР, 1985.

Жадан В. З. Теоретические основы кондиционирования воздуха при хранении сочного растительного сырья. – М. : Пищевая промышленность, 1972.

Бодров В. И. Хранение картофеля и овощей: Инженерные методы создания и поддержания технологического микроклимата. – Горький : ВолгоВятское кн. издво, 1985.