Оборудование камеры охлаждения с воздушно-радиационной системой

В продухе  вместо воздухоохладителей можно устанавливать  и батареи (рисунок 6). Тогда толщина продуха будет составлять 0,6 м.

 

Рисунок 6 – Принципиальная схема камеры с теплозащитной рубашкой, оборудованная батареями

 

Недостатками  данной теплозащитной системы являются повышенные изначальные капитальные  затраты (3...5 %); повышенные потери грузового объема камер и невозможность отвода внутри камерных теплопритоков. Из-за этих недостатков такая система охлаждения серьезного распространения не получила.

Панельные батареи  изготовлены  из стального листа толщиной 1...1,5 мм. К батареям приварены трубы диаметром 32…38 мм. с толщиной стенки 3 мм и шагом 300 мм. Батареи представляют собой горизонтальные коллекторные секции, которые установлены вдоль верхней части внешних стен камер, а также вдоль потолка камер одноэтажных и верхних этажей многоэтажных холодильников. При этом осуществляется нижняя подача холодильного агента в батареи. При работе батареи температура в центре ребра равна или ниже температуры воздуха в камере (рисунок 7).

1 – внешние  теплоизолированные ограждения; 2 –  потолочный продух; 3 – потолочная панельная батарея; 4, 5 – зашивка потолка плоским шифером; 6 – пристенный продух; 7 – пристенная панельная батарея; 8 –воздухонепроницаемый материал

 

Рисунок 7 – Принципиальная схема с панельной системой охлаждения

 

Пристенные  продухи шириной 0,1…0,2 м образовываются батареями, между нижней кромкой которых и полом камеры закреплены экраны из воздухонепроницаемого материала (например, полиэтиленовая пленка). Потолочные продухи, которые отделены от пристенных, образуются батареями и листами плоского шифера, положенного сверху в зазоре между секциями батарей. Зазор между потолочными батареями перекрываются асбоцементными листами. Высота потолочных продухов определяется высотой силовых элементов строительной конструкции.

Среди достоинств панельной системы охлаждения в  сравнении с теплозащитной рубашкой выделяют меньшие потери от усушки продуктов из-за установки панельных  батарей трубами в камеру, вследствие чего батареи эффективно отводят  внутри камерные теплопритоки; отсутствуют  повышенные капитальные затраты  и повышенные потери строительного  объема камер; снижен расход электроэнергии на выработку холода вследствие само установления  малой разницы между  температурами камер и хладагента в режиме хранения пищевых продуктов (3…5 °С); а также снижены теплопритоки в камеры, т.к. в продухах само устанавливается температура воздуха, которая выше температуры камеры. В сравнении же с батарейным охлаждением панельная система имеет следующие преимущества: большая равномерность температурного поля в грузовом объеме камеры; возможность работы панельных батарей без удаления инея на протяжении длительного времени (до года), потому что оседающий иней, толщина которого достигает до 40 мм, не уменьшает, а развивает теплопередающую поверхность панельных батарей и не нарушает температурный режим в камере; вследствие того, что в продухах само устанавливается пониженная относительная влажность воздуха, то изоляция ограждений камеры поддерживается в сухом состоянии. Среди недостатков данной системы можно отметить повышенную металлоемкость батарей (приблизительно на 30 % больше, чем в системе с оребренными батареями) и трудоемкость удаления инея с потолочных продухов.

Панельная система охлаждения и система  охлаждения с теплозащитной рубашкой чувствительны к внутренним теплопритокам, так как часть поверхности  охлаждающих приборов находится  в продухах. Вследствие этого температурный  режим в камерах с такими системами  охлаждения восстанавливается более  продолжительное время, чем в  системах бесканального и канального распределения воздуха. Поэтому  такие системы рекомендуется  использовать на холодильниках с  малой грузовой оборотностью.

Динамическая  изоляция (рисунок 8) представляет собой изоляцию ограждений камер, в которой навстречу тепловому потоку, который идет извне, медленно движется охлажденный воздух с камеры, который принимает значительную часть тепла, которое поступает в камеру. Так называемый динамический коэффициент теплопроводности W меньше обычного (статического) коэффициента теплопроводности l изоляционного материала в 1,5…2 раза.

                   

 

1 – внешние  ограждения; 2 – продух; 3 – ограждения с динамической изоляцией; 4 – грузовой объем камеры; 5 – воздухоохладитель

 

Рисунок 8 – Принципиальная схема с динамической изоляцией

 

Внешние ограждения камеры не имеют тепловой изоляции. В ограждениях с динамической изоляцией использован воздухопроницаемый изоляционный материал и отсутствуют  пароизоляционные слои. Охлаждаемый  в воздухоохладителе воздух нагнетается  в грузовой объем камеры, откуда выталкивается сквозь динамическую изоляцию в продух шириной 0,1…0,2 м. Удельный массовый расход воздуха составляет 1…2 кг/(м²×час). При движении сквозь изоляцию воздух постепенно нагревается до температуры, близкой к температуре t_окр.ср., после чего по продуху поступает на охлаждение в воздухоохладитель. Большой температурный напор в воздухоохладителе позволяет использовать холодильную машину, работающую на нескольких температурах испарения.

Данная  теплозащитная система имеет  ряд недостатков: невозможность  отвода внутренних теплопритоков с  камеры; выпадение льда на внутренней поверхности динамической изоляции при колебаниях температуры камеры; сложность конструкции воздухоохладителя  и его эксплуатации, а также  непростое изготовление строительно-изоляционной конструкции. Камеры с динамической изоляцией не нашли массового  применения из-за отсутствия материалов с необходимыми аэродинамическими  свойствами.

Система воздушного охлаждения с активным увлажнением  камеры, предложенная и разработанная сотрудниками кафедры холодильных установок ОГАХ, представлена на рисунке 9.

В первоначальном варианте для увлажнения камеры использовался  внешний воздух. Малая его часть (менее 1 % от основного потока воздуха, циркулирующего через воздухоохладитель) забиралась с атмосферы и 

 

1 – теплоизоляционные  ограждения; 2 – экран; 3 – грузовой объем камеры; 4 – всасывающий воздуховод; 5 – воздухоохладитель; 6 – вентилятор; 7 – трубопровод подачи воздуха к увлажнителю; 8 – увлажнитель; 9 – грузовой коридор; 10 – трубопровод подачи влажного воздуха в камеру

 

Рисунок 9 – Принципиальная схема камеры хранения с воздушным охлаждением и увлажнением воздуха

 

подавалась  специальным вентилятором в основной воздушный поток, выходящий с  воздухоохладителя в камеру. Соответствующее  количество удалялось с камеры. Этот вариант позволил увеличить относительную  влажность воздуха камеры до 100 %, но требовал очистительные устройства и специальную автоматику для  регулирования количества подмешивающегося воздуха, поэтому параметры внешнего воздуха изменялись в широких  пределах на протяжении суток.

В данной схеме подмешивающийся воздух с  высоким влагосодержанием специально приготавливается с помощью увлажнителя, основанного на принципе паровой  бани. Простая автоматика поддерживает относительную влажность воздуха на уровне  100 % в дальнем конце камеры в месте входа воздуха в заэкранное пространство. При этом в камере поддерживает незначительное перенасыщение воздуха влажностью.

Воздушно-экранная система охлаждения (рисунок 10) осуществляет внекамерную локализацию теплопритоков, проникающих через перекрытия. Кратность циркуляции воздуха в грузовом объеме камеры изменяется вследствие образования двух контуров циркуляции воздуха.

 

                            

 

Рисунок 10 – Принципиальная схема с воздушно-экранной системой охлаждения для хранения плодоовощной продукции 

 

Температурный градиент по высоте камеры составляет не более 0,8 °С, а в штабеле – не более 1 °С. Но существенным недостатком данной системы является недостаточное поступление воздуха в штабель с плотной укладкой продукции.

Сравнительный анализ систем охлаждения проводится на основании характеристик режимов  хранения продуктов в камерах, температурно-влажностного режима в штабеле с учетом эксплуатационных характеристик систем. Данные о температурных  режимах в камере и штабеле  представлены на рисунке 11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – температура  воздуха в камере; 2 – температура  в штабеле

 

Рисунок 11 – Графики изменения температуры по высоте штабеля и камер с батарейной (а), воздушной (б), смешанной (в), панельной (г), воздушной с активным вентилированием (д), воздушно-экранной (е) системами охлаждения

 

 

 

2 Обоснование выбора режима холодильной обработки

 

После первичной обработки мясные туши, полутуши и четвертины размещают на подвесных путях и охлаждают в холодильных камерах. Температура и скорость движения воздуха в камере охлаждения мяса должны быть одинаковы во всех точках объема камеры. Расстояние между полутушами и тушами на подвесных путях 30 … 50 мм; нагрузка на 1 погонный метр подвесного пути для говядины составляет 250 кг.

В зависимости  от способа охлаждения существует насколько  способов охлаждения мяса: в камере хранения при постоянной температуре  в течении всего процесса охлаждения. В этом случае температура в камере составляет 0⁰С, а относительная влажность воздуха – 87…97%. Процесс охлаждения мяса заканчивается при достижении температуры мяса в толще бедра +2 … +4⁰С и продолжается 30 … 36 часов. В камере интенсивного охлаждения ускорение процесса охлаждения происходит за счет снижения температуры воздуха и увеличением скорости движения воздуха в камере. Увеличение скорости движения охлаждающего воздуха до 1…2 м/с позволяет в два раза сократить процесс охлаждения. При температуре воздуха в камере минус 8 … минус 12⁰С и указанной скорости его движения продолжительность охлаждения до средней конечной температуры по объему бедра +3 … +4⁰С составляет 6…8 часов. При таком интенсивном охлаждении между поверхностными и глубинными слоями будет наблюдаться значительная разность температур. Интенсивно охлажденное мясо потом направляют в камеру хранения с температурой +2⁰С.

В зависимости  от времени охлаждения и усушки мяса существует несколько способов охлаждения мяса: медленное охлаждение производят в камерах охлаждения при температуре  воздуха  0 … +3⁰С и скорости его движения 0,1…0,3 м/с. При этом длительность процесса медленного охлаждения для говядины составляет 24 … 36 ч при снижении температуры в толще   бедра с +38⁰ С до +4⁰С. При этом потеря массы зависит от способа разделки и упитанности туш. При мокрой разделке усушка колеблется от 1,2% до 2,28% от массы туш, при сухой – от 0,82% до 1,62%. Ускоренное охлаждение осуществляется при подаче воздуха с температурой 0⁰С со скоростью движения 0,5 м/с. Длительность процесса составляет до 24 ч. Усушка для говядины 1-й категории – 1,59%. Быстрое охлаждение осуществляют в камерах туннельного типа. При одностадийном методе охлаждения температура воздуха поддерживается на уровне минус 3⁰С, скорость его движения 0,8 м/с. Длительность процесса составляет для говядины 16 ч. При этом усушка для говядины 1-й категории составляет 1,38%.

При двухстадийном методе охлаждения на первой стадии процесс осуществляют до температуры в толще мышц +10⁰С. Температура воздуха поддерживается на уровне минус 3…минус 5⁰С. Длительность первой стадии составляет 10 … 12 ч. Вторая стадия охлаждения осуществляется при температуре воздуха минус 1,0…минус 1,5⁰С и при скорости его движения 0,1…0,2 м/с в течение 8 … 10 ч. Охлаждение ведут до температуры в толще мышц 0⁰С. Усушка для говядины 1-й категории при двухстадийном методе составляет 1,2%. сверхбыстрое охлаждение осуществляют методом душирования в камерах туннельного типа в две стадии. На первой стадии охлаждение производят при температуре воздуха минус 10 … минус 12⁰С в течение 6 .. 7 ч. При скорости движения воздуха 1 … 2 м/с до температуры в толще бедра +18 …+22⁰С. За этот период температура в поверхностном слое достигает минус 1⁰С, а внутри бедра: +15…+18⁰С – у говядины, +13 .. +15⁰С – у свинины. Доохлаждение мяса осуществляют при температуре воздуха минус 1,0…минус 1,5 0С, при скорости движения воздуха 0,1 … 0,2 м/с в течение 10 … 12 ч для говядины и 10 … 15 ч для свинины.

Усушка  при двухстадийном методе составляет 1,0%. При таком способе возможно «холодное» сокращение мышц, поэтому  с целью его избежания мясо предварительно подвергают электростимулированию  или выдерживают его при температуре воздуха минус 10...минус 12⁰С в течение 12 ч.

Из приведенных  данных видно, что повышение скорости охлаждения способствует снижению потерь массы. Так же, для уменьшения усушки полутуши обертывают простыней или  упаковывают в полимерные пленочные  материалы. Применение этого способы  помимо снижения усушки позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия  охлаждения и способствует сохранению внешнего вида мяса: задерживает обесцвечивание жира, сохраняет естественный цвет мяса, предотвращает образование  морщинистости на поверхности туши.

После охлаждения поверхность мяса не должна быть увлажнена, покрыта корочкой подсыхания, мышцы  упругие. Ограничение верхнего предела  температуры охлажденного мяса +4⁰С обусловлено объективными причинами: выше этой температуры возможен быстрый рост микрофлоры, в том числе сальмонелл, которые хорошо развиваются в диапазоне +7…+45⁰С, при понижении температуры ниже криоскопической мясо замораживается, резко изменяя свои свойства /4/.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Описание оборудования и принцип его действия

 

План  камеры охлаждения с воздушно-радиационной системой охлаждения представлен на рисунке 12