Создание влажностного режима в плодоовощехранилищах на основе водяного аккумулятора солнечной энергии



В статье приведена принципиальная схема системы увлажнения приточного вентиляционного воздуха на основе водяного аккумулятора солнечной энергии и обоснованы основные преимущества предложенной системы для создания требуемого влажностного режима в плодоовощехранилищах.

Ключевые слова: плодоовощная продукция, холодильная камера, увлажнение воздуха, солнечная энергия, солнечный коллектор, водяной аккумулятор солнечной энергии

В технологии хранения плодоовощных продуктов (ПОП) увлажнение воздуха является важным технологическим процессом для создания и поддержания оптимального влажностного режима в плодоовощехранилищах. Это достигается путем применения различных методов и технических средств увлажнения воздуха. В практике применяются увлажнения воздуха водой и паром. Проведенные исследования вскрывают серьезные недостатки увлажнения воздуха паром. При подачи пара в воздух происходит выпадения конденсата на рабочей поверхности охлаждающих приборов и образуется слой инея, что требует дополнительные затраты энергии на процесса оттаивания инея. Паровой способ увлажнения воздуха является сравнительно энергоемким процессом, проникновение пара в камеру создает дополнительный теплоприток, который создает нагрузку на систему охлаждения. Для компенсации 1 кДж теплопритоков в холодильную камеру приходится подавать влагу в парообразном состоянии в 3–4 раза больше, чем в капельножидком состоянии, т. е. по общей эффективности паровые увлажнители значительно уступают водяным. Особенно неконкурентоспособны они в энергетическом отношении, так как при их применении заметно возрастает общий расход холода [1,2].

Опыты эксплуатации систем увлажнения воздуха в плодоовощехранилищах показывают, что при водяном способе увлажнения воздуха подаваемую воду необходимо подогревать до температуры 35–40 ⁰С. Подогретая теплая вода при разбрызгивании форсунками полностью, без остатка, поглощается воздухом. Увлажнение воздуха холодной водой требует большой расход воды. Для подогрева воды в существующих системах увлажнения воздуха применяются электронагреватели, которой влияет на общей энергоемкости хранилище. Поэтому на основе анализа работ и энергоемкости существующих систем увлажнения плодоовощехранилищ, нами предложена система увлажнения воздуха на основе применения низкопотенциальных солнечных установок [2,3]. Целью инновационного исследования является снижение энергоемкости процесса хранения ПОП, путем разработки систем увлажнения приточного вентиляционного воздуха на основе аккумулятора солнечной энергии.

Система увлажнения воздуха на основе водяного аккумулятора солнечной энергии предназначена для получения влажного воздуха относительной влажностью не ниже 80 % и поддержания требуемой влажностного режима в плодоовощных камерах (Рис.1). Основным элементом предложенной системе является водяной аккумулятор солнечной энергии (ВАСЭ) — солнечной коллектор (СК). Солнечный коллектор, как основной отличительной частью системы предназначен для приготовления горячей воды посредством преобразования солнечного излучения в тепловую энергию. В существующих системах увлажнения воздуха в качестве нагревателя применяются трубчатые электронагреватели (ТЭН). Технические характеристики СК приведены в табл. 1.

Предложенная система увлажнения приточного вентиляционного воздуха работает следующим образом. Холодная вода с начальной температурой 16–20 ⁰С от бака (1) и через регулирующей клапан (2) поступает ВАСЭ (3), где нагревается до температуры не ниже 40 ⁰С. Подогретая вода с помощью водяного насоса (5) направляется в блок увлажнения (6) приточного воздуха и форсунками разбрызгивается к приточному вентиляционному воздуху. Блок увлажнения расположена в самом приточном вентиляционном канале, поэтому не поглощенная часть воды не поступает в камеру, а удаляется в наружу и собирается в специальном поддоне (13) в целях повторного использования. Увлажненная вода с помощью вентилятора (8) нагнетается в камеру для создания требуемого влажностного режима.

Основным преимуществом данной разработки по сравнению аналогов, является низкая энергоемкость увлажнения воздуха за счет применения солнечного подогрева с использованием ВАСЭ. Вторым преимуществом является, что увлажнение воздуха осуществлено в приточном канале вентиляции, т. е. вне камеры. Это устраняет процесса выпадения влаги на поверхности и в слой продуктов, которой выпадения влаги усиливает порчи продуктов. Третьем положительным отличием предложенной системы является, что не поглощенная вода удаляется в наружу камеры и имеется возможность повторного использования воды в системе увлажнения. Таким образом, предложенная система увлажнения воздуха плодоовощехранилищ на основе применения водяного аккумулятора солнечной энергии обеспечить требуемый влажностной режим хранения ПОП в плодоовощных камерах хранилищ и существенную экономии традиционной энергии и водных ресурсов.

Для создания системы увлажнения воздуха хранилищ на основе ВАСЭ требуются общедоступные материалы и оборудования. Перечень необходимых оборудований и приборов приведены в табл.2.

Рис. 1. Принципиальная схема системы увлажнения приточного вентиляционного воздуха на основе водяного аккумулятора солнечной энергии. 1-бак для холодной воды; 2-регулирующий клапан холодной воды; 3-водяной аккумулятор солнечной энергии (солнечный коллектор); 4-трубчатый электронагреватель (ТЭН, дублер); 5-водяной насос; 6-блок увлажнения воздуха; 7-испаритель ТН; 8-вентилятор; 9-вытяжная форточка; 10-штабель ПОП; 11-камера хранения ПОП; 12-стена камеры; 13-поддон для воды

Таблица 1

Технические характеристики солнечного коллектора

Корпус	Поликарбонатные панели
Гидравлический тракт	Трубы стальные
Теплоприемный элемент	стальной лист, окрашенный высокотемпературный черной краской
Площадь облучаемой поверхности одного гелиоколлектора	1,5 м2
Коэффициент поглощения солнечных лучей	К=0,95
Светопрозрачное покрытие	1-й вариант: поликарбонатная панель (2-й вариант: стекло)
Коэффициент пропускания солнечных лучей прозрачного покрытия	0,85
Теплопроводность прозрачного покрытия	0,2–0,4 Вт/м.к
Рабочая температура	40÷80 оС
Мощность коллектора, средняя для теплового полугодия	0,2÷1,4 кВт/м2 0,5 кВт/м2
Максимальная температура теплоприемника в отсутствии теплоносителя	До 100 оС
Теплоноситель	вода
Максимальное давление воды	1 атм.
Начальная температура воды	16–24 0С
Коэффициент полезного действия гелиоколлектора	50–70 %
Срок службы	10 лет
Гарантия	2 года

Таблица 2

Спецификация иперечень оборудований ВАСЭ

Наименование	Количество
Бак холодной воды	1
Водяной солнечный коллектор	1
Трубчатый электронагреватель ТЭН	1
Водяной насос	1
Увлажнитель воздуха с форсунками	комплект
Приборы измерения температуры и влажности	комплект
Трубопроводы и запорная арматура	комплект

При активном вентилировании также требуется увлажнение приточного вентиляционного воздуха. Расход воды на увлажнение W′ (кг/ч) определяется по формуле [1]:

(1)

где G — требуемый расход воздуха, кг/ч; d_п — влагосодержание воздуха после поглощения избытков тепла, г/кг; d_д — влагосодержание воздуха после увлажнения, г/кг.

Результаты расчетно-экспериментальных исследований показывают, что при активном вентилирование плодоовощной камеры вместимостью 24 т яблок и удельном расходе воздуха — G=70–100 м³/(т·ч), расходы воды на увлажнение воздуха в условиях г. Карши составляет W′= 6,8–7,0 кг/ч. По результатам исследований и расчетов можно сделать вывод, что предложенная система увлажнения приточного вентиляционного воздуха позволяет обеспечит создания требуемого влажностного режима плодоовощной камеры.

Литература:

1. Волкинд И. Л. Технология хранения картофеля, овощей и плодов. М.: Агропромиздат, 1989.
2. Узаков Г. Н., Алиярова Л. А., Узакова Ю. Г. Снижение энергоёмкости систем увлажнения вентиляционного воздуха в плодоовощехранилищах с применением возобновляемых источников энергии. //Молодой ученый. № 14 (94). 2015. — С. 200–203.
3. Узаков Г. Н. Способы повышения энергоэффективности систем теплохладоснабжения плодоовощехранилищ с использованием нетрадиционных источников энергии. Ташкент.: Автореферат на соис. док. тех. наук. 2016. — 87 с.