W artykule porównano tradycyjną technologię chłodzenia warzyw i owoców z nową innowacyjną technologią oraz tradycyjne rozwiązania konstrukcyjne instalacji chłodniczych z rozwiązaniem innowacyjnym. Przedstawiono wyniki porównawczych badań przechowalniczych przy zastosowaniu rozwiązania tradycyjnego i innowacyjnego. 

W ostatnich czasach ma miejsce bardzo dużo zmian w przechowalnictwie warzyw i owoców. Powstały grupy producenckie, które przy pomocy unijnych środków wyposażyły się w nowe przechowalnie warzyw i owoców. Parlament Europejski zajął się ochroną środowiska, wymuszając by projektanci urządzeń chłodniczych zawrócili z drogi stosowania syntetycznych czynników chłodniczych o wysokim wskaźniku emisji CO₂ − (GWP − Global Warming Potential). Unia spowodowała również, by istniejące instalacje chłodnicze były profilaktycznie okresowo przeglądane pod kątem ich szczelności.

Sieci supermarketów ze swoim systemem dystrybucji owoców i warzyw zwracają bardzo dużą uwagę na jakość. Wszelkie odstępstwa od uzgodnień jakościowych dyskwalifikują produkt niezależnie od jego ceny. Kiedyś gdy produkt był sprzedawany na typowym rynku, zła jakość powodowała jedynie obniżenie jego ceny. Teraz zakwestionowanie jakościowe powoduje dezorganizację zaopatrzenia sieci, za co są przewidziane kary umowne a nawet zakończenie współpracy z takim dostawcą. Dlatego też coraz większe wymagania stawiane są przechowalniom warzyw i owoców, po to aby produkt przez cały okres jego przechowywania zachowywał swoją jak najwyższą jakość.

Przegląd tradycyjnej technologii przechowalniczej i tradycyjnych rozwiązań konstrukcyjnych

Szkic tradycyjnej chłodni warzyw (owoców) przedstawia rysunek 1., natomiast rysunek 2. − schemat instalacji chłodniczej.

Rys. 1. Szkic tradycyjnej chłodni warzyw (owoców): 1. przechowywane warzywa (owoce) w skrzynio-paletach, 2. chłodnica powietrza, 3. agregat skraplający, 4. termostat

Rys. 2. Schemat instalacji chłodniczej: 1. chłodnica powietrza, 2. sprężarka, 3. skraplacz, 4. zbiornik czynnika chłodniczego, 5. filtr-osuszacz, 6. wskaźnik zawilgocenia czynnika chłodniczego, 7. zawór elektromagnetyczny, 8. zawór termostatyczny

Instalacja chłodnicza w tradycyjnych rozwiązaniach jest sterowana termostatem cyfrowym (ON/OFF) z czujką umieszczoną w strudze powietrza na wlocie do chłodnicy powietrza. Rysunek 3. przedstawia zmienność temperatury powietrza na wlocie i wylocie z chłodnicy powietrza oraz średnią temperaturę przechowywanego produktu, a rys. 4. zmienność wilgotności powietrza na wylocie z chłodnicy powietrza.

Rys. 3. Temperatury: T p − temperatura przechowywanego produktu, T a1 − temperatura powietrza na dolocie do chłodnicy powietrza, T a2 − temperatura powietrza na wylocie z chłodnicy powietrza

Rys. 3. Temperatury: T p − temperatura przechowywanego produktu, T a1 − temperatura powietrza na dolocie do chłodnicy powietrza, T a2 − temperatura powietrza na wylocie z chłodnicy powietrza

Analizując pracę tradycyjnych instalacji chłodniczych z punktu widzenia przechowywanego produktu, należy zwrócić uwagę, że wraz ze spadkiem obciążenia cieplnego (np. nastaniem zimy), cykle pracy urządzenia chłodniczego stają się coraz krótsze. Krótki cykl pracy chłodnicy powietrza powoduje, że temperatura przechowywanego produktu wzrasta. W praktyce powoduje to, że mimo stosowania temperatury powietrza bliskiej temperatury krioskopowej, rzeczywista temperatura przechowywanego produktu jest wyższa często o 2÷3 K (rys. 5.).

Rys. 5. Temperatura przechowywanych produktów przy nastawie termostatu ON = 2,5°C, OFF = 2,0°C (jak na rys. 3.). Minimalna temperatura powietrza w komorze 0,3°C

Wyższa temperatura produktu to zgodnie z prawem Van’t Hoffa [1] większa jego aktywność biologiczna (oddychanie, wydzielanie ciepła, CO2 oraz pary wodnej), ale i większe straty jakościowe i ilościowe. Krótkie okresy pracy urządzenia powodują też duże wahania wilgotności. W okresie pracy chłodnicy następuje wykraplanie się wilgoci na jej zimnych powierzchniach. W przerwach chłodzenia następuje wzrost wilgotności powietrza w komorze przechowalniczej i w efekcie wykraplanie wilgoci na najzimniejszych warzywach (owocach) znajdujących się w strudze powietrza wylotowego z chłodnicy powietrza. Oba te zjawiska mają bardzo niekorzystny wpływ na jakość warzyw (owoców) w okresie ich przechowywania. Niektórzy dostawcy wyposażenia chłodniczego proponują duże chłodnice powietrza i duże agregaty skraplające. O ile rozwiązanie to sprzyja szybkości schładzania dostarczonych do chłodni ciepłych świeżo zebranych warzyw (owoców) w początkowym okresie, o tyle przez okres przechowywania powoduje to w praktyce pogorszenie warunków przechowywania.

Pragnąc zminimalizować ten niekorzystny wpływ, niektórzy dostawcy wyposażenia chłodniczego proponują rozwiązanie przedstawione na rysunku 6. Rozwiązanie to gwarantuje z jednej strony wykorzystanie pełnej wydajności chłodniczej w okresie schładzania, z drugiej zaś redukuje wydajność chłodniczą urządzenia w okresach niskich obciążeń. Niedogodnością tego rozwiązania jest regulacja wydajności chłodniczej sprężarki poprzez dławienie jej na ssaniu. Zastosowanie sprężarki typu inverterowego bądź z falownikiem powinno zminimalizować tę wadę. Instalacje chłodnicze bezpośredniego odparowania z chłodnicami cieczy wyposażonymi w termostatyczny zawór rozprężny mają jednak jeszcze jedną bardzo istotną wadę. Zabezpieczenia sprężarki przed zassaniem ciekłego czynnika z chłodnicy powietrza wymusza jego przegrzanie na poziomie 4 ÷ 6 K. Ta konstrukcyjna różnica temperatur powoduje, że powietrze chłodzone w chłodnicy powietrza traci jednocześnie wilgoć, powodując wzrost ususzki przechowywanych warzyw (owoców).

Rys. 6. Instalacja chłodnicza o zmiennej wydajności chłodniczej: 1 − komora chłodnicza, 2 − chłodnica powietrza, 3 − czujnik temperatury czynnika chłodniczego, 4 − czujnik ciśnienia czynnika chłodniczego, 5 − zawór stałego ciśnienia parowania w chłodnicy powietrza, 6 − sprężarka, 7 − zawór zwrotny, 8 − skraplacz, 9 − zbiornik czynnika chłodniczego, 10 − filtr-osuszacz, 11 − wskaźnik zawilgocenia czynnika chłodniczego, 12 − elektroniczny zawór rozprężny

Interesującym rozwiązaniem instalacji chłodniczych bezpośredniego odparowania jest instalacja włoskiego producenta przedstawiona na rysunku 7.

Rys. 7. Schemat włoskiej instalacji chłodniczej przechowalni warzyw (owoców): 1 − komora chłodnicza, 2 − chłodnica powietrza, 3 − czujnik temperatury czynnika chłodniczego, 4 − czujnik ciśnienia czynnika chłodniczego, 5 − sprężarka, 6 − zawór elektromagnetyczny gazowy, 7 − filtr-osuszacz, 8 − skraplacz, 9 − filtr-osuszacz, 10 − wskaźnik zawilgocenia czynnika chłodniczego, 11 − zawór elektromagnetyczny cieczowy

(...)

Innowacyjna technologia przechowywania i innowacyjne rozwiązanie konstrukcyjne

(...)

Podsumowanie

Obostrzenia EU w stosowaniu czynników chłodniczych o dużej wartości GWP już powoduje, a będzie powodowało jeszcze szybsze wdrażanie alternatywnych czynników chłodniczych o małej wartości współczynnika GWP.

Zalety układów pośrednich powodować będą coraz szersze ich stosowanie w chłodniach warzyw (owoców).

W najbliższej przyszłości należy się liczyć ze wzrostem zainteresowania stosowania instalacji chłodniczych z płynną regulacją wydajności chłodnic powietrza.

Innowacyjny sposób chłodzenia wpływa na zahamowanie wyrastania przechowywanej marchwi, co znacznie obniży pracochłonność przygotowania jej do sprzedaży.

Układ z płynną regulacją wydajności chłodnicy powietrza jest systemem „młodym”. Należy się liczyć, że w najbliższym okresie wprowadzonych zostanie wiele usprawnień obniżających koszty budowy i eksploatacji tego typu instalacji.

mgr inż. Grzegorz MIZERA
– Instytut Maszyn Przepływowych
im. Roberta Szewalskiego PAN

LITERATURA:

[1] ADAMICKI F., CZERKO C.: Przechowalnictwo warzyw i ziemniaka. Poznań. Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne. 2012.
[2] GRZEGORZEWSKA M., BADEŁEK E., ADAMICKI F.: Badania przechowalnicze marchwi w warunkach chłodzenia ze sterowaniem ciągłym oraz dyskretnym układów chłodniczych. Instytut Ogrodownictwa w Skierniewicach. Konferencja 2012.09.14.