新型自然冷能馬鈴薯貯藏庫的研究

任洪忱 孫大明 金德海

摘 要：創(chuàng)新設(shè)計(jì)建設(shè)新型自然冷能馬鈴薯貯藏試驗(yàn)庫;利用自然冷能，制備冰體;根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)施馬鈴薯貯藏試驗(yàn);根據(jù)試驗(yàn)效果得出試驗(yàn)結(jié)論并提出改進(jìn)方案，為進(jìn)一步研究與推廣做出積極建議。

關(guān)鍵詞：自然冷能;馬鈴薯貯藏;貯藏庫;冰;用冰量

中圖分類號(hào)：S532 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.005

0 引言

馬鈴薯是世界第四大主糧，在全球糧食安全戰(zhàn)略中擔(dān)當(dāng)重要角色。我國(guó)馬鈴薯因貯藏不當(dāng)損失率在10%～15%，改善貯藏條件和方式，提高貯藏質(zhì)量是當(dāng)前急需解決的問題。目前，常用貯藏方式主要是窖存、自然通風(fēng)貯藏和機(jī)械恒溫貯藏，前兩種方式受外界溫度變化影響大，溫濕度不易控制，最后一種方式投資成本高，設(shè)備復(fù)雜，管理要求高，不適合大面積推廣。

自然冷能概念的提出，理論上可以解決馬鈴薯低溫貯藏難題，使農(nóng)產(chǎn)品低成本貯藏保鮮有了實(shí)現(xiàn)的可能性。利用我國(guó)北方自然冷資源，即利用冰水相變吸收和釋放潛熱的原理，以冰的形式儲(chǔ)存冬季自然冷能作為馬鈴薯貯藏庫冷源。研制出適合北方氣候的馬鈴薯自然冷能貯藏庫，具有節(jié)能、無污染等優(yōu)點(diǎn)。

1 新型自然冷能馬鈴薯貯藏庫試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?/p>

新型自然冷能馬鈴薯貯藏試驗(yàn)庫按各功能分三處區(qū)域，其中馬鈴薯貯藏間約24 m3，貯冰室約66 m3，控制室約19 m3，馬鈴薯貯藏量按4 t計(jì)，具體建設(shè)方案如圖1所示。

為更高效利用自然冷能，馬鈴薯貯藏間處于冰室的三面包圍中，貯冰室與馬鈴薯貯藏間之間熱交換通過帶風(fēng)門的可控風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，在馬鈴薯貯藏期需要降溫時(shí)，可以較為均勻并快速提供冷氣。

馬鈴薯貯藏間及貯冰室?guī)扉T要方便馬鈴薯、水（冰）及其它物品運(yùn)送，馬鈴薯貯藏間與外界設(shè)置帶風(fēng)門可控風(fēng)機(jī)，方便馬鈴薯貯藏間與外界通風(fēng)及熱交換。貯冰室?guī)扉T對(duì)面墻壁設(shè)通風(fēng)口，冰體制備時(shí)貯冰室內(nèi)空氣對(duì)流，實(shí)現(xiàn)冰體庫內(nèi)高效制備。

寒冷季節(jié)來臨前，封閉貯藏庫門，利用馬鈴薯呼吸作用及少量輔熱，維持貯藏間溫度在2～4 ℃，貯藏間內(nèi)溫度高時(shí)，風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，貯藏間與冰室或外界產(chǎn)生熱交換;溫度低時(shí)，輔熱自動(dòng)啟動(dòng)。同期，將貯冰室貯冰槽內(nèi)盛水，盛水量在80%左右，貯冰槽分層布置，層間留有空隙，利于冷氣流通，提高制冰、用冰效率。為克服水變成冰后體積增大對(duì)容器的破壞，采用截面為半圓形的橡膠槽為盛水（冰）容器，此容器可重復(fù)利用，降低了制冰綜合成本。制冰時(shí)，開放貯冰室?guī)扉T與通風(fēng)口，利用冷空氣流動(dòng)制冰。制冰過程中產(chǎn)生的潛熱也可作為維持馬鈴薯貯藏間溫度的能源。冰塊凍實(shí)后，氣溫回升前，封閉貯冰室?guī)扉T及通風(fēng)口，做好保溫措施。待氣溫回暖，且馬鈴薯休眠期結(jié)束，貯藏間溫度上升時(shí)，貯藏間與貯冰室間的風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，將貯冰室內(nèi)冷氣輸入貯藏間，隨著熱交換的進(jìn)行，冰塊逐漸融化至無法提供冷量，適時(shí)出庫。貯存期內(nèi)，貯藏間與外界及貯冰室的熱交換、濕度控制均通過自控實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)操作界面如圖2所示。

2 試驗(yàn)用冰量概算

2.1 冰的制備與消耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本次試驗(yàn)貯冰容器是截面為半圓形的長(zhǎng)槽容器，貯冰容器分層排布，層間留有通風(fēng)空間，由于我省漫長(zhǎng)冬季的低溫環(huán)境，貯冰容器內(nèi)的冰可以完全凍實(shí)。冰的溫度取用-15 ℃計(jì)算。

理論上單位體積冰在融化過程吸收熱量是一定的，但由于在制冰過程中空氣混入、外層結(jié)冰影響中心冰凍結(jié)等實(shí)際情況影響，冰塊表層溫度與中心層的溫度存在差異，參考中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)董仁杰老師等人做的自然冷能在果蔬保鮮上的應(yīng)用研究中提出的以寒積值作為凍結(jié)指標(biāo)，以冰的體積純度計(jì)算冰融化過程吸收熱量的研究成果，本案冰的體積熱純度取為0754。

試驗(yàn)庫體地上部分采用厚度200 mm聚氨酯保溫板，地面采用厚度380 mm水泥砂漿結(jié)構(gòu)。聚氨酯保溫板具有良好的保溫隔熱性能，其導(dǎo)熱系數(shù)約0028 W/（m·k）;水泥砂漿結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)約為081 W/（m·k）。

2.2 耗冷量概算

引起冰體消耗主要有以下方面：馬鈴薯貯藏間與外界熱交換量Q1、馬鈴薯貯藏耗冷量Q2、通風(fēng)耗冷量Q3、操作熱損耗Q4，下面分別按這四方面計(jì)算耗冷量，最后確定本試驗(yàn)?zāi)Ｐ屠碚撚帽俊?/p>

2.2.1 馬鈴薯貯藏間與外界熱交換量Q1

分析圖3～圖8，結(jié)合實(shí)際，得如下結(jié)論：

（1）室外濕度變化波動(dòng)較大，最低為118%，最高達(dá)到994%。馬鈴薯貯藏間濕度始終維持在95%左右，處于較佳貯藏濕度，從實(shí)際貯藏效果看，貯藏間濕度環(huán)境控制較為理想，與貯冰室調(diào)節(jié)有直接關(guān)系。

（2）2月25日，氣溫升至0 ℃以上， 3月17日冰室溫度達(dá)0℃，貯冰室對(duì)貯藏間溫度調(diào)節(jié)作用不再顯著。冰量消耗高于預(yù)期，應(yīng)與庫體保溫效果不甚理想有關(guān)。

（3）3月25日氣溫達(dá)到20 ℃，貯藏間溫度達(dá)到7 ℃，且隨著溫升CO2濃度波動(dòng)顯著，貯存環(huán)境已不適宜，恰逢播種期，3月26日種薯出庫。

馬鈴薯貯藏效果見下表所示，實(shí)際損失率1.02%，損失率較低，貯藏效果較好。

4 存在的主要問題及今后研究工作建議

4.1 存在的主要問題

（1）經(jīng)過試驗(yàn)可知自然冷能貯存馬鈴薯是可行的，但應(yīng)用自然冷能過程中對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)硬件要求較高，貯藏庫保溫密閉性要求尤其高，本試驗(yàn)基礎(chǔ)建設(shè)尚有不足，對(duì)試驗(yàn)效果有一定影響。

（2）新穎的自然冷能馬鈴薯貯藏庫設(shè)計(jì)方案以及低價(jià)制冰高效用冰的冰塊制備方法，能為后續(xù)自然冷能利用研究提供參考，但方案還有不理想之處，如基礎(chǔ)建設(shè)要求高、貯冰占地面積較大等，有待完善。

4.2 今后研究工作建議

（1）進(jìn)一步加強(qiáng)庫體、制冰、貯冰、冷氣輸送、智能控制等硬件設(shè)施建設(shè)及軟件設(shè)計(jì)，加強(qiáng)日常使用管理，逐步完善試驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑫r(shí)對(duì)比其它貯藏方式，結(jié)合貯后損失率及品質(zhì)變化等因素，全面衡量自然冷能馬鈴薯貯藏庫利用經(jīng)濟(jì)性。

（2）通過調(diào)整蓄冷劑的方式增加單位體積冰體蓄冷量，從而降低冰的需求量，減少基建投資，要注意確保蓄冷劑的應(yīng)用安全性。

（3）建議增加輔助機(jī)械制冷裝置或裝置接口，預(yù)防因意外因素導(dǎo)致冷量不足影響貯存。

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