Применение адсорбционных осушителей для холодильных камер

СИСТЕМЫ ХОЛОДИЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ

При проектировании любая производственная холодильная камера инженер сталкивается с одной и той же фундаментальной проблемой: попаданием внутрь влаги. Это происходит каждый раз при открытии дверей для загрузки/выгрузки товара, а также из-за диффузии через ограждающие конструкции. Влажный воздух, контактируя с холодными поверхностями испарителя, конденсируется и замерзает.

На практике это приводит к следующем последствиям:

Интенсивное обледенение испарителя, лёд выступает как теплоизолятор, сильно снижая эффективность теплообмена. Холодильной установке приходится работать дольше и интенсивнее, чтобы поддерживать заданную температуру;

Частые циклы оттайки, для борьбы с наледью компрессорно-конденсаторный агрегат регулярно переходит в режим оттайки (нагревая испаритель). Что в свою очередь повышает расход электроэнергии (на сам нагрев и последующее охлаждение камеры после оттайки), создает температурные скачки, вредные для качества многих видов продукции (овощи, фрукты, мясные полуфабрикаты), сокращает ресурс оборудования из-за постоянных циклов запуска/остановки;

Ухудшение качества продукции, высокая влажность приводит к образованию инея на упаковках и самих товарах, развитию плесени и бактерий, слипанию замороженных продуктов (например, ягод или пельменей);

Прямые экономические потери, это простой оборудования во время оттайки, повышенные счета за электричество и потенциальная порча хранящегося товара.

Таким образом, владелец камеры несёт существенные финансовые потери, даже не всегда осознавая их первоисточник.

Как мы видим, все вышеперечисленные проблемы в основном связаны с контролем влажности в помещении. В активных холодильниках, основная влажностная нагрузка поступает через открытые двери при погрузке/ выгрузке товаров вместе с наружным воздухом, влажность которого намного выше, чем у воздуха в помещении, что приводит к вышеперечисленным проблемам. (Рис. 1)

Как мы все знаем, Когда воздух охлаждается, он сжимается и в холодильнике создается отрицательное давление, что приводит к проникновению наружного воздуха через открытые отверстия.  Изоляция дверей не может быть герметичной на 100% и воспрепятствовать поступлению воздуха в процессе погрузки/ выгрузки.  Разница в давлении и плотности воздуха между наружным  воздухом и воздухом в холодильнике, а также примерное время открытия и закрытия дверей важные данные для расчета поступления влаги в помещение. Пары влаги оседают на испарителях, что приводит к образованию инея. Со временем это снижает  производительность холодильного оборудования и появляется необходимость производить разморозку. В процессе разморозки в помещение поступает тепло, которое впоследствии холодильной системе необходимо удалять. Уменьшение поступления влаги, снижает необходимость производить разморозку, что в свою очередь снижает нагрузку на холодильное оборудование. В итоге возрастает эффективность оборудования и снижается потребление энергии.

В дополнение, когда теплый наружный воздух поступает в помещение, он вступает в контакт со стенами, полом и другими поверхностями, что приводит к образованию льда. Скользкие полы и падающий лед создают угрозу безопасности сотрудников, находящихся в помещении. Это также может вызвать туманообразование в разгрузочном помещении. (Рис. 2)

Наиболее эффективным и экономически обоснованным методом решения проблемы является установка стационарного адсорбционного осушителя воздуха.

Осушитель прогоняет воздух из камеры через специальный ротор, заполненный адсорбентом (веществом, которое «впитывает» влагу из воздуха). Осушенный воздух возвращается в камеру. Небольшая часть этого сухого воздуха затем продувается через сектор ротора, чтобы удалить из адсорбента накопленную влагу и вывести её за пределы камеры. Процесс непрерывен и полностью автоматизирован.

Данный метод обладает следующими преимуществами:

• Кардинальное снижение обледенения испарителя. Поддерживая низкую относительную влажность (оптимально 40-55% для охлаждаемых камер и 90-95% для заморозки), мы предотвращаем конденсацию влаги на теплообменнике. Это главный ключ к экономии.
• Сокращение циклов оттайки в 3-5 раз. Без толстого слоя льда необходимость в частых оттайках отпадает.
• Значительная экономия электроэнергии.
  • Испаритель работает с максимальной эффективностью.
  • Сокращается время работы компрессора.
  • Практически исключается энергозатратный режим электрической оттайки.
• Стабильные температурно-влажностные условия, исключаются скачки температуры во время оттайки, что гарантирует лучшее сохранение качества, веса и товарного вида продукции.
• Увеличение срока службы холодильного оборудования, снижается нагрузка на компрессор и вентиляторы.

 

РАСЧЕТ ВЛАЖНОСТНЫХ НАГРУЗОК

В первую очередь необходимо определить необходимые температурные зоны в помещении в зависимости от типов хранящихся продуктов. Типичные условия хранения приведены в таблице.

 

 

Таблица – Условия хранения различных продуктов.

Кондитерские изделия	Содерж. влаги, %	Отн. Влажность, %	Т. хран, °С	Срок хранения, мес.
Шоколад	0,36	40	10	6
Булочки с орехами	5,16	45	10	3
Карамель	9,04	50	10	6
Желатиновые конфеты	15,11	65	10	6
Мороженное	–	80	-15	3
Свежая рыба	–	–	–	–
Лосось	75	90	2	3 дня
Сельдь	70–	85	2	2 дня
Мороженная рыба	–	–	–	–
Горбуша	–	90	-25	8
Минтай	–	90	-25	6
Сельдь солёная	50–60	75	4	2
Лосось слабосолёный	55–65	75	4	3
Скумбрия горячего копчения	40–50	75	4	10 дней
Окунь холодного копчения	35–45	75	4	3 недели
Мясо свежее	–	–	–	–
Говядина	70–75	85	2	3–5 дней
Свинина	65–70	85	2	3–4 дня
Мороженное мясо	–	–	–	–
Говядина	–	90	-20	10
Свинина	–	90	-20	6
Печень	70–80	85	2	2 дня
Варёная колбаса	60–70	75	6	14 дней
Сырокопчёная колбаса	30–40	75	12	3
Фарш	65–70	85	2	2 дня
Котлеты	60–65	80	4	2 дня
Пельмени замороженные	–	90	-20	9

Для расчета влажностной нагрузки, мы возьмем два примера активное холодильное помещение для хранения мороженного и конфет и активное холодильное помещение для хранения мороженной и соленой рыбы.

Пример 1. В отделе хранения мороженного должна быть температура -12°С, в то время как в отделе хранения конфет необходима температура 10°С. Кроме того, в разгрузочном отсеке температура должна быть 18°С. Конденсации влаги не будет происходить, если точка росы воздуха ниже чем поверхностная температура стен, полов и оборудования.

Самая низкая температура конденсации в данном помещении -30°С, это температура на испарителях в отсеке хранения мороженного. Для того, чтобы полностью избежать разморозки, точка росы в помещении должна быть ниже -30°С. Однако более практичным и экономичным решением будет поддержание точки росы на уровне  -12°С, при этом подавать осушенный воздух в помещение прямо на испарители.

В отсеке хранения конфет, чтобы сохранить как состояние картонной упаковки, так и свежесть самого продукта, необходимо поддерживать максимальную ОВ не более 50% (см. табл. 1). Точка росы при 50% ОВ и 10°С составляет 0°С. Поддержание температуры на уровне 0°С позволит избежать намокание картона и улучшит эффективность холодильной системы благодаря устранению образования инея на испарителях.

В разгрузочном отсеке в идеале температура конденсации должна быть 15°С, однако практичнее поддерживать ее на уровне 0°С, как и в кондитерском отделе, что позволяет избежать намокания полов и образования тумана.

Пример 2. В отделе хранения мороженной рыбы должна быть температура -25°С, в то время как в отделе хранения соленой рыбы необходима температура 4°С. Кроме того, в разгрузочном отсеке температура должна быть 15°С. Конденсации влаги не будет происходить, если точка росы воздуха ниже чем поверхностная температура стен, полов и оборудования.

Температура на испарителях в отсеке хранения мороженной рыбы -35°С. Для того, чтобы полностью избежать разморозки, точка росы в помещении должна быть ниже -35°С. Однако более практичным и экономичным решением будет поддержание точки росы на уровне -25°С, при этом подавать осушенный воздух в помещение необходимо прямо на испарители.

В отсеке хранения соленой рыбы, чтобы сохранить свежесть самого продукта, необходимо поддерживать максимальную относительную влажность не более 75% (см. табл. 1). Точка росы при 75% ОВ и 4°С составляет 0°С. Поддержание температуры на уровне 0°С позволит избежать намокание тары и улучшит эффективность холодильной системы благодаря устранению образования инея на испарителях.

В разгрузочном отсеке в идеале температура конденсации должна быть -15°С, однако практичнее поддерживать ее на уровне 0°С, как и в помещении хранения соленой рыбы, что позволяет избежать намокания полов и образования тумана.

Система подачи воздуха должна быть разработана с тем, чтобы направлять осушенный воздух в зону дверного отсека. Принимая во внимание вышеуказанные условия, нам необходимо рассчитать влажностную нагрузку.

 

 

ЗОНА ПОГРУЗКИ

Так как в данное отделение напрямую поступает наружный воздух, там будет максимальное количество влаги. Основные источники, которые дают 90% поступления влаги — это открытые двери и поступление свежего воздуха через вентиляционную систему.

Важно понимать, что надлежащий контроль за временем нахождения дверей открытыми может существенно снизить просачивание влаги. Данный вопрос должен быть на постоянном контроле у менеджмента склада.

Влажностная нагрузка вентиляционного воздуха может быть уменьшена подачей наружного, полностью осушенного воздуха в достаточном количестве, чтобы он препятствовал просачиванию воздуха с улицы. Количество вентиляционного воздуха, основанное на необходимости покрыть утечки воздуха через щели между машиной и дверным уплотнителем, доходит до 1700м³/час. Данное кол-во воздуха необходимо принять во внимания, чтобы подобрать подходящий осушитель для обеспечения необходимых условий в разгрузочном отсеке.

Так как прочие нагрузки сравнительно малы, общая внутренняя влажностная нагрузка составит порядка 41кг влаги в час. Чтобы справиться с данной нагрузкой и поддержать температуру 15°С для первого примера и температуру 18°С при точке росы 0°С, необходим произвести следующий расчет

 

Общая влажностная внутренняя нагрузка составляет 41000г/кг

• Абсолютная влажность при t=18°С при точке росы 0°С – 3,88г/кг
• Абсолютная влажность при t=15°С при точке росы 0°С – 3,75г/кг
• Абсолютная влажность наружного воздуха при 35°С и ОВ 60% — 21г/кг

Расчетная производительность осушителя для устранения внутренней влажностной нагрузки (без вентиляционного воздуха) определяется по следующей формуле:

,

где

Q_вл=41000г/ч – суммарные внутренние влаговыделение в помещении (от людей, оборудования, испарений и т. д.).

d_н=3.88 г/кг – влагосодержание наружного воздуха (обычно принимается для расчётов, если есть небольшой приток или инфильтрация).

d_в=0.7 г/кг – желаемое влагосодержание воздуха внутри помещения после осушения.

ρ=1.2кг/м3 (плотность воздуха)

,

,

 

Если мы добавим к этому объему 1700м³/час вентиляционного воздуха, то общая требуемая производительность осушителя по воздуху (учитывая небольшой запас мощности) составит порядка 12400 м³/час и 12800 м³/час.

Исходя из этого, на входе в осушитель будут следующие условия:

Температура определяется по формуле:

,

где

Q₁ – расход первого потока воздуха;

T₁ – температура первого потока;

Q₂= – расход второго потока воздуха;

T₂ – температура второго потока;

Q_общ – общий расход воздуха на входе в осушитель.

°С

°С

Влажность определяется по формуле:

,

,

,

 

Так как наша расчетная влажностная нагрузка составляла 41000г/кг, осушитель производительностью 13000м³/час способен поддерживать требуемые условия.

 

 

 

ВАРИАНТЫ УСТАНОВКИ

1. Один осушитель мощностью 15000м3/час, с расширенным воздуховодом для подачи осушенного воздуха к дверям, ведущим в хранилища, и к воротам, где выгружаются машины.
2. Два осушителя мощностью 7500 м3/час каждый, один подает воздух к дверям холодильных помещений, другой к воротам для машин.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные преимущества применения контроля влажности в холодильных помещениях с использованием адсорбционного осушения:

1. Высокая влажность в производственных холодильных камерах является источником значительных эксплуатационных затрат и рисков для качества продукции.
2. Установка адсорбционного осушителя — это не статья расходов, а стратегическая инвестиция, которая решает проблему системно.
3. Технология обеспечивает прямую финансовую выгоду за счёт: Сокращения расходов на электроэнергию (как на оттайку, так и на основное охлаждение). Снижения нагрузки на холодильное оборудование, продлевая его ресурс. Сохранения качества и веса продукции, минимизарует логистические и репутационные издержки.
4. Для владельца холодильной камеры это означает повышение рентабельности хранения, предсказуемость затрат и повышение конкурентоспособности за счёт гарантированного качества товара. Снижается количество производственных травм, благодаря уменьшению риска падения и скольжения паллет на мокром полу. Улучшение санитарных условий в помещении, благодаря устранению образования инея, льда и т.д. Улучшение условий хранения продуктов и упаковки

Принятие решения об оснащении камеры адсорбционным осушителем — это современный и экономически взвешенный подход к управлению климатом и затратами на производстве.