探討可折疊、便攜式新型微型冷庫(kù)的建筑設(shè)計(jì)

探討可折疊、便攜式新型微型冷庫(kù)的建筑設(shè)計(jì)

探討可折疊、便攜式新型微型冷庫(kù)的建筑設(shè)計(jì)

2012-3-914:55:06

摘要:可折疊、便攜式新型微型冷庫(kù)研究,以新型聚乙烯基發(fā)泡材料為試材,以經(jīng)典硬質(zhì)聚苯乙烯泡沫保溫材料為對(duì)照,明確便攜式微型保鮮冷庫(kù)的熱功性能及其蘋果、葡萄的保鮮效果。結(jié)果表明,便攜式微型保鮮冷庫(kù)的最佳制冷設(shè)備工作時(shí)間系數(shù)為0.24,對(duì)照0.32,庫(kù)體導(dǎo)熱系數(shù)為0.95,對(duì)照1.00。尺寸受熱變形率-3.5%,壓縮率7%,延伸率150%,壓縮強(qiáng)度3.14N/cm2,使富士蘋果和巨峰葡萄的保鮮效果顯著地優(yōu)于對(duì)照。關(guān)鍵詞:微型冷庫(kù)水果貯藏保鮮發(fā)泡聚乙烯基保溫材料1引言微型冷庫(kù)作為一種新型貯藏設(shè)施,已在全國(guó)26個(gè)省推廣應(yīng)用,年貯藏能力超過(guò)25萬(wàn)t。約占同期果蔬產(chǎn)地冷庫(kù)貯藏新增總量的60%~70%[1,2]。標(biāo)準(zhǔn)微型冷庫(kù)容積60~200m3,由貯藏間、機(jī)房、緩沖間3部分組成,庫(kù)體主要為土木結(jié)構(gòu),建筑方式類似于普通民房。保溫材料可因地制宜地選擇稻殼、膨脹珍珠巖、聚苯乙烯泡沫板、硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡材料等,輔以相應(yīng)的制冷設(shè)備,可廣泛地用于保鮮各種南北方果、菜、糧、花卉、種子等農(nóng)產(chǎn)品,簡(jiǎn)易實(shí)用[1,3]。但微型冷庫(kù)主要用于冬季果蔬貯藏保鮮,一般貯藏期僅3~5個(gè)月,庫(kù)房空閑時(shí)間長(zhǎng)達(dá)7~9個(gè)月。施工中常因陰雨天氣,或保溫材料防水、防潮處理,使工期長(zhǎng)達(dá)3~4個(gè)月,并受建筑結(jié)構(gòu)局限,庫(kù)體通常冷橋率高達(dá)10%以上。因此,亟待研究與開(kāi)發(fā)新型保溫材料,在不增加庫(kù)體總造價(jià)的情況下,建造可任意折疊的便攜式庫(kù)體。雖然國(guó)內(nèi)已有充氣保溫塑料膜、塑料大棚用可折疊保溫材料的報(bào)道或?qū)＠鸞4,5],但保溫效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到果蔬保鮮冷庫(kù)的熱功性能要求;近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究出一些保溫效果好、柔韌度高、可折疊的新型保溫材料[6,7],但是目前關(guān)于新型保溫材料在果蔬保鮮冷庫(kù)上的應(yīng)用及便攜式微型冷庫(kù)的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。所以,本試驗(yàn)以新型聚乙烯基發(fā)泡材料為試材,通過(guò)對(duì)便攜式微型保鮮冷庫(kù)的熱功性能及其蘋果、葡萄和獼猴桃的保鮮效果的研究,為便攜式微型保鮮冷庫(kù)的研制及應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。2材料與方法2.1保溫性能2.1.1保溫材料試驗(yàn)在常規(guī)保溫材料性能綜合分析的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究不同配方、工藝的幾種聚乙烯基發(fā)泡材料的性能,并以硬質(zhì)聚苯乙烯泡沫板為對(duì)照。2.1.2庫(kù)體傳熱系數(shù)K值的測(cè)定采用正向溫度勢(shì)能(正溫度壓)測(cè)試庫(kù)體的保溫性能K值。將庫(kù)內(nèi)溫度加熱到高于環(huán)境溫度20℃時(shí),恒溫1h后,再開(kāi)始測(cè)定,記錄恒溫1h加熱器的加熱時(shí)間,計(jì)算公式[8]式中Q——加熱器實(shí)耗功率,W,相當(dāng)于通過(guò)隔熱板的傳熱量;F1——庫(kù)體外表面積,m2;F2——庫(kù)體內(nèi)表面積,m2;t1——庫(kù)內(nèi)溫度,℃;t0——庫(kù)外溫度,℃。2.1.3制冷設(shè)備工作時(shí)間系數(shù)f值測(cè)定采用負(fù)向溫度勢(shì)能(負(fù)溫度壓)測(cè)試庫(kù)體的保溫性能f值。當(dāng)庫(kù)溫降至0℃時(shí)停機(jī),溫度回升至5℃時(shí)再開(kāi)機(jī),制冷設(shè)備的啟車、停車由溫度控制器自動(dòng)控制,記錄每次開(kāi)機(jī)和停機(jī)時(shí)間,重復(fù)記錄5次,計(jì)算公式[8]式中f——制冷設(shè)備工作時(shí)間系數(shù);∑tk——全部運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)開(kāi)機(jī)時(shí)間總和,h;∑ts——全部運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)停機(jī)時(shí)間總和,h。

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2.2保鮮試驗(yàn)2.2.1試材果品貯藏試驗(yàn)以富士蘋果、巨峰葡萄為試材。2.2.2處理與測(cè)試將富士蘋果、巨峰葡萄2種水果于2001年10月3日處理,分別置入用不同泡沫塑料保溫的1號(hào)庫(kù)、2號(hào)庫(kù)、3號(hào)庫(kù),采用塑料小包裝自發(fā)氣調(diào)貯藏。每座試驗(yàn)庫(kù)、每個(gè)品種處理8袋,其中5袋扎口、3袋挽口貯藏,每袋10kg。2種果實(shí)于便攜式微型保鮮冷庫(kù)中貯藏80d,再移入土建式微型保鮮冷庫(kù)中繼續(xù)貯藏觀察,庫(kù)溫始終控制在(0±0.5)℃。定期測(cè)定果肉硬度、可溶性固形物、O2與CO2指標(biāo),以及失水率、腐爛率、商品率等指標(biāo)。3結(jié)果與分析3.1便攜式微型冷庫(kù)的設(shè)計(jì)3.1.1聚乙烯基發(fā)泡材料的技術(shù)指標(biāo)分析保溫材料是便攜式微型保鮮冷庫(kù)工廠化標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。不但要求保溫性能高,厚度小,質(zhì)地柔軟有彈性,便于折疊,而且還要形變小、吸濕率小、防老化等。不同配方的聚乙烯基發(fā)泡材料、聚苯乙烯泡沫、硬質(zhì)聚氨酯泡沫等常規(guī)保溫材料的技術(shù)指標(biāo)如表1,導(dǎo)熱系數(shù)1#、2#配方比對(duì)照聚苯乙烯泡沫低23%,相當(dāng)于聚氨酯與聚苯乙烯泡沫的20%差異,密度和吸水率也有相似差異。特別是1#配方聚乙烯基發(fā)泡材料的壓縮強(qiáng)度3.14N/cm2,尺寸熱變形率-3.5%,壓縮率7%,延伸率150%;2#配方聚乙烯基發(fā)泡材料的壓縮強(qiáng)度5.10N/cm2,尺寸熱變形率-2.3%,壓縮率6.5%,延伸率140%,其折疊性能相當(dāng)于普通重體海綿。表明1#、2#配方的聚乙烯基發(fā)泡材料制成的庫(kù)體均可以采取卷筒式折疊后,再打包運(yùn)輸。因此,1#、2#材料均可作為便攜式冷庫(kù)的庫(kù)體保溫材料。3.1.2庫(kù)體設(shè)計(jì)制造與設(shè)備匹配利用1#、2#配方的聚乙烯基泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料,分別設(shè)計(jì)制造出1#、2#和3#(對(duì)照)3個(gè)模擬便攜式微型保鮮冷庫(kù)的試驗(yàn)庫(kù),庫(kù)體容積分別為6.33m3、5.83m3和6.50m3。庫(kù)體八面體的保溫層總厚度均(100±10)mm,施工時(shí)為雙層厚50mm×900mm寬型材錯(cuò)層粘合而成,聚乙烯基泡沫板采用氯丁——酚醛粘接,聚苯乙烯泡沫板采用聚氨酯發(fā)泡粘接,內(nèi)層為可拆卸組裝30mm×30mm角鋼龍骨架,內(nèi)外無(wú)保護(hù)層,庫(kù)體上層加設(shè)石棉瓦敞開(kāi)式防雨、遮陽(yáng)棚。3個(gè)試驗(yàn)庫(kù)各匹配一臺(tái)CAJ4511A型全封閉制冷機(jī)組,電壓220V,工質(zhì)R12,電機(jī)功率750W,制冷量1500W,風(fēng)機(jī)蒸發(fā)面積7m2,風(fēng)量1700m3/h,電機(jī)功率90W,電熱管1.5kW。3.2庫(kù)體傳熱系數(shù)K值分析K值大小與其保溫性能高低成反比。1#、2#和3#(對(duì)照)3個(gè)模擬便攜式微型保鮮冷庫(kù)的試驗(yàn)庫(kù)導(dǎo)熱性能的測(cè)試結(jié)果如表2,1#聚乙烯基泡沫塑料的保溫性能高于聚苯乙烯泡沫塑料保溫材料,即保溫性能1#庫(kù)>3#庫(kù)>2#庫(kù)。3.3制冷設(shè)備工作時(shí)間系數(shù)f值分析制冷設(shè)備工作時(shí)間系數(shù)f值從另一個(gè)角度測(cè)試庫(kù)體的保溫性能,結(jié)果如表3。當(dāng)3臺(tái)制冷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)相同時(shí),停機(jī)時(shí)間1#庫(kù)>3#庫(kù)>2#庫(kù),與上述K值測(cè)試結(jié)果一致。3.4空庫(kù)降溫試驗(yàn)試驗(yàn)時(shí)關(guān)閉庫(kù)門、照明燈,啟動(dòng)制冷設(shè)備。庫(kù)溫變化結(jié)果如圖1,降溫速度1#庫(kù)>3#庫(kù)>2#庫(kù),其中1#庫(kù)降溫速度為23min庫(kù)溫由30℃降到0℃,2#庫(kù)為28min庫(kù)溫由30.6℃降到1℃,3#庫(kù)為28min庫(kù)溫由30.7℃降到0℃。3.5結(jié)露試驗(yàn)便攜式微型冷庫(kù)0℃恒溫運(yùn)行8h,在天津地區(qū)環(huán)境溫度30~35℃的高溫夏季,3個(gè)試驗(yàn)庫(kù)表面均無(wú)結(jié)露現(xiàn)象,且?guī)祗w外表面溫度與庫(kù)體周圍環(huán)境溫度無(wú)差異。3.6貯藏保鮮試驗(yàn)3.6.1環(huán)境溫度便攜式微型保鮮冷庫(kù)的庫(kù)體測(cè)試與果品貯藏期間,10月10日~12月7日最高溫度20.7℃,最低溫度-4℃,≥0℃積溫為627℃,≥10℃積溫為628.1℃。庫(kù)內(nèi)外溫度變化如圖2,可見(jiàn)外界氣溫20.7~-4℃時(shí),對(duì)庫(kù)內(nèi)溫度影響很小。3.6.2結(jié)霜量與耗電量1#、2#便攜式保鮮冷庫(kù)和3#對(duì)照(CK)的結(jié)霜量(以融霜量計(jì))與耗電量統(tǒng)計(jì)結(jié)果由圖3和圖4可以看出,結(jié)霜量3#庫(kù)(對(duì)照)>2#庫(kù)>1#庫(kù),說(shuō)明1#、2#便攜式保鮮冷庫(kù)的氣密性、阻隔性高于3#庫(kù)(聚苯乙烯泡沫板)。耗電量2#庫(kù)>3#庫(kù)>1#庫(kù),說(shuō)明1#便攜式微型保鮮冷庫(kù)的綜合保溫性能優(yōu)于對(duì)照。3.6.3紅富士蘋果保鮮效果分析紅富士蘋果于不同便攜式微型保鮮冷庫(kù)的保鮮效果如表3,小包裝扎口貯藏86d的果肉硬度、固形物含量、失重率、腐爛率等綜合指標(biāo),1#便攜式微型保鮮冷庫(kù)與對(duì)照差異不顯著,而2#便攜式微型保鮮冷庫(kù)則明顯低于對(duì)照。

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3.6.4巨峰葡萄保鮮效果分析巨峰葡萄于不同便攜式微型保鮮冷庫(kù)的保鮮效果如表4,小包裝扎口貯藏86d腐爛率、漂白率、落粒率等綜合指標(biāo),1#便攜式微型保鮮冷庫(kù)與對(duì)照差異不顯著,而2#便攜式微型保鮮冷庫(kù)則明顯低于對(duì)照,與紅富士蘋果的試驗(yàn)結(jié)果一致。3.7經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和市場(chǎng)前景如表5,現(xiàn)階段24~26kg/m3的聚乙烯基泡沫塑料零售價(jià)550~580元/m3(密度16kg/m3的聚苯乙烯泡沫塑料零售價(jià)230~250元/m3,18kg/m3的280~300元/m3)。若建造一座容積50m3的便攜式微型冷庫(kù),設(shè)計(jì)庫(kù)體尺寸為長(zhǎng)×寬×高(5m×4m×2.5m),保溫層厚度100mm計(jì),則采用聚乙烯基泡沫塑料,直接投資造價(jià)僅3872.5元/座,可貯藏水果(葡萄)1.0萬(wàn)kg,相當(dāng)于每貯藏1kg水果庫(kù)體投資約0.39元,而普通微型冷庫(kù)(對(duì)照)0.69元/kg,再輔以相應(yīng)附屬制冷設(shè)備等配套產(chǎn)品投資約0.5元/kg,則總造價(jià)約0.89元/kg,低于普通微型冷庫(kù)的總投資約1.19元/kg指標(biāo)。若庫(kù)體裸露(免設(shè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)),并考慮北方過(guò)冷、南方過(guò)熱的極端溫度,增強(qiáng)保溫層50%,則每貯藏保鮮果蔬總造價(jià)約1.09元/kg,仍低于對(duì)照。在當(dāng)前農(nóng)業(yè)家庭承包為主體的生產(chǎn)體制下農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)以個(gè)體經(jīng)濟(jì)為主體,產(chǎn)地貯藏設(shè)施正趨于小型化。僅以果蔬為例,現(xiàn)階段我國(guó)果蔬總產(chǎn)量超過(guò)6億t,但低溫總貯藏量不足總產(chǎn)量的1.5%;若達(dá)到中等發(fā)達(dá)國(guó)家30%~40%比例,按每座微型保鮮冷庫(kù)貯藏能力10t,技術(shù)市場(chǎng)占有率20%計(jì),則需開(kāi)發(fā)微型保鮮冷庫(kù)420多萬(wàn)座,但不包括車、船、貨場(chǎng)、批發(fā)市場(chǎng)、野營(yíng)地等保溫設(shè)施,以及花卉、糧食、水產(chǎn)、肉類、加工食品等產(chǎn)品保鮮設(shè)施。使用時(shí),在庫(kù)體周圍臨時(shí)立起4~8根柱子,或在空閑房間內(nèi),像掛蚊帳一樣將庫(kù)體固定即可,長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)折疊收藏。因此,市場(chǎng)潛力巨大。4結(jié)論與討論1)采用1#聚乙烯基保溫材料制成的便攜式微型保鮮冷庫(kù)的最佳制冷設(shè)備工作時(shí)間系數(shù)為0.24,庫(kù)體導(dǎo)熱系數(shù)為0.95,降溫速度快,表面無(wú)結(jié)露現(xiàn)象,運(yùn)行期間耗電量、結(jié)霜量與富士蘋果和巨峰葡萄的保鮮效果等綜合指標(biāo)均明顯優(yōu)于對(duì)照庫(kù),表明利用新型聚乙烯基泡沫塑料研究開(kāi)發(fā)便攜式微型冷庫(kù)是可行的。2)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合我國(guó)國(guó)情,便攜式微型保鮮冷庫(kù)的庫(kù)體剖面結(jié)構(gòu)分3層效果更佳,包括內(nèi)層防霉、中層絕熱和外層防水、避鼠。其中內(nèi)層防霉采用銀系、銅系、鋅系等金屬類塑料添加材料;中層設(shè)置防熱墻,主要復(fù)合多層鋁鉑熱柵,以提高阻熱性能;外層防水膠層,添加熒光、黃光材料,以驅(qū)避鼠害。[參考文獻(xiàn)]李喜宏,夏秋雨,陳麗,等.微型冷庫(kù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2001,17(3):26~29.

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