差壓預(yù)冷的工作原理和方法

差壓預(yù)冷的工作原理和方法水果蔬菜由于具有較高的呼吸速率及蒸散速率，因此易腐性高，農(nóng)產(chǎn)品采收后會累積大量的田間熱及呼吸熱，更加速以上生理現(xiàn)象進(jìn)行而加速產(chǎn)品老化及劣變。適當(dāng)?shù)臏囟裙芾碓趫@產(chǎn)品采收處理上是一項很重要的工作，預(yù)冷處理即是在短時間內(nèi)將產(chǎn)品快速降溫的技術(shù)，通常必須要在數(shù)分鐘到24小時內(nèi)達(dá)到所須的低溫，由于需掌握時效，因此預(yù)冷處理實際上包含許多在不傷害產(chǎn)品情況下快速降溫的技術(shù)，如集貨至運輸前或入庫冷藏前短時間內(nèi)大量產(chǎn)品降溫技術(shù)，而不是只有單純的降溫手段，經(jīng)過預(yù)冷后的產(chǎn)品基本上溫度已降至合理的程度，接下來的溫度管理措施才可接著進(jìn)行，例如在低溫中進(jìn)行較長期的冷藏或經(jīng)短暫冷藏后裝入低溫貨柜中運輸?shù)浇K點市場，以完成所謂的低溫運銷保鮮系統(tǒng)。預(yù)冷作業(yè)大都已是獨立于冷藏之外的一項作業(yè)，而且需要一些特別的設(shè)備來完成，并在特定的空間中來進(jìn)行。目前已被實際采用的預(yù)冷方法可分為下列幾項：冰水預(yù)冷，室內(nèi)風(fēng)冷，壓差預(yù)冷，真空預(yù)冷以及碎冰預(yù)冷等。不同的預(yù)冷方式各有其優(yōu)缺點，本文中將只針對氣冷式的壓差預(yù)冷作業(yè)進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。何謂壓差預(yù)冷壓差預(yù)冷（Pressurecooling），或稱為強制通風(fēng)冷卻（Forced-aircooling），是一個普遍應(yīng)用在水果、蔬菜或切花上的預(yù)冷技術(shù)，降溫的方式是強迫冷風(fēng)進(jìn)入包裝箱中，使冷空氣直接與產(chǎn)品接觸，其原理是利用抽風(fēng)扇使包裝箱兩側(cè)造成壓力差，使冷風(fēng)由包裝箱之一側(cè)通風(fēng)孔進(jìn)入包裝箱中與產(chǎn)品接觸后由另一側(cè)通風(fēng)孔出來，同時將箱內(nèi)的熱帶走。其優(yōu)點是設(shè)備簡單，且?guī)缀跛械膱@產(chǎn)品均可使用壓差預(yù)冷方式降溫，其使用的包裝箱可不用如水冷或加冰預(yù)冷必須是防水的。其缺點是：1、 降溫速度較其他方法慢（除了室冷）；2、 在某些產(chǎn)品上會造成2%以上的失水。因此有效的壓差預(yù)冷必須——（1） 有良好的產(chǎn)品排列，使包裝箱兩側(cè)壓差型成。（2） 包裝箱經(jīng)過設(shè)計，使冷風(fēng)能通過并與產(chǎn)品直接接觸。（3） 空氣必須維持在一定的低溫?？諝庀鄬穸缺仨毦S持在90%以上。壓差預(yù)冷的型式一、隧道式壓差預(yù)冷(Tunnelcooler)這是最常用來強迫冷風(fēng)通過箱子的方法，棧板堆積的箱子排列成兩行，中央具開放走道，用帆布覆蓋中央走道上面及未端形成隧道，再用抽風(fēng)扇抽去隧道內(nèi)的空氣，如此迫使隧道外的冷空氣穿過箱子中的產(chǎn)品進(jìn)入隧道中，而由風(fēng)扇抽出的暖空氣則再經(jīng)由冷排降溫。棧板可堆高兩層以上，以充份利用庫內(nèi)空間。用紙箱裝箱的產(chǎn)品，只要紙箱具有適當(dāng)?shù)耐L(fēng)孔也可使用此方法降溫。這個系統(tǒng)可整批操作使大量產(chǎn)品降溫，而不需操作各別箱子或棧板。每一操作系統(tǒng)有單一的抽風(fēng)扇，此抽風(fēng)扇最好有速度控制器，當(dāng)穿過包裝箱的空氣溫度降低時，風(fēng)速亦逐漸降低，如此可減少風(fēng)扇耗能、熱量產(chǎn)生及減低產(chǎn)品失水。二、 蛇形式壓差預(yù)冷(Serpentinecooler)這個系統(tǒng)是設(shè)計使用在具底部開孔的木箱包裝上，堆高機操作的側(cè)邊底部開孔是用來作為空氣進(jìn)出的通道，木箱緊靠透空墻(plenum)，以偶數(shù)層堆積，偶數(shù)層木箱底部側(cè)邊開孔對準(zhǔn)墻上通風(fēng)孔(圖二)。在交錯的木箱底部開孔分別有阻風(fēng)板條，如此強迫冷空氣通過木箱上層，再經(jīng)木箱中的產(chǎn)品后，由底部通道進(jìn)入透空墻后面經(jīng)冷排及壓差扇抽出。由于需特殊包裝容器，目前只以美國蘋果包裝的標(biāo)準(zhǔn)木箱使用較普遍。此系統(tǒng)通常是整枇操作，但每次可沿著墻壁堆高許多層，蛇形式預(yù)冷對庫內(nèi)空間利用率高。三、 冷墻式壓差預(yù)冷(Cold-wallcooler)使少量及無法完整棧板堆積的產(chǎn)品有效降溫的通風(fēng)系統(tǒng)。單行的棧板排列在透空墻上(圖三)，透空墻內(nèi)部有冷排及壓差風(fēng)扇使造成負(fù)壓，棧板靠近墻壁時，壓下彈簧使阻隔通風(fēng)孔的調(diào)氣閥打開，空氣開始流通，調(diào)氣閥可安排在一定的高度以適合不同高度堆積的產(chǎn)品預(yù)冷，不用調(diào)整或怕造成漏氣現(xiàn)象。切花較常使用冷墻式壓差預(yù)冷，透空墻內(nèi)約需2-4cm水柱的靜壓力，操作時包裝箱沿著墻壁堆積，將箱子的通風(fēng)孔對準(zhǔn)透空墻的孔隙，墻上的孔隙須小到足夠使透空墻內(nèi)外壓力差大于箱子內(nèi)外的壓力差，如此操作時通過箱子的風(fēng)量才不會改變，且沒有調(diào)氣閥亦可操作?？砂惭b自動起動式系統(tǒng)，操作者不需起動壓差扇，產(chǎn)品一旦靠近即自動起動，一個棧板預(yù)冷結(jié)束可立即更換另一棧板，使操作空間有效利用，但缺點是設(shè)備費相對較高，所需操作空間亦較大。由于每一棧板預(yù)冷結(jié)束時間不同，操作者須不斷觀察每一棧板降溫情形，以防止因通風(fēng)過久而使產(chǎn)品損傷，因此有些降溫設(shè)備加上定時器，棧板靠近起動調(diào)氣閥后，同時起動定時器，一旦達(dá)到降溫終點后，即自動關(guān)閉壓差扇，如此操作者可不用經(jīng)常去擔(dān)心是否已達(dá)到預(yù)冷終點。壓差預(yù)冷庫設(shè)計一、 冷凍能力壓差預(yù)冷庫的冷凍能力計算主要考慮的熱量來源是產(chǎn)品的田間熱，預(yù)冷初期產(chǎn)品本身的熱量高，且須很快的降溫，冷凍系統(tǒng)必須有足夠大小能去除產(chǎn)品最初的大量熱，一般是產(chǎn)品冷卻所須最高冷凍噸的75-80%。以單一隧道式壓差預(yù)冷庫處理葉菜類每次處理2噸為例，產(chǎn)品初溫為30°C降至5°C須要15?20冷凍噸的冷凍能力才可達(dá)到快速降溫的要求。二、 壓差風(fēng)扇選擇壓差風(fēng)扇的選擇依其可產(chǎn)生的通風(fēng)量及其靜壓力而定，大部分設(shè)備單位重量產(chǎn)品的通風(fēng)0.03?0.12CMM-kg-1，如前所述，風(fēng)量愈大愈耗能，操作量不同時可使用變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)量大小。壓差風(fēng)扇操作時產(chǎn)生的靜壓力通常很難測量，簡易的量測方法是以一段透明塑膠管一端伸入壓差箱中，另一端置于大氣壓力中，塑膠管中間折成U型，啟動風(fēng)扇時，U型管內(nèi)的水柱型成水位差，此高度差即為風(fēng)扇最大靜壓力?？諝馔ㄟ^箱子后產(chǎn)生的壓力差受下列因素影響：通過風(fēng)扇的壓差還包括通過冷排及風(fēng)道的阻抗，一般來說壓差風(fēng)扇的設(shè)計須能有50mm水柱以上的靜壓值，除非是小型的壓差預(yù)冷設(shè)備且經(jīng)測試過較低的靜壓力也可被接受。軸流(Axial-flow)風(fēng)扇及離心(centrifugal)風(fēng)扇均可使用在壓差預(yù)冷，較簡單的軸流風(fēng)扇適合使用在靜壓力低于40mm水柱時，離心風(fēng)扇可有較大的靜壓力且較軸流風(fēng)扇靜音。操作上應(yīng)注意事項一、預(yù)冷時間產(chǎn)品預(yù)冷的降溫模式曲線如圖四，降溫速率由產(chǎn)品溫度與冷空氣的溫度差決定，開始時產(chǎn)品降溫速度較快，愈接近終點時降溫速度愈慢，降溫過程可以半預(yù)冷期表示，使產(chǎn)品溫度降到其最初溫度與冷空氣溫度差的一半所需的時間稱半預(yù)冷期，如圖四，產(chǎn)品最初溫度為30°C，空氣溫度為0C，產(chǎn)品由30C降為15C是第一個半冷期，第二個半冷期的時間約等于第一個半冷期，但由于產(chǎn)品的溫度與冷空氣溫度差只有第一個半冷期溫度差的一半，所以實際降低的度數(shù)只有第一個半冷期的一半，大多數(shù)的產(chǎn)品以三個半冷期（7/8預(yù)冷期），或四個半冷期（15/16預(yù)冷期）時間為預(yù)冷終點。體積較大的產(chǎn)品，如洋香瓜，前后的預(yù)冷速度差異較小，不同位置洋香瓜果實中心熱量移除所需時間相同，然而體積小或表面積大的果實或葉菜類，則差異很大，操作者需注意最不易降溫位置的產(chǎn)品已經(jīng)降溫才移除棧板結(jié)束。降溫設(shè)備通常設(shè)定的風(fēng)量約需0.06CMM-kg-1，如此才有一個合理的降溫速率及風(fēng)扇大小。風(fēng)量加倍到0.12CMM-kg-1，葉菜類約可減少40%的預(yù)冷時間，但洋香瓜則只減少10%，而加倍的風(fēng)量須使風(fēng)扇增加4倍的靜壓力，即需增加6-7倍的馬力。降低風(fēng)量增加處理時間，雖可降低風(fēng)扇的大小及減少成本，但降溫速度太慢的缺點是須要有較大的操作空間使產(chǎn)品能夠整批較長時間的操作，及會增加產(chǎn)品的失水量。二、產(chǎn)品堆疊產(chǎn)品在包裝箱中堆放如果太過緊密，使靜壓力加大，增加風(fēng)扇阻力。包裝箱堆疊愈寬，冷空氣通過產(chǎn)品的距離愈長，當(dāng)達(dá)預(yù)冷終點時，產(chǎn)品最高最低溫度差會很大，而如果風(fēng)速加大，但通過單位重量產(chǎn)品的風(fēng)量相通，則即使堆疊稍寬，冷風(fēng)通過產(chǎn)品的距離長，亦不會有太大的溫度差，但堆疊較寬時靜壓力必須加大，才能得到一樣的通風(fēng)量，通常降溫設(shè)備可堆疊一個棧板寬度，棧板寬度1.2m，上面排列3?4層，單行堆疊時在較低靜壓力下可有較大的風(fēng)量及較快的降溫速率。兩排棧板中間回風(fēng)道及棧板外側(cè)的出風(fēng)道寬度需50公分左右，棧板排列長度以480公分為宜。三、 壓差預(yù)冷造成的失水良好的壓差預(yù)冷處理并不會造成產(chǎn)品失水，然而如果因操作不當(dāng)使產(chǎn)品因失水太多而受損，將因而限制其使用，其中影響最大的是處理風(fēng)量及預(yù)冷時間，風(fēng)量超過太多時會造成大量失水，因此應(yīng)避免大風(fēng)扇處理少量的產(chǎn)品的情況。有時風(fēng)量稍大，失水情形反而較少，原因是使預(yù)冷時間縮短，壓差預(yù)冷當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)冷終點時應(yīng)立即停止冷風(fēng)繼續(xù)通過產(chǎn)品，持續(xù)的通風(fēng)，是造成產(chǎn)品失水太多的重要原因。預(yù)冷時間會隨產(chǎn)品溫度及處理風(fēng)量的因數(shù)而不同，一般來說散裝非結(jié)球葉菜類預(yù)冷時間為1?2小時，甘藍(lán)等結(jié)球型葉菜類為4?8小時，果菜類則約1到2小時。有些降溫設(shè)備以抽回的冷空氣溫度控制，當(dāng)循環(huán)回來的空氣溫度與壓差扇剛吹出時的溫度接近時，風(fēng)扇速度自動調(diào)節(jié)變慢，接近預(yù)冷終點時所需的風(fēng)量遠(yuǎn)較預(yù)冷初期為低，因為接近預(yù)冷終點時熱量的移除速率變的很慢。產(chǎn)品初始溫度太高會造成較多的失水，早晨或夜晚采收可使產(chǎn)品溫度較低，如果要在田間暫時停留的產(chǎn)品必須遮陰，或是采收后盡早進(jìn)行預(yù)冷。有些產(chǎn)品包裝前先部份降溫，包裝后再完全降溫，在包裝時應(yīng)盡量減少回溫情形，以減少失水。蒸散系數(shù)小的產(chǎn)品如柑橘，降溫時并不會有失水的情形，很適合壓差預(yù)冷。胡蘿葡的蒸散系數(shù)是柑橘的10倍，預(yù)冷后失水0.6-1.8%，以PE塑膠袋包裝可使失水減少到0.08%，但預(yù)冷時間增加5倍。蒸散系數(shù)很大的產(chǎn)品如葉菜類可先淋水后再預(yù)冷可防減少失水。適當(dāng)?shù)膲翰铑A(yù)冷處理，空氣濕度在80-100%范圍，對產(chǎn)品失水影響不大。冷空氣與產(chǎn)品間的蒸氣壓差大小，主要為產(chǎn)品高溫的影響，而不是空氣濕度，然而預(yù)冷時加濕可增加紙箱的水份，防止產(chǎn)品預(yù)冷后紙箱自產(chǎn)品中吸水。四、 降溫速率變慢的因素造成遂道式壓差預(yù)冷速度變慢的主要因素有:1.冷排溫度設(shè)定不當(dāng).2.容器的通風(fēng)不當(dāng)。大量產(chǎn)品預(yù)冷時庫內(nèi)空氣溫度上升可能為冷凍能力不足或庫體保溫不良，會使庫內(nèi)溫度上升，須與冷凍工程師商量，在經(jīng)濟考量下設(shè)法有效提高冷凍機能力。假如溫度顯示