Hideg klímafrissítések
Az LU-VE vállalat elméleti és kísérleti tanulmányokat végzett egy új léghűtővel friss gyümölcs és zöldség tárolására. A vizsgálatok célja az energiafogyasztás drasztikus csökkentése és az élelmiszerek tárolási minőségének javítása volt. Ez a tervezési munka magában foglalta a léghűtők, a tárolandó áruk és a tárolásra szánt hűtőkamra párosítását holisztikus megközelítésben is a folyamat energiahatékonyságának optimalizálása érdekében.
A jelentés célja összefoglalni a Melinda termék (Golden Delicious alma) tárolási folyamata során kísérletileg nyert információkat annak érdekében, hogy megoldást találjunk egy hagyományos (szívóventilátorokkal felszerelt - 1. kép) léghűtővel, és egy úttal (nyomóventilátorokkal). - 2. fotó: összehasonlítás energetikai szempontból és az eljárás minősége szempontjából.
A kapott vizsgálati eredmények elemzését elméleti tanulmány követi a hideg helyiség levegőjének megoszlásáról a két esetben a számított folyadékdinamika (CFD) segítségével a felsorolt eredmények igazolására.
A kísérleti elemzést a léghűtőket ellátó, a mérési és adatgyűjtési rendszert meghatározó LU-VE és a COL konzorcium együttműködésével végezték, amely nemcsak a hűtőhelyiségeket biztosította, hanem a mérési és adatgyűjtési rendszert is megbízta. A numerikus elemzést az LU-VE fejlesztő és kutató laboratóriumokban végeztük. A milánói politechnikum az LU-VE-vel végzett tízéves kutatási együttműködés részeként figyelemmel kísérte a mérési rendszert és a CFD elemzést.
A kísérleteket a COL konzorcium hideg helyiségeiben végzik
Az összehasonlítási fázist két, azonos hőcserélő 18T 8R 4800A/CuAl/36N méretű hőcserélővel végeztük (lamella geometria 55x55 mm, cső 12,7 mm), két azonos hűtőtérbe telepítve, ugyanolyan mennyiségű, azonos típusú áruval töltve. ugyanazok az üzemi körülmények (hideg szobahőmérséklet = +1 ° C, relatív páratartalom = 85%, hűtőközeg be- és kimeneti hőmérséklete (etilén-glikol térfogat 30%) = -5/-1 ° C).
A hűtőrendszert és a hűtőházak légkondicionálását szabályozó mérőműszerek mellett számos műszert telepítettek a hőcserélők és a mérlegek légsebességének és nyomáskülönbségének mérésére az áruk súlycsökkenésének mérésére. Az összes mért értéket valós időben rögzítette a teljes konzorcium távvezérlő rendszere.
Az alábbiakban az Ing.Livio Fadanelli, a hűtéstárolás és a betakarítás utáni kezelés technológiai vezetője, a FEM-IASMA vezetője által készített jelentés adatai kerülnek reprodukálásra (lásd a jobb oldali táblázatokat). A napi feltöltés, az indítás és a beprogramozott szellőzés részletei időtartam és értékek szempontjából mindkét hűtőcellánál megegyeztek. A páratartalom-szabályozási paramétert viszont szükség szerint szabályozták, mindkét helyiségben a szoba páratartalma 93-95% között maradt. A vizsgálati körülményeket részletesen rögzítettük egy megfelelő működési naplóban.
Ellenőrzések és tesztek
A protokoll a következő vezérlési sorokat biztosította:
A gyümölcs magjának hőmérsékletének ellenőrzése a hűtőszekrény megtöltésekor, naponta
A súlycsökkenés valós időben történő értékelése a mérőcellákkal ellátott mérlegekhez csatlakoztatott szoftverrendszer segítségével, amelyen minden dobozban több doboz alma volt.
A vizsgálatnak alávetett alma minőségi tulajdonságainak elemzése mindkét hűtőcellában, három időpontban, a tárolás kezdetén és végén, valamint tíz napos eltarthatósági idő után
A minőségi tulajdonságok értékelése az automatizált Pimprenelle laboratóriummal 15 gyümölcs reprezentatív mintáján: a vizsgált gyümölcsök átlagos tömege (g), a pép szilárdsága (kg/cm 2), cukortartalom (IR Brix ° -ban), a minta összes savtartalma (g/l) Almasav), lédússág (a teljes tömeg% nedve), minőségi index (Thiault),
A súlycsökkenés százalékos arányának ellenőrzése, hét-nyolc doboz segítségével, legalább 2800 kg bruttó tömegnek megfelelő kétszeres méréssel (a vizsgálat kezdete és vége),
A ventilátorok energiafogyasztásának és üzemidejének rendszeres ellenőrzése a hűtés és a programozott szellőzés két funkciójára osztva
A kapott eredmények, következtetések és következmények értékelése a kísérlet befejezése után
Kezdeti átmeneti fázis hűtés
Az 55/56/58. Oldalon található táblázatokban bemutatott eredmények hangsúlyozzák, hogy a kezdeti hűtési szakasz nagy jelentőséggel bír a karbantartáshoz képest, mind az energiafogyasztás, mind az áruk végső minőségére gyakorolt hatás szempontjából, bár ezek egyben vannak sokkal rövidebb időszak. Ebben a szakaszban az elnyomó megoldás nagyon hatékonynak bizonyult (34% -os megtakarítás).
Az említett időszakra grafikonok mutatják be a két léghűtő megoldás összehasonlítását; külön kiemelünk néhány olyan paramétert, amelyek fontosak a kezdeti átmeneti szakasz időszakában.
Először a hőcserélők nyomásveszteségeinek kezdeti értékét jelzik, amelyet a készülékekre telepített differenciálmérőkkel mérnek a 29.9-től kezdődő időszakban. október 2-ig rögzítették.
30. sejt - 139 Pa (átlag)
31. sejt - 135 Pa (átlag)
Az értékek nagyon hasonlóak: mivel a hőcserélők geometrikusan megegyeznek, arra a következtetésre jutottak, hogy a hőcserélőben levő légáramlás és a teljes légáramlás lényegében megegyezik, ami bizonyítja az összehasonlítás konzisztenciáját. Mindazonáltal úgy tűnik, hogy az elnyomó megoldás valamivel jobb és állandóbb, ha nem is nagyon eltérő hűtési tendenciát eredményez a minta almában, amint az az 1. ábrán látható, amely az alma magjában a hőmérséklet alakulását mutatja be standard helyzetben.
A 2. ábra a páratartalom alakulását mutatja ugyanebben az időszakban; ebben az esetben annak ellenére, hogy a préselő cellában kisebb számú beavatkozás történt (-11%), az érték megegyezik a szopó cella értékével. Ez az információ a bejárati ajtó közelében mért pontértékre vonatkozik; valójában a beáramló gőz jobb eloszlása és egységessége volt látható a préskamrában a szívócellához képest, mivel az egység kimeneténél egyenletesebb a sebesség. Különösen a vízgőz betáplálási zónája közelében lévő préselő cellában nem képződtek cseppek az árukon.
A 3. ábra a hideg szoba hőmérsékletének alakulását mutatja az átmeneti fázisban. Az előző esetnek megfelelően a két görbe szinte azonos; az optimális tárolási értéket körülbelül hat nap alatt érték el (0,9-1,4 ° C).
A 4. ábra, amely a hideg helyiségek levegőjének oxigéntartalmának alakulását mutatja az idő múlásával, mindkét hideg helyiségben majdnem hasonló, az optimális értéket körülbelül tizenkét nap múlva érik el.
Az 1. táblázat (57. o.) Mutatja az árucikk magjában lévő cellában 18 ponton rögzített hőmérsékleti értékeket, miután a tárolás végén kinyílt. Meg kell jegyezni, hogy az alma átlagos hőmérséklete a két összehasonlított hűtőszekrényben lényegében azonos (1,37 vs. 1,42 ° C), csakúgy, mint a szórások.
Az 5. ábra az alma helyzetét mutatja, amelyben a hőmérsékletet mértük; az első rajz a cella alaprajzát mutatja (pl. A bejárati ajtóval szembeni A helyzet), míg a második a vizsgált doboz számának helyzetét mutatja.
Részletesen látható, hogy különböző magasságokban (1 °, 4 °, 7 °) a két hűtőtér hőmérséklete 0,15 ° C eltérésen belül korlátozott, míg a hűtőtér elülső és hátsó területei közötti hőmérséklet egyenletessége úgy tűnik, a szopás egy kicsit jobb. Valójában ezek a kis ingadozások a normál mérési bizonytalanságnak köszönhetők (nem az eszköz, hanem a módszertan szempontjából).
Jelentős eltérés látható a B pont (1,09 vs. 1,45 ° C) és a D pont középső helyzetében (1,25 vs. 1,40 ° C), amelyet - amint a következőkben használunk a CFD szimulációk közül - azzal magyarázható, hogy az alaposzlop fölötti oldalsó oszlopban a szívókamrában nagyobb a légáramlás.
Fontos megjegyezni, hogy az E pontban a hőmérséklet értéke újszerű esetben 1,15 ° C, szemben a hagyományos 1,45 ° C-mal: ez minden bizonnyal felvethet bizonyos kérdéseket a tolószerkezet azon képességével kapcsolatban, hogy a levegő áramlik-e a Távolítsa el a hűtőház hátsó falát, és tisztítsa meg.
Az elemzés végén két, a két vizsgált hűtőtérre vonatkozó 6. és 7. grafikon látható, az 410-esek az 1.10-től kezdődően. 2.11-ig. megfelel a nyolc lapátos anemométer által rögzített légsebességet mutató mintaméréseknek. Ezeket az érzékelőket a következő pontokon helyezték el:
1: Ládahézag (A4 ° helyzet - lásd az 5. ábrát)
2: Szívóoldali ventilátorok (fal a bejárati ajtón)
3: Oldalsó "szegélyléc" (3 m-re az eszközöktől)
4: A cella hátsó fala (szimmetrikus a 2. helyzethez - szívóoldali ventilátorok).
Az 1 - 4 pozíciókban a következő légsebességi értékeket mértük átlagosan:
A legállandóbb értékek a cella hátsó falán elfoglalt helyzetre vonatkoznak, míg a legingadékonyabbak és ingadozóbbak az "oldalsó padlólemez" helyzetre.
A 7. ábrán, a szívóhűtő cellához hasonlóan, a préscella légsebességének alakulása látható; Az alábbiakban felsoroljuk az adott időszak átlagos értékeit:
Ha elemezzük ennek az időszaknak az átlagértékeit, megerősíthetjük, hogy a két cellának azonos a sebességmezeje, vagyis a dobozokat átlagosan ugyanaz a légáramlás éri. Valójában vannak olyan területek a szívó cellában, ahol a sebességgradiensek lényegesen magasabbak, mint a préselő cellában, amint azt a CFD elemzésben látni fogjuk.
CFD elemzés - folyadékdinamikai vizsgálat
A két hűtőtárolóban elvégzett CFD-elemzés egyrészt a légsebesség-mérő műszerek helyzetének meghatározását, másrészt a levegő eloszlásának lehetséges anomáliáinak rögzítését és a jövőbeli lehetséges változások felvetését szolgálta.
A szimulációt ezen cellák szimmetriájának optimális kihasználásával hajtották végre, hogy a rendelkezésre álló hardverrendszerrel kompatibilis módon megfelelő számú elemet lehessen használni. A vegyes (háromszög és hatszög alakú) elemek száma megközelítőleg 1 308 000 volt, nagyobb sűrűséggel a léghűtők közelében, ahol a nyomás és a sebesség gradiens nagyobb.
Hűtőhelyiség új típusú ventilátorral
Kezdetben kételyek merültek fel az elnyomó konfigurációval kapcsolatban, a cella hátsó falának esetleges nem megfelelő szellőzésével kapcsolatban; a CFD szimulációk viszont mindig megerősítették az analóg sebességet mindkét konfigurációnál. A tanulmány megerősítette ezeket a hipotéziseket, a sejt hátsó falánál a sebesség majdnem azonos (0,45 m/s).
A 8. ábra a sebesség vektoros lefutását mutatja a cella hátsó falán, ahol a dobozok közötti, egymásra épülő rések meglehetősen jó szellőztetése figyelhető meg (a leírt pálya parabolikus, maximális sebességingadozás körülbelül 23%). A dobozok nyílásainak előtolási sebessége a két eszközkonfiguráció esetében analóg.
A 9. ábra az érdekes vektorsebesség mezőt mutatja az eszközök közelében (ebben a konkrét esetben a nyomó). Egy terelőlemez telepítése ellenére, amely javítja a készülék (hőcserélő) levegő kilökő áramlási dinamikáját a dobozok felett kialakított csatornáig, alatta egy nagy örvény figyelhető meg, amelynek légkeringése a kilökő oldalról a ventilátor szívó oldalára történik. A forgalom áteresztőképessége a becslések szerint körülbelül 8%. Ha ezt az áteresztést megfelelő mozgatható zárószárnyakkal kiküszöbölnék, javulna a keringési sebesség a dobozok közötti csatornákban, ami nagyobb hatékonyságot eredményezne a levegő és az alma közötti hőátadásban.
A 10. ábra a sebességeloszlást mutatja a teljes hűtőcellán belül. Ennek az ábrának az elemzése érdekes a 12. ábrához képest, amely ugyanazt a sebességmezőt mutatja a hagyományos szívóhűtő helyiség esetében.
Az első alapvető különbség a légkidobás észrevehetően egyenletesebb sebessége a tolóeszköz esetében. Ez egy kisebb örvényzónához vezet az eszközök oldalán, ahol a párásítási szakaszban anomális cseppek húzódnak és kevesebb energiaveszteség (az örvény intenzitásával függ össze).
A két megoldásnál megegyező örvényzóna alakul ki a cellák hátsó falán, amikor a levegő a csatornába süllyed és a padlónak ütközik, nyomásgradienseket hozva létre. Ezek az örvények megszüntethetők egyszerű áramlás-egyengetőkkel (hajlékony függőleges falak).
Hűtő szoba hagyományos
szívóventilátor
A 10. ábrán, a 9. ábrához hasonlóan, a hagyományos szívóeszköz közelében lévő vektoros sebességmező látható. A ventilátorok kimeneténél tapasztalható gyors légáramlás (kb. 9 m/s), ebben az esetben is mintegy 30 ° -os ferde szárny által elhajlítva, alatta egy erősen turbulens zónához vezet. Ez a jelenség energiapazarlást és közvetlenül a hőcserélőből származó becsült áramlási sebességet eredményez, körülbelül 11%.
A 12. ábrán, amint azt a 11. ábra esetében korábban leírtuk, a hűtőcellában a sebességtől függően színezett légáramok vannak kiemelve. Már tárgyaltuk az eszközök oldalán kialakuló jelentős örvényeket és a megnövekedett sebességi gradienseket a levegő kipufogócsatornájában; továbbra is figyelembe kell venni a falakon a légkeringetés elemét (120 mm-es alaplap). A műszerek a szívókamrában 1,3 m/s, a prés cellában 1,1 m/s sebességet mértek. A CFD elemzés kimutatta, hogy a cella padlója közelében lévő területen a levegő „visszatérési” (vissza az eszközökhöz) sebessége nagyobb. A sebességvektor fordulópontja egyre közelebb van a padlóhoz, annál közelebb kerül a cella hátsó falához. Más szavakkal, az eszközökhöz visszafolyó légáram erősebb a cella alaplapjának területén, minél közelebb kerül az eszközökhöz. Becslések szerint ez a légkeringés körülbelül 8% a szívócellában és 6% a préselő cellában: a légkeringés érezhetően csökken a présoldat egyenletesebb légáramlása miatt.
Ez a légáramlás csökkenti a dobozok körül keringő teljes áramlást, és így csökkenti a konvektív hőátadást; következésképpen ezt ki kellene küszöbölni megfelelő, rugalmas oldalfalak behelyezésével (amelyek a feltöltés során nem sérülhetnek meg), amelyek a léghűtőkkel közvetlenül szomszédos terület két vagy több pontján helyezkednek el. Ezeknek a falaknak a hűtőház hátsó falához történő rögzítése hatástalan lenne.
Következtetések
A hosszú tanulmány és a teszt tevékenység befejezése után összefoglalhatjuk az új típusú elnyomó megoldással elért legfontosabb eredményeket, és jelezhetünk néhány lehetőséget az esetleges folyadékdinamikai fejlesztésekre.
A préselő hőcserélő alacsonyabb energiafogyasztása meglehetősen egyértelmű (-19% évente), a kezdeti hűtési fázisban megtakarítási csúcs (-34%); az éves költségmegtakarítás körülbelül 500 euró (0,0713 euró/kWh villamosenergia-árral).
Fogyás szempontjából a két sejt közötti különbség jelentős
Teljes súlycsökkenés (préselő sejt) = 1,51% = 0,0077%/nap = 0,23%/hó
Teljes súlycsökkenés (szívó sejt) = 1,79% = 0,0094%/nap = 0,28%/hó
Az új megoldásnak köszönhetően a súlycsökkenés százalékban és abszolút értékben 16% -kal csökkent, a tárolási időszak végén a présoldattal kisebb súlycsökkenés a gyümölcs teljes súlyát eredményezte a 30 hűtőtérben, amely 17 kétszer nagyobb volt.
A kontrollált almaminták minőségi romlása hasonló és teljesen normális mind a tárolási időszak végén, mind az eltarthatósági idő után.
A préselő hőcserélővel ellátott hűtőkamrában az év alatti párásítási órák alacsonyabb követelménye (-11%), ami a kimeneti sebesség egyenletesebb eloszlásának tulajdonítható a léghűtőn (a hőcserélőtől a ventilátor fúvókája helyett), meglehetősen nyilvánvaló volt.
Ami a hűtési beavatkozásokat illeti, ezeket a 31-es cellában ritkábban, átlagosan 7,7 percig hajtották végre, szemben a 4,8 perccel, és gyakrabban a 30-as (új) cellában, ami jobb hőátadást és egyenletesebb sebességet jelez.
A CFD tanulmányból az áramlási dinamika javításának következő lehetőségei emelhetők ki:
Kerülje a légkeringést a léghűtő légkimenetétől a szívóoldalig (a két terület elválasztása); Ez a szabály annál is fontosabb, annál nagyobb fejjel kell megbirkózni a ventilátorral.
Fékezze a légkeringést a hideg szoba oldalfalain lévő területen (szegélyléc); ezt hajlékony oldalfalak behelyezésével lehet megtenni.
Ezek az intézkedések csökkenthetik a hűtőtérben keringő levegő áramlási sebességét, azaz H. növelje a dobozokba kerülő összeget körülbelül 15-20% -kal.