恒温冷库区域空间温差的调节与控制

恒温冷库是储藏果品、蔬菜、鲜蛋、花卉和其它易腐易烂商品的专用商储设施。规范合理，严格科学的温度控制是恒温冷库保证商品储藏质量的关键。由于恒温冷库客观上存在着区域温差和空间温差，并不能保持绝对平均和恒定的最适温度，这一负面效应，直接影响着冷藏商品的整体质量和企业的经济效益。所以，必须采取行之有效的技术措施，对区域空间温差进行工艺调节和严格控制，最大限度地缩小恒温冷库内各个区域和不同空间的温度差异，使所储商品全部处在最佳的温度状态。这也是恒温冷库整体管理水平的一项重大技术课题，值得进一步研究和探讨。
一、形成区域空间温差的主要原因
　　区域空间温差的形成主要有下述几种原因：
　　1、商品冷藏间的构造；恒温冷库的商品冷藏间是长宽高构成的空间，空间的长短、宽窄、高低是形成区域空间温差的基本原因。冷藏间的构造虽然在设计上考虑到结构对控温差异的影响，但无法从技术上使冷藏间内区域空间温度达到相对均衡。一般情况下，冷藏间的体积越大，冷热空气的对流和交换越困难，区域空间的温差越大。
　　2、冷热空气的物理比重；在商品储藏环境中，决定温度高低的是冷热空气的交换方式和频率，在冷热空气的交换对流过程中，由于冷热空气的物理比重不同，热空气聚集在冷藏间的上部，而空气温度的最低点常在冷藏间的底层，根据这一物理学原理，冷藏间内必然形成上下空间温差，冷藏间设计的高度越高，上下空间温差就越大。
　　3、冷源相对集中；一般恒温库的制冷设备大都采用箱式冷风机，而冷风机蒸发器的蒸发温度大部分都设计在-15℃左右，并且蒸发器通常是固定在冷藏间的一个方向的某一个位置点上，冷藏间的冷源主要来源于蒸发器，这就形成了冷源的相对集中。虽然冷风机在设计上采取了远距离的强制送风措施，但往往由于距离远，阻力大，风量损失多而不能达到温度均衡的目的，从而必然地造成一定区域内的长度区域温差。有些大型冷藏间长度有的达到40米，由于距离过远，造成的区域温差有时是相当大的。
　　4、商品的堆码形式；商品是冷藏间内的主要热量来源。入库商品的品种、数量、时间及商品堆码的密度、高度、宽度和商品的包装形态都是导致区域空间温差的因素。制冷除冷却冷藏间的空气温度外，还要不断地冷却商品因呼吸作用而散发出的热量，由于堆码形式的不合理不科学，商品在储藏期间散发的热量不能及时冷却，冷热空气不能有效地在货堆内外进行交换和流通，也会造成区域空间的温差，从而直接影响商品的储藏效果。
　　5、其它原因；恒温冷库区域空间温差的形成还有很多其它原因，例如：冷库构造中各部位保温性能的差异，各种冷桥的存在，冷藏间的向阳面，库内电力设备的超负荷运转，仓门的频繁开启，不规范的冲霜过程等，都是造成恒温冷库区域空间温差直接和间接的原因。
二、区域空间温差在冷藏间的态势分析
　　恒温冷库冷藏间内的区域空间温差形成原因复杂，形式表现不一，呈现多种态势，现以邢台市果品公司恒温库为例，对冷藏间的区域空间温差态势做一简要分析。 邢台市果品公司为3000吨级恒温库。一个300吨的冷藏间，其建筑结构为长40米宽15米高5.5米，面积600平方米，空间体积3300平方米，按设计要求设置350平方米的箱式冷风机两台，规定的控温指标为0℃，属较大型冷藏间。在实际储藏控温过程中，冷藏间内大部分区域空间大都达不到或超过了规定的指标温度，据实际观测，最大的区域空间温差可达3℃～4℃，最小区域空间温差也在0.50℃～1℃。我们可以从以下几个方面分析区域空间温差的形成及变化态势，以了解其规律性。
　　1、冷藏间长度温差；冷藏间长度温差是最显著的区域空间温差的表现形式，一般情况下，库房的长度每增加10米，长度区域温差几乎就要增大1℃，长度越长区域温差越大，特别是达到规定温度指标停止降温库温开始回升后区域长度温差表现的更为突出。此时如控温指标为0℃，平时温度观测位置设在冷藏间中心的话，经过区域温度测量，在距冷风机最近端的温度为-2℃，而在离冷风机最远处的温度则在2℃左右，此时一个区域温度超过规定指标2℃，另一个区域温度则低于规定指标温度2℃，总的长度温差则达到4℃。
　　2、高低空间温差；一般冷藏间的空间高度最低的4米，最高的可达6米，商品堆码高度通常占库房净高的70～80%，在这样的空间高度中储藏商品，由于冷热空气的物理比重作用产生和形成的空间高低温差也是比较明显的。以5.5米冷藏间的高度来观测温差，最高点和最低点的温度一般也不小于1.5～2℃，每高度米的温差大都在0.3℃左右，在达到指标规定温度停止供液后，商品散发的热量逐渐上升，高低温差还会不断增大。
　　3、长度与高度交叉的区域空间温差的呈现形式；储藏空间离冷风机最远区域温度最高，最近区域温度最低，储藏空间的最高处温度最高，最低处温度最低，整个储藏空间温度最高区域应在最远处的最高点，温度最低区域应在距冷风机最近处的最低点，储藏空间的高度与长度的接点区域的终端即是区域温差的最大差点。
　　4、商品堆垛内外温差；商品在冷藏间必须堆码存放，这就形成了一定体积和一定密度的商品垛堆。有时为了有效地利用和提高库容量，还要人为地增加密度和加大体积。按有关规定和设计要求，冷藏间的空间利用率要达到80%，在这样的高度空间中储藏商品，虽然风机进行冷热空气的强制对流，但由于包装的阻力和空气通道的不畅，而使冷空气不能顺利地进入堆垛内，商品因呼吸产生的热量也不能及时地散发出去，而停止降温后，只靠冷热空气的自然循环是极难达到温度均衡的。由于以上原因，形成了商品垛堆内外的区域温差；冷藏间商品的垛堆越大，垛堆内外的区域温差越大，反之则越小。据测试，一个长30米，宽5米，高4米的商品垛堆，垛堆的中心温度和垛堆的外层温度的温差往往在1.5℃以上，每纵深米的温差平均在0.25℃左右。
　　5、包装内外温差；冷藏间的商品都是不同形状的包装物盛装存放的，有的商品为防止萎蔫失水和储藏保鲜的需要，还要在包装物内衬垫聚乙稀塑料薄膜袋和硅窗保鲜袋，大部分商品为防止磕碰挤压还要进行单果包纸和套袋，商品的外包装和内包装都是隔热材料制做的，这就形成了人为的隔热层，其直接阻碍着库内冷空气和包装内商品间冷热空气的传导和对流，包装内的商品热也不易散发出去，造成了包装内温度较高，包装外温度较低的温差现象。据测，一个盛装15公斤苹果的纸箱包装，在冷藏间库温0℃的环境中，纸箱内的温度常高于同区域库温0.5℃。
　　6、空气与商品温差；冷藏间的空气温度是测量库温的直接标准，各种商品储藏中规定的各种控温指标，即是指冷藏间的空气温度指标。商品温度平常是指商品的表面温度。在相同的和不同的区域空间，冷藏间的空气温度和商品的表面温度往往也存在温差，因为商品在储藏过程中由于呼吸作用而不断散发热量，商品温度总要高于商品周围的空气温度，一般温差通常在0.5-1℃之间。根据所储商品的种类、形状和大小、商品的内部温度也程度不同地要高于商品的表面温度。
　　7、冲霜时的温差变化；冷藏间的蒸发器需要用井水及热氨进行冲霜，冲霜虽然不是每天都要进行，但在冲霜过程中，冷藏间内的区域空间温差将会发生相反的变化，这时的热点区域已转移到蒸发器周围，因为外来水和热氨都大大高于库内温度，水温和热氨温度一般都在10℃以上，并且冲霜时间要持续20～40分钟，这时蒸发器周围的温度通常要高于其它区域空间2～3℃甚至更高，直接影响着库内的温度均衡。
三、区域空间温差对储藏效果的影响
　　恒温冷库对温度的要求是比较严格的。各种商品都有各自的控温指标，一般上下波动幅度都不得超过1℃，蒜苔则要求更严，要求低于0.5℃。由于区域空间温差的客观存在，恒温冷库储藏的商品必然受到不利影响，其危害主要有以下几个方面。
　　1.是由于区域空间温差的存在，使一部分或大部分商品处于低于或高于规定的指标温度，造成一部分区域空间的商品储温较高，另一部分区域空间的商品储温偏低，这些处于不适宜储温环境中的商品，在长期储藏过程中逐渐发生着不良的品质变化，使储质参差不齐，从而影响整体储藏效果，降低商品储藏价值。
　　2.是处于温度较低区域空间的商品极易发生大面积的低温伤害。商品在储藏中接近和达到其生理冰点，大都会发生程度不同的冻害。而有些商品对低温相当敏感，一经发生冻害，将会完全丧失其商品价值，就是较耐低温的商品，经过冻伤后也会降低其商品价值，造成不必要的经济损失。一个储藏蒜苔多年的恒温库，每年都有上万斤或数万斤蒜苔被冻坏，经济损失很大，主要原因是由于区域空间温差所致。
　　3.是处于温度较高区域空间的商品，其实际储藏温度都超过了规定的指标温度。持续的超温，使商品长期处于不良的储藏环境中，从而必然使商品的呼吸强度增加，加速商品的成熟衰老过程，导致品质下降，甚至腐烂变质。同时较高的温度，极利于各种霉菌的生长繁殖，也会加重商品的危害。在恒温库内处于较高温度区域空间的商品比处于正常温度指标下的商品，储藏时间要减少30～40天，商品损耗增加3～5%，保鲜指数也会明显下降。
　　4.是由于区域空间温度的高低差异，增加了所储商品发生病理、生理病害的可能性。由于区域空间温差形成的低温，会使部分商品不同程度地发生冷害和冻伤，温差形成的高温，又会使部分商品早衰，持续的高温和温差的频繁变化，可以使苹果早发褐烫病，也会使在采摘、运输、入库过程中造成的人为机械伤不易自我愈合，库温的不均衡也会使商品的地方病害加重和恶化。
　　５.是区域空间的温度差异在商品的气调冷藏中，也会影响二氧化碳和氧气的成分比例变化，而有些商品如蒜苔在冷藏中必须进行气调储藏，这种温差变化极不利于气体指标的有效控制，从而降低了气体调节储藏的效果。
四、区域空间温差调节与控制的技术措施
　　第一，首先要确定冷藏间商品的最佳储温。从理论上讲，最适宜的储温是指商品本身所需要的适宜温度，而不是指库内的空气温度。在确定某种商品的最佳储温时，必须考虑库内空气温度和商品温度的温差值，其温度值在同一区域空间一般都在0.5℃～1℃之间，而确定温差值的前提条件是某种商品的生理冰点。一般商品的储温要尽量接近其冰点，但绝不能达到和超过这一界限，必须留有保险系数。把储温确定和控制在商品本身最适宜的温度范围内，是解决区域空间温差的基础技术步骤。例如，苹果大部分品种的生理冰点为-1.5℃～-1.8℃，理论推荐储温为-1℃～0℃，而我们在实际控温中，就要把库温降至-1.5℃～-0.5℃的范围内，即库温最低不能低于-1.5℃，最高不要超过-0.5℃。
　　第二，选择观测温度的最佳位置。要想掌握冷藏间各个区域不同空间的温差情况和具体数值，必须以一个观测温度变化的最佳位置点做为依据。观测温度变化的最佳位置应设在靠近冷风机一端，库房堆码长度的1/3处。高度应确定在商品堆码高度的1/2处。冷藏间的其它区域空间也要相应布点测温，特别是冷藏间的特殊区域空间，如热点区和冷点区，以便更加直观和精确地观测和计算温差值。测温仪要经常校对，不能存在误差。温差值计算采用直减法，即高温区温度值减低温区温度值。冷藏间恒温值采取平均计算法。科学的高精度的温差数据是调节控制区域空间温差技术措施的先决条件。
　　第三，吊挂隔冷活动屏障。冷风机周围冷源集中，温度最低，属于冷藏间的冷点区，平时温度常在储藏品的生理冰点以下，为了缩小整体温差，可在库内吊挂隔冷活动屏障。具体做法为：在距冷风机前端1～1.5米处，高处最好设在冷藏间的3/4处，在这个立面范围内用隔热材料做成隔冷活动屏障。通常的做法用普通棉被，内外缝衬0.08～0.10mm的塑料膜各一层，按照冷藏间的宽度以中心线为准做两块，上面用铁丝把棉被挂起，做成活动式的可向左右两边拉开。达到规定指标温度后闭后。库内热负荷大时再拉开，两边棉被的接缝处要留有20公分的搭合余地，这样可随时检查设备运转情况和进行冲霜操作。也可用砖、塑料板等隔热材料做成固定式的隔冷屏障，中间留一小门，挂上门帘即可。这样在冷风机制冷送风时，冷藏间前部的温度可提高1℃以上，后部的温度可降低0.5℃以下，效果非常好。
　　第四，调节冷风机送风强度。冷藏间是依靠风机把蒸发器产生的冷源从一端送向另一端强制空气对流来达到降温目的。由于风机送风筒较长，从十几米到几十米不等，又由于风机功率限制和风量流速阻力作用，冷空气的输送常呈现由强转弱的趋势，越远风量越小风速越慢，直接影响冷藏间冷热空气的对流和交换，造成一端降温迅速，一端降温困难，前面库温偏低，后面库温偏高，这就需要从技术上调节冷风机的送风强度。具体措施为：依据风筒的长度，把风筒前端两侧的喷风口挡住一部分，使风量相对集中地输送到储藏间的另一端，进而加强冷量传导平衡冷空气的均匀分布。风筒风口可用多层纱布捆扎遮挡，前部的喷风口一般用6～7层纱布，中后部可酌情逐渐减少层数。风筒喷风口挡多少个，达到多少米，挡风口纱布用几层合适，这要视冷藏间的大小和冷风机的功率及其它具体情况而定。总之，调节冷风机送风强度要达到最佳降温效果，最理想的均衡储温为止。这一措施实施后，冷藏间的温差一般情况下最低区域空间的温度可回升0.5～1℃，最高区域空间温度可降低1～1.5℃。调节冷风机送风强度要经过多次反复的试验和修正才能达到最佳状态。
　　第五，延长风机开机时间。冷藏间的冷风机是由蒸发器和风机两大部分组成，蒸发器的主要功能是制冷，风机的主要功能是送冷，在冷藏间的温度降到确定的最佳储温时，及时关闭蒸发器的供液阀。使风机继续运转，适当地延长一定的开机时间，使冷藏间的空气继续强制对流，达到库内冷热空气加速循环，商品表面温度加快冷却，进一步均衡各区域空间的温度缩小温差的目的。延长风机开机时间大约控制在20～30分钟为宜。为了避免因长时间送风而降低冷藏间的湿度，平时要注意库内的湿度变化，必要时采取加湿措施，以防止商品严重失水，造成商品品质下降。
　　第六，商品的防冻护理。处于冷风机前端特别是前端底部的商品，因其离冷源最近，而蒸发器的蒸发温度又常 在-10℃以下，即使采取控制区域空间温差的其它技术措施，也不能完全排除商品不受冻害的可能性，所以要对商品采取有效的防冻护理措施。其措施主要为：(一)在冷风机前端的商品，在堆码时要与蒸发器留出一定的间距，一般的间距不少于2～2.5米。(二)在商品垛堆的正面和侧面挡0.06mm～0.08mm的聚乙烯塑料薄膜1-2层，或者用草苫棉被进行苫盖，正面要全部挡盖，侧面可视垛堆长度挡盖3-4米。(三)在商品垛堆的底部垫板上铺设隔热层，材料可选用草苫、蒲包、纸箱板或塑料膜，宽度要达到3米左右。采取以上措施后，即使冷风机前端的空气温度达到-2℃或-2.5℃，商品也不会遭受冻害。
　　第七，商品垛堆的通风散热。商品在入储前要合理地计划储存总量，最好不要超过设计的冷藏能力，以避免冷藏间热负荷过大，造成降温困难，垛堆内温度过高。为了利于商品的通风散热，缩小垛堆内部和外部，商品表面和库内空气等诸项温差，商品入库和堆码时要做到：
　　(1)要在商品下面放置花格垫板，不要把商品直接放到地面上。(2)垛堆不宜太大，垛堆之间要留有间隙，一般不要少于20公分。垛堆与冷藏间顶部及周围墙壁也要间隔一定的距离。顶间距不低于50公分，壁间距不少于20公分。可参照原商业部颁布的《果品冷库管理规范》的货位垛推要求执行。(3)商品堆码时必须在垛堆中间采取通风措施，垛堆横向要留通风道，竖向要留井状通风孔，通风孔道走向应力求与库内空气循环方向一致，直径要根据垛堆的大小和商品包装的形状具体确定。不留通风孔道极易使垛堆内部商品上热，发生闷垛现象。
　　第八，技术措施的配合应用。在实施解决区域空间温差诸项技术措施时，要根据冷藏间的温差情况交叉配合应用，几项措施可以把温差控制理想的，其它措施可不必全部采用。对控制区域空间温差至关重要起决定性作用的技术措施则必须采用，如“吊挂隔冷活动屏障”，“调节冷风机送风强度”，“商品垛堆的通风散热”，因这些措施是恒温冷库解决和控制温差常用和必用的技术手段。对于在控制区域空间温差技术措施实际应用中存在的问题，还要不断地摸索经验，使其逐步趋向完善，达到先进水平。