果蔬氣調(diào)庫的設(shè)計(jì)和使用

　　果蔬氣調(diào)庫用于商業(yè)貯藏在國外已有近70年的發(fā)展史，在一些發(fā)達(dá)國家已基本普及，如美國氣調(diào)貯藏的果品高達(dá)75%，法國約占40%，英國約占30%。我國果蔬氣調(diào)貯藏技術(shù)起步較晚，在商業(yè)上應(yīng)用僅是近幾年的事情，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化和我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)果蔬保鮮的質(zhì)量要求將會(huì)越來越高，果蔬氣調(diào)貯藏必然會(huì)在我國有更快的發(fā)展。為此，對(duì)果蔬氣調(diào)庫及其使用中應(yīng)注意的幾個(gè)問題作一簡述。

　　1．氣調(diào)庫建筑

　　氣調(diào)庫是在果蔬冷庫的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，一方面與果蔬冷庫有許多相似之處，另一方面又與果蔬冷庫有較大的區(qū)別，主要表現(xiàn)在：

　?。?）氣調(diào)庫容積大小。在歐美國家，氣調(diào)庫貯藏間單間容積通常在50～200t之間，比如英國蘋果氣調(diào)庫貯藏單間的容積大約為100t，在歐洲約為200t，但蔬菜氣調(diào)庫的單間容積通常在200～500t之間，在北美單間容量更大，一般在600t左右。根據(jù)我國目前的情況，以30～100t為一個(gè)開間，一個(gè)建庫單元最少2間，但一般不超過10間。

　?。?）氣調(diào)庫必須具有良好的氣密性。這是氣調(diào)庫建筑結(jié)構(gòu)區(qū)別于普通果蔬冷庫的一個(gè)最重要的特點(diǎn)。普通冷庫對(duì)氣密性幾乎沒有特殊要求，而氣調(diào)庫對(duì)于氣密性來說至關(guān)重要。這是因?yàn)橐跉庹{(diào)庫內(nèi)形成要求的氣體成分，并在果蔬貯藏期間較長時(shí)間地維持設(shè)定的指標(biāo)，減免庫內(nèi)外氣體的滲氣交換，氣調(diào)庫就必須具有良好的氣密性。為此，在氣調(diào)庫門安裝、氣密層施工過程中，一定要認(rèn)真細(xì)致，發(fā)現(xiàn)可疑部位應(yīng)及時(shí)檢查和補(bǔ)救。對(duì)于由磚混結(jié)構(gòu)的土建庫而建造的氣調(diào)庫，如出現(xiàn)大面積的突起或脫落，往往是由于維護(hù)結(jié)構(gòu)表面不干燥引起，在施工前，一定要注意維護(hù)結(jié)構(gòu)的干燥性。

　　氣調(diào)庫施工質(zhì)量驗(yàn)收的一個(gè)重要方面是氣密性試驗(yàn)。目前廣泛應(yīng)用的是壓力測試法。它有測試方法簡便，測試儀器簡單，結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)。壓力測試法又有正壓法和負(fù)壓法之分，通常采用正壓法，以避免采用負(fù)壓法測試導(dǎo)致氣密層脫落。迄今，國際上對(duì)氣調(diào)庫氣密性測試還未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，我國目前也沒有發(fā)布?xì)庹{(diào)庫氣密測試的國家標(biāo)準(zhǔn)。但采用正壓測試法，統(tǒng)計(jì)“半降壓時(shí)間”，是國外常用的氣密性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)果的表示方式。所謂半降壓時(shí)間，是指從計(jì)時(shí)起，試驗(yàn)壓力下降到起始?jí)毫Φ囊话霑r(shí)所需要的時(shí)間。世界各國現(xiàn)有的氣密標(biāo)準(zhǔn)中，最高的要求是：試驗(yàn)壓力為294Pa（30mmH2O），半壓降時(shí)間等于或超過30min為合格，否則為不合格，此標(biāo)準(zhǔn)只有意大利等少數(shù)國家的部分廠商采用。意大利FCE公司近幾年在我國安裝的組合式氣調(diào)庫的氣密實(shí)驗(yàn)合格范圍為：庫內(nèi)加壓至30mmH2O，經(jīng)30min庫內(nèi)壓力降至不低于4.4mmH2O為合格。

　?。?）氣調(diào)庫的安全性。在氣調(diào)庫的建筑設(shè)計(jì)中還必須考慮氣調(diào)庫的安全性。這是由于氣調(diào)庫是一種密閉式冷庫，當(dāng)庫內(nèi)溫度升降時(shí)，其氣體壓力也隨之變化，常使庫內(nèi)外形成氣壓差。據(jù)資料介紹，當(dāng)庫外溫度高于庫內(nèi)溫度1℃時(shí)，外界大氣將對(duì)維護(hù)庫板產(chǎn)生40Pa壓力，溫差越大，壓力差越大。此外，在氣調(diào)設(shè)備運(yùn)行、加濕及氣調(diào)庫氣密性試驗(yàn)過程中，都會(huì)在維護(hù)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成氣壓差。若不將壓力差及時(shí)消除或控制在一定范圍內(nèi)，將對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害。為此，通常在氣調(diào)庫上裝置有平衡袋和安全閥，以使壓力限制在設(shè)計(jì)的安全范圍內(nèi)。氣壓平衡袋（簡稱氣調(diào)袋）的體積約為庫房容積的0.5%～1.0%，采用質(zhì)地柔軟不透氣又不易老化的材料制成。國外推薦的安全壓力數(shù)值為±190Pa。所以，每間庫房還應(yīng)安裝一個(gè)氣壓平衡安全閥（簡稱平衡閥），在庫內(nèi)外壓差大于190Pa時(shí)，庫內(nèi)外的氣體將發(fā)生交換，防止庫體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。平衡閥分干式和水封式兩種，直接與庫體相通。在一般情況下平衡袋起調(diào)節(jié)作用，只有當(dāng)平衡袋容量不足以調(diào)節(jié)庫內(nèi)壓力變化時(shí)，平衡閥才起作用。此外，在一些國家如荷蘭，通過給貯藏室定期充氮?dú)?，使氣調(diào)袋一直處于半膨脹狀態(tài)，保持恒定的正壓，有助于減少大氣滲漏到貯藏室中。

　?。?）氣調(diào)庫一般應(yīng)建成單層建筑。一般果蔬冷庫根據(jù)實(shí)際情況，可以建成單層或多層建筑物，但對(duì)氣調(diào)庫來說，幾乎都是建成單層地面建筑物。這是因?yàn)楣咴趲靸?nèi)運(yùn)輸、堆碼和貯藏時(shí)，地面要承受很大的荷載，如果采用多層建筑，一方面氣密處理比較復(fù)雜，另一方面在氣調(diào)庫使用過程中容易造成氣密層破壞。較大的氣調(diào)庫的建筑高度一般在7m左右。

　　2．氣調(diào)庫制冷設(shè)備及溫度傳感器的配置

　?。?）制冷系統(tǒng)。氣調(diào)庫的制冷設(shè)備大多采用活塞式單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)，以氨或氟利昂－22作制冷劑，庫內(nèi)的冷卻方式可以是制冷劑直接蒸發(fā)冷卻，也可采用中間載冷劑的間接冷卻，后者用于氣調(diào)庫比前者效果理想。因?yàn)橹虚g載冷劑更便于控制供給冷風(fēng)機(jī)的液體溫度，僅需在供液管道上裝一個(gè)回流的行程控制三通閥，就能滿足同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同庫房內(nèi)不同溫度的要求。為了減少庫內(nèi)所貯物品的干耗，性能良好的氣調(diào)庫要求傳熱溫差為2～3℃，也就是說氣調(diào)庫蒸發(fā)溫度和貯藏要求溫度的差值為2～3℃，這要比普通冷庫小得多。只有控制并達(dá)到蒸發(fā)溫度和貯藏溫度之間的較小差值，才能減少蒸發(fā)器的結(jié)霜，維持庫內(nèi)要求的較高相對(duì)濕度。所以，在氣調(diào)庫設(shè)計(jì)中，相同條件下，通常選用冷風(fēng)機(jī)的傳熱面積都比普通果蔬冷庫冷風(fēng)機(jī)的傳熱面積大，即氣調(diào)庫冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)上采用的所謂“大蒸發(fā)面積低傳熱溫差”方案。

　　（2）溫度傳感器的配置。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的氣調(diào)庫在運(yùn)行過程中，可在庫內(nèi)部實(shí)現(xiàn)小于0.5℃的溫差。為此,需選用精度大于0.2℃的電子控溫儀來控制庫溫。溫度傳感器的數(shù)量和放置位置對(duì)氣調(diào)庫溫度的良好控制也是很重要的。最少的推薦探頭數(shù)目為：在50t或以下的貯藏庫中放3個(gè)，在100t庫中放4個(gè)，在更大的庫內(nèi)放5個(gè)或6個(gè)，其中一個(gè)探頭應(yīng)用來監(jiān)控庫內(nèi)自由循環(huán)的空氣溫度，對(duì)于吊頂式冷風(fēng)機(jī)，探頭應(yīng)安裝在從貨物到冷風(fēng)機(jī)入口之間的空間內(nèi)。其余的探頭放置在不同位置的果蔬處，以測量果蔬的實(shí)際溫度。

　　3．氣調(diào)庫的主要?dú)庹{(diào)設(shè)備及輔助設(shè)備

　　氣調(diào)設(shè)備通俗地講，主要包括制氮設(shè)備、二氧化碳脫除設(shè)備、乙烯脫除設(shè)備和加濕設(shè)備，其中制氮設(shè)備利用率最高，所以顯得更為重要。依據(jù)制氮設(shè)備的工作原理，可以將其分為三種類型，即吸附分離式制氮類型、膜分離制氮類型和燃燒降氧制氮類型。

　?。?）制氮機(jī)。我國目前在氣調(diào)庫上采用的制氮機(jī)主要有兩大類型：吸附分離式的碳分子篩制氮機(jī)和膜分離式的中空纖維膜制氮機(jī)。碳分子篩制氮機(jī)與中空纖維膜制氮機(jī)比較，前者具有價(jià)格較低、配套設(shè)備投資較小、單位產(chǎn)氣能耗較低、更換吸附劑比更換膜組件便宜、兼有脫除乙烯功能等優(yōu)點(diǎn)，而工藝流程相對(duì)復(fù)雜、占地面積較大、噪聲也較大、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性不及中空纖維膜制氮機(jī)是碳分子篩制氮機(jī)的相對(duì)弱勢。

　　（2）二氧化碳脫除機(jī)。二氧化碳脫除裝置分間斷式（通常稱的單罐機(jī)）和連續(xù)式（通常稱的雙罐機(jī)）兩種。庫內(nèi)二氧化碳濃度較高的氣體被抽到吸附裝置中，經(jīng)活性炭吸附二氧化碳后，再將吸附后的低二氧化碳濃度氣體送回庫房，達(dá)到脫除二氧化碳的目的?；钚蕴课蕉趸嫉牧渴菧囟鹊暮瘮?shù)，并與二氧化碳的濃度成正比。通常以0℃，3%的二氧化碳濃度為標(biāo)準(zhǔn)，用其在24h內(nèi)的吸附量作為主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。當(dāng)工作一段時(shí)間后，活性炭因吸附二氧化碳即達(dá)到飽和狀態(tài)，再不能吸附二氧化碳，這時(shí)另外一套循環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)，將新鮮空氣吸入，使被吸附的二氧化碳脫附，并隨空氣排入大氣，如此吸附、脫附交替進(jìn)行，即可達(dá)到脫除庫內(nèi)多余二氧化碳脫的目的。

　　二氧化碳脫機(jī)再生后的空氣中含有大量的二氧化碳，必須排至室外。進(jìn)出氣調(diào)庫的進(jìn)氣和回氣管道必須向庫體方向稍微傾斜，以免冷凝水流到脫除機(jī)內(nèi)，造成活性炭失效。機(jī)房內(nèi)應(yīng)避免汽油、液化氣等揮發(fā)性物質(zhì)，保持溫度1～40℃。

　?。?）乙烯脫除機(jī)。目前被廣泛用來脫除乙烯的方法主要有兩種：即高錳酸鉀氧化法和高溫催化分解法。前一方法是用飽和高錳酸鉀水溶液（通常使用濃度為5%～8%）浸濕多孔材料（如膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、氧化鋁、分子篩、碎磚塊、泡沫混凝土等），然后將此載體放入庫內(nèi)、包裝箱內(nèi)或閉路循環(huán)系統(tǒng)中，利用高錳酸鉀的強(qiáng)氧化性將乙烯氧化脫除。這種方法脫除乙烯雖然簡單，但脫除效率低，一般用于小型或簡易貯藏。

　　在空氣氧化法除乙烯裝置中，其核心部分是特殊催化劑和變溫場電熱裝置。所用的催化劑為含有氧化鈣、氧化鋇、氧化鍶的特殊活性銀。變溫場電熱裝置可以產(chǎn)生一個(gè)從外向內(nèi)溫度逐漸升高的變溫度場：即由15℃→80℃→150℃→250℃，從而使除乙烯裝置的氣體進(jìn)出口溫度不高于15℃，但是反應(yīng)中心的氧化溫度可達(dá)250℃，這樣既能達(dá)到較理想的反應(yīng)效果，又不給庫房增加明顯的熱負(fù)荷。這種乙烯脫除裝置一般采用閉環(huán)系統(tǒng)。空氣氧化法除乙烯裝置與高錳酸鉀氧化法除乙烯裝置比較，前者投資費(fèi)用要高得多，但脫除乙烯的效率很高。有資料介紹通過空氣氧化法除乙烯裝置，可將獼猴桃?guī)靸?nèi)的乙烯降低到0.02ppm以下，同時(shí)這種裝置還兼有脫除其他揮發(fā)性有害氣體和消毒殺菌的作用。

　?。?）加濕裝置。水混合加濕、超聲波加濕和離心霧化加濕是目前氣調(diào)庫中常見的三種加濕方式，在0℃以上的溫度下使用時(shí)，加濕效果均比較好，但在它們在負(fù)溫條件下使用，都存在如何使加濕用水避免結(jié)冰的問題，這一問題目前在生產(chǎn)中尚未很好解決。

　　4．氣調(diào)庫的合理使用及管理

　?。?）合理有效的利用空間。氣調(diào)庫的容積利用系數(shù)要比普通冷庫高，有人將其描述為“高裝滿堆”，這是氣調(diào)庫建筑設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理上的一個(gè)特點(diǎn)。所謂“高裝滿堆”是指裝入氣調(diào)庫的果蔬應(yīng)具有較大的裝貨密度，除留出必要的通風(fēng)和檢查通道外，盡量減少氣調(diào)庫的自由空間。因?yàn)椋瑲庹{(diào)庫內(nèi)的自由空間越小，意味著庫內(nèi)的氣體存量越少，這樣一方面可以適當(dāng)減小氣調(diào)設(shè)備，另一方面可以加快氣調(diào)速度，縮短氣調(diào)時(shí)間，減少能耗，并使果蔬盡早進(jìn)入氣調(diào)貯藏狀態(tài)。

　　（2）快進(jìn)整出。氣調(diào)貯藏要求果蔬入庫速度快，盡快裝滿、封庫并及時(shí)調(diào)氣，讓果蔬在盡可能短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入氣調(diào)狀態(tài)。平時(shí)管理中也不能像普通冷庫那樣隨便進(jìn)出貨物，否則庫內(nèi)的氣體成分就會(huì)經(jīng)常變動(dòng)，從而減弱或失去氣調(diào)貯藏的作用。果蔬出庫時(shí)，最好一次出完或在短期內(nèi)分批出完。

　?。?）良好的空氣循環(huán)。氣調(diào)庫在降溫過程中，英國推薦的循環(huán)速率范圍為：在果蔬入庫初期，每小時(shí)空氣交換次數(shù)為30～50倍空庫容積，所以常選用雙速風(fēng)機(jī)或多個(gè)軸流風(fēng)機(jī)可以獨(dú)立控制的方案。在冷卻階段，風(fēng)量大一些，冷卻速度快，當(dāng)溫度下降到初值的一半或更小后，空氣交換次數(shù)可控制在每小時(shí)15～20次。