果蔬氣調庫的設計和使用

　　果蔬氣調庫用于商業(yè)貯藏在國外已有近70年的發(fā)展史，在一些發(fā)達國家已基本普及，如美國氣調貯藏的果品高達75%，法國約占40%，英國約占30%。我國果蔬氣調貯藏技術起步較晚，在商業(yè)上應用僅是近幾年的事情，隨著全球經(jīng)濟一體化和我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們對果蔬保鮮的質量要求將會越來越高，果蔬氣調貯藏必然會在我國有更快的發(fā)展。為此，對果蔬氣調庫及其使用中應注意的幾個問題作一簡述。

　　1．氣調庫建筑

　　氣調庫是在果蔬冷庫的基礎上發(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：

　?。?）氣調庫容積大小。在歐美國家，氣調庫貯藏間單間容積通常在50～200t之間，比如英國蘋果氣調庫貯藏單間的容積大約為100t，在歐洲約為200t，但蔬菜氣調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為一個開間，一個建庫單元最少2間，但一般不超過10間。

　?。?）氣調庫必須具有良好的氣密性。 這是氣調庫建筑結構區(qū)別于普通果蔬冷庫的一個最重要的特點。普通冷庫對氣密性幾乎沒有特殊要求，而氣調庫對于氣密性來說至關重要。這是因為要在氣調庫內形成要求的氣體成分，并在果蔬貯藏期間較長時間地維持設定的指標，減免庫內外氣體的滲氣交換，氣調庫就必須具有良好的氣密性。為此，在氣調庫門安裝、氣密層施工過程中，一定要認真細致，發(fā)現(xiàn)可疑部位應及時檢查和補救。對于由磚混結構的土建庫而建造的氣調庫，如出現(xiàn)大面積的突起或脫落，往往是由于維護結構表面不干燥引起，在施工前，一定要注意維護結構的干燥性。

　　氣調庫施工質量驗收的一個重要方面是氣密性試驗。目前廣泛應用的是壓力測試法。它有測試方法簡便，測試儀器簡單，結果直觀等優(yōu)點。壓力測試法又有正壓法和負壓法之分，通常采用正壓法，以避免采用負壓法測試導致氣密層脫落。迄今，國際上對氣調庫氣密性測試還未形成統(tǒng)一的標準，我國目前也沒有發(fā)布氣調庫氣密測試的國家標準。但采用正壓測試法，統(tǒng)計“半降壓時間”，是國外常用的氣密性試驗標準和結果的表示方式。所謂半降壓時間，是指從計時起，試驗壓力下降到起始壓力的一半時所需要的時間。世界各國現(xiàn)有的氣密標準中，最高的要求是：試驗壓力為294Pa（30mmH2O），半壓降時間等于或超過30min為合格，否則為不合格，此標準只有意大利等少數(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庫的氣密實驗合格范圍為：庫內加壓至30mmH2O，經(jīng)30min庫內壓力降至不低于4.4mmH2O為合格。

　?。?）氣調庫的安全性。在氣調庫的建筑設計中還必須考慮氣調庫的安全性。這是由于氣調庫是一種密閉式冷庫，當庫內溫度升降時，其氣體壓力也隨之變化，常使庫內外形成氣壓差。據(jù)資料介紹，當庫外溫度高于庫內溫度1℃時，外界大氣將對維護庫板產(chǎn)生40Pa壓力，溫差越大，壓力差越大。此外，在氣調設備運行、加濕及氣調庫氣密性試驗過程中，都會在維護結構的兩側形成氣壓差。若不將壓力差及時消除或控制在一定范圍內，將對維護結構產(chǎn)生危害。為此，通常在氣調庫上裝置有平衡袋和安全閥，以使壓力限制在設計的安全范圍內。氣壓平衡袋（簡稱氣調袋）的體積約為庫房容積的0.5%～1.0%，采用質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，每間庫房還應安裝一個氣壓平衡安全閥（簡稱平衡閥），在庫內外壓差大于190Pa時，庫內外的氣體將發(fā)生交換，防止庫體結構發(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節(jié)作用，只有當平衡袋容量不足以調節(jié)庫內壓力變化時，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氣，使氣調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。

　?。?）氣調庫一般應建成單層建筑。一般果蔬冷庫根據(jù)實際情況，可以建成單層或多層建筑物，但對氣調庫來說，幾乎都是建成單層地面建筑物。這是因為果蔬在庫內運輸、堆碼和貯藏時，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雜，另一方面在氣調庫使用過程中容易造成氣密層破壞。較大的氣調庫的建筑高度一般在7m左右。

　　2．氣調庫制冷設備及溫度傳感器的配置

　　（1）制冷系統(tǒng)。氣調庫的制冷設備大多采用活塞式單級壓縮制冷系統(tǒng)，以氨或氟利昂－22作制冷劑，庫內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，后者用于氣調庫比前者效果理想。因為中間載冷劑更便于控制供給冷風機的液體溫度，僅需在供液管道上裝一個回流的行程控制三通閥，就能滿足同時實現(xiàn)不同庫房內不同溫度的要求。為了減少庫內所貯物品的干耗，性能良好的氣調庫要求傳熱溫差為2～3℃，也就是說氣調庫蒸發(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)器的結霜，維持庫內要求的較高相對濕度。所以，在氣調庫設計中，相同條件下，通常選用冷風機的傳熱面積都比普通果蔬冷庫冷風機的傳熱面積大，即氣調庫冷風機設計上采用的所謂“大蒸發(fā)面積低傳熱溫差”方案。

　?。?）溫度傳感器的配置。一個設計良好的氣調庫在運行過程中，可在庫內部實現(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)量和放置位置對氣調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，在100t庫中放4個，在更大的庫內放5個或6個，其中一個探頭應用來監(jiān)控庫內自由循環(huán)的空氣溫度，對于吊頂式冷風機，探頭應安裝在從貨物到冷風機入口之間的空間內。其余的探頭放置在不同位置的果蔬處，以測量果蔬的實際溫度。

　　3．氣調庫的主要氣調設備及輔助設備

　　氣調設備通俗地講，主要包括制氮設備、二氧化碳脫除設備、乙烯脫除設備和加濕設備，其中制氮設備利用率最高，所以顯得更為重要。依據(jù)制氮設備的工作原理，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。我國目前在氣調庫上采用的制氮機主要有兩大類型：吸附分離式的碳分子篩制氮機和膜分離式的中空纖維膜制氮機。碳分子篩制氮機與中空纖維膜制氮機比較，前者具有價格較低 、配套設備投資較小 、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，而工藝流程相對復雜、占地面積較大、噪聲也較大、運轉穩(wěn)定性不及中空纖維膜制氮機是碳分子篩制氮機的相對弱勢。

　?。?）二氧化碳脫除機。二氧化碳脫除裝置分間斷式（通常稱的單罐機）和連續(xù)式（通常稱的雙罐機）兩種。庫內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準，用其在24h內的吸附量作為主要經(jīng)濟技術指標。當工作一段時間后，活性炭因吸附二氧化碳即達到飽和狀態(tài)，再不能吸附二氧化碳，這時另外一套循環(huán)系統(tǒng)啟動，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、脫附交替進行，即可達到脫除庫內多余二氧化碳脫的目的。

　　二氧化碳脫機再生后的空氣中含有大量的二氧化碳，必須排至室外。進出氣調庫的進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內，造成活性炭失效。機房內應避免汽油、液化氣等揮發(fā)性物質，保持溫度1～40℃。

　?。?）乙烯脫除機。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、包裝箱內或閉路循環(huán)系統(tǒng)中，利用高錳酸鉀的強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)生一個從外向內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出口溫度不高于15℃，但是反應中心的氧化溫度可達250℃，這樣既能達到較理想的反應效果，又不給庫房增加明顯的熱負荷。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)靸鹊囊蚁┙档偷?.02ppm以下，同時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庫中常見的三種加濕方式，在0℃以上的溫度下使用時，加濕效果均比較好，但在它們在負溫條件下使用，都存在如何使加濕用水避免結冰的問題，這一問題目前在生產(chǎn)中尚未很好解決。

　　4．氣調庫的合理使用及管理

　?。?）合理有效的利用空間。氣調庫的容積利用系數(shù)要比普通冷庫高，有人將其描述為“高裝滿堆”，這是氣調庫建筑設計和運行管理上的一個特點。所謂“高裝滿堆”是指裝入氣調庫的果蔬應具有較大的裝貨密度，除留出必要的通風和檢查通道外，盡量減少氣調庫的自由空間。因為，氣調庫內的自由空間越小，意味著庫內的氣體存量越少，這樣一方面可以適當減小氣調設備，另一方面可以加快氣調速度，縮短氣調時間，減少能耗，并使果蔬盡早進入氣調貯藏狀態(tài)。

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

　　（3）良好的空氣循環(huán)。氣調庫在降溫過程中，英國推薦的循環(huán)速率范圍為：在果蔬入庫初期，每小時空氣交換次數(shù)為30～50倍空庫容積，所以常選用雙速風機或多個軸流風機可以獨立控制的方案。在冷卻階段，風量大一些，冷卻速度快，當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15～20次。