Co trzeba wiedzieć o układach chłodniczych - komory chłodnicze

Rozpoczynamy nową serię artykułów zatytułowaną „Co trzeba wiedzieć o układach chłodniczych”. Opierają się one na wielu bezpłatnych modułach eLearning firmy Danfoss do samodzielnej nauki, przeznaczonych zarówno dla osób początkujących, jak i dla fachowców w dziedzinie chłodnictwa. W pierwszym artykule z serii omówimy jedno z najważniejszych zastosowań chłodnictwa: komorę chłodniczą. Przedstawimy także szczególne cechy, sposoby i powody przechowywania produktów w warunkach chłodniczych.

Jak działa komora chłodnicza?

Komora chłodnicza jest to chłodzone pomieszczenie do przechowywania żywności, zapobiegająca obniżeniu się jakości łatwo psujących się produktów spożywczych. Podstawowym zadaniem komory chłodniczej jest chłodzenie świeżej, wstępnie schłodzonej i zamrożonej żywności. W warunkach chłodniczych przechowuje się takie produkty jak mięso, jaja, produkty mleczne, mrożonki, ryby, warzywa, owoce i napoje. Przechowywanie tak różnych produktów wymaga uwzględnienia wielu czynników. Takie produkty jak mięso są „martwe”, tzn. procesy psucia się produktu rozpoczynająsię tuż po uboju. Z kolei takie rodzaje żywności jak owoce i warzywa są wciąż „żywe”. Ich metabolizm nie zatrzymuje się po zbiorach, więc aby zapobiec obniżeniu się ich jakości, należy utrzymywać je w warunkach odpowiedniej wilgotności i temperatury.

Wilgotność ma również duże znaczenie dla mięsa, chociaż utraty wilgoci nie widać od razu po produkcie — jej konsekwencją jest pewne zmniejszenie zysku ze sprzedaży na podstawie masy, a nie wycofanie ze sprzedaży. Niektóre przetwory i napoje mleczne trzeba przechowywać w temperaturze niższej od pewnej wartości, aby zapobiec wystąpieniu reakcji chemicznych i procesów mikrobiologicznych, które spowodowałyby pogorszenie jakości tych produktów.

Utrzymywanie jakości żywności dzięki chłodnictwu

Co oznacza jakość żywności? Pojęciem tym określa się zarówno własności fizyczne, jak i wrażenia zmysłowe konsumentów. Do czynników odczuwanych indywidualnie zalicza się smak, kolor, zapach i konsystencję. Własności fizyczne obejmują rodzaje i poziomy skażenia bakteryjnego, procesy chemiczne oraz rodzaje i ilość dodanych środków konserwujących. Jakość żywności można zapewnić wieloma różnymi sposobami. W celu zachowania jakości artykułów spożywczych stosuje się różne metody konserwacji i przechowywania, takie jak chłodzenie, wysuszanie, solenie, konserwowanie w cukrze, wędzenie, puszkowanie, napromienianie i ochrona przed światłem. W tym artykule przedstawiono tylko chłodzenie artykułów spożywczych jako sposób zachowania ich jakości. Po bliższym zbadaniu okazuje się, że na jakość żywności przechowywanej w chłodni wpływa wiele czynników.

Przykładem są procesy mikrobiologiczne w składowanych produktach, m.in rozmnażanie się mikroorganizmów na powierzchni produktów i w ich wnętrzu oraz rozwój bakterii na ich powierzchni. Na stan produktów mogą także wpływać procesy chemiczne, takie jak utlenianie i hydroliza. W wielu takich procesach biorą udział enzymy w produktach, pełniące rolę katalizatorów, które przyspieszają reakcję. Przykładem skutków procesów chemicznych jest pogorszenie się jakości tkanki łącznej w wołowinie. Na stan artykułów spożywczych wpływają również procesy mechaniczne, w tym pakowanie i przenoszenie. Transport i przeładunek żywności to typowe procesy mechaniczne wpływające na jej jakość. Kolejnym czynnikiem jest wilgoć w chłodni. W takich pomieszczeniach zwykle utrzymuje się wysoki poziom wilgotności, aby zapobiec wyschnięciu chłodzonych towarów. Jeszcze innym istotnym czynnikiem jest natężenie przepływu powietrza. Należy stosować odpowiednią średnią wartość — natężenie przepływu powietrza nie może być zbyt duże (zwiększałoby stopień wysuszanie) ani zbyt małe (powodowałoby rozwarstwienie powietrza, a co za tym idzie, na pogorszenie procesów chłodzenia). W przypadku niektórych odmian owoców, np. jabłek i gruszek, modyfikuje się nawet skład atmosfery w chłodni w celu zachowania ich jakości. W tym celu zwiększa się udział dwutlenku węgla w powietrzu, co spowalnia procesy oddychania i gnicia, a w efekcie przedłuża okres przechowywania. Dla plantatorów owoców każdy dodatkowy dzień okresu przechowywania ma duże znaczenie ekonomiczne.

Dla specjalistów w dziedzinie chłodnictwa najistotniejszym aspektem chłodni jest proces chłodzenia. Instalacja chłodnicza musi utrzymywać temperaturę na żądanym poziomie. Z reguły okres przechowywania można przedłużyć, zmieniając temperaturę

Wpływ temperatury

Temperatura ma znaczny wpływ na mikrobiologiczne i chemiczne procesy zachodzące w produktach spożywczych. Niska temperatura spowalnia rozwój mikroorganizmów. Ogólnie rzecz biorąc, szybkość ich rozwoju zmienia się wykładniczo względem temperatury, co oznacza, że już podwyższeniu temperatury o kilka stopni odpowiada wyraźny wzrost szybkości rozwoju. Dla wielu mikrobów optymalne warunki rozwoju zapewnia temperatura powyżej 0°C. Są jednak i takie organizmy, które rozmnażają się także w niższej temperaturze, nawet –12°C. Głębokie mrożenie produktów z reguły zabija tylko od 10 do 90% mikroorganizmów. Innymi słowy, nie jest możliwa sterylizacja produktów przez zamrażanie. Mikroorganizmami, które czasami można zabić przez głębokie mrożenie, są pasożyty. Do tego celu zwykle wystarcza kilkudniowe przechowywanie produktów w temperaturze –20°C (np. przez tydzień). Temperatura wpływa także na procesy chemiczne. Im niższa temperatura, tym wolniejszy przebieg reakcji chemicznych, przy czym jednak większości reakcji nie można całkowicie zatrzymać, obniżając temperaturę. Takie procesy przebiegają nadal aż do poziomu zera bezwzględnego (–273,15°C). W pewnych przypadkach (np. przechowywanie wołowiny) określony rodzaj degradacji tkanki jest wręcz pożądany. Przy schładzaniu świeżej żywności, np. mięsa, ważne jest, aby nie obniżać temperatury zbyt szybko, ponieważ mogłoby to spowodować uszkodzenie produktu. W przypadku owoców i warzyw temperatura wpływa na metabolizm, a co za tym idzie, na ilość ciepła wydzielanego w procesach oddychania.



Wilgotność i natężenie przepływu powietrza

Na jakość żywności wpływa także wilgotność. Zawartość wilgoci w otaczającym powietrzu odgrywa rolę w rozwoju mikroorganizmów. Sprzyja mu także zawartość wilgoci w produktach spożywczych. W atmosferze o niskiej wilgotności produkty tracą wilgoć, więc spada ich masa i jakość. Wynika stąd, że aby zapewnić świeżość i dłuższy okres trwałości artykułów spożywczych, trzeba utrzymywać określony poziom wilgotności w otaczającym je powietrzu. Ciągłe zachowywanie odpowiedniej zawartości wilgoci wymaga z kolei utrzymywania stałej temperatury. Oprócz zawartości wilgoci dla jakości ważne jest także natężenie przepływu powietrza. Dobrą jakość powietrza w chłodni zapewnia odpowiednia szybkość wymiany powietrza (zastępowania obecnego powietrza świeżym), ale natężenie jego przepływu wpływa także na chłodzenie i wysuszanie produktów: kiedy powietrze przemieszcza się szybciej, ciepło jest szybciej odprowadzane z produktu, ale jednocześnie przyspiesza się jego wysuszanie. Szybsze odwadnianie oznacza, że z produktów zostanie usunięta większa ilość wody, więc będą one cechować się mniejszą zawartością wilgoci. Wniosek: w chłodni należy zapewnić odpowiednie prędkość przepływu powietrza. Współczynnik produktu (Product Factor, PF) zależy od natężenia przepływu powietrza i rodzaju żywności. Z reguły im wyższe natężenie przepływu powietrza, tym wyższy współczynnik produktu, ale jednocześnie wyższe tempo wysuszania. Powierzchnia niektórych produktów (np. sałaty i grzybów) sprzyja odwadnianiu, natomiast innych (np. jabłek) jest pod tym względem bardziej odporna.



Podsumowanie

W ten sposób kończymy pierwszą część prezentacji poświęconej komorom chłodniczym i chłodzonym produktom. W kolejnej części zajmiemy się kwestią budowy odpowiedniej chłodni. Skupimy się na praktycznych wyzwaniach i wymaganiach dotyczących przygotowania właściwych warunków przechowywania produktów.


Autor: Stephan Bachmann - Danfoss Refrigeration Systems

Komora chłodnicza, moduł 1 – wprowadzenie
- Co to jest komora chłodnicza i jakie jest jej przeznaczenie?
- Co to jest system HACCP i jakie zasady są z nim związane?
- Jakie czynniki wpływają na jakość przechowywanej żywności?
- Jakie dostępne są metody umożliwiające utrzymanie wysokiej jakości przechowywanej żywności?
- Jakie procesy zachodzą w komorze chłodniczej?
- Jaki jest wpływ temperatury na jakość przechowywanych produktów?
- Jaki jest wpływ wilgotności i prędkości powietrza w komorze na jakość przechowywanych produktów?
- Jak zbudowana jest komora chłodnicza i podstawowy układ chłodniczy?
- Jakie rodzaje agregatów wykorzystujemy przy komorach chłodniczych i dlaczego?

Tematyka: aplikacje
Poziom: podstawowy
Czas trwania kursu to 30 minut + test
Język: angielski + polski

Komora chłodnicza, moduł 2 – zastosowania
- Jakie są rodzaje komór chłodniczych i jakie jest ich zastosowanie?
- W jakich temperaturach powinniśmy przechowywać produkty spożywcze w komorze chłodniczej?
- Jakie są przeliczniki / współczynniki W/m3 w prostej metodzie szacowania strat cieplnych komory chłodniczej?
- W jakim celu stosujemy regulację automatyczną układu chłodniczego komory chłodniczej?
- Jakie obiegi chłodnicze występują w komorach chłodniczych? Jakie są ich zalety, wady? Jakie elementy wchodzą w skład układów podstawowych i zaawansowanych?
- Jakie funkcje automatycznej regulacji są realizowane w komorze chłodniczej oraz jakie produkty są do tego wykorzystywane?
- Co to jest proces odessania czynnika w układzie chłodniczym ? W jakim celu i jak się go realizuje?
- Jak jest realizowany proces włączania / wyłączania wentylatora skraplacza? Jak jest realizowana regulacja obrotów wentylatora skraplacza? Jakie są wady i zalety obu sposobów regulacji ciśnienia skraplania?
- Co powinniśmy wiedzieć o procesie odtajania parownika? Dlaczego odtajanie jest konieczne? Jak często należy przeprowadzać odtajanie? Jak długo ma trwać proces odtajania? Jakie są rodzaje odtajania i jak są realizowane? Jakie są ich wady i zalety?
- Dlaczego i jak powinniśmy zabezpieczyć sprężarkę jeżeli jest ona stosowana w niskich temperaturach otoczenia? Jak zmienia się zawartość czynnika w oleju w zależności od panującego ciśnienia i temperatury w układzie chłodniczym?

Tematyka: aplikacje
Poziom: dla średnio zaawansowanych
Czas trwania kursu to 45 minut + test
Język: angielski + polski


Komora chłodnicza , moduł 3 – obliczanie obciążenia cieplnego, część 1
- Dlaczego obliczamy obciążenie cieplne komory chłodniczej?
- Jakie zakresy temperatur są stosowane w komorach chłodniczych, mroźniach i tunelach chłodniczych i zamrażalniczych?
- W jaki sposób jest obliczane obciążenie cieplne komory chłodniczej?
- Jakie rodzaje obciążeń cieplnych powinniśmy uwzględnić robiąc bilans cieplny chłodni?
- Jakie czynniki powinniśmy brać pod uwagę kalkulując obciążenie komory chłodniczej związane z przenikaniem ciepła?
- Jakie czynniki powinniśmy brać pod uwagę kalkulując obciążenie komory chłodniczej związane z przechowywanym produktem?
- Jakie są właściwości fizyczne oraz warunki przechowywania większości produktów spożywczych?
- Jakie są różnice między metodą tradycyjną a metodą entalpi przy obliczaniu obciążenia związanego z procesem chłodzenia towarów? Kiedy możemy wziąć pod uwagę użycia metody entalpi do kalkulacji obciążenia?
- Co to jest ciepło oddychania? Jak zmienia się ciepło oddychania większości warzyw i owoców w zależności od temperatury?

Tematyka: aplikacje
Poziom: dla zaawansowanych
Czas trwania kursu to 45 minut + test
Język: angielski + polski

Komora chłodnicza, moduł 3 – obliczanie obciążenia cieplnego, część 2
- Jakie czynniki powinniśmy brać pod uwagę kalkulując obciążenie komory chłodniczej związane z personelem, oświetleniem, urządzeniami elektrycznymi i maszynami znajdującymi się w komorze.
- Jakie czynniki powinniśmy brać pod uwagę kalkulując obciążenie komory chłodniczej związane z infiltracją powietrza w komorze?
- Co to jest wilgotne powietrze?
- Co to jest wykres psychometryczny powietrza wilgotnego?
- Jak na wykresie psychometrycznym przebiegają następujące procesy?
a) ogrzewanie powietrza
b) chłodzenie bez osuszania
c) chłodzenie i osuszanie
- Co to jest i jakie czynniki mają wpływ na ciepło jawne, ciepło utajone, i współczynnik ciepła jawnego SHR?
- Co to jest i w jakim celu zakładamy współczynnik bezpieczeństwa przy obliczaniu całkowitego obciążenia cieplnego komory chłodniczej?
- Od czego zależy maksymalny dobowy czas pracy sprężarki?
- Jak obliczana jest wydajność chłodnicza sprężarki?
- Na czym polega metoda szybkiego obliczania obciążenia cieplnego?
- Jak zmienia sią zapotrzebowanie na wydajność chłodniczą w zależności od czasu pracy sprężarki.

Tematyka: aplikacje
Poziom: dla zaawansowanych
Czas trwania kursu to 45 minut + test
Język: angielski + polski

Komora chłodnicza, moduł 4 – dobór produktów, część 1
- Jakie komponenty oraz jakie funkcje musimy uwzględnić podczas projektowania układu chłodniczego?
- Jakie produkty firmy Danfoss przeznaczone są do zastosowania w komorach chłodniczych?
- Jakie dane są potrzebne do doboru komponentów układu chłodniczego?
- Jak wygląda proces doboru urządzeń chłodniczych?
- Jaki jest cel stosowania urządzeń automatyki chłodniczej?
- Jaki jest zakres oferowanych sprężarek i agregatów firmy Danfoss?
- Jak dobrać sprężarkę i agregat skraplający przy pomocy oprogramowania Coolselector.

Tematyka: aplikacje
Poziom: dla zaawansowanych
Czas trwania kursu to 60 minut + test
Język: angielski + polski

Komora chłodnicza, moduł 4 - dobór produktów , część 2
- Jakie komponenty oraz jakie funkcje musimy uwzględnić podczas projektowania układu chłodniczego?
- Jakie dane są potrzebne do doboru komponentów układu chłodniczego?
- Dobór termostatycznych zaworów rozprężnych:
a) Jakie czynniki należy uwzględnić dobierając termostatyczne zawory rozprężne?
b) Jak wpływa dochłodzenie na wydajność zaworu?
c) Przykładowy dobór termostatycznego zaworu rozprężnego z wykorzystaniem danych zawartych karcie katalogowej.
d) Przykładowy dobór termostatycznego zaworu rozprężanego z wykorzystaniem oprogramowania Coolselector.
- Dobór elektronicznie sterowanego zaworu rozprężanego AKV
a) Jakie są poszczególne kroki związane z doborem zaworu elektronicznego AKV?
b) Jakie są korzyści ze stosowania zaworu AKV?
c) Przykładowy dobór elektronicznie sterowanego zaworu rozprężnego AKV
- Dobór zaworów elektromagnetycznych EVR
a) Jaki czynniki trzeba uwzględnić podczas doboru zaworów elektromagnetycznych?
b) Co to jest maksymalna i minimalna dopuszczalna różnica ciśnień?
c) Przykładowy dobór zaworu elektromagnetycznego.
- Dobór regulatorów ciśnienia
a) Jakie regulatory ciśnienia występują w ofercie firmy Danfoss i jakie spełniają funkcje?
b) Omówienie procesu otwierania regulatora ciśnienia – zakres proporcjonalności i uchyb, stabilność regulacji.
c) Jakie czynniki trzeba uwzględnić podczas doboru regulatora ciśnienia?
d) Przykład doboru regulatora parowania KVP.
e) Przykład doboru regulatora ciśnienia ssania KVL.
f) Przykład doboru regulatora ciśnienia skraplania KVR + NRD
- Dobór zaworów zwrotnych NRV/NRVH
a) Jakie czynniki należy uwzględnić podczas doboru zaworu zwrotnego?
b) Przykład doboru zaworu zwrotnego.
- Regulator ICV – platforma modułowa
a) Jakie funkcje regulacji możemy zrealizować przy pomocy zaworów ICS?
- Jakie parametry należy uwzględnić podczas doboru regulatorów prędkości wentylatorów skraplacza?
- Dobór wziernika.
- Dobór zaworu kulowego.
- Dobór filtra odwadniacza.
a) Jakie czynniki trzeba uwzględnić podczas doboru filtra odwadniacza?
b) Przykładowy dobór filtra odwaniacza.
- Dobór termostatów i presostatów

Tematyka: aplikacje
Poziom: dla zaawansowanych
Czas trwania kursu to 60 minut + test
Język: angielski + polski