Kurtyna powietrzna do mroźni MAT firmy Biddle

Nazwa "mroźnia" zastała użyta w niniejszym artykule do określenia tych chłodni, w których towary przechowywane są w temperaturach ujemnych najczęściej z przedziału -15 do -30 °C.

Występowanie mgły i osadzanie się lodu to problemy występujące w mroźni. Zjawiska te pojawiają się, kiedy zimne powietrze z mroźni spotka się z powietrzem z pomieszczenia przyległego. Całkowite rozdzielenie mroźni od pomieszczenia przyległego jest nieosiągalne ze względu na ciągłe przemieszczanie się personelu z i do mroźni. Producent - zajmujący się separacją klimatów oraz sprzętem kontrolującym klimat - Biddle w Kootstertille - w Holandii znalazł nowe rozwiązanie: kurtynę powietrzną do mroźni. Podczas gdy drzwi mroźni pozostają otwarte cały dzień, powietrze w pomieszczeniu przyległym oraz w mroźni pozostają rozdzielone.
Od wielu lat mroźnie używane są do przechowywania produktów (mięsa, ryb, warzyw, leków i chemikaliów) w temperaturze niższej od zera. Często mroźnie te są częścią centrów logistycznych, przeznaczonych do dystrybucji tych produktów. Mroźnie mogą być też częścią kombinatów produkcyjnych, gdzie produkty są przechowywane przed transportem do docelowego miejsca.
Mroźnie mogą mieć różne rozmiary i praktycznie każda z nich jest jedyna w swoim rodzaju, ze względu na swój wygląd, rozmiar, położenie czy wielkość. Mroźnie posiadają też wspólne cechy. Każda z nich ma przynajmniej jedne drzwi, które łączą mroźnie z pomieszczeniem załadunku, produkcji, przetwórstwa czy korytarzem, który łączy kilka mroźni razem. W niektórych wypadkach mroźnia jest połączona poprzez drzwi z obszarem zewnętrznym.
Wejścia te są używane do załadunku i rozładunku mroźni. Możliwości załadunku i rozładunku mroźni są różne i zależne od zastosowania, wyglądu oraz czasu powstania mroźni. Tradycyjne mroźnie są ładowane przez wózki, które transportują palety z towarem do mroźni i przechowują go na półkach (czasem wyższych niż 14 metrów). Nowoczesne mroźnie często używają zautomatyzowanego systemu, który odbiera i umieszcza w odpowiednim miejscu w mroźni palety z taśmy produkcyjnej. Otwarte drzwi powodują ciągłą wymianę zimnego powietrza z mroźni i powietrza ciepłego pochodzącego z pomieszczenia przyległego. Ta wymiana powietrza powoduje szereg problemów takich jak: mgła, lód i śnieg, znaczną utratę energii i wzrost temperatury wewnątrz mroźni, problemy związane z higieną, niebezpieczne sytuacje w obszarze drzwi a w związku z tym ryzyko kolizji wózków widłowych oraz wysokie koszty utrzymania.

Inżynierowie z firmy Biddle zajęli się problemami występującymi w obszarze drzwi mroźni i stworzyli produkt, który skutecznie rozwiązał wyżej wymienione problemy. Produkt ten dał możliwość optymalnego i efektywnego użycia mroźni przy otwartych drzwiach. Jest to kurtyna powietrzna MAT.
Problemy spowodowane konwekcją

Powróćmy do wcześniej wymienionego problemu: wymiany energii przez otwarte drzwi. Jest prawem fizyki, że natura zawsze dąży do wyrównania różnic w temperaturze. Zjawisko to obserwujemy zarówno w naszym systemie pogodowym jak i w budynkach. Nawet małe różnice w temperaturze będą powodować przemieszczanie i mieszanie się powietrza w celu znalezienia równowagi. W warunkach chłodniczych oznacza to, że zimne powietrze będzie uciekać z mroźni do ciepłego pomieszczenia przyległego, podczas gdy ciepłe powietrze z pomieszczenia przyległego będzie przemieszczać się górną częścią otworu do mroźni. Efekt ten nazywamy konwekcją (zobacz rysunek 1).

Rysunek 1: Efekt konwekcji poprzez otwarte drzwi wewnątrz mroźni
Rezultatem konwekcji jest olbrzymia wymiana energii, kiedy drzwi mroźni są otwarte. Efektem tego jest utrata zimnego powietrza z mroźni, podwyższenie temperatury zimnego powietrza w jej wnętrzu (szczególnie w pobliżu drzwi), co ma bardzo negatywny wpływ na przechowywane w niej produkty. Przepisy HACCP opisują bardzo ścisłe wymagania dotyczące temperatury wewnątrz mroźni i pozwalają na niewielkie odchylenia od tej temperatury. Jeśli nie zastosujemy odpowiednich kroków, wymagania te nie mogą być spełnione.
Kiedy ciepłe powietrze z pomieszczenia przyległego zostaje oziębione przez bardzo zimne powietrze z mroźni, wilgotność względna takiego powietrza przewyższa 100% co powoduje kondensację. Dostając się do mroźni wilgotne powietrze spowoduje powstanie mgły. W momencie, kiedy powietrze jest cieplejsze niż średnia temperatura w mroźni, mgła będzie się podnosić i docierać do ścian i sufitu. Będzie to powodować odkładanie się lodu, który ewentualnie będzie spadał w postaci śniegu na przechowywane w mroźni produkty oraz na podłogę (zobacz zdjęcie 1). Śnieg osadzający się na produktach stanowi problem, jeśli pomyślimy o przepisach HACCP, natomiast śnieg na podłodze może prowadzić do bardzo niebezpiecznych sytuacji dla personelu pracującego w mroźni. Zimne powietrze, które unosi się nad podłogą i przechodzi do pomieszczenia przyległego, powoduje, że również tam mogą się pojawić lód i śnieg, mogące prowadzić do jeszcze bardziej niebezpiecznych sytuacji dla pracujących ludzi oraz wózków widłowych.
Kolejnym problemem spowodowanym przez penetrację mgły jest lód występujący na urządzeniach chłodniczych. Lód tworzący się na częściach wentylatora zakłóca jego działanie oraz w istotny sposób skraca jego żywotność. Lód na parownikach urządzeń chłodniczych zmniejsza efektywność ich działania. Rezultatem tego są spore koszty utrzymania i napraw, jak również wysokie koszty zużycia energii. Aby zrównoważyć utratę efektywności sprzętu chłodniczego oraz straty chłodu przez otwarte drzwi, potrzebna jest dodatkowa wydajność chłodnicza.

Zdjęcie 1. Działanie mgły w mroźni.
Lód na ścianach i suficie, śnieg i lód na podłodze.
Plastykowe paski są bardzo często używane, aby zminimalizować utratę zimnego powietrza i dostawanie się ciepłego powietrza do wewnątrz mroźni. Tworzą one elastyczną, przezroczystą przegrodę pomiędzy ciepłą i zimną stroną. Niestety za każdym razem, kiedy personel bądź wózki widłowe przedostają się przez wejście, plastykowe paski są popychane z olbrzymią siłą, co powoduje ich szybkie uszkodzenie i pojawienie się szpar. Ze względu na wysoką siłę konwekcji, paski rozchylane są na boki, tworząc otwory, przez które ucieka zimne powietrze. Jeszcze gorszym działaniem zimnego powietrza jest tworzenie się lodu na powierzchni pasków, co powoduje ograniczenie ich przejrzystości, co z kolei prowadzi do niebezpiecznych sytuacji przy silnym natężeniu ruchu przez drzwi mroźni (zdjęcie 2).

Zdjęcie 2. Lód osadzający się na plastikowych
paskach powoduje brak przejrzystości wejścia
Za każdym razem, kiedy plastikowe paski są poruszane przez ludzi, bądź palety - lód i śnieg spadają z nich i tworzą warstwę lodu na podłodze i przechowywanych produktach. Ostatecznie, utrata zimnego powietrza poprzez plastikowe paski powoduje ponowne zwiększenie temperatury w mroźni. Kolejną sprawą są wymagania HACCP. Dotykanie plastikowych pasków przez pracowników i transportowane produkty powoduje osadzanie się na nich bakterii, które z kolei będą się dalej osadzać na innych składowanych produktach przy kolejnym zetknięciu. Wyobraźmy sobie jak niebezpieczna może być sytuacja, kiedy pałeczki Salmonelli z kurczaka przeniosą się na mrożone owoce, które spożywa się po odmrożeniu bez dalszego gotowania.
Innym często stosowanym rozwiązaniem, wybieranym, aby zminimalizować utraty zimnego powietrza wraz z wszystkimi negatywnymi skutkami, jakie to za sobą niesie, jest użycie tzw. szybko otwierających się drzwi. Drzwi te są otwierane poprzez pociągnięcie liny i są używane tylko w momencie, transportu palet lub przechodzenia ludzi. Oprócz tego, że inwestycja w te drzwi jest dosyć wysoka, mają one jeszcze więcej wad takich jak: za każdym razem, kiedy drzwi są otwierane, olbrzymie ilości zimnego i ciepłego powietrza mieszają się i w związku z tym mamy do czynienia z takimi samymi problemami, jakie zostały opisane powyżej. Dodatkowo drzwi te są bardzo delikatne i małe kolizje czy ekstremalne warunki temperatury często powodują ich uszkodzenie a koszty naprawy są wysokie. Czas otwierania i zamykania tych drzwi powoduje przeszkodę dla procesu logistycznego, co powoduje, że drzwi te nie są idealnym rozwiązaniem.




Zdjęcia 3 - 4. Masywne drzwi chronią przed osadzaniem się lodu, ale utrudniają transport i przemieszczanie się
personelu przez wejście, częste używanie plastikowych pasków niszczy je oraz zmniejsza widoczność przejścia.
Rozwiązanie: Kurtyna powietrzna MAT firmy Biddle
Zdjęcia poniżej, pokazują rozwiązanie firmy Biddle, kurtynę powietrzną MAT, dzięki której możliwy jest swobodny dostęp do mroźni. Skrót MAT oznacza Multi Air Stream Technology, jest to opatentowana technologia, która opiera się na nawiewaniu trzech osobnych strumieni powietrza, aby zminimalizować wymianę energii pomiędzy pomieszczeniem mroźni a pomieszczeniem przyległym oraz aby zlikwidować ryzyko pojawienia się mgły i osadzania się lodu. Kurtyna powietrzna zapewnia otwarte przejście z doskonałą widocznością, nieoblodzoną podłogę, ściany, sufit, urządzenia chłodnicze i składowane produkty. Gwarantuje brak pojawienia się bakterii, utraty energii lub wzrostu temperatury w mroźni a także pozwala na swobodne przejście bez blokady plastikowych pasków czy drzwi.





Zdjęcia 5 - 6. Zastosowanie kurtyny powietrznej firmy Biddle
Jak to działa?
Technologia MAT opiera się na stworzeniu trzech osobnych strumieni powietrza. Strumienie te są nawiewane przez silne wentylatory i zanim opuszczą urządzenie przelatują przez specjalne kratki RECTIFIER. Kurtyna zamontowana jest w specjalnej obudowie - korytarzu, na drzwiach mroźni. System nawiewu RECTIFIER gwarantuje, iż strumienie są laminarne, co zapewnia dotarcie powietrza do podłogi przy jednoczesnym zminimalizowaniu turbulencji.

Rysunek 2. Zasady działania kurtyny powietrznej MAT
Zapobieganie turbulencji i kondensacji
Podstawowym zadaniem kurtyny powietrznej jest stworzenie bariery między zimnym powietrzem uciekającym z mroźni i ciepłym dostającym się do niej. Dzięki recyrkulacji odpowiedniej ilości powietrza ciepłego i zimnego z obu pomieszczeń z odpowiednią prędkością, kurtyna powietrzna jest w stanie zatrzymać konwekcję i zminimalizować wymianę (drogiej) energii. W zasadzie pojedynczy lub podwójny strumień powietrza kurtyny mógłby mieć podobne działanie (warunek: strumień powietrza jest wystarczająco silny i bez turbulencji). Niestety, przy tworzeniu takiej bariery między ciepłym a zimnym powietrzem pojawia się nowy problem: zjawisko mgły.
Diagram Moliera (zobacz rysunek 3) pokazuje, że ciepłe powietrze przemieszczające się z pomieszczenia zewnętrznego (punkt A na wykresie) do suchego zimnego powietrza (punkt C na wykresie) w mroźni, ulegnie kondensacji. Poprzez stworzenie sytuacji, w której wilgotne powietrze zostanie pozbawione wilgoci, zanim przeniesie się do zimnego powietrza, możemy uniknąć zjawiska kondensacji. Kurtyna powietrzna MAT firmy Biddle wytwarza trzeci strumień (B na wykresie), który jest zimny, odpowiednio suchy i pobrany z mroźni. Ten strumień powietrza jest podgrzany do odpowiednio wysokiej temperatury, aby obniżyć stosownie wilgotność względną. Strumień ten zachowuje się jak gąbka i absorbuje wilgoć z strumienia powietrza A. Przesuwając się z punktu A przez punkt B do punktu C na diagramie Molliera nigdy nie będziemy mieli do czynienia z kondensacją i w związku z tym kurtyna powietrzna stworzy doskonałą barierę powietrzną, która zatrzyma zimne powietrze w mroźni i ciepłe powietrze w pomieszczeniu zewnętrznym, bez możliwości pojawienia się mgły.

Rysunek 3. Diagram Molliera, który pokazuje działanie kurtyny MAT
Oszczędność energii dzięki inteligentnej kontroli
Aby kontrolować trzy strumienie powietrza i zapewnić stałe, odpowiednie podgrzanie środkowego strumienia, kurtyna MAT zaopatrzona jest w inteligentne sterowanie cyfrowe oraz czujniki do pomiaru temperatury i poziomu wilgotności pomieszczenia przyległego.
W oparciu o odczyty z tych czujników regulator kurtyny MAT ustawia odpowiedni stopień grzania powietrza, aby uzyskać odpowiednią wydajność osuszającą. W ten sposób regulator zawsze dopasowuje temperaturę strumienia B, wzdłuż linii kondensacji na diagramie Molliera, w zależności od zmieniających się warunków w pomieszczeniu przyległym. Gwarantuje to prawidłowe działanie kurtyny przy zminimalizowanym poborze energii. Prawidłowo dobrana kurtyna zapewnia efektywność na poziomie 80-90%. Utrata energii jest minimalna w porównaniu z przejściem bez kurtyny powietrznej i zastosowaniu plastykowych pasków lub drzwi. Zaawansowane sterowanie zapewnia automatyczne podgrzanie strumienia B także w przypadku, kiedy warunki w pomieszczeniu przyległym zmieniają się w ciągu dnia. Mamy więc gwarancję, że w ciągu dnia przy otwartym przejściu nie pojawi się mgła. Instalując kurtynę z technologią MAT nie musimy już używać plastikowych pasków czy szybko otwierających się drzwi. Kurtyna MAT już po 20 sekundach od włączenia osiąga optymalne parametry pracy, następnie urządzenie może działać 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu.
Utrzymanie
W zależności od czasu użytkowania i poziomu wilgotności w pomieszczeniu przyległym urządzenie powinno być okresowo odszraniane. Cykl odszraniania włącza się automatycznie po zamknięciu się drzwi od mroźni. W normalnych warunkach powinno się to odbywać co 24 godziny, bądź raz na 5 dni ciągłego działania MAT. Po około 15 minutach odmrożenia, urządzenie jest gotowe do ponownej pracy. Konserwacja kurtyny MAT ogranicza się praktycznie do regularnej kontroli prawidłowej pracy wentylatorów. Oczyszczanie wentylatorów raz lub dwa razy w roku jest w pełni wystarczające. Sterownik z wyświetlaczem LCD pokazuje wszystkie aspekty pracy urządzenia a także kody błędów, które mogą się
pojawić podczas pracy urządzenia.
Czy MAT może być zastosowany w każdych warunkach?
Wysokość wejścia (maksymalna wysokość drzwi do mroźni) jest ograniczona. W zależności od warunków panujących w pomieszczeniu przyległym, maksymalna wysokość wejścia waha się w granicy 3 do 4 metrów. Wyższe drzwi wymagają odpowiednio dużej ilości powietrza, ograniczającego zjawisko konwekcji (czego konsekwencją jest bardzo wysoka wymagana wydajność grzewcza) i w związku z tym zastosowanie tej technologii staje się mniej efektywne. Część ciepła ze strumienia B musi być oziębiona przez mroźnię. Pomimo, że MAT gwarantuje przejrzyste przejście pozbawione mgły, również przy wyższych wejściach, pobór energii by to osiągnąć jest na tyle wysoki, iż przestaje to być efektywnym rozwiązaniem przy niskich kosztach. W dzisiejszych czasach obserwuje się tendencję do projektowania mroźni z wysokim wejściem, co pozwala na użycie wyższych wózków widłowych. Niestety, straty energii przy wysokich wejściach są olbrzymie.
Aby zoptymalizować działanie kurtyny MAT należy wziąć pod uwagę kilka wskazówek projektowych.
Strata energii przy otwartych drzwiach może być obliczona przy użyciu następującej formuły Manna/Hofera:

Z formuły tej wyprowadzamy równanie, które pokazuje, że strata energii przez otwarte drzwi wzrasta zgodnie ze wzorem:
Q = h3/2
gdzie "Q" oznacza stratę energii przez otwarte drzwi, a "h" wysokość drzwi.
Rysunek 4 pokazuje zależność energii od wysokości drzwi, przy temperaturze w mroźni
-25°C/90% oraz pomieszczeniu przyległym +10°C/70%.

Rysunek 4. Funkcja zależności strat energii i otwartych drzwi
Jest sporo sposobów aby nie stosować wysokich drzwi do mroźni. Palety mogą być umieszczone naprzeciwko drzwi mroźni na specjalnych wysokich wózkach widłowych a później mogą być odbierane przez małe wózki widłowe po stronie ciepłej. W tym przypadku mały wózek widłowy może też od razu umieścić palety na wózku czekającym w doku załadunkowym. Inną możliwością jest zastosowanie taśmociągu, który będzie przemieszczać palety na zewnątrz mroźni. Wnioski są takie, że należy utrzymywać wysokość drzwi na jak najniższym poziomie.
Wybór i instalacja
Jak powiedzieliśmy wcześniej regulator w kurtynie automatycznie dopasowuje podgrzanie strumienia B w zależności od warunków panujących w pomieszczeniu przyległym. Dzięki temu automatycznemu sterowaniu MAT jest w stanie ochronić mroźnię przed kombinacją temperatury i wilgotności w pomieszczeniu przyległym, ale z pewnymi ograniczeniami. Ograniczenia te zależą od temperatury w mroźni.
Wynik kalkulacji na pokazowym modelu ukazuje do jakiej kombinacji temperatura/ wilgotność urządzenie MAT będzie działało prawidłowo, dla modelu standardowego MAT (typ - E) oraz dla modelu ze zwiększoną wydajnością grzewczą (typ - EE).
MAT jest dostępny w trzech różnych rozmiarach: 1,35 m, 1,80 m i 2,25 m. W przypadku szerszych przejść można zainstalować dwie kurtyny obok siebie. Aby zapewnić optymalne działanie urządzenia, trzeba stworzyć korytarz izolacyjny naprzeciwko drzwi mroźni. Kurtyna może być zainstalowana na prętach gwintowych do konstrukcji korytarza albo bezpośrednio do sufitu. Urządzenie wykonane jest ze stali nierdzewnej i razem z elektroniką, wentylatorami i nagrzewnicą waży około 400 - 700 kg, co oznacza, że solidna konstrukcja jest niezbędna do odpowiedniego działania kurtyny. Szczegółowe szkice konstrukcji dostępne są na żądanie.
Aby zapewnić dobre funkcjonowanie kurtyny MAT należy uniknąć przeciągu w pobliżu wejścia do mroźni.
W praktyce oznacza to, w zasięgu kilku metrów do kurtyny MAT nie powinno znajdować się wyjście na zewnątrz. Jeśli MAT zainstalowany jest w pobliżu drzwi od sąsiadującego pomieszczenia należy również zadbać by nie występowały tam przeciągi. Zainstalowanie MAT przy wejściu do mroźni sąsiadującym bezpośrednio z przestrzenią zewnętrzną jest silnie odradzane. W momencie, kiedy w mroźni występuje kilka wejść o różnych poziomach wysokości, nigdy nie powinno być sytuacji, gdzie wszystkie drzwi są jednocześnie otwarte, ponieważ spowoduje to "wyciek" zimnego powietrza, którego nie zatrzyma ani kurtyna ani plastykowe paski. W przypadku, kiedy kilka wejść do jednej wielkiej mroźni występuje na tym samym poziomie, idealnym rozwiązaniem jest umieszczenie ich po jednej stronie budynku.
Kurtyny MAT dostarczane są wraz z panelem sterowania i wyłącznikiem drzwiowym. Urządzenie zasilane jest z sieci trójfazowej 400 V. Panel sterowania powinien być zamieszczony w pobliżu kurtyny MAT.
Instalacja nowoczesnej kurtyny powietrznej firmy Biddle to możliwość otwartych drzwi i przejrzyste przejście do mroźni przy minimalnych kosztach eksploatacyjnych oraz maksymalnej efektywności transportu. Technologia MAT gwarantuje pełną higienę oraz bezpieczne warunki pracy Twoich pracowników.
Autor R. Schomaker, Dyrektor ds. eksportu
Źródło: TeKlim