R
R
R
O
O
O
Z
Z
Z
W
W
W
II
I
Ą
Ą
Ą
Z
Z
Z
A
A
A
N
N
N
II
I
A
A
A
P
P
P
O
O
O
P
P
P
U
U
U
LL
L
A
A
A
R
R
R
N
N
N
Y
Y
Y
C
C
C
H
H
H
S
S
S
Y
Y
Y
S
S
S
T
T
T
E
E
E
M
M
M
Ó
Ó
Ó
W
W
W
W
W
W
E
E
E
N
N
N
T
T
T
Y
Y
Y
LL
L
A
A
A
C
C
C
Y
Y
Y
JJ
J
N
N
N
Y
Y
Y
C
C
C
H
H
H
W
W
W
P
P
P
R
R
R
Z
Z
Z
E
E
E
C
C
C
H
H
H
O
O
O
W
W
W
A
A
A
LL
L
N
N
N
II
I
A
A
A
C
C
C
H
H
H
Z
Z
Z
II
I
E
E
E
M
M
M
N
N
N
II
I
A
A
A
K
K
K
Ó
Ó
Ó
W
W
W
(dla rolników, którzy już posiadają przechowalnie
lub mają zamiar budować czy adaptować) dr hab. Zbigniew Czerko, prof. nadzw.
IHAR – PIB, Zakład Przechowalnictwa i Przetwórstwa Ziemniaka w Jadwisinie 05-140 Serock, e-mail: z.czerko@ihar.edu.pl
asadniczym zadaniem przechowalni jest dobre przechowanie ziemniaków od zbioru do sprzedaży przez zapew-nienie odpowiednich warunków termiczno- -wilgotnościowych. Przechowalnia powinna charakteryzować się dobrą izolacją cieplną, wyposażeniem w system wentylacji oraz w maszyny do obróbki ziemniaków. Największy wpływ na dobre przechowywanie ziemnia-ków ma odpowiedni system wentylacji, który umożliwia utrzymanie odpowiedniej tempera-tury i wilgotności w przechowalni we wszyst-kich okresach przechowywania.
Budowa systemu wentylacyjnego
W praktyce istnieje duża różnorodność roz-wiązań systemów wentylacyjnych, w zależ-ności od sposobu składowania oraz mecha-nizacji załadunku i rozładunku. Wszystkie systemy wentylacji stosowane w przecho-walniach do utrzymania wymaganej tempe-ratury wykorzystują głównie powietrze ze-wnętrzne (atmosferyczne). Dłuższe przecho-wywanie ziemniaków, do maja lub czerwca, a w przetwórstwie nawet do lipca, wymaga zastosowania urządzeń chłodniczych.
Działanie systemów wentylacji ze wzglę-du na czynnik wymuszający ruch powietrza można podzielić na 3 grupy:
mechaniczne, naturalne,
mieszane (naturalno-mechaniczne). Wietrzenie mechaniczne jest stosowane w większości przechowalni, w których wyso-kość pryzmy wynosi ponad 1,5 m, a także w przechowalniach do składowania w paletach skrzyniowych. W przechowalni o składowa-niu luzem po otwarciu klap wentylacyjnych i
włączeniu wentylatorów powietrze jest tło-czone do kanałów wentylacyjnych, a następ-nie przedostaje się od dołu przez warstwę ziemniaków wolnymi przestworami między bulwami. Powietrze odbiera ciepło oraz wil-goć z bulw. Nadciśnienie powoduje wypływ powietrza przez wyrzutnię na zewnątrz prze-chowalni. Przy gęsto rozmieszczonych kana-łach wentylacyjnych strumień powietrza jest równomiernie rozłożony na powierzchni całej pryzmy, powodując przewietrzanie wszyst-kich bulw. Ziemniaki wychładzają się zgod-nie z kierunkiem przepływu powietrza od dołu do góry (rys. 1).
Rys. 1. Schemat przechowalni do składowania luzem z wentylacją mechaniczną; Cz – czerpnia powietrza, Wo – wentylator, R – klapa wewnętrz-na (recyrkulacyjwewnętrz-na), W – wyrzutnia powietrza
W przechowalniach paletowych powietrze podczas wentylacji przepływa głównie mię-dzy paletami skrzyniowymi, a wewnątrz palet
Z
jego ruch jest minimalny. Intensywna wy-miana powietrza odbywa się w warstwie przyściennej palety, natomiast w środku jest ona bardzo słaba. Temperatura różnicuje się między środkiem a warstwą przyścienną palety.
Wietrzenie naturalne jest stosowane w przechowalniach małych, w których wyso-kość składowania ziemniaków luzem wynosi do 1,5 m, oraz w pomieszczeniach, w któ-rych ziemniaki składuje się w workach ażu-rowych i w paletach skrzyniowych (rys. 2). Wentylacja przechowalni wywołana jest róż-nicą temperatur wewnątrz i na zewnątrz po-mieszczenia, jak również w wyniku silnych wiatrów wiejących na zewnątrz przechowal-ni.
Rys. 2. Schemat przechowalni do składowania w paletach skrzyniowych z wentylacją naturalną (po zamontowaniu wentylatora w wyrzutni z wen-tylacją mieszaną); Cz – czerpnia powietrza, W – wyrzutnia powietrza
Przechowalnie z wietrzeniem miesza-nym wykorzystują wentylatory i ruch natu-ralny powietrza wywołany grawitacją i wia-trem. System mieszany lepiej wykorzystuje warunki atmosferyczne niż tylko naturalny. Pozwala na zaoszczędzenie znacznej ilości energii elektrycznej, szczególnie w okresie długotrwałego przechowywania. Najczęściej ziemniaki są składowane w paletach skrzy-niowych z ażurowymi bokami ustawionymi w odstępach 15 cm i schładzane metodą opły-wową.
W praktyce najczęściej stosuje się syste-my wentylacji mechanicznej, zarówno do składowania ziemniaków luzem, jak i w pale-tach skrzyniowych.
Budowa systemu wentylacji
w przechowalni o składowaniu luzem Budowa systemu wentylacji w każdej prze-chowalni może być inna, ale podstawowe elementy są takie same. Każdy system wen-tylacji składa się z budki wentylacyjnej z wentylatorem i klapami (czerpnią i recyrkula-cyjną), głównego kanału wentylacyjnego, kanału rozprowadzającego, wyrzutni powie-trza oraz systemu sterującego (rys. 3).
Podstawowe parametry techniczne sys-temu wentylacyjnego do składowania luzem są następujące:
wysokość składowania: 2,5-5,0 m,
wydajność wentylatorów (dawka wentyla-cyjna): 90 m3/godz. na 1 tonę ziemniaków, spręż wentylatora: 300-350 Pa,
rozstaw kanałów rozprowadzających: 60% wysokości pryzmy,
prędkość przepływu powietrza w kana-łach: V = 5 m/s,
prędkość przepływu powietrza w czerpni i wyrzutni: 5-6 m/s,
dawka wentylacyjna: 90 m3/t/godz.
Rys. 3. Elementy systemu wentylacyjnego w przechowalni do składowania luzem: 1 – kanał
rozprowadzający, 2 – główny kanał wentylacyjny, 3 – wentylator, 4 – czerpnia, 5 – siłownik elek-tryczny
Bardzo ważne w przechowalni są: dobór wentylatora i budowa kanałów wentylacyj-nych. Stosowane są wentylatory osiowe o wydajności ok. 90 m3
ziem-niaków. Przykładowo, komora w przecho-walni o pojemności 200 ton ziemniaków wy-maga zainstalowania wentylatora o wydaj-ności 18 000 m3/godz., czyli 5 m3/s.
Drugim istotnym elementem są kanały wentylacyjne rozprowadzające powietrze pod pryzmą ziemniaków, które mogą być umieszczone na podłodze lub pod nią. Kana-ły napodłogowe muszą być rozbieralne, czyli składać się z segmentów, które można prze-nosić. Kanały układa się w czasie usypywa-nia pryzmy. Podczas rozładunku przecho-walni kanały napodłogowe są rozbierane w miarę wybierania ziemniaków.
Zalety kanałów napodłogowych: ●łatwe do czyszczenia, ●niższe koszty inwestycyj-ne. Zalety kanałów podpodłogowych: ●łatwiejszy załadunek i rozładunek komory, ●bardziej równomierna dystrybucja powie-trza w pryzmie.
Rys. 4. Kanały wentylacyjne rozprowadzające powietrze: A – napodłogowy o przekroju
półokrą-głym, B – napodłogowy o przekroju trójkątnym, C – napodłogowy o przekroju okrągłym, D –
pod-podłogowy
Ziemniaki powinny być równomiernie przewietrzane na całej powierzchni, dlatego kanały rozprowadzające muszą być odpo-wiednio rozmieszczone. Najkorzystniej było-by rozmieścić je w miarę gęsto, ale ze względu na potrzebę obniżania nakładów inwestycyjnych przyjmuje się za optymalny rozstaw 60% wysokości pryzmy; np. dla pry-zmy o wysokości 3 m rozstaw wyniesie 3 m x 60% = 1,8 m pomiędzy środkiem kanałów.
Rodzaje kanałów wentylacyjnych przedsta-wia rysunek 4.
Klapy wentylacyjne: czerpnia, wyrzutnia i klapa do mieszania powietrza powinny być przystosowane do otwierania ręcznego i ewentualnie za pomocą siłowników elek-trycznych. Wyrzutnie powietrza mogą być umieszczane w ścianie przechowalni lub w dachu. Umieszczenie w ścianie jest korzyst-niejsze ze względu na łatwiejsze uszczelnie-nie i zabezpieczeuszczelnie-nie przed deszczem. Ogól-nie można przyjąć, że wyrzutOgól-nie dachowe są korzystniejsze w przechowalniach o małych komorach (30-100 t), a wyrzutnie ścienne w komorach o dużej pojemności (200-1000 t). Wyrzutnia powinna być izolowana do współ-czynnika przenikania ciepła U = 0,4 W/m2·K.
Budowa systemu wentylacji w przechowalniach o składowaniu w paletach skrzyniowych
System wentylacji składa się z zespołu tylacyjnego, w którym umieszczone są: wen-tylator, czerpnia powietrza zewnętrznego, czerpnia powietrza wewnętrznego, rury na-dmuchowe oraz wyrzutnie powietrza (rys. 5).
Stosy palet powinny być ustawione w od-stępie ok. 10 cm, tak aby podczas wentylacji powietrze opływało jak najwięcej boków. Tłoczone z zewnątrz zimniejsze powietrze, przepływając, opada między stosy palet skrzyniowych aż do posadzki. Wypływ po-wietrza z komory przechowalni odbywa się przez wyrzutnie, które mogą być umieszczo-ne w różnych miejscach, np. na ścianie przeciwległej lub przylegającej do zespołu wentylacyjnego. Usytuowanie wyrzutni ma duże znaczenie dla równomiernego i całko-witego przewietrzania komory.
Podstawowe parametry techniczne opły-wowego systemu wentylacyjnego do skła-dowania w paletach skrzyniowych są nastę-pujące:
● wysokość składowania: 3-6 palet skrzy-niowych o pojemności 500-1500 kg,
● budowa palety skrzyniowej: boki i podłoga ze szczelinami o szerokości 2 cm,
● ustawienie palet skrzyniowych: w odstę-pach co 10 cm,’
● wydajność wentylatora (dawka wentyla-cyjna): 120 m3/godz. na 1 tonę ziemniaków, ● spręż wentylatora: 150 Pa,
● prędkość przepływu powietrza przez czer-pnie i wyrzutnie: 5 m/s.
Rys. 5. System wentylacji opływowy do składowania w paletach skrzyniowych: 1 – budka wentylacyjna z wentylatorem i klapami, 2 – rura do napływu powietrza nad palety,
3 – wyrzutnia, 4 – palety skrzyniowe
Porównanie nakładów na budowę i eksploatację obu przechowalni (luzem i palety)
Budowa przechowalni paletowej jest łatwiej-sza i tańłatwiej-sza niż o składowaniu luzem, gdyż konstrukcja ścian może być lżejsza ze względu na to, że nie muszą one przenosić naporu ziemniaków. Także system wentylacji jest prostszy i łatwiejszy do zainstalowania. Adaptacja budynków gospodarczych na przechowalnie o składowaniu w paletach skrzyniowych jest łatwiejsza.
Jednak z porównania kosztów eksploata-cyjnych obu typów przechowalni wynika, że
w przechowalni paletowej są wyraźnie więk-sze nakłady na energię (prąd, gaz), co ilu-struje rysunek 6. Ten wzrost nakładów ener-gii jest związany z wewnętrznym transpor-tem i ustawianiem palet skrzyniowych w sto-sy oraz z dłużej trwającą wentylacją. Ograni-czyć nakłady energii można, skracając drogę transportu wewnętrznego, np. stosując ko-mory składowe po obu stronach sortowni oraz wstępną selekcję i podział dostarcza-nych bulw na frakcje. Także czas wentylacji można ograniczyć dzięki automatycznemu sterowaniu wentylacją.
Rys. 6. Udział nakładów inwestycyjnych i eksploatacyjnych (%) w przechowalni o składowaniu luzem i w paletach skrzyniowych
(wyliczenia dla przechowalni o poj. 1000 t)
Sterowanie wietrzeniem w przechowalniach
Podejmowanie właściwych decyzji o sposobie wietrzenia oraz o czasie załączenia i wyłączenia wentylatorów ułatwia-ją zainstalowane w przechowalni:
● czujniki temperatury bulw, umieszczone w charaktery-stycznych punktach (przynajmniej dwa: na górze i dole pry-zmy);
● czujnik temperatury powietrza mieszanego, umieszczo-ny za wentylatorem;
● czujnik temperatury powietrza atmosferycznego, umie-szczony 0,5 m przed czerpnią i osłonięty przed słońcem; ● czujnik wilgotności powietrza atmosferycznego (pomiar pomocniczy w stosunku do temperatury).
Właściwe sterowanie sys-temem wietrzenia w dużej mierze decyduje o dobrym przechowywaniu. Sterowanie polega głównie na załączaniu wentylatora i otwieraniu klap. Można to robić ręcznie lub automatycznie. Sterowanie rę-czne wymaga następujących czynności:
● odczytanie temperatury na zainstalowanych termome-trach,
● po przeanalizowaniu tem-peratury występującej w prze-chowalni i na zewnątrz podję-cie decyzję o sposobie wyko-rzystania obiegu wentylacji, ● otwarcie klap,
● włączenie wentylatorów, ● analiza zmian temperatury podczas wietrzenia,
● wyłączenie wentylatorów i zamknięcie klap po uzyskaniu wymaganej temperatury w przechowalni,
● dalsza obserwacja zmian temperatury (co kilka godzin).
W praktyce sterowanie rę-czne jest dosyć kłopotliwe, dlatego w nowoczesnych przechowalniach stosuje się sterowanie automatyczne. W małych przechowalniach in-staluje się proste sterowniki oparte na sterowaniu tempe-raturą. Bardzo pomocne do załączania i wyłączania wen-tylatorów mogą być proste w obsłudze i tanie sterowniki czasowe. Jak widać na rysun-ku 7, przedstawiającym prze-bieg temperatury i wilgotności w ciągu doby w miesiącach jesiennych, najkorzystniejsza pora do wentylacji występuje w nocy, gdyż w tych godzi-nach utrzymuje się najniższa temperatura i wilgotność.
40 50 60 70 80 90 100 5 6 7 8 9 10 11 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 W il g o tn o ść (% ) T e m p e ra tu ra Godziny temp. wilg.
Rys. 7. Przykładowy dobowy przebieg temperatury i wilgotności w miesiącach jesiennych
W większych przechowalniach stoso-wane są sterowniki, które oprócz podsta-wowych parametrów, tj. temperatury i wilgot-ności, mogą ponadto mierzyć stężenie CO2, prędkość wentylowanego powietrza, położe-nie klap oraz ciśpołoże-niepołoże-nie w głównym kanale. Rozszerzone są także funkcje wykonawcze. Mikroprocesor może sterować takimi proce-sami w przechowalni jak wentylacja, nawil-żanie, mechaniczne chłodzenie, grzanie. Podsumowanie
1. Urządzenia do wentylacji są najważniej-szym wyposażeniem przechowalni, decydu-jącym o jakości przechowywanych ziemnia-ków.
2. Rozwiązanie systemu wentylacji zależy od sposobu przechowywania i wielkości przechowalni.
3. Proste rozwiązania mogą być wykonane we własnym zakresie, a nowocześniejsze powinny być budowane przez firmy profesjo-nalne.
4. W przechowalni o składowaniu luzem bardziej praktyczne, i obliczone na wiele lat eksploatacji, są kanały wentylacyjne zagłę-biane w ziemi.
5. W polskich warunkach klimatycznych za-stosowanie wentylacji naturalnej powinno być wspomagane wentylatorami (wentylacja naturalno-mechaniczna).
6. W przechowalni paletowej pojemność palet jest uzależniona od wielkości komory; podstawowa paleta ma pojemność 1000 kg, a w małych komorach 500 kg.
7. W przechowalnictwie bardzo ważny jest początek przechowywania, osuszenie świe-żo wykopanych ziemniaków, a później ich schłodzenie.
