1 Общая часть
1.1 Виды и устройство торгового холодильного оборудования
Широкий ассортимент холодильной техники позволяет выбрать наиболее подходящие для конкретных условий использования агрегаты, в то время как отличные презентационные качества машин, применяемых в торговле, позволяют демонстрировать продаваемую продукцию покупателям в выгодном свете, обеспечивая, таким образом, необходимое количество продаж [4].
Современные модели торговых холодильных установок обладают широчайшим диапазоном технических параметров. В зависимости от габаритов, производительности, конструктивных особенностей и предназначения оборудования различают следующие классы машин:
– холодильные витрины;
– морозильные бонеты и лари;
– холодильные камеры и шкафы;
– льдогенераторы;
– холодильные столы;
– холодильные горки.
Холодильные витрины используются для красткосрочного хранения и демонстрации покупателям пищевой продукции при отсутствии пленочной упаковки. Оборудование этого типа превосходно дополняет интерьер торгового зала, позволяя хранение и презентацию самых различных продовольственных товаров. Витрины позволяют сэкономить значительную часть полезной площади помещений, создавая прекрасные условия для торговли. Они оснащаются системой освещения и обладают достаточно большой площадью выкладки. В то же время, агрегаты этого класса обладают компактными габаритами и могут устанавливаться в отдельные линии или комплексы, позволяя выкладку товаров по группам[5].
Холодильные шкафы являются классическим типом закрытого оборудования, предназначенного для длительного хранения пищевой продукции при заданных режимах температур. Нередко шкафы, оснащенные прозрачными дверцами, выполняют роль витрин, и зачастую служат для выкладки и демонстрации покупателям различных напитков, либо продукции, которая требует поддержания определенных температур при хранении.
Морозильные бонеты предназначены для длительного хранения и демонстрации покупателям замороженной продукции. Благодаря компактным размерам агрегаты данного класса можно с успехом использовать даже в небольших торговых залах. Кроме того, благодаря хорошей вместимости, морозильные бонеты позволяют частичную разгрузку складских запасов продукции.
Морозильные лари представляют собой агрегаты, служащие для быстрой заморозки и хранения пищевой продукции на протяжении длительных сроков. Этот тип торгового оборудования обладает компактными размерами, мобильностью и универсальностью в использовании. Кроме того, благодаря простоте конструкции такие агрегаты весьма удобны в обслуживании [6].
Холодильные столы совмещают в себе особенности рабочего стола для обработки продукции и приготовления различных блюд, облегчая технологический процесс подготовки товаров к продаже.
Холодильные горки или регалы представляют собой охлаждаемые стеллажи, предназначенные для вертикальной выкладки продаваемой продукции, которые обеспечивают удобство доступа покупателей к понравившимся им товарам.
Льдогенераторы – это отдельный вид торгового холодильного оборудования, предназначенного для производства льда самых различных форм в неограниченных количествах.
Основной несущей конструкцией холодильного оборудования является металлический каркас различной, в зависимости от назначения конфигурации. С внешней и внутренней стороны он облицован пластиком, стеклом либо стальными листами, покрытыми синтетической эмалью. В качестве технологических, декоративных элементов могут использоваться:
– нержавеющая сталь;
– цветной слоистый пластик;
– алюминиевый профиль;
– стекло (плоское, гнутое, цветное);
– зеркала.
Стенки и дверцы торгового холодильного оборудования имеют многослойную конструкцию. За внешними отделочными материалами следует гидроизоляционная прослойка (пергамин, пергаментная бумага, полиэтиленовая пленка и др.), теплоизоляционный слой (пенопласт, мипора, стекловата, шлаковата, пенополистирол) [7].
После теплоизоляционного слоя вновь проложена гидроизоляционная прокладка и далее следует внутренняя отделка охлаждаемого пространства. Поскольку внутренняя поверхность охлаждаемых камер может соприкасаться с продуктами, она должна быть выполнена из нейтральных не коррозирующих материалов (нержавеющая сталь, пищевой алюминий, эмалированная сталь).
Для более эффективного использования внутреннего охлаждаемого объема шкафы, прилавки, витрины, камеры оборудуют стеллажами, полками, кассетами, кронштейнами, изготовленными из тех же нейтральных материалов.
Холодильные и морозильные камеры использует широкий круг потребителей – от небольших предприятий до огромных складских комплексов, нуждающихся в создании специальных условий хранения[8]. По своему назначению, устройству и правилам эксплуатации такие камеры аналогичны маленьким стационарным холодильникам.
Холодильные и морозильные камеры предназначены для хранения в складских помещениях магазинов запасов скоропортящихся продуктов в течение времени, не превышающего допустимые сроки хранения (3 – 5 суток). Они могут быть стационарными и сборными.
Стационарные камеры проектируются и строятся в составе торговых зданий.
Сборные холодильные камеры могут устанавливаться как на новых, так и на действующих предприятиях торговли, где строительство стационарных камер является нецелесообразным или для этого нет соответствующих условий.
Сборные камеры собирают из отдельных щитов – деревянных рам, обшитых с двух сторон металлическими листами, между которыми находится теплоизоляция (пенопласт или пенополиуретан). В охлаждаемом объеме камер в боковых стенках установлены полки (решетки) для продуктов. К потолку камер или к специальным штангам крепятся крюки для подвешивания мясных туш. Дверь камеры имеет замок и ручку для открывания ее снаружи и изнутри Уплотнитель двери должен плотно прилегать к дверному проему по всему его контуру, что уменьшает тепловые притоки [9].
Испарители располагают под потолком камеры. Под ними крепится поддон с трубкой для отвода конденсата при оттаивании испарителя. Внутри камеры имеется закрытый светильник. Охлаждающие агрегаты устанавливают отдельно около камер.
Все большим спросом пользуются сборно – щитовые холодильные и морозильные камеры различных объемов и конфигураций[10].
В конструкцию деталей, заложены два принципа, которые обеспечивают ее продукции более высокий уровень, чем у остальных конкурентов:
– возможность сочленения любых двух элементов из гаммы выпускаемых деталей, что позволяет собирать корпуса холодильных камер любой конфигурации и использовать простенки помещения;
– замковый способ соединения панелей, который обеспечивает прочность и возможность многократной сборки разборки корпуса камеры.
Основные элементы корпуса холодильной камеры:
– дверной блок;
– стеновые и потолочные панели;
– половые панели;
– угловые элементы.
Дверной блок представляет собой единое изделие, включающее в себя дверную коробку с элементами.
Холодильные камеры можно устанавливать как на открытых площадках, так и внутри помещения [11].
Важнейшим видом торгового холодильного оборудования являются торговые холодильные шкафы, предназначенные для хранения, демонстрации и продажи скоропортящихся товаров. Так же, как и все остальные виды оборудования, они имеют три вида режима хранения:
–плюсовой;
– среднетемпературный (от 0°С до 8°С);
– низкотемпературный (от –12°С до –22°С).
В зависимости от этого они могут предназначаться для хранения напитков, охлажденных продуктов и замороженных продуктов.
Предлагаемые на российском рынке холодильные шкафы можно классифицировать по разным признакам:
1. По месту применения:
– в зоне доступности покупателей (торговый зал, бар кафе);
– в зоне хранения запаса товаров (подсобные и складские помещения, рабочее место продавца).
2. По способу охлаждения:
– с естественной циркуляцией охлажденного воздуха;
– с принудительной циркуляцией охлажденного воздуха (для уравнивания температуры по всему объему шкафа применяют вентилятор).
Разброс температуры в этом случае снижается до 1 – 2°С [12].
3. По температурному режиму хранения
– для скоропортящихся продуктов (0С – 5С)
– для напитков (15С– 17С)
– для кратковременного хранения замороженных продуктов (–1С – – 18С)
– для длительного хранения замороженных продуктов (–18С – –30С)
4. По количеству полок и расстоянию между ними.
5. По наличию подсветки.
6. По месту расположения компрессорно-конденсаторного агрегата:
– с верхним агрегатом;
– с нижним агрегатом.
7. По виду дверей:
– с глухими (непрозрачными) металлическими дверями (удобны к применению вне зоны видимости покупателей);
– со стеклянными (прозрачными) дверями (в зоне видимости покупателей);
– шкафы – витрины, которые позволяют осуществлять не только хранение, но и демонстрацию товаров.
8. По конструктивным особенностям дверей:
– распашные;
– раздвижные;
– самозакрывающиеся скользящие стеклянные.
9. По месту установки холодильного агрегата:
– со встроенным агрегатом;
– с отдельно установленным агрегатом.
10. По количеству камер:
– однокамерные;
– двухкамерные и более камерные.
На рынке холодильных шкафов предлагается более 25 торговых марок – «Ариада», «Pozis», «Бирюса», «DERBY», «Caravell» и прочие.
При характеристике отдельных модификаций шкафов главными признаками являются их полезный объем, температурный режим, материал и конструкция дверей, количество полок и наличие подсветки и вентиляторов в охлаждаемом объеме. Большинство предлагаемых производителями шкафов со встроенными холодильными агрегатами имеют объем 160 – 1400 л.
На рынке в основном предлагаются два вида охлаждаемых шкафов: средне– и низкотемпературные. И те и другие шкафы представлены модификациями с глухими и стеклянными дверями, причем в комбинированных моделях (только отечественного производства) объемы среднетемпературной и низкотемпературной секций практически равные. Эти шкафы конструктивно имеют две или четыре дверцы [13].
Предлагаемые модели могут быть с глухими металлическими и стеклянными дверями. Шкафы с глухими металлическими дверями используют обычно вне зоны видимости покупателей. Прозрачные двери в охлаждаемых шкафах требуют применения герметичных стеклопакетов, состоящих из двух или даже трех слоев стекла с вакуум прослойкой, окантованных специальными герметичными профилями[14].
1.2 Устройство и принцип работы холодильных установок
Основными составляющими частями холодильных установок являются:
– компрессор, создающий необходимую разность давлений;
– испаритель, забирающий тепло из внутреннего объёма холодильника;
– конденсатор, отдающий тепло в окружающую среду;
–терморегулирующий вентиль, поддерживающий разность давлений за счёт дросселирования хладагента;
– хладагент, вещество, переносящее тепло от испарителя к конденсатору.
1. Холодильный компрессор — компрессор, предназначенный для сжатия и перекачки паров хладагента в холодильных установках.
Чаще всего используются поршневые компрессоры. Число поршней варьируется от 1 для бытовых устройств до 8 для крупных стационарных компрессоров. Также поршневые компрессоры могут быть одно– и многоступенчатыми (обычно 2– ступенчатыми). В них холодильный агент, сжатый в цилиндрах первой ступени, охлаждается и поступает в цилиндры второй ступени.
Другой распространённый тип компрессоров – винтовые. В них сжатие холодильного агента осуществляется в полости, образуемой либо между вращающимися роторами, либо между ротором и корпусом. Винтовые компрессоры обладают большей холодопроизводительностью по сравнению с поршневыми компрессорами, при сопоставимых размерах.
2. Испарители предназначены для охлаждения жидкости или воздуха. Интенсивность теплопередачи в испарителе зависит от перепада температур, чистоты стенок труб, скорости движения холодильного агента и среды, физических свойств холодильного агента и прочих условий. По конструкции испарители бывают трубчато – змеевиковые, кожухотрубные, листотрубные, гладкотрубные. По характеру заполнения жидким холодильным агентом различают испарители затопленного и незатопленного типа.
3. Конденса?тор (от лат. condensare – «уплотнять», «сгущать») – двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью, устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.
4.Терморегулирующий вентиль – вентиль для поддержания давления хладагентов.
5. Холодильный агент (хладагент) – рабочее вещество холодильной машины, которое при кипении и в процессе изотермического расширения отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде за счёт конденсации (воде, воздуху).
Основными холодильными агентами являются аммиак, фреоны (хладоны), и некоторые углеводороды. Следует различать хладагенты и криоагенты. У криоагентов ниже температура кипения. Это не касается появившихся в последнее время компрессионных криостатов, способных охлаждать до температур ниже ?120 °C без применения жидкого азота, как это было принято последние сто лет. В качестве холодильного агента при создании оксиликвита используется кислород. Он же служит окислителем.
Типы холодильных агрегатов по принципу действия:
–компрессионный;
–абсорбционный;
–термоэлектрический;
– с вихревыми охладителями.
1.Копрессионный
Компрессор засасывает из испарителя хладагент в виде пара, сжимает его (при этом температура хладагента повышается) и выталкивает в конденсатор.
В бытовых холодильниках используются герметичные поршневые мотор-компрессоры. В таких компрессорах электродвигатель располагается внутри корпуса компрессора, что позволяет предотвратить утечки хладагента через уплотнение вала. Для поглощения вибраций применяется подвеска компрессора. Подвеска компрессора может быть наружной, когда на пружине подвешивается корпус компрессора, или внутренней, когда подвешен двигатель компрессора внутри корпуса. В современных бытовых холодильниках наружная подвеска не применяется, так как она хуже поглощает вибрации компрессора, который к тому же производит больше шума. Для смазки компрессора применяют специальные рефрижераторные масла. Стоит отметить, что масло и хладагент хорошо растворяются друг в друге.
2.Абсорционный
В абсорбционном холодильнике охлаждение рабочей камеры происходит за счёт испарения хладагента (чаще всего аммиака), так же как и в компрессионном. В отличие от компрессионного холодильника, циркуляция хладагента происходит за счёт его растворения в жидкости, обычно в воде. Объёмом воды может быть поглощено до 1000 объёмов аммиака. Насыщенный раствор аммиака поступает в генератор, а затем в дефлегматор, где разлагается на аммиак и воду. Газообразный аммиак сжижается в конденсаторе и снова поступает в испаритель, а очищенная от аммиака вода поступает в абсорбер.
Для циркуляции воды в системе могут применяться разнообразные приспособления, например струйные насосы, что позволяет обойтись без движущихся частей. В систему холодильника добавляется также инертный к компонентам системы газ, например водород. В этом случае давление во всей системе почти одинаково, а испарение хладагента происходит за счёт изменения парциального давления.
Помимо аммиака и воды, могут использоваться и другие пары веществ – например, ацетилен и ацетон.
Преимущества абсорбционных холодильников – бесшумность работы, отсутствие движущихся механических частей, возможность работы от нагрева прямым сжиганием топлива.
Недостатки – плохие удельные показатели хладопроизводительности на единицу объёма, а также чувствительность к положению в пространстве. Такие холодильники практически не используются в современных квартирах, но распространены в местах, где нет круглосуточного доступа к электричеству: например в домах на колёсах, где они работают от электричества на стоянках в кемпингах, а в пути работают от сжигания природного газа. Кроме того, абсорбционные агрегаты часто используются в промышленных холодильниках в тех случаях, когда более выгодно использовать энергию сгорания газа, а не электричество.
3.Термоэлектрический
В основе работы термоэлектрического холодильника лежит Эффект Пельтье – когда при прохождении тока через контакт двух разнородных проводников в направлении контактной разности потенциалов происходит поглощение тепловой энергии, а при прохождении в обратном направлении – выделение.
Холодильник на элементах Пельтье бесшумен, надёжен и долговечен, но большого распространения не получил из – за дороговизны охлаждающих термоэлектрических элементов. Еще одним минусом является зависимость холодопроизводительности от температуры окружающей среды. Тем не менее, сумки – холодильники, небольшие автомобильные холодильники и кулеры питьевой воды часто делаются с охлаждением от элементов Пельтье [15].
4. С вихревыми охладителями
Охлаждение осуществляется за счёт расширения предварительно сжатого компрессором воздуха в блоках специальных вихревых охладителей.
Распространения не получил из – за большой шумности, необходимости подвода сжатого (до 10 – 20 Атм) воздуха и очень большого его расхода, низкого коэффициента полезного действия. Достоинства – безопасность, так как не используется электричество, и нет ни движущихся механических частей, ни опасных химических соединений в конструкции, долговечность, надёжность.
Для поддержания необходимых температурных режимов в холодильной установке используются:
– компрессорно – ресиверный агрегат, который располагается снаружи термоизолированного контура камеры и может быть смонтирован на расстоянии 10 – 20 метров от нее;
– конденсатор воздушного охлаждения, который монтируется на улице;
–воздухоохладитель, который располагается непосредственно в самой холодильной камере.
Вся система и процесс работы контролируется автоматикой, для чего в системе предусмотрены автоматические регулирующие вентили и щит управления [16].
Спиральные скороморозильные аппараты относятся к промышленному холодильному оборудованию непрерывного действия. Они предназначены для шоковой заморозки штучной пищевой продукции: пельмени, котлеты, блинчики, манты, вторые блюда на подложке, рыба свежемороженая, филе, люля – кебаб, крабовые палочки. Шоковая заморозка в спиральном скороморозильном аппарате позволяет сохранить все вкусовые качества, полностью остановить активность микрофлоры и предотвратить образование крупных кристаллов льда, которые появляются при менее интенсивной заморозке.
Спиральный скороморозильный аппарат представляет собой спиральный многоярусный конвейер, по которому движется замораживаемая продукция и морозильная система обеспечивающая интенсивный отбор тепла от продукта. Сам конвейер располагается в термоизолированном контуре (камере) в котором так же расположен мощный напольный воздухоохладитель (шок – фростер), который обеспечивает равномерный обдув продукции на всех уровнях конвейера воздухом при температуре от – 30 до – 33 С.
Заморозка в спиральном скороморозильном аппарате осуществляется следующим образом: продукция в один слой укладывается в конвейер, который увлекает продукт внутрь термоизолированного контура. Пройдя по всем уровням конвейера, на выходе мы получаем готовый замороженный продукт.
Камеры шоковой заморозки относятся к холодильному оборудованию периодического действия. Основным принципом шоковой заморозки является ускоренное преодоление всех этапов замораживания продукции. Они применяются практически во всех отраслях пищевой промышленности для заморозки мяса, рыбы, птицы, фарша. Заморозка продукции в камерах шоковой заморозки гарантирует качественную шоковую заморозку продукции без потери качества исходного продукта, а так же значительно увеличивает сроки хранения замороженной продукции [17].
Заморозка продукции в камере шоковой заморозки проходит в несколько этапов.
Первый этап – охлаждение.
В этот период времени продукт охлаждается с температуры + 20С до 0 С. В камере шоковой заморозки этот этап удается максимально сократить по сравнению с морозильной камерой путем интенсивного, направленного движения воздуха, охлаждённого до температуры – 35 С. Для этого в камере устанавливается фальш – потолок, который возвращает воздух забравший тепло от продукта обратно к шок – фростеру для охлаждения.
Второй этап – подмораживание.
При подмораживании происходит преодоление креоскопической точки с температуры 0 градусов до температуры – 5С, при котором происходит переход из жидкой фазы в твердую до 70% жидких фракций продукта. Этот момент очень важен, так как от скорости преодоления креоскопической точки зависят размеры образующихся кристаллов в клетках тканей продукции.
Третий этап – домораживание.
При домораживании происходит дальнейший отбор тепла от продукта и понижение температуры с –5 С до – 18 С. В это время происходит окончательный переход жидких фракций продукта в твердую фазу, что обеспечивает возможность долговременного хранения без каких – либо ферментативных изменений в продукте [18].
Льдогенераторы – жидкий лед. Жидкий лед – это гелеобразная масса, состоящая из мельчайших кристалликов льда (размеры не превышают 0,01 мм.) и переохлажденной морской или соленой воды. Эта смесь имеет нежную консистенцию и очень высокую способность теплообмена, до 80 Ккал/кг. Жидкий лед способен обволакивать продукт практически любой формы со всех сторон, и при этом площадь теплообмена составляет практически 100%, а интенсивность термического обмена существенно увеличивается. Это открывает совершенно уникальные возможности для хранения пищевых продуктов. Следует подчеркнуть, что жидкий лёд, обволакивая продукт со всех сторон, не только эффективно охлаждает его, но и препятствует проникновению в него атмосферного кислорода, вследствие чего приостанавливаются процессы окисления тканей и размножения бактерий. Благодаря этому охлажденная жидким льдом свежевыловленная рыба может храниться до 20 суток и при этом все ее качества сохраняются в полном объеме. Кроме того, по – сколько температура жидкого льда составляет от – 2 до – 3 С, то полностью исключены так называемые термоожоги, неизбежно возникающие на поверхности продукта при его хранении в колотом или чешуйчатом льде [19].
Преимущества льдогенераторов жидкого льда:
– жидкий лед содержит в своем составе только морскую воду и мелкие кристаллики льда, поэтому его экологические характеристики находятся на самом высоком уровне;
– жидкий лед обладает высокой способностью к теплообмену, а энергозатраты на его производство ниже, чем на производство обычного льда (чешуйчатого, колотого, гранулированного и т.д.) примерно на 30 – 40%;
– благодаря своей нежной гелеобразной структуре жидкий лед не травмирует охлаждаемый продукт;
– жидкий лед можно транспортировать с места его производства до места использования.
Применение льдогенераторов жидкого льда:
– быстрое охлаждение свежевыловленной рыбы в бункерах – приемниках;
– охлаждение разделанной рыбы для ее длительного хранения в специальных ящиках;
– охлаждение и хранение с помощью жидкого льда свежих овощей и фруктов;
– охлаждение и хранение птицы на птицефабриках;
– охлаждение мясного фарша до его созревания и дальнейшего использования при производстве полуфабрикатов;
– охлаждение рассола для мясных инъекторов;
– охлаждение и консервирование при помощи жидкого льда кож животных на скотобойнях.
1.3 Циклы холодильных установок
Холодильной установкой называется машина, осуществляющая перенос теплоты с низкого уровня на более высокий.
Согласно второму началу термодинамики самопроизвольно такой процесс идти не может: теплоту от холодной среды к горячей можно передать только при добавочной затрате энергии. Холодильные установки различаются по виду подведенной энергии (механическая работа, теплота, электрическая энергия) и по типу используемого рабочего тела [20].
В большинстве таким воздействием является механическая работа, затрачиваемая на привод компрессора. Рабочими телами (хладагентами) в холодильных установках служат воздух и пары различных веществ (аммиак, углекислота, фреоны и т.д.), которые в цикле холодильных установок меняют своё агрегатное состояние.
Холодильные установки по виду хладагентов делятся на две основные групп:
1. Газовые (в частности воздушные) холодильные установки;
2. Паровые холодильные установки (хладагент – пары различных веществ):
– парокомпрессионные;
– пароэжекторные;
– абсорбционные.
1.4 Хладагенты
1.4.1 Виды и характеристики. Требования, предъявляемые к хладагентам
Холодильным агентом или хладагентом принято называть рабочее вещество с низкой температурой кипения (испарения), с помощью, которого осуществляется процесс охлаждения в кондиционерах.
Холодильный агент (хладагент) – рабочее вещество холодильной машины, которое при кипении или в процессе расширения отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде (воде, воздуху и т. п.). В холодильных машинах применяют разные марки хладагентов [31].
