王喆，臧潤清，張秋玉，王歡

（1.天津市中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院，天津 300193；2.天津商業(yè)大學天津市制冷技術重點實驗室，天津 300134）

利用自然冷源的蔬菜貯藏裝置設計與適用區(qū)域

王喆1，臧潤清2，張秋玉2，王歡2

（1.天津市中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院，天津 300193；2.天津商業(yè)大學天津市制冷技術重點實驗室，天津 300134）

在我國的華北、東北和西北地區(qū)春冬季氣溫較低且持續(xù)時間長，有著很大的自然冷源蘊藏量，可以用于蔬菜的貯藏。本文介紹了利用自然冷源貯藏蔬菜的裝置及其適用區(qū)域，主要包括適用于家庭的小型蔬菜貯藏裝置和與冷庫結合使用的大型蔬菜貯藏裝置。分析表明：小型蔬菜貯藏裝置通風效果好，利用室外冷源或室內熱源，節(jié)約能源，提高蔬菜貯藏品質；大型蔬菜貯藏裝置與冷庫結合使用，在我國東北、西北地區(qū)氣溫較低、冬季較長的區(qū)域，可利用室外空氣循環(huán)降溫的時段較長，節(jié)能與環(huán)保效果顯著。

自然冷源；蔬菜貯藏；裝置設計；適用區(qū)域；優(yōu)點

自然降溫貯藏是一種既簡易又傳統(tǒng)的食品貯藏方法，常用的方法有堆藏、溝藏、凍藏和通風窖藏，貯藏原理都是利用外界的自然低溫調節(jié)貯藏環(huán)境的溫濕度。雖然這些方法經常受地區(qū)或季節(jié)限制，且很多時候不能將貯藏溫度控制到一個理想水平。但因儲藏設施結構簡單，所需建筑材料少，費用低廉，對于緩解蔬菜供需矛盾起到了一定作用，所以這些簡易貯藏方式在我國的許多水果和蔬菜產區(qū)都有非常普遍的應用，占我國水果和蔬菜的總貯藏量的比重較大。雖然自然降溫貯藏的壽命一般不太長，但對于某些果蔬卻有較經濟的應用價值，如用溝藏的方法貯藏蘿卜，用微凍貯藏的方法貯藏菠菜，用假植貯藏的方式貯藏芹菜、萵筍、菜花等，大白菜、蘋果、梨等可以使用窖藏，白菜、洋蔥可以利用堆藏或者垛藏的方法。這些自然貯藏方法大多在北方的冬季和早春使用，因此時氣溫偏低，貯藏產品的溫度大多在0℃左右。我國其它有特殊地理環(huán)境的地區(qū)，冬季和早春能夠形成較低氣溫的可以使用自然降溫貯藏的方法貯藏果蔬，例如柑橘使用地窖貯藏也可以起到良好的效果。

自然冷源是指寒冷的空氣、水、永久凍土等自然資源。我國處在歐亞大陸的最南部，冬季氣溫較低，是同緯度氣溫年相差最大的國家。因為水發(fā)生相變的轉折點是0℃，氣溫低于0℃的時間和范圍可以作為評價能否利用自然冷源的一項指標。我國的領土中氣溫在0～10℃的地域范圍很大且延續(xù)時間長，自然冷源蘊藏量很大。由此可知，我國具備利用自然冷源的基本條件，而且，近年來隨著世界范圍能源短缺問題的加劇，自然冷源將得到更為廣泛的利用。

1 蔬菜需要的貯藏條件

在影響果蔬貯藏的眾多因素中，溫度是影響果蔬保鮮的一個重要因素。大量研究結果表明，在低溫環(huán)境下貯藏果蔬是保持果蔬品質的最有效辦法之一。新鮮食品在常溫下放置一段時間，腐敗變質的原因主要是食品中的酶與微生物作用。因此，控制酶的活性，從而抑制微生物的活動能力，就能較好地保持食品質量。低溫能降低食品中酶的活性，所以可以很好地保持食品的色、香、味及營養(yǎng)價值。

我國北方冬季的主流蔬菜卷心菜、胡蘿卜、芹菜、韭菜、蘑菇、洋蔥、菠菜、蘿卜、大白菜等，最佳的貯藏溫度是0℃，相對濕度在95%～100%，貯藏期也比較理想。需要貯藏溫度較高的蔬菜有黃瓜7.2～10℃、濕度95%，茄子7.2～12.2℃、濕度90%～95%，番茄7.2～10℃、濕度90%～95%。蔬菜貯藏過程中，溫度不能低于冰點，溫度低于冰點時，發(fā)生凍害。組織結冰，細胞脫水收縮，細胞膜受損，通常表現為果皮變褐或皺縮，出現不規(guī)則水浸狀斑塊。不同蔬菜對凍害敏感性不同，例如菠菜的敏感性就低于其它蔬菜。對于某些植物來說，溫度不能降到冰點附近，以免產生冷害。發(fā)生冷害后，果蔬的細胞結構被破壞，電解質向外滲透，氨基酸、無機鹽以及糖會從細胞中流出。癥狀為表面呈現水浸斑、凹陷斑或燙傷狀，褐變甚至內部組織變壞，有異味，表面潰爛。冷害造成果蔬生理代謝失調，還伴隨明顯的外觀品質劣變，冷害的發(fā)生不易察覺，常常會造成嚴重損失。

2 我國適宜自然冷源貯藏的區(qū)域

在當今的環(huán)境問題中，臭氧層破壞和氣候變暖是與制冷行業(yè)的發(fā)展有關系的兩大問題。由于在制冷中常用的氟利昂類制冷劑不同程度地破壞臭氧層、增強地球溫室效應，同時制冷系統(tǒng)的運行主要依靠電力或化工原料的支持，煤、石油、天然氣轉化成電力時放出CO2，更加增強了溫室效應。鑒于制冷系統(tǒng)對環(huán)境的影響，利用自然條件降溫的冷藏裝置可以提高資源利用效率，以較少耗電量實現果蔬的保鮮，不需要氟利昂等對環(huán)境有害的物質，不會對環(huán)境產生不利影響，符合資源節(jié)約和環(huán)境友好的社會發(fā)展趨勢。我國華北、東北、西北等地年日均氣溫穩(wěn)定，≦5℃的天數大于或等于90d的區(qū)域，界定為適宜發(fā)展利用自然冷源進行貯藏的地區(qū)，詳見圖1。

圖1 我國冬春季氣溫等于或低于5℃的地區(qū)劃分圖

我國的華北地區(qū)，包括北京市、天津市、河北省、山西省、內蒙古自治區(qū)（中部）。地理意義上，華北地區(qū)一般指秦嶺——淮河線以北，長城以南的中國廣大區(qū)域；華北與東北地區(qū)、內蒙古地區(qū)相接的區(qū)域。華北地區(qū)的氣候為“暖溫帶半濕潤大陸性氣候”，四季分明，光照充足；冬季寒冷干燥且較長，但氣溫遠高于東北和西北地區(qū)，一般只要建立良好的保溫體，通過引入室外冷空氣并進行一定的加濕，就可以滿足蔬菜的貯藏要求；東北和西北氣溫偏低，在環(huán)境溫度較低的時候需要對保溫體內空氣進行加熱與加濕，并結合室外氣溫的變化引入環(huán)境空氣就可以滿足溫濕度要求。

3 貯藏裝置設計探討

3.1 適用于家庭的小型蔬菜貯藏裝置

3.1.1 設計背景

小型蔬菜貯藏裝置適用于我國所有冬季需要采暖的區(qū)域。按照我國對采暖地區(qū)室內溫度最低為18℃的要求，可知這個溫度遠高于大部分蔬菜最佳貯藏溫度，這種天然的熱源如果能被加以利用，與外界環(huán)境的冷空氣在一定大小的保溫容器內達到平衡，不但可以方便地貯藏蔬菜，還可以節(jié)省不少能源。蔬菜的存放需要合適的溫度，而在我國北方，冬季貯藏蔬菜類食品是眾多家庭的生活習慣，也是必須的一個環(huán)節(jié)，尤其在春節(jié)期間更需要大量貯存，否則市場的供給不能滿足需求。電冰箱貯藏的缺點：一是，空間有限，尤其是體積較大的水果蔬菜，電冰箱就沒有足夠的空間了；二是，電冰箱內結冰的析濕作用會加速蔬菜的水分蒸發(fā)，使干耗加快，降低了貯藏質量；三是，冰箱內沒有通風換氣裝置，內部的污濁空氣不易排放，果蔬之間相互影響，導致病害的發(fā)生；四是，電冰箱中多種食物混放，導致串味嚴重，使各種食品獨有的色香味改變。3.1.2 設計方案及優(yōu)勢

本設計裝置是利用自然冷熱源作為工作介質進行換熱的蔬菜貯藏系統(tǒng)，其結構見圖2。

圖2 適用于家庭的小型蔬菜貯藏裝置

該冷藏裝置的保溫箱體可以是硬質材料，如硬質聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料，內外皮可使用工程塑料或金屬材料；柔性保溫材料可使用中空纖維，面料使用PVC涂塑帆布、防雨綢布料（聚丙烯、聚乙烯等）。柔性材料制作的保溫箱體可以折疊或裝入真空袋中縮小體積收納。這種冷藏箱可以置于室外，也可以放在室內。放在室外需要引入室內熱空氣，放在室內需要從室外引入冷空氣。為了避免蔬菜過多的失水，貯藏蔬菜時需要在蔬菜外面包裝兩層紙。

該冷藏裝置與傳統(tǒng)電冰箱相比，優(yōu)勢明顯。

（1）利用自然冷源，節(jié)約成本，保護環(huán)境

自然冷熱源對環(huán)境沒有任何危害，且在大自然中廣泛存在，取之不盡，用之不竭。自然恒溫冷藏箱利用自然冷熱源作為貯藏環(huán)境的主要能源，摒棄了大量電能和其他不可再生能源的使用，既節(jié)省了使用成本又保護了環(huán)境。（2）裝置可以折疊和收縮，存放方便

在使用方面，由于材料和結構簡單，在蔬菜生產旺季不使用時，可以通過折疊和收縮等方式進行收納存放，不僅可以避免箱體老化，而且較少占用空間，為普通家庭用戶增添了更多便捷（僅適用于柔性保溫箱體材料）。

（3）利用家庭室內的熱空氣，保證箱內濕度

該裝置由于把家庭室內的熱空氣供給到箱體內，與箱內空氣混合溫度降低，相對濕度增加，能夠確保箱內空氣具有較高的相對濕度，減少蔬菜干耗，保持蔬菜新鮮。（4）通風效果好，避免串味

冷藏箱內的生鮮蔬菜由于被箱體包裹，通風效果好，再加之一般選擇特性相近的蔬菜一起保存，避免了因冰箱內放置多種食品引起的串味和互相影響的問題。

（5）及時排除有害氣體，確保蔬菜正常呼吸作用

與傳統(tǒng)電冰箱的區(qū)別在于冷藏箱可以保證充足的新鮮空氣供給，及時排除箱內蔬菜代謝產生的乙烯等有害氣體，同時供給足夠的新鮮空氣，確保蔬菜的正常呼吸。（6）投資小，能耗低

冷藏箱不使用常規(guī)的制冷設備，僅使用一臺溫度控制器和小風扇，投資小能耗低，維護管理簡便，使用壽命很長。與普通利冷藏箱相比節(jié)省了因電機等能源消耗，最重要的是避免了制冷劑泄漏等問題帶來的環(huán)境污染。

（7）自動化程度高

冷藏箱使用過程中，只要將溫度控制器設定到需要溫度，溫度控制器將通過自帶的感溫探頭感知箱內空氣溫度，并通過風扇等裝置自動調節(jié)進風量，無需人為監(jiān)控。（8）市場前景好

從市場價值來看，冷藏箱材料普通，結構簡單，且成本低廉，制作十分方便，有很大市場發(fā)展空間和價格優(yōu)勢。

3.2 與冷庫結合的大型蔬菜貯藏裝置

3.2.1 裝置設計

大型蔬菜貯藏裝置與小型裝置并沒有本質的區(qū)別，只是需要考慮冷庫的常年使用，所以，需要增設機械制冷裝置。能夠全年使用且具有自然貯藏功能的大型蔬菜貯藏冷庫原理如圖3所示。室外安裝有溫度傳感器，當室外環(huán)境溫度低于0℃（根據貯藏的蔬菜品種可升高或降低）停止機械制冷裝置運行，關閉電動風閥②，啟動室外空氣循環(huán)降溫模式。當庫溫高于溫度上限開啟電動風閥①和電動風閥③，運行送風機，室外冷空氣被均勻送入庫房，與蔬菜換熱升溫后從排風道排出。待庫房溫度降至庫溫下限關閉電動風閥①、電動風閥③和送風機。當室外溫度升高至不足以使得庫房溫度降至下限，則轉入機械制冷模式，關閉電動風閥①、電動風閥③和送風機，開啟電動風閥②，制冷機根據庫溫上、下限啟動和停止運行。無論是室外空氣循環(huán)降溫模式還是機械制冷模式，加濕裝置始終根據庫內空氣濕度要求進行加濕。大型蔬菜貯藏裝置，同樣存在蔬菜的失水現象，因此，蔬菜貯藏時也需要防止水分揮發(fā)的包裝，但這種包裝必須具有一定的透氣性。另外，對于寒冷地區(qū)，當庫外環(huán)境溫度過低時需要啟動加熱模式，防止蔬菜凍結。

圖3 與冷庫結合的大型蔬菜貯藏裝置

3.2.2 裝置的適用范圍和優(yōu)點

（1）適用范圍廣

利用自然條件貯藏蔬菜是一種傳統(tǒng)方法，我國的華北地區(qū)（包括北京市、天津市、河北省、山西省、內蒙古自治區(qū)中部）、東北和西北地區(qū)都可以應用這種方法貯藏蔬菜。東北、西北地區(qū)寒冷，需要在冷藏庫中增設加熱設施，避免蔬菜凍結。

（2）模式切換簡便

利用自然條件貯藏蔬菜裝置控制結構簡單，機械制冷模式與室外空氣循環(huán)降溫模式的相互切換，可通過采集庫房溫度和室外環(huán)境溫度兩個參數給予實現。

（3）加濕裝置具有通用性

大型蔬菜貯藏裝置必須安裝加濕裝置，在室外空氣循環(huán)降溫模式下啟動加濕，以保證冷庫內有較高的濕度，減少蔬菜的失水量。在機械制冷模式下該加濕裝置亦可根據庫內濕度狀況啟動，可以提供更加完善的蔬菜貯藏條件。

（4）通風換氣可實現自動控制

在機械制冷模式下仍然可以使用室外空氣循環(huán)模式定時引入室外新鮮空氣，排出庫內污濁空氣。該過程可通過時間控制器實現自動控制。

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Design and Applicable Region of Vegetable Storage Device Using Natural Cold Source

WANG Zhe1,ZANG Run-qing2,ZHANG Qiu-yu2,WANG Huan2
(1.The First Affiliated Hospital of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 300139,China; 2.Tianjin University of Commerce,Tianjin 300134,China)

A lot of natural cold energy,which was appropriate cold resource for storing vegetables,reserved in the north, northeast and northwest regions of china,because the temperature in spring and winter was lower and lasted longer than other regions.Emphasis was put on two kinds of equipment of storing vegetables by natural conditions in the article,one was small vegetable storage equipment suitable for family and the other was large vegetable storage equipment.Analysis showed that small vegetable storage equipment which used indoor heat to prevent freezing ventilated effectively,saved energy and improved the quality of the storing vegetable.Large vegetable storage equipment combined with cold storage. As a result of the low temperature in northeast and northwest regions,it was necessary to add heating facility to cold storage.The winter was long in these districts,then the period of using outdoor air to cool down was long,the effect of energy saving and environmental protection was still considerable.

Natural cold source;vegetable storage;device design;applicable region;advantages

S609+.3 TU267+.5

A

1008-1038(2017)04-0009-04

2016-12-26

王喆（1982—），男，工程師，主要從事空調與果蔬保鮮技術研究