Come progettare una cella frigorifera per frutta e verdura: 7 passaggi pratici

A cold room can display a steady 2 °C and 92% relative humidity and still cost you a week of shelf life. The setpoint is the last five percent of the design. What actually protects produce is the order of the decisions made before anyone chooses a compressor: which crops the room must hold, how much heat has to be removed and how fast, how well the envelope resists heat and vapor, how gently the cooler dries the air, and how the system behaves on the hottest afternoon of the year.

La versione breve: progettazione per l’abbattimento piuttosto che per il mantenimento, non mescolare mai colture che non possono condividere la stessa atmosfera, mantenere l’evaporatore caldo quanto consentito dal carico e commissionare alla stanza una mappa della temperatura invece di un singolo termometro. Ciascuna sezione seguente spiega una decisione con i numeri, le tolleranze e gli errori che si riscontrano nei progetti reali.

Inizia con il raccolto e la sua busta di archiviazione

Prima conclusione: costruire la stanza attorno a un elenco di ritagli, non attorno a una planimetria. Una stanza grande è spesso la risposta più costosa, perché le esigenze di temperatura e umidità differiscono così tanto tra i prodotti che un gruppo ne soffre sempre.

La temperatura è il numero che tutti ricordano; l'umidità è quella che decide se vendi peso o lo perdi. La maggior parte della frutta e della verdura mantengono al meglio tra il 90% e il 95% di umidità relativa, ma le cipolle secche e l'aglio ne vogliono il 65-70%, e metterli nella stessa stanza delle verdure a foglia garantisce che uno dei due sia sbagliato. L’etilene è la seconda trappola: mele, banane e pomodori lo rilasciano, mentre le verdure a foglia verde, i cetrioli e le carote reagiscono ingiallendo, macchiando o diventando amare.

Le barre mostrano gli stessi intervalli di temperatura della tabella (i colori delle barre si alternano semplicemente per facilitare la leggibilità). Se la lista del raccolto contiene due gruppi i cui valori nominali si trovano a più di 4 °C di distanza, pianificare due stanze. Il muro e la porta extra normalmente costano meno di un raccolto danneggiato.

Calcolare il carico di refrigerazione nell'ordine corretto

Conclusione: dimensionare l'impianto per il carico di pull-down nell'ambiente di progetto, non per il carico di mantenimento in regime stazionario. In un magazzino di prodotti freschi, il carico di mantenimento è solitamente solo il 15-25% del picco.

Un esempio utile è un deposito di mele da 50 tonnellate. Il prodotto arriva a 20°C e deve scendere a circa 1-2°C entro 24 ore. Il calore del prodotto è 50.000 kg x 3,6 kJ/kg/K x 19 K diviso per 86.400 s, ovvero circa 40 kW. La respirazione aggiunge circa 1 kW, la trasmissione attraverso pannelli da 100 mm circa 2 kW in un pomeriggio caldo, le ventole dell'evaporatore e lo sbrinamento circa 5 kW, le aperture delle porte circa 5 kW e le persone e l'illuminazione circa 2 kW. Il punto di progettazione realistico si avvicina ai 55 chilowatt.

Una stanza dimensionata solo per il carico di mantenimento, circa 10 kW, avrebbe solo circa un quinto della capacità richiesta. Il compressore funzionerebbe continuamente, il raccolto non si abbatterebbe mai e il guasto apparirebbe come un frutto morbido piuttosto che come un allarme.

• La velocità di raffreddamento è una decisione di qualità. Il raffreddamento per sette ottavi richiede circa tre volte il tempo di metà raffreddamento, quindi un pallet con un tempo di metà raffreddamento di 6 ore necessita di circa 18 ore per raggiungere il 12,5% della temperatura finale.
• Il preraffreddamento all'interno del magazzino ti costringe a dimensionare tutto per il giorno più impegnativo della stagione. Una zona di preraffreddamento separata è spesso più economica rispetto al sovradimensionamento dell'impianto principale e mantiene stabile il magazzino mentre arriva il nuovo raccolto.

Dimensiona l'involucro: pannelli, pavimenti e porte

Conclusione: per una stanza mantenuta tra 0 °C e 10 °C sono sufficienti pannelli PIR da 80-100 mm. I pannelli più sottili consentono di risparmiare un piccolo capitale e di aumentare le ore del compressore per i prossimi quindici anni.

Un pannello PIR da 100 mm ha un valore U di circa 0,22 W/m2/K. Su un involucro di 200 m2 e una differenza di 25 K, ovvero circa 1,1 kW di carico di trasmissione, e più vicino a 2 kW in un pomeriggio caldo con il sole sulle pareti. Sembra piccolo rispetto a un carico di prodotto di 40 kW, ma funziona ogni ora di ogni giorno ed è la parte del carico che puoi ridurre in modo permanente con una parete migliore.

Il controllo del vapore conta più dello spessore. Mantenere la barriera al vapore sul lato caldo, sigillare i giunti dei pannelli e applicare schiuma su ogni passaggio di tubi e cavi. Uno spazio di 5 mm perde più umidità di quanto il pannello disperda calore e il risultato è ghiaccio sulla giunzione, un pavimento gonfio e una porta che non si chiude più.

• Pavimento: isolamento sotto la soletta, finitura antiscivolo e pendenza di circa 1:100 verso uno scarico sifone. Una trappola secca lascia passare l'aria calda e umida sotto i pannelli.
• Porte: porte scorrevoli o a due ante da 1,2-1,5 m per ambienti a media temperatura, con tende a strisce dove il traffico è intenso. Non posizionare mai la porta direttamente davanti all'evaporatore.
• Percorsi dell'aria: mantenere uno spazio libero di 300-500 mm sotto il refrigeratore e al ritorno, utilizzare corridoi di 3,0-3,5 m per i carrelli elevatori e impilare i cartoni con spazi allineati al flusso d'aria.

Il flusso d'aria e l'umidità determinano la durata di conservazione

Conclusione: far funzionare l'evaporatore al massimo della temperatura consentita dal carico. La differenza tra l'aria della stanza e la temperatura di evaporazione, il TD, determina quanto è secca la superficie della serpentina, mentre la superficie della serpentina determina l'umidità della stanza.

Una stanza a 4 °C servita da un frigorifero funzionante a -8 °C funziona con un TD di 12 K. L'aria che tocca la serpentina viene raffreddata molto al di sotto del punto di rugiada, l'umidità si condensa sulle alette e l'umidità relativa si assesta intorno al 70-75% invece del 90-95% di cui ha bisogno il raccolto. Scegli un frigorifero con un'ampia spaziatura delle alette, in genere 4,5-6 mm per i prodotti freschi, in modo che la serpentina agisca come una superficie di raffreddamento anziché come un deumidificatore.

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Il movimento dell'aria deve essere delicato in un locale di stoccaggio e rapido solo in un locale di preraffreddamento. Lo stoccaggio a lungo termine funziona meglio a circa 0,05-0,1 m/s attraverso lo stack, mentre il preraffreddamento ad aria forzata richiede 0,5-2 m/s. In entrambi i casi, l’aria deve viaggiare attraverso il carico, non attorno ad esso.

Il controllo dello sbrinamento è la fonte più comune di sbalzi di umidità. Utilizzare lo sbrinamento fuori ciclo o su richiesta con terminazione in base alla temperatura della bobina invece di un orologio fisso. Ogni sbrinamento non necessario aggiunge calore e acqua alla stanza e ogni sbrinamento mancato blocca la batteria con brina.

Costruisci il sistema di refrigerazione come un unico pacchetto

Conclusione: selezionare insieme compressore, condensatore e refrigeratore in base alla temperatura di evaporazione e condensazione. La potenza nominale è un'etichetta; la capacità nel tuo punto di lavoro è l'ingegneria.

Per ambienti di piccole e medie dimensioni, un'unità condensante raffreddata ad aria con compressore scroll o alternativo semiermetico copre la maggior parte delle applicazioni per frutta e verdura. I progetti più grandi solitamente giustificano rack paralleli, condensatori raffreddati ad acqua o compressori a vite, dove l’efficienza a carico parziale e la carica di refrigerante contano più del costo iniziale.

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Adattare il frigorifero alla fascia di temperatura: unità ad alta temperatura per le sale di maturazione e stagionatura, unità a media temperatura per la sala di produzione da 0-10 °C e unità a bassa temperatura solo dove il prodotto congelato condivide l'edificio. La scelta del refrigerante segue la stessa logica. R448A, R449A e R507A rimangono comuni per i sistemi a media e bassa temperatura; il propano è efficiente in piccole unità ermetiche ma necessita di un limite di carica e di ventilazione; ammoniaca e CO2 sono adatti ai grandi impianti dove sono già disponibili rilevatori di perdite e personale formato.

Lavorare con a produttore di compressori semiermetici che costruisce anche condensatori e raffreddatori mantiene costanti i dati sulla capacità in un punto di lavoro, invece di lasciare tre cataloghi in disaccordo nello stesso pomeriggio.

Pianifica la dissipazione del calore prima di versare il pavimento

Conclusione: decidere dove va il calore rifiutato prima di fissare il layout, perché vincola sia il sito che il budget.

I condensatori raffreddati ad aria sono l'impostazione predefinita per ambienti piccoli e medi. Necessitano di spazio libero, circa 1-1,5 m attorno e sopra la batteria, senza ricircolo tra le unità e in una posizione in cui polvere, foglie e gas di scarico caldi non ritornino all'ingresso. In una giornata di progettazione a 38-40 °C, un sistema raffreddato ad aria può perdere il 10-15% della capacità mostrata a un punto nominale di 32 °C, quindi sovradimensionare il condensatore o accettare una temperatura di condensazione più elevata e un coefficiente di prestazione inferiore.

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I condensatori raffreddati ad acqua con torre di raffreddamento o refrigeratore a circuito chiuso risolvono problemi ambientali e di rumore elevati, ma aggiungono il trattamento dell'acqua, la protezione antigelo e la manutenzione. Sceglili quando l'ambiente è veramente severo o quando il condensatore deve trovarsi vicino a un confine con un limite di rumore.

Commissione con i dati, quindi ricontrolla ogni stagione

Conclusione: si accetta una cella frigorifera con una mappa della temperatura e una curva pull-down, non con un termometro tenuto vicino alla porta.

La curva sopra mostra lo schema classico: l'aria ambiente raggiunge il setpoint in poche ore, mentre il nucleo del prodotto impiega gran parte della giornata. Se le due linee smettono di convergere, la capacità dell'impianto è insufficiente o il flusso d'aria è bloccato.

• Mappare nove punti, compresi due angoli vicino alla porta, e verificare che il differenziale rimanga entro 1 °C dopo 24 ore a pieno carico.
• Registrare una curva di pull-down con una sonda al cuore su un pallet e mantenerla come riferimento per le stagioni future.
• Controllare il surriscaldamento e il sottoraffreddamento nell'ambiente di progetto, verificare il termine dello sbrinamento, verificare che lo scarico funzioni liberamente e impostare allarmi su temperatura, tempo di apertura della porta e interruzione di corrente.

Quando le prestazioni diminuiscono, lavora attraverso i sintomi invece di indovinare; uno strutturato analisi dei guasti per sistemi di refrigerazione di celle frigorifere consente di risparmiare molto più prodotto rispetto alla sostituzione casuale delle parti.

Domande frequenti

Di quale spessore di pannello ha bisogno una cella frigorifera per frutta e verdura?

Per ambienti mantenuti tra 0 °C e 10 °C, i pannelli PIR da 80-100 mm coprono la maggior parte dei progetti. I pannelli più spessi guadagnano il loro costo quando la stanza è adiacente ad un tetto caldo o ad una parete illuminata dal sole, o quando la differenza di temperatura supera i 25 K.

Mele e verdure a foglia possono condividere la stessa stanza?

Non in modo sicuro. Le mele rilasciano etilene e le verdure a foglia verde, i cetrioli e le carote rispondono con ingiallimento e decomposizione più rapida. Anche le loro esigenze di umidità differiscono, quindi due stanze più piccole con unità separate normalmente si ripagano entro una stagione.

Ho bisogno di una stanza di preraffreddamento separata?

Per più di qualche tonnellata al giorno, sì. Il calore sul campo è il carico singolo più grande e la sua rimozione in un vano dedicato mantiene stabile il magazzino invece di costringere l’impianto principale a funzionare al massimo per alcune ore ogni giorno.

Progettare una cella frigorifera per frutta e verdura è soprattutto una questione di ordine: sistemare la lista del raccolto, poi il carico, poi la busta, poi il refrigeratore e solo dopo l'attrezzatura. Ogni passaggio dipende da quello precedente e una stanza che salta il calcolo del carico non può essere riparata con un controller migliore.