多冷藏溫度要求下的系統配置及艙室布局研究

常 鴻

(天津新港船舶重工有限責任公司 天津300456)

多冷藏溫度要求下的系統配置及艙室布局研究

常 鴻

(天津新港船舶重工有限責任公司 天津300456)

從魚品變質和保鮮的過程分析，找出了影響魚品新鮮度的癥結所在，針對這些問題點展開實踐、分析和研究，制定出艙室合理布局及系統合理配置方案，在降低能耗的同時，延長魚品的保質、保鮮時間，進而提高整船的經濟效益。

變質 保鮮 冷庫溫度 冷庫艙室設計 冷庫系統配置

0 引 言

海洋魚品是人類攝取優質蛋白的重要來源，它所含有的 DHA通常高于其他食品。DHA是人類自身無法產生的一種不飽和脂肪酸，它是大腦正常活動所必需的營養素之一，其中尤以金槍魚為之最。遠洋漁業由于受環境污染的程度較低，所以深海魚類不僅是人們喜食的美味佳肴，而且是人們補充營養健康的重要來源。

但由于深海魚類處于特殊的生活環境，捕獲后如不進行及時處理和貯存，或者采取不正確的方式處理和貯存，都會使其喪失原有的鮮味和營養價值，從而降低其經濟價值。

我國的遠洋漁業，一直處于比較落后的狀態，所以在我國現有制冷設備和保溫技術的基礎上，通過研究多冷藏溫度下系統配置及艙室布局提高遠洋漁業的市場競爭力已勢在必行。

1 冷庫溫度的設計依據

1.1 食品變質分析

要正確設計冷庫。首先需對食品變質的誘因進行分析，然后從中找出最適宜的冷庫設計思路與方案。

各種微生物都有自己生長的最適溫度，在最適溫度下，微生物生長最快，偏離此溫度，生長速度逐漸放緩甚至停止。微生物根據其最適溫度可分為嗜冷性微生物、嗜溫性微生物、嗜熱性微生物。微生物適應溫度范圍見表1。

如表 1所示，當把食品降低到某一溫度下時，就可以使食品中微生物和酶的作用得到抑制，使食品保持基本不變質，從而達到長期貯存的目的。

這里特別強調一下，大部分水中細菌都是嗜冷性微生物，而有些水中霉菌即使在－8,℃時，仍能生長。所以在漁船的預冷區、加工作業區等處所，為了抑制細菌的滋生和繁殖，在設計時，一定要保證溫度低于0,℃以下。

表1 微生物類別及適應溫度表Tab.1 Types and adaptive temperatures of microorganisms

另外，從微生物適應溫度范圍表，我們還可以看到：當溫度升高到一定程度后，細菌也不適宜生長，因本篇論文僅對低溫貯藏進行討論，所以高溫殺菌將不作為研究課題。

任何食物都是由細胞組成的，所以要使食物維持原味，其細胞及其組成成分就要維持相對穩定，這也就是我們常說的食品的新鮮度，即食品在貯藏過程中，要盡可能地維持原始細胞組織的完整性。

1.2 保鮮分析

魚體內含水量較高，一般在 70%～80%左右，而生物體內的水分分為游離水和結合水兩部分；游離水分布在細胞與細胞之間，結合水分布在細胞內部，由于結合水含有鹽分，所以其冰晶點低于游離水。

魚品從常溫到完全凍結過程中，溫度的下降可大致分為 3個階段：①魚品從常溫下降到結晶溫度為止，此過程是顯熱過程。由于環境溫度很低，所以這個過程進展得非常迅速，即溫度下降很快。②魚體結晶開始到體內80%左右都已凍結的過程，此階段主要是潛熱過程。③凍結后的食品繼續降溫冷凍到最佳貯藏溫度的過程。

下面圖 1和圖 2就是一個典型冷凍全過程的溫度和時間曲線關系圖：

圖1 慢速凍結過程的溫度時間曲線Fig.1 Temperature and time curve during slow freezing

從上面分析及實驗結果可以看到，如果急速凍結，可以使細胞內外幾乎同時到達結晶點，這時細胞形成的結晶體顆粒很小而且均勻。由于細胞膜內外壓力基本一致，所以細胞膜穩定，破壞較少，解凍后魚品賣相和質量都較好。因此，只有采取快速冷結方式，使魚體以最快速度通過最大結晶區，才能保證魚品的品質，獲得良好的經濟效益。

圖2 速凍過程的溫度時間曲線Fig.2 Temperature and time curve during flash freezing

2 冷庫艙室的設計與配置

在設計冷庫艙室前，首先要根據使用要求計算出冷庫艙室的庫容，各個艙室的冷量，然后計算壓縮機制冷量，最后進行系統設計。

2.1 冷庫艙室設計

在設計中，首先考慮將冷庫艙室集中設計在一處，以便有效縮短制冷管線長度；同時還要按照工作順序，將各個庫房進行合理布局；通過縮短工作距離、減少開門次數，降低每道工序的溫差要求，來達到節能的目的。

考慮到捕獲上來的魚品放置要距上船位置最近，將預冷加工處理艙置于尾部，由于預冷艙和處理加工艙所需要的溫度基本相同，在設計時將它們合并為一個艙室，以有效節約空間，縮短工作距離，達到降低壓縮機能耗的目的。

為了縮短預冷加工處理艙到凍結艙的距離，減少魚體在此過程中的各類不利生物化學反應，保證魚類的鮮度，把冷結艙設計到預冷加工處理艙兩側，并且根據魚品的不同，將其分為 3類：①平板速凍艙，用于體積較小的魚貨，溫度設計在－35,℃比較經濟；②隧道式速凍艙，用于體積較大的魚貨，溫度也是在－35,℃比較經濟；③金槍魚冷凍艙，由于金槍魚魚肉細胞內的水分在－1.5,℃時開始凍結結晶，到－60,℃時，細胞內的所有水分全部凍結成結晶體，即金槍魚的共晶點是－60,℃，即在－60,℃時金槍魚達到完全凍結，其細胞生物體的反應被維持在停止狀態，從而得到長期保持金槍魚鮮度的效果。圖 3為相對比較理想的典型冷庫艙室設計。

圖3 典型冷庫艙室設計Fig.3 Typical cold room design

2.2 系統配置

漁船出海未捕撈前，為了節能，通常魚品冷庫艙室處于不使用狀態，開始捕獲前一定時間內才開制冷壓縮機，使各艙達到預計的使用溫度。針對這個特點，我們將保證1類庫房中的冷庫壓縮機制冷量應用于 2類庫房的某些處所。另外考慮到靠港狀態，僅有集控室和個別艙室需要提供空調，這時可以停止空調壓縮機的工作，而用冷庫壓縮機的冷量服務于這些處所，從而真正做到通過系統配置上的優化，達到節能目的，進而提高魚貨產品在整個市場上的競爭力。

首先從設計原理入手，通常壓縮機的制冷量是通過負荷計算得到的。我們知道不同的庫溫，對應著不同的蒸發溫度，這就導致了回氣溫度和壓力都不同于標準計算中所得到的參數，所以要保證系統的正常運行，必須在冷庫的模式中設計對應的模式，通過人為切換，使得壓縮機對應工作模式并進行正常工作。這種工作模式的實現，必須通過回氣溫度和壓力的感應，來自動控制、調整壓縮機的相關組件和閥件，從而達到這些功能。

另外，從上面分析可以看到，魚品質量好壞直接跟魚品凍結速度有關，而凍結過程又是整個系統耗能最大的部分。為了保證魚品原有的營養價值和天然滋味，在速凍過程中不破壞細胞壁，必須讓游離水形成很細粒子的冰晶。所以將凍結艙劃分為三類，這樣有利于根據捕獲的魚品分艙開啟壓縮機，達到節能目的。在設備配置上，我們還考慮到因金槍魚庫溫很低，而且捕獲概率也較低，因此應優先考慮金槍魚處所的冷量負荷，尤其要計算凍結艙、冷藏艙包括其他艙庫可能同時啟用條件下的最大負荷點，以及這些負荷點所對應的冷凝器、制冷量的情況，即保證在此最大負荷工況下不發生超電流和降溫時間過長的現象。

3 結論與展望

本文就多冷藏溫度下的系統配置和艙室布局做了初步的探討、論證與部分實踐，為多冷藏溫度要求下的系統配置及艙室布局研究提供了一定的思考途徑與設計依據，具體為：魚品貯藏溫度、庫容的確定；冷庫艙室及系統的合理配置與使用效率。

因受總體布局的影響，實船冷庫與我們理想的冷庫設計有差距；另外沒有出海經驗，無法掌握實際航行中冷庫的真實情況，所以有些參數還有待于通過實踐反復確定。但是不管怎樣，通過合理布局艙室、優化系統配置是我們降低能耗、提高魚類經濟價值的重要途徑。

［1］《船舶設計實用手冊——冷載通風》編寫組．船舶設計實用手冊——冷藏通風[M]. 北京：國防工業出版社，1975：557-582．

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［3］李碧婷，張惠琴．冷凍工藝知識[M]. 北京：中國商業出版社，1984：219-366．

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［5］王士剛．超低溫冷凍金槍魚的處理和凍結方法[J]. 水產科技，2002(1)：43-46．

Cold Room System Configuration and Cabin Layout under Multiple Refrigerated Storage Temperatures

CHANG Hong
(Tianjin Xin’gang Shipbuilding Heavy Industry Co.，Ltd.，Tianjin 300456，China)

Based on an analysis on processes of quality deterioration and fresh keeping of fishes，the key that influences fish freshness was found. Then，based on real practices，analyses and discussions，a scheme of rational layout of cabin and system configuration was worked out，which not only reduces energy consumption，but also extends the quality preservation time for fishes and improves the economic benefit of ships.

quality deterioration；fresh keeping；cold room temperature；design of cold room cabin；cold room system configuration

TS254.3

A

1006-8945(2014)10-0050-03

2014-09-10