การออกแบบห้องเย็นสำหรับผักและผลไม้

ห้องเย็นใช้สำหรับเก็บรักษาวัตถุดิบที่เน่าเสียได้ง่ายในระหว่างกระบวนการผลิตและการจำหน่าย สภาวะอากาศภายในห้องเย็นได้แก่อุณหภูมิ ความชื้นและอื่นๆ ถูกควบคุมเพื่อ ความสด และคุณสมบัติอื่นๆซึ่งเป็นคุณภาพของสินค้า อุณหภูมิที่ต่ำกว่าจะทำให้สามารถเก็บสินค้าได้นานกว่าแต่อุณหภูมิต่ำก็อาจทำให้สินค้าเสียหายได้ ห้องเย็นถูกแบ่งเป็นประเภทตามวัตถุประสงค์ได้ดังนี้

1.        Bulk cold stores เก็บสินค้าประเภทเดียว มักจะเก็บสินค้าตามฤดูกาล เช่นทุเรียน มันฝรั่ง พริก แอปเปิล

2.        Multi purpose cold stores เก็นสินค้าเกษตรหลายชนิด

3.        ห้องเย็นขนาดเล็ก ออกแบบเพื่อลดความร้อนผักและผลไม้สดเพื่อเตรียมสำหรับการส่งออก

4.        ห้องเย็นแช่แข็ง ซึ่งอาจรวมถึงกระบวนการเตรียมสินค้าเช่น เนื้อ ไก่ ปลา ผลิตภัณฑ์ผลไม้และผัก

5.        ห้องเย็นขนาดเล็กรวมถึง walk in cold stores ซึ่งใช้ในศูนย์กระจายสินค้า

6.        ห้องเย็นควบคุมสภาวะอากาศสำหรับผักและผลไม้บางชนิด

ผักและผลไม้หลังการเก็บเกี่ยวจะมีอายุจำกัด หลังจากเก็บเกี่ยวควรลดอุณหภูมิให้เร็วที่สุดเพื่อดึงความร้อนภายในออกซึ่งจะข่วยยืดระยะเวลาในการเก็บรักษา เนื่องจากการลดอุณหภูมิมีผลต่อผักและผลไม้ดังนี้

1.        ลดการหายใจและการเสื่อมสภาพเนื่องจากเอ็นไซม์

2.        ลดการสูญเสียน้ำซึ่งจะทำให้น้ำหนักลดและเหี่ยว

3.        ทำให้จุลชีพที่ทำลายผักและผลไม้เจริญเติบโตช้าหรือไม่เจริญเติบโต

4.        ลดการเกิดสารเอธิรีนและลดผลกระทบของสารเอธิรีนซึ่งทำให้ผลไม้สุกงอม

ห้องเย็นช่วยรักษาคุณภาพผักและผลไม้ในระหว่างการเก็บรักษา ทำให้มีความยืดหยุ่น ไม่จำเป็นต้องรีบขายทันทีหลังเก็บเกี่ยว แต่สามารถขายในช่วงเวลาที่มีเหมาะสมทำให้ได้ราคาที่ดีกว่า และสามารถรักษาคุณภาพในระหว่างการขนส่ง การเก็บรักษาผักและผลไม้อบแห้งเพื่อรักษาวิตามินซีจะใช้อุณหภูมิ0-10°C ความชื้นสัมพัทธ์ 80-95% และช่วยรักษาคุณภาพ Organoleptic qualities (คุณภาพสินค้าอาหารและเครื่องดื่มซึ่งรับรู้ได้ด้วยความรู้สึก ได้แก่ รสชาติ กลิ่น สัมผัส) ทำให้มีอายุของสินค้านานขึ้น ทั้งนี้ต้องใช้ผู้เชี่ยวชาญด้านการเก็บและด้านการทำความเย็นร่วมกันออกแบบและควบคุมการทำงานของห้องเย็น

ตารางที่ 1. แสดงอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์สำหรับการเก็บผลไม้ และตารางที่  2. แสดงอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์สำหรับการเก็บผัก ห้องเย็นสำหรับเก็บผักและผลไม้แบ่งการควบคุมอุณหภูมิเป็น 3 ช่วง คือ 0-4°C, 4-8°C และ >8°C เพื่อรักษาคุณภาพควรเก็บผักและผลไม้ให้เหมาะสมกับอุณหภูมิไม่ให้ปะปนกัน ตารางที่ 3. แสดงผักและผลไม้ที่ผลิตเอธิรีนและความไวต่อเอธิรีน

ตารางที่ 1. อุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์สำหรับการเก็บผลไม้

ตารางที่  2. แสดงอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์สำหรับการเก็บผัก

ตารางที่ 3. ผักและผลไม้ที่ผลิตเอธิรีนและความไวต่อเอธิรีน(ข้อมูลจากเอกสารอ้างอิง 3.)

การจัดการและข้อควรพิจารณา  

ห้องเย็นสำหรับผักและผลไม้มีข้อกำหนดด้านความปลอดภัย สุขภาพและอนามัยของผู้ปฏิบัติงานมากกว่าห้องเย็นทั่วไป การจัดการภายในห้องเย็นต้องควบคุมอุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ การหมุนเวียนอากาศรวมถึงระยะระหว่างชั้นเก็บให้หมุนเวียนอากาศได้เพียงพอ และไม่จัดเก็บสินค้าที่ไวต่ออุณหภูมิและความชื้น ตอบสนองต่อเอนไซม์และระดับเอธิรีนต่างกัน ทำให้สี รสชาติ และลักษณะกายภาพของผิวเปลี่ยน           

Total volume ของห้องเย็นคือปริมาตรภายในห้องที่ล้อมรอบด้วยพื้น ผนัง และหลังคา  Gross volume คือปริมาตรทั้งหมดซึ่งใช้สำหรับการเก็บ Net volume คือปริมาตรที่กองสินค้าไม่รวมเสา เครื่องเย็น ท่อลม ช่องทางขนส่ง ช่องหมุนเวียนอากาศ ความหนาแน่นของการเก็บคืออัตราส่วนน้ำหนักสินค้าต่อปริมาตร Gross volume การเปรียบเทียบการจัดการห้องเย็นควรให้ Gross volume / Total volume อยู่ระหว่าง 0.5 – 0.8 และ Net volume / Gross volume >0.5 หรือในลักษณะเดียวกันเมื่อคิดเป็นพื้นที่ Net area / Gross area >0.25 และการจัดการเพื่อเก็บสินค้าดูจากค่า The extent of occupation คือปริมาณสินค้าที่เก็บขณะใดขณะหนึ่ง / ปริมาณสินค้าที่สามารถเก็บได้ และการใช้ห้องเย็นthe extent of utilization คือค่าเฉลี่ยชองการเก็บสินค้าในระยะเวลาหนึ่งซึ่งอาจใช้ข้อมูลรวมตลอดเดือนหรือปี

              การหายใจของผักและผลไม้ทำให้เกิดก๊าซเอธิรีนซึ่งมีผลต่อการสุก และการหายใจใช้อ็อกซิเจนทำให้อ็อกซิเจนในห้องเย็นปิดลดลง และเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้น ผักและผลไม้ที่ผ่านการปรุงรสและถนอมอาหารด้วยไนโตรเจนหรือกำมะถันจะคายก๊าซอื่นๆซึ่งมีผลกระทบต่อสุขภาพจึงต้องมีระบบระบายอากาศเพื่อนำออกซิเจนเข้าและระบายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เอธิรีน และก๊าซอันตรายอื่นๆออกให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ หรือใช้การหมุนเวียนอากาศผ่านชุดฟอกอากาศที่มีสารด่างทิม(potassium permanganate) หรือถ่านกัมมันต์ (activated charcoal)

              การเติมอากาศภายนอกเข้าห้องเย็นเป็นการเพิ่มภาระความร้อนให้เครื่องทำความเย็นของห้องเย็น การเติมอากาศจึงต้องควบคุมอัตราการไหลตามความจำเป็นโดยใช้ก๊าซเซนเซอร์ และปรับลดอุณหภูมิและความชื้นของอากาศก่อนเติมเพื่อลดภาระความร้อนลง

ภาระความร้อนของห้องเย็น

              เพื่อให้สามารถควบคุมอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ในห้องเย็นได้อย่างต่อเนื่อง เครื่องทำความเย็นต้องมีขนาดใหญ่พอสำหรับสภาพการทำงานและสภาวะอากาศที่รุนแรงที่สุดในขณะทำงาน แบ่งที่มาของความร้อนที่เครื่องทำความเย็นต้องดึงจากห้องออกเป็นภาระความร้อนของห้องเย็นและภาระความร้อนจากการนำอากาศภายนอกเข้าในห้องเย็น การคำนวณภาระความร้อนของห้องเย็นใช้อุณหภูมิสูงสุดเฉลี่ยอากาศภายนอก ปริมาณสินค้าที่เก็บสูงสุดต่อวัน อุณหภูมิสินค้าสูงสุดที่นำมาลดอุณหภูมิ สรุปภาระความร้อนของห้องเย็นได้ดังนี้

1.        การนำความร้อนจากภายนอกผ่านผนังเพดาน พื้น และเพดาน

2.        ความร้อนจากสินค้าที่นำเข้ามาในห้องเย็นเพื่อลดจากอุณหภูมิภายนอกลงมาที่อุณหภูมิห้องเย็น(รวมความร้อนของภาชนะบรรจุและวัสดุอื่นๆที่นำเข้ามาในห้องเย็น)

3.        ความร้อนจากการหายใจของผักและผลไม้ทั้งหมดที่เก็บในห้องเย็น

4.        ความร้อนจากไฟแสงสว่าง ผู้ปฏิบัติงาน ความชื้นจากอากาศรั่วไหลผ่านรอยแตก ประตู

ผนังและเพดานห้องเย็นนิยมใช้แผ่นผนังสำเร็จ (Composite panel) ประกอบด้วยฉนวนโฟมอยู่ภายในเพื่อลดการถ่ายเทความร้อน ประกบหน้าทั้งสองด้านด้วยแผ่นโลหะเพื่อป้องกันความชื้นซึมผ่าน แผ่นผนังสำเร็จนี้ใช้ได้ทั้งภายในและภายนอก ความหนาของผนังและเพดานอย่างน้อยที่สุดต้องไม่ทำให้ห้องเย็นมีอุณหภูมิผิวด้านนอกต่ำกว่าจุดน้ำค้างของอากาศภายนอกด้านนั้นซึ่งจะทำให้เกิดน้ำเกาะผิวและเกิดการผุกร่อนที่แผ่นผนังสำเร็จ

ความร้อนถ่ายเทผ่านผนังและเพดานประกอบด้วยการนำความร้อนและการพาความร้อนจากการเคลื่อนที่ของอากาศที่ผิว ตารางที่ 4. แสดงค่าการนำความร้อนของฉนวนที่ใช้ในแผ่นผนังสำเร็จ และตารางที่ 5. แสดงค่าการถ่ายเทความร้อนผ่านฟิลม์อากาศที่ผิวซึ่งมีผลจากลักษณะการวางและความเร็วลม ในกรณีที่เป็นผนังด้านนอกซึ่งมีแสงอาทิตย์ส่องจะทำให้มีอุณหภูมิผิวสูงกว่าอุณหภูมิอากาศภายนอก จะต้องใช้วิธีการคำนวณจาก ASHRAE Handbook Fundamentals เพื่อหาค่าอุณหภูมิแตกต่างเพื่อใช้คำนวณ

ตารางที่ 4. ค่าการนำความร้อนของฉนวนที่อุณหภูมิ -75°C ถึง 15°C

ตารางที่ 5. Heat tranfer coefficient of air film 

พื้นห้องเย็นต้องมีความแข็งแรง สามารถรับน้ำหนักระบบจัดเก็บผักและผลไม้ รวมทั้งการเคลื่อนที่ของยานพาหนะที่ใช้ขนถ่ายได้ สามารถลดการถ่ายเทความร้อนและควบคุมไม่ให้มีการซึมผ่านชองความชื้นจากใต้พื้นเข้ามาภายในห้องเย็น การก่อสร้างต้องมีลายละเอียดเพื่อป้องกันการซึมผ่านชองความชื้นระหว่างรอยต่อของพื้นและผนังของห้องเย็น

              เครื่องทำความเย็นต้องสามารถรองรับความร้อนจากสินค้าที่นำจากภายนอกมาเก็บภายในห้องเย็นเพื่อลดอุณหภูมิลงมาที่อุณหภูมิห้องเย็นโดยคิดจากน้ำหนักของผักและผลไม้ที่นำเข้าสูงสุดต่อวัน ตารางที่ 6. แสดงค่าความร้อนจำเพาะของผักและผลไม้สำหรับการคำนวณความร้อน และสามารถรองรับความร้อนที่เกิดจากการหายใจของผักและผลไม้ซึ่งเป็นความร้อนแฝงโดยคิดจากน้ำหนักของผักและผลไม้ที่เก็บในห้องเย็นสูงสุดต่อวันโดยใช้ค่าความร้อนจากตารางที่ 7.

ตารางที่ 6. ความร้อนจำเพาะของผักและผลไม้

ตารางที่ 7. ความร้อนจากการหายใจของผักและผลไม้ (ASHRAE Handbook Refrigeration 2018)

ภาระความร้อนจากการนำอากาศภายนอกเข้าห้องเย็นและภาระความร้อนของห้องเย็นที่คำนวณได้จะนำมาใช้คำนวณขนาดเครื่องทำความเย็นโดยใช้ไซโครเมตริกซึ่งจะอธิบายในตอนต่อไป

การเติมอากาศ

              การเติมอากาศเป็นการควบคุมคุณภาพอากาศในห้องเย็นซึ่งมีผลอย่างมากต่อการใช้พลังงานของเครื่องทำความเย็น แต่ก็เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อสุขภาพอนามัยของผู้ปฏิบัติงานภายในห้องเย็น การเติมอากาศจึงต้องควบคุมอัตโนมัติตามความจำเป็นด้วยการใช้เซนเซอร์วัดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในห้องเย็น เนื่องจากห้องเย็นเก็บผักและผลไม้มีการเข้าออกบ่อยครั้ง ทางเข้าจึงอาจใช้ม่านพลาสติกกั้นหรือเปิดค้างทำให้มีการถ่ายเทอากาศซึ่งสามารถช่วยควบคุมคุณภาพอากาศได้

           การหายใจเป็นการสร้างพลังงานเพื่อใช้รักษาโครงสร้างทางกายภาพของเนื้อผักและผลไม้ สารอาหารที่เก็บอยู่ในเนื้อจะทำปฏิกริยากับออกซิเจนในอากาศทำให้เกิดพลังงาน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ พลังงานความร้อนที่ได้ส่วนหนึ่งจะทำให้น้ำระเหย จากเอกสารอ้างอิง 5. การหายใจจะเกิดพลังงานความร้อน1640 kJและเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 264 g เมื่อทราบความร้อนจากการหายใจภายในห้องเย็นจากตารางที่ 7. จึงสามารถคำนวณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จากการหายใจได้โดยใช้ตัวแปร 0.161mgCO2/s/w

-            CO2ที่เพิ่มขึ้นจากการหายใจ (mgCO2/s) = ความร้อนจากการหายใจ(w) x 0.161

การนำอากาศภายนอกเข้าและระบายอากาศในห้องเย็นออกจะช่วยลดตวามเข้มข้นของก๊าซในห้องเย็นลง ถ้าให้ในห้องเย็นมีความเข้มข้นสำหรับการทำงาน 8 ชั่วโมง และให้อากาศหน้าห้องซึ่งรักษาความเข้มข้นสำหรับการทำงาน 24 ชั่วโมงตามตารางที่ 8.

-            CO2ที่ลดลงจากการระบายอากาศ = (9000-1800 )x อัตราการระบายอากาศ = CO2ที่เพิ่มขึ้นจากการหายใจ

-            อัตราการระบายอากาศ (m3/s) = ความร้อนจากการหายใจ(w) x 0.161/ 7200

-            อัตราการระบายอากาศ (m3/h) = ความร้อนจากการหายใจ (w) x 0.0805 x margin

สามารถใช้อากาศจากพื้นที่หน้าห้องเย็นควบคุมความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ภายในห้องเย็นได้ แต่ต้องจัดให้มีการระบายจากห้องเย็นตามการคำนวณข้างต้นโดยมีการเติมอากาศที่พื้นที่หน้าห้องเย็นเพื่อรักษาความเข้มข้นที่เหมาะสมอากาศของพื้นที่หน้าห้องเย็นมีอุณหภูมิและจุดน้ำค้างสูงกว่าอุณหภูมิและจุดน้ำค้างในห้องเย็นทำให้เกิดหมอกในห้องเย็นและหยดน้ำที่ประตู ผนัง และน้ำแข็งที่คอยล์

ตารางที่ 8. indoor air quality guidelines for Carbon Dioxide (CO2)

ขนาดเครื่องทำความเย็น       

ขนาดของเครื่องทำความเย็นใช้การเขียนสภาวะอากาศและภาระความร้อนของห้องเย็นและอัตราการไหลของอากาศภายนอกลงในไซโครเมตริกและอ่านค่าต่างๆจากไซโครเมตริก ตัวอย่างไซโครเมตริกตามแผนภูมิที่ 1. ถ้าห้องเย็นรักษาอุณหภูมิ 5oC ความชื้นสัมพัทธ์ 90% จุดน้ำค้าง 3.5oC อากาศภายนอกที่เติมเข้าห้องเย็นเป็นอากาศในพื้นที่หน้าห้องเย็นซึ่งควบคุมอุณหภูมิ 20oC ความชื้นสัมพัทธ์ 50% อากาศภายนอกผสมกับอากาศในห้องเย็นด้วยอัตราส่วนการผสม 5% อากาศผสมผ่านคอยล์เย็นหรือ Unit cooler เพื่อลดอุณหภูมิและความชื้น อากาศเย็นที่ได้จะจ่ายให้ห้องเย็นเพื่อรับภาระความร้อนของห้องเย็นตามที่คำนวณไว้ ขนาดและจำนวนคอยล์เย็นหรือ Unit cooler เลือกจากความร้อนของคอยล์เย็นซึ่งทำงานที TD 2oC (ตามแผนภูมิที่ 1.) เพื่อไม่ให้เกิดหมอกในห้องเย็น จะใช้พัดลมส่งอากาศจากพื้นที่หน้าห้องเย็นมาผสมกับอากาศในห้องเย็นที่ทางเข้าของคอยล์เย็นหรือ Unit cooler

แผนภูมิที่ 1. ไซโครเมตริกแสดงการทำงานของคอยล์เย็นเพื่อควบคุมอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ของห้องเย็น

การเคลื่อนที่ของลม

              เพื่อให้ผักและผลไม้ในห้องเย็นมีอุณหภูมิและความชื้นใกล้เคียงกับอุณหภูมิและความชื้นของห้องเย็นจะต้องกระจายลมจาก Unit cooler ผ่านลังเก็บผักและผลไม้อย่างทั่วถึง ความเร็วลมที่เหมาะสมวัดจากพื้นที่หน้าตัดของที่ว่าง ค่าที่นิยมใฃ้สำหรับพิจารณาลักษณะการกระจายลมมากที่สุดคือ ACH (Air Change per Hour) ซึงเป็นอัตราการส่งลมจากพัดลมต่อชั่วโมง/ปริมาตรภายในห้องเย็น

การวางสินค้ามีผลต่อการเคลื่อนที่ของลม ปริมาณสินค้าในห้องเย็นทำให้ความสูงของกองเปลี่ยนแปลง ดังนั้นตำแหน่งของ Unit cooler ควรอยู่ในแนวตั้งฉากกับแนวของพาเลท(Pallet) ตามรูปที่ 1. พัดลมจะทำงานตลอดเวลาที่ระบบความเย็นทำงานยกเว้นในระหว่างที่มีการละลายน้ำแข็ง พัดลมควรมีความเร็ว2ระดับเพื่อปรับการเคลื่อนที่ของลม จะตัองวางพาเสทตามที่ออกแบบไว้อย่างเคร่งครัดทั้งตำแหน่งที่วางและระยะต่างๆ ได้แก่ระหว่างพาเลทควรวางห่างกัน 5-10 ซม. พาเลทควรวางห่างจากผนัง 15-20 ซม. การวางซ้อนระยะบนสุดห่างจากเพดาน 40–60 ซม. ทางวิ่งสำหรับรถยกขึ้นกับขนาดและชนิดของรถยกระหว่าง  2.15-3.0 ม.

รูปที่ 1. แบบแปลนการวางพาเลทในห้องเย็น (เอกสารอ้างอิง 1.)

ลังที่ใข้ใส่ผักและผลไม้มีหลายขนาดตามขนาดบรรจุและน้ำหนัก ลังสามารถวางบนพาเลทได้หลายแบบตามรูปที่ 2. สิ่งที่สำคัญควรวางให้ลมเย็นสามารถไหลผ่านระหว่างลังได้ สามารถวางลังซ้อนกันได้ถ้ามีความแข็งแรงเพียงพอ พาเลทที่วางผักและผลไม้โดยทั่วไปวางซ้อนกัน 2-4 ชั้น แต่ถ้าเก็บนานหรือมีการหมุนเวียนน้อยอาจวางซ้อนกันได้ถึง 5 ชั้น

รูปที่ 2. การวางลังใส่ผักและผลไม้บนพาเลท

พาเลทผลิตจากวัสดุได้หลายชนิดเช่นไม้หรือพลาสติก มีทั้งแบบสี่เหลี่ยมจัตุรัสและแบบสี่เหลี่ยมผืนผ้า ขนาดที่นิยมใช้ของด้านหนึ่งคือ 0.80, 1.00 และ 1.20 ม. โดยอีกด้านอาจสั้นหรือยาวกว่าด้านแรก 5 และ15 ซม. พาเลทมีรายละเอียดการสร้างและลักษณะการใช้ต่างกัน รูปที่ 3. แสดงพาเลทแบบ 2 ทางซึ่งงาของรถยกสามารถสอดเพื่อยกพาเลทได้จาก 2 ด้านตรงข้ามกัน เมื่อวางพาเลทแล้วลมจะสามารถลอดผ่านใต้ลังที่วางบนพาเลทได้จากด้านที่สอดงา ส่วนพาเลทแบบ 4 ทางมีความคล่องตัวกว่าสามารถยกได้จากทุกด้านและลมสามารถลอดผ่านใต้ลังได้จากทุกด้าน การเลือกประเภทของพาเลทแล้วแต่ลักษณะการใช้งานตามความเหมาะสม

รูปที่ 3. พาเลทแบบ 2 ทาง และ 4 ทาง https://www.kampspallets.com/standard-pallet-sizes-with-chart/

เมื่อวางพาเลทซ้อนจะต้องให้ Unit cooler อยู่ในระดับสูงสุดเพื่อให้สามารถส่งลมเย็นไปถึงพาเลทที่อยู่ไกลที่สุดจาก Unit cooler ได้ ลมกลับจะเคลื่อนที่ผ่านพาเลทและลังกลับมาที่ Unit cooler ตามรูปที่ 4. เมื่อวางพาเลทผิดพลาดได้แก่กองพาเลทสูงเกินไปทำให้ลมเย็นไปถึงกองพาเลทที่ไกลได้น้อยและมีลมเย็นกลับเข้า Unit cooler โดยไม่ได้ใช้ทำความเย็นให้ห้องเย็น และเมื่อ วางกองพาเลทเอียงทำให้ลมเย็นไม่ผ่านกองพาเลทสุดท้ายตามรูปที่ 5.

รูปที่ 4. การเคลื่อนที่ของลมในห้องเย็นที่ถูกต้อง

รูปที่ 5. ตัวอย่างการเคลื่อนที่ของลมในห้องเย็นเมื่อวางพาเลทผิดพลาด

เมื่อใช้เครนเพื่อยกพาเลทหรือลัง แนวเครนต้องอยู่ในแนวการเคลื่อนที่ของลมเย็นตามรูปที่ 6. ไม่ขวางทางลมเย็น ตามรูปลังถูกวางช้อนจนไม่มีช่องให้ลมผ่านและมีความสูงมากกว่าระดับที่จะยกกองด้วยเครนได้ซึ่งไม่ถูกต้อง

รูปที่ 6. การใช้เครนเพื่อกองพาเลทหรือลัง

ระบบทำความเย็น

              อุปกรณ์หลักของระบบทำความเย็นได้แก่คอมเพรสเซอร์ คอยล์เย็นหรือ Unit cooler คอยล์ร้อนระบายความร้อยด้วยอากาศหรือระบายความร้อนด้วยน้ำซึ่งแบ่งออกเป็นแบบที่มีระบบน้ำระบายความร้อนหอผึ่งน้ำด้วยหอผึ่งน้ำ หรือแบบที่ใช้ท่อในหอผึ่งน้ำเป็นคอยล์ร้อน(Evaporative cooling tower) วาวล์ลดความดันและอื่นๆ

คอมเพรสเซอร์เป็นหัวใจของระบบทำความเย็นและเป็นอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดเสียงดังกระทบการทำงาน ดังนั้นจึงต้องแยกอุปกรณ์ทั้งหมดของระบบทำความเย็นมารวมกันในห้องเครื่องเพื่อให้สามารถควบคุมเรื่องระดับเสียง การควบคุมเรื่องความปลอดภัย ทำให้สดวกในการควบคุมและการบำรุงรักษา ยกเว้นคอยล์เย็นหรือ Unit cooler ที่ต้องติดตั้งในห้องเย็น และหอผึ่งน้ำที่ต้องอยู่กลางแจ้งเพื่อการระบายอากาศ

ระบบทำความเย็นแบ่งออกเป็นแบบใช้สารทำความเย็นจากเครื่องทำความเย็นมาทำความเย็นให้ห้องเย็นโดยตรง และแบบที่ใช้ตัวกลาง(Secondary refrigeration) ได้แก่น้ำเกลือ(Brine)เพื่อรับความร้อนจากห้องเย็นมาแลกเปลี่ยนกับสารทำความเย็นจากเครื่องทำความเย็นอีกทีหนึ่งเพื่อความปลอดภัยของพนักงานจากการรั่วไหลของสารทำความเย็น

คุณสมบัติของสารทำความเย็นที่แสดงในตารางที่ 9. มีดังต่อไปนี้

-            GWP(Global Warming Potential) ซึ่งแสดงผลกระทบของสารกับสภาวะโลกร้อนเทียบกับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งสารที่มีค่า GWPสูงจะถูกจำกัดการผลิตและยกเลิกการใช้

-            ODP(Ozone Depletion Potential)ซึ่งแสดงผลของสารต่อการทำลายก๊าซโอโซน

-            Flammable การติดไฟมีความรุนแรงเพิ่มขึ้นตามตัวเลข

-            Toxicity ความเป็นพิษ

-            COP(Coefficient of Performance)ประสิทธืภาพการทำความเย็นของระบบทำความเย็นตามสภาวะการทำงานที่ระบุในหมายเหตุ

ตารางที่ 9. คุณสมบัติของสารทำความเย็น

สารทำความเย็นที่นิยมใช้ในงานห้องเย็นขนาดใหญ่ได้แก่แอมโมเนียเนื่องจากให้ค่าCOPของเครื่องทำความเย็นสูงกว่าสารทำความเย็นอื่นๆ แต่มีข้อเสียคือติดไฟและความเป็นพิษ ทำให้ห้องเย็นขนาดเล็กใช้สารทำความเย็นชนิดอื่นเพื่อลดความเสี่ยงและค่าใช้จ่ายในเรื่องความปลอดภัย สารทำความเย็นอื่นๆถึงจะไม่มีพิษแต่ถ้ารั่วในพื้นที่ปิดก๊าซที่สะสมจะเป็นอันตรายกับผู้ปฏิบัติงาน ทำให้การหายใจได้ออกซิเจนน้อยลงจึงต้องติดตั้ง electronic detector อุปกรณ์ปิดการไหลและระบบระบายก๊าซออกจากพื้นที่ปิดอัตโนมัติเพื่อความปลอดภัย

              ห้องเย็นขนาดใหญ่ทีใช้แอมโมเนียเป็นสารทำความเย็นจึงมีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นสำหรับด้านความปลอดภัยรวมถึงการใช้ตัวกลางในการทำความเย็นเพื่อจำกัดแอมโมเนียให้อยู่เฉพาะในห้องเครื่อง ตัวกลางสำหรับงานห้องเย็นทั่วไปได้แก่สารละลายของโซเดียมคลอไรด์ แคลเซียมคลอไรด์ Propylene glycol และ Ethylene glycol สำหรับอุณหภูมิที่ใช้ตามรูปที่ 7.

รูปที่ 7. อุณหภูมิใช้งานของตัวกลาง(Secondary refrigeration)และวัสดุของท่อส่งตัวกลาง

โซเดียมคลอไรด์ แคลเซียมคลอไรด์ มีราคาถูกแต่ทำให้เกิดการผุกร่อนทำให้ค่าบำรุงรักษาสูง จึงนิยมใช้ Propylene glycol, Ethylene glycol และ Methanol โดยเฉพาะ Propylene glycol จะใช้กับงานอาหาร เครื่องดื่ม และผลิตภัณท์นม Ethylene glycol ปกติไม่ทำให้เกิดการผุกร่อนแต่เมื่อทำปฏิกริยากับก๊าซออกซิเจนในอากาศจะกลายเป็นกรดจึงต้องใช้สารเคมี(Inhibitor)ป้องกันการผุกร่อน การจัดหาจึงต้องตรวจสอบว่ามีการผสมไว้ด้วยหรือไม่ ตัวกลางอื่นๆต้องพิจารณาในเรื่องการติดไฟและความปลอดภัยในการใช้เพิ่มเติม

เมื่ออุณหภูมิสารทำความเย็นมากกว่าศูนย์ไม่ต้องใช้อุปกรณ์ละลายน้ำแข็ง อุปกรณ์ทำความเย็นจึงทำงาน 20-22 ชั่วโมง/วัน การเลือกอุปกรณ์ทำความเย็นต้องพิจารณาดังต่อไปนี้

-            อุปกรณ์ทำความเย็นต้องสามารถรักษาอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ได้ตามภาระความร้อนที่คำนวณ โดยผักและผลไม้ที่นำเข้าเป็นภาระความร้อนที่สำคัญ

-            ต้องกระจายลมเย็นให้ทั่วถึงและสม่ำเสมอเพื่อรักษาสภาวะอากาศตามที่ต้องการ

-            ค่าพลังงานเป็นค่าใช้จ่ายที่สำคัญที่สุด การเลือกอุปกรณ์จึงต้องคำนึงถึงประสิทธิภาพ

-            ระบบทำความเย็นต้องมีแบบอัตโนมัติ/กึ่งอัตโนมัติ เครื่องมือบันทึกสภาวะอากาศของห้องเย็น อุปกรณ์สำหรับปรับตั้งอุณหภูมิของห้องเย็นที่ต้องการตามผักและผลไม้ที่เก็บ

-            สำหรับห้องเย็นที่ต้องการความชื้นสัมพัทธ์สูงจะต้องมีเครื่องเพิ่มความชื้นหรือใช้น้ำฉีดคอยล์เย็น

-            ระบบทำความเย็นจะต้องสามารถบำรุงรักษา จัดหาอะไหล่ สารทำความเย็น และซ่อมแซมได้ง่าย

ระบบควบคุม

ระบบควบคุมของห้องเย็นเป็นระบบอัตโนมัติมีข้อแนะนำของระบบควบคุมมีดังต่อไปนี้

1.        สำหรับห้องเย็นที่มีอุณหภูมิ>0oC จะมีระบบควบคุมอุณหภูมิภายในห้องเย็น โดยใช้เทอร์โมสตัทแบบ room type หรือ remote bulb type ซึ่งมีความแม่นยำ 2-3oC และห้องเย็นที่มีอุณหภูมิ<0oC จะต้องมีระบบละลายน้ำแข็ง

2.        การควบคุมห้องเย็นห้องเดียวใช้อุณหภูมิของห้องเพื่อควบคุมการปิด/เปิดคอมเพรสเซอร์ทำงานร่วมกับวาวล์โซลินอยด์ที่ท่อของเหลว  เมื่อใช้คอมเพรสเซอร์สำหรับห้องเย็นหลายห้องจะใช้วาวล์โซลินอยด์สำหรับคอยล์เย็นแต่ละห้อง ถ้าอุณหภูมิแต่ละห้องไม่เท่ากันจะใช้วาวล์ปรับความดันที่คอยล์เย็นของแต่ละห้อง และใช้ low pressure switch ควบคุมปิด/เปิดคอมเพรสเซอร์

3.        ตำแหน่งของเทอร์โมสตัทหรือเซนเซอร์อุณหภูมิเพื่อวัดอุณหภูมิเฉลี่ยของห้องเย็นจะต้องมีลมผ่าน ควรเป็นด้านลมเข้าของพัดลม หลีกเลี่ยงไม่วางในตำแหน่งที่สัมผัสลมเย็นที่จ่ายมาจากพัดลมโดยตรง

4.        ควรมีสัญญานเสียงเตือนเมื่อห้องเย็นมีอุณหภูมิสูงกว่ากำหนดโดยใช้เทอร์โมสตัทในห้องเย็นตรวจวัด และเตือนเมื่อคอมเพรสเซอร์ทำงานผิดปกติ โดยติดตั้งที่สำนักงานหรือตำแหน่งห้องควบคุม มีไฟสัญญานที่แต่ละห้องเย็น มีไฟสัญญานและสัญญานเสียงที่แผงควบคุมของแต่ละคอมเพรสเซอร์รวมทั้งมีปุ่มรับรู้ซึ่งใช้ปิดสัญญานเตือน

5.        เมื่อห้องเย็นต้องการความชื้นสัมพัทธ์สูง ต้องเลือกคอยล์เย็นหรือ Unit cooler ที่มี TD ต่ำหรือมีอุณหภูมิแตกต่างระหว่างอุณหภูมิห้องเย็นกับลมเย็นที่ออกจากคอยล์เย็นต่ำที่สุด ซึ่งจะมีอุณหภูมิแตกต่างระหว่างอุณหภูมิลมเย็นที่ออกจากคอยล์เย็นกับอุณหภูมิสารทำความเย็นในคอยล์เย็นต่ำด้วย ตัวอย่างเมื่อต้องการควบคุมห้องเย็นที่ 16oC, 40%RH หรือ 10oC, 60%RH จะจ่ายลมเย็นที่มีจุดน้ำค้างต่ำเพื่อควบคุมความชื้นสัมพัทธ์ และจ่ายลมเย็นที่ปรับอุณหภูมิด้วยความร้อนเพื่อควบคุมอุณหภูมิห้อง

สำหรับห้องเย็นที่ต้องการคความชื้นสัมพัทธ์ 75-90%RH จะใช้วาวล์ปรับความดันสารทำความเย็นที่คอยล์เย็นเพื่อปรับอุณหภูมิคอยล์เย็นและวาวล์โซลินอยด์เปิด/ปิดเพื่อรักษาอุณหภูมิห้อง

6.        จะต้องมีแผนผังระบบควบคุมแสดงขั้นตอนการทำงานใส่กรอบกระจกติดตั้งที่ผนังของห้องเครื่องทำความเย็น

7.        การใช้ Programmable Controller จะต้องมีการศึกษาความคุ้มค่าในด้านเศรษฐศาสตร์จากการประหยัดพลังงาน

8.        ระบบควบคุมคอมเพรสเซอร์มี 3 แบบได้แก่

-            การปิด/เปิดเมื่อความดันสารทำความเย็นเปลี่ยนแปลงด้านดูดเข้าคอมเพรสเซอร์โดยวัดที่ถังสารทำความเย็นและเป็นวัธีควบคุมที่ถูกที่สุด

-            การปิด/เปิดเมื่ออุณหภูมิอากาศภายในห้องเย็นเปลี่ยนแปลง เทอร์โมสตัทมีความไวและความแม่นยำมากกว่าจึงทำให้การควบคุมคอมเพรสเซอร์ทำได้รวดเร็ว

-            การควบคุมแบบTime-Proportioning PID Controlซึ่งปัจจุบันมีราคาลดลงเกือบเท่าการปิด/เปิดด้วยอุณหภูมิห้องเย็น ระบบนี้ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์คำนวณอัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพื่อใช้ควบคุมการปิด/เปิดคอมเพรสเซอร์แบบหลายสูบทำให้การควบคุมการทำงานตามการเปลี่ยนแปลงขภาระความร้อนของห้องเย็นได้ละเอียดกว่า ปัจจุบันทีคอมเพรสเซอร์แบบปรับรอบการทำงานได้ซึ่งจะทำให้การควบคุมการทำงานได้ดีที่สุด

เอกสารอ้างอิง

1.        T. Krishnakumar, ICAR-Central Tuber Crops Research Institute, Trivandrum, Kerala ; Technical Report · October 2002, Research Gate.

2.        The University of Maine, Cooperative Extension: Tree Fruits, https://extension.umaine.edu/fruit/

3.        Agricalture and Food, Department of Primary Industries and Regional Development, Government of Western Australia,

4.        Control of Ethylene in fruits & vegetables warehouses and cold stores, Bry-Air Technical Articles,  https://www.bryair.com/technical-articles/control-of-ethylene-in-fruits-vegetables-warehouses-and-cold-stores/

5.        Mikal E. Saltveit, University of California, Davis 95616, MEASURING RESPIRATION