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土窑洞贮藏

靠土崖挖掘成隧道状,窑身长度一般不超过8米,设有窑门,但不设通气孔。自20世纪70年代开始,中国的果品贮藏工作者深入研究土窑洞贮藏苹果的优缺点,将普通土窑洞改造成为科学的土窑洞贮藏库。原理土窑洞式果库建筑深入地下,窑洞贮藏空间的四周有深厚的土层,具有良好的热稳定性和密闭性,受外界气温影响小,保持低温高湿时间长的特点,有利于果品贮藏。

利用黄土特有结构建造地下洞窑贮藏果品的方法。具有结构简单,可以就地取材和极少消耗能源等特点。用于贮藏苹果、梨等水果。

在中国西北黄土高原地区有居住窑洞的习惯,这种窑洞向阳、短小(一般不超过10米)、无通风气孔结构。陕西省延安地区利用向北开门的窑洞,用于短期贮藏国光等晚熟耐贮苹果品种,窑顶由前往后开1~3个通风气孔,并注意冬季通风管理,直至翌年5月窑内温度仍可保持在10℃以下。山西省原平县的梨窑,靠土崖挖掘成隧道状,窑身长度一般不超过8米,设有窑门,但不设通气孔。自20世纪70年代开始,中国的果品贮藏工作者深入研究土窑洞贮藏苹果的优缺点,将普通土窑洞改造成为科学的土窑洞贮藏库。

原理

土窑洞式果库建筑深入地下,窑洞贮藏空间的四周有深厚的土层,具有良好的热稳定性和密闭性,受外界气温影响小,保持低温高湿时间长的特点,有利于果品贮藏。在窑洞开挖或掏挖前,从地面向下至30米以内的年平均温度,基本上等于当地的年平均温度。在开挖或掏挖后,由于土层(或砌体)与空气接触面加大,窑内空气温度与窑壁温度形成温差时,窑壁土层(或砌体)与空气产生热交换。当窑温低于土温时,窑内低温通过窑壁传入土中,并逐渐向土层深处传递,土层(或砌体)中的热量则通过窑壁释放到窑中;当窑温高于土温时,热交换则反方向进行;当窑温等于土温时,空气与土层之间停止热交换。因此,窑洞温度可相对稳定有利于果品贮存。

类型和结构

根据窑洞库的建造方法,可分为掏挖式和开挖式两类;根据窑形结构,又可分为平窑和母子窑(侧窑)两种。掏挖式窑洞多建于土层深厚的黄土高原地区,选择质地粘重的土层和方向适当的崖坡或沟壑,按照一定的结构掏挖而成,一般窑顶土层5米以上,这类窑洞性能较好,建筑费用低。平原地区多建开挖式窑洞,选择地下水位较低,土质较好的地点,按库体平面尺寸将地面挖开,用砖、石等建筑材料按一定的结构砌建而成,然后将土回填至等于或略高于原地面高度,并做库顶地面处理,这类窑洞需砖、石、沙、水泥等建筑材料,挖、填土方量大,窑顶保温层较薄,建筑费用较高,隔热蓄冷效果较差。

窑洞库一般分为窑门、窑身和通气孔三大部分。窑门向北设2道,门距3~4米,构成缓冲间;窑身长度以30~50米为宜,宽、高视土质和建筑材料而定,2.5~4.0米均可;通气孔设在窑身最后部的最高处。因为通风量与通气孔最小截面积成正比,与通气孔高度的开方成正比,因此应尽量加大通气孔的截面积,以利通风降温,而高度则以高出地面1~2米即可。土窑洞主要依靠自然通风降温,在窑洞建筑上要尽量做到通风流畅,避免突然转折、扩大或缩小等情况,并使窑壁尽可能平整光滑。几种窑型的结构特点如下:

平窑型

主要由3部分组成。①窑门。宽0.8~1.4米,高约3米,设两道,间隔4~6米。②窑身。宽2.5~3.0米,高约3米,长约30~50米。③通气孔。直径约1.0~1.2米,上下粗度相同,高出地面1~2米。窑身顶部由窑口向内缓慢降低,比降为5~10‰,窑顶的最高点在窑门外侧,窑底与窑顶倾斜平行,这种结构有利于引入外界冷空气和排除窑内的热空气(图1)。

图1 平窑型结构示意

母子窑(侧窑)型

中国山西、陕西、甘肃、河南等地陆续建立了一系列“非字型”、“梳子型”的母子窑,利用母窑(主巷道)运输、通风,子窑(侧窑)贮果(图2、3)。母窑长度最长可达100米以上,在母窑的两侧建子窑,每个子窑之间的间隔至少在5米以上。利用母窑通风的子窑长度不超过10米,如超过10米,需另设通气孔,结构如平窑,但通风效果不如平窑。这种窑洞的特点是充分利用地形,合理安排通风,贮量可达100吨以上,但应注意通风设施,以免空气滞留,难以降温。

图2 非字型窑平面示意

图3 梳子型窑平面示意

地下式砖窑 山西、陕西、河南、河北等平原地区开明沟砖砌地下式窑洞。一般窑宽、高各4米,长30~50米,窑顶弧形,呈半圆形,半径2米,窑顶弧形厚度32厘米以上,覆土1~2米,窑墙直立部分高2米左右,墙厚37厘米。在通气孔和窑身之间设可以开闭的排气窗1个,排气窗面积为窑洞横截面的1/3~1/2,通气孔下口直径与排气窗面积相同,上口直径略小,其他结构与平窑相同(图4)。为了降低地下式砖窑洞的造价和建筑材料,把两个地下式砖窑洞相邻砌旋,共同使用一个通气孔成为双窑洞型,这种结构曾风行一时,但由于秋季降温慢,效果不好,相继被淘汰。

图4 地下式砖窑洞横截面示意

管理技术

管理制度

一般措施是:①秋季入库时期到封冻前,充分利用夜间低温和寒流降温。当外温低于窑温时,打开窑门和通气孔,充分通风换气,以利于迅速降低窑温和窑内土温,直到窑温降至0℃为止。②当窑温降至0℃后,尽量保温,以果实不冻为原则,适当通风换气,继续降低窑壁土温,尽量加大窑内低温土层厚度,使窑壁更多地存冷。③第2年开春气温回升时,管理方法与秋季相同,但必须严格控制窑门和通气孔,不通风时一律关闭,以延长保冷时间。此时窑温的变化受土温的影响,窑温稳定的基础是土温稳定。④果品出库后,封闭门窗。通气孔,尽量减少外部高温对窑内温度的影响。

窑内贮冰

贮冰能够在增加窑内湿度的同时,还可有效地降低窑温。这种变态(固态—液态—汽态)中吸热的过程,可抵销夏季进入窑内的热量,降低窑温,并与窑壁发生热交换降低壁温。冰消融后的水,能增大窑内土层含水量,降低窑内全年温度,延迟秋季开始通风日期。冬季通风时,由于窑内湿度大,能够带走更多的热量,提高通风效果。土窑洞贮冰,通过水的两次变态,大量吸收热量,是提高土窑洞性能的有效途径。

土窑洞加机械制冷

在内壁未加保温材料的情况下,利用自然冷源和小型制冷机有效地降低窑内温度,为果品贮藏创造更好的贮藏温度条件。容积4000立方米的土窑洞安装2台制冷量4000千卡/小时的制冷机,由7月底至11月中旬和翌年3月底至7月底开机制冷,在年平均温度10℃、年均日温差12℃、年温极差55℃左右的地区,土窑洞内可以形成年均温5℃、年均日温差10℃以下、年温极差12℃的环境温度。

土窑洞贮藏,适用于年均温10℃、冬季月均温最低温度为-5℃左右的地区。如果加强科学管理,50米长的窑洞,一个冬天可蓄冷400万~500万千卡,成为维持窑内低温环境的冷源,从而取代了人工制冷的耗能冷源。管理较好的土窑洞,第2年夏季窑内仍可保持10℃以下的较低温度。采用塑料薄膜袋包装、塑料薄膜小帐及大帐堆藏等技术,元帅系苹果贮藏6个月以上仍可保持良好品质。