CC BY
35
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
ВЛИЯНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ЗАГРУЗКИ НА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
ЖАРОЧНЫХ ШКАФОВ
Кирпичников Владимир Павлович
доктор технических наук, профессор кафедры ресторанного бизнеса РЭУ им. Г. В. Плеханова.
Адрес: ФГБОУ ВО «Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова», 117997, Москва, Стремянный пер., д. 36. E-mail: vpkirpichnikov@mail.ru
Давыдов Артём Михайлович
кандидат технических наук, доцент кафедры ресторанного бизнеса РЭУ им. Г. В. Плеханова.
Адрес: ФГБОУ ВО «Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова», 117997, Москва, Стремянный пер., д. 36. E-mail: amdavydov@mail.ru
В статье обоснован выбор продукта и жарочного шкафа для анализа технико-экономических показателей жарочных шкафов. Представлены результаты расчета расхода электроэнергии при номинальной (полной) загрузке жарочного шкафа; расхода электрической энергии на процесс тепловой кулинарной обработки в зависимости от массы загрузки рабочей камеры; общего расхода электроэнергии и удельного расхода энергии на процесс в зависимости от массы загрузки шкафов различной производительности. Доказано, что с уменьшением загрузки резко повышается удельный расход электрической энергии на единицу производимой продукции, а при снижении загрузки до 60% и менее от номинальной величины необходима замена шкафа на шкаф с меньшей производительностью (вместимостью). Соответственно экономически выгодно иметь жа-рочные шкафы большой вместимости, но при этом их загрузка должна быть не менее 60% от номинального объема рабочей камеры.
Ключевые слова: жарочные шкафы, энергетическая эффективность жарочных шкафов, расчет жарочных шкафов.
THE IMPACT OF LOADING VALUE ON TECHNICAL AND ECONOMIC INDICES OF FRYING OVENS
Kirpichnikov, Vladimir P.
Doctor of Sciences, Professor of the Department for Restaurant Business of the PRUE. Address: Plekhanov Russian University of Economics, 36 Stremyanny Lane, Moscow, 117997, Russian Federation. E-mail: vpkirpichnikov@mail.ru
Davydov, Artem M.
PhD, Assistant Professor of the Department for Restaurant Business of the PRUE. Address: Plekhanov Russian University of Economics, 36 Stremyanny Lane, Moscow, 117997, Russian Federation. E-mail: amdavydov@mail.ru
The article substantiates the choice of the food stuff and frying oven in order to analyze technical and economic indices of frying ovens. Calculation of electric power consumption was given for the nominal (full) loading of the frying oven; of electric power consumption for the process of thermal processing depending on loading of the working chamber; total electric power consumption and specific consumption of power for the process depending on loading of ovens with different capacity. It was proven that reduction of loading sharply increases the specific consumption of electric power per unit of the ready product and in case of dropping loading to 60% and lower of the nominal value it is necessary to replace the oven by one with lower capacity. Thus it is profitable to have frying ovens of bigger capacity but the loading should be no less that 60% of the nominal volume of the working chamber. Keywords: frying ovens, power efficiency of frying ovens, calculation of frying ovens.
Жарка - один из основных видов тепловой кулинарной обработки пищевых продуктов. Она может осуществляться на нагретой поверхности, в парогазовой среде, под действием инфракрасного излучения и путем конвективного нагрева [1]. Широкое распространение на предприятиях общественного питания получила жарка в парогазовой среде при ее естественной конвекции. К аппаратам, осуществляющим такой процесс жарки, относятся жарочные шкафы.
Ассортимент изделий, подвергающихся тепловой кулинарной обработке в жароч-ном шкафу, очень большой, и охватить все процессы не представляется возможным. Процессы выпечки и запекания обычно осуществляются в пекарных шкафах или конвектоматах и пароконвектоматах и для жарочных шкафов не являются характерными. Нами выбрано наиболее однородное по объему изделие из мясного фарша и наиболее характерное для жарочного шкафа. При этом результаты расчетов будут справедливы практически для всех мясных изделий, подвергающихся тепловой кулинарной обработке в жарочном шкафу.
На предприятиях общественного питания находится в эксплуатации большое
количество различных типов жарочных шкафов отечественного и зарубежного производства, которые аналогичны по устройству и принципу действия.
Отечественные шкафы используются в основном следующих типов: ШЖЭ, ШЭЖ и ЭШВ. Они различаются друг от друга в основном количеством и размерами рабочих камер, удельной поверхностной мощностью на нагревателях и способом установки. Обогрев рабочих камер шкафов осуществляется с помощью тэнов, которые открыто расположены в верхней части камер, а в нижней части закрыты стальным подовым листом [1].
Нагрев изделий в шкафах осуществляется за счет конвективного теплообмена с паровоздушной средой и лучистого инфракрасного потока от разогретых элементов рабочей камеры и нагревателей. При естественной конвекции в шкафах с закрытой рабочей камерой циркуляция греющей среды практически отсутствует, поэтому возрастает роль лучистого теплообмена.
Ширина и длина рабочей камеры ограничиваются размерами используемого противня или функциональной емкости исходя из размеров, определенных эрго-
номическими исследованиями, а высота -размерами обрабатываемых изделий.
Все шкафы имеют теплоизоляцию, защищенную от механического воздействия облицовками из нержавеющей или конструкционной стали, покрытой светлой эмалью. Рабочая камера плотно закрывается теплоизолированной дверцей и имеет вентиляционное отверстие, закрываемое шибером.
Многокамерные шкафы состоят из однотипных модулей (рабочих камер). В качестве примера рассмотрим жарочные шкафы типа ШЖЭ (рис. 1) 900 серии производителя ОАО «Чувашторгтехника» [7].
Рис. 1. Шкафы жарочные электрические типа ШЖЭ:
а) - односекционный ШЖЭ-1; б) - двухсекционный ШЖЭ-2; в) - трехсекционный ШЖЭ-3
Анализ технико-экономических показателей жарочных шкафов можно провести с помощью уравнения теплового баланса, который в качестве примера для жарочного шкафа составляется для тепловой кулинарной обработки котлет натуральных рубленых (рецептура 839) [5]. Затрачиваемое количество теплоты для периода разогрева шкафа и периода жарки определяют по следующим формулам: а) для периода разогрева:
Q затр = Окон + йогр, (1)
где Q раатзр - затрачиваемое количество теплоты для периода разогрева, кДж;
Окон - потери теплоты на разогрев конструкции шкафа, кДж;
Оогр - потери теплоты в окружающую
среду наружными поверхностями шкафа, кДж;
б) для периода жарки:
О затр = Опол + Оисп + Опер + Оогр, (2)
где О ЗТар - затрачиваемое количество теплоты для стационарного режима, кДж;
Опол - полезная теплота, затрачиваемая на нагревание котлет, кДж;
Оисп - потери теплоты на испарение воды из котлет, кДж;
Опер - потери теплоты на перегрев пара, кДж.
Расход электрической энергии для периода разогрева и периода жарки определяется из выражения
Щ = Р • т, (3)
где Щ - расход электроэнергии за соответствующий период, кВт • ч;
Р - мощность шкафа, кВт;
т - продолжительность соответствующего периода, ч.
Удельная массовая мощность (энергоемкость) представляет собой отношение номинальной мощности шкафа (Рн) к его полезной вместимости в кг:
P
Юэ =
(4)
m,
где Юз - удельная массовая мощность, кВт/кг;
Шн - номинальная масса загружаемого в рабочую камеру продукта, кг.
Продолжительность периода жарки (тж) котлет натуральных рубленых в жарочном шкафу без переворачивания колеблется в пределах от 11 до 17 минут [5]. При этом примерно 4.. .6 минут идет на прогревание котлеты (тпр) и 7.11 минут - на доведение до готовности (тдг) и образование специфической корочки при постоянной температуре. Для упрощения расчетов принимаем, что продолжительность процесса жарки (тж) равна 15 минутам, на загрузку и выгрузку продукта приходится 5 минут. Соответственно, с учетом загрузки и выгрузки продукта общая продолжительность процесса (тобщ) составит 20 минут.
Исходя из этого количество жарок (п) в шкафу в течение часа будет равно трем.
В течение рабочего дня в зависимости от типа предприятия, его мощности и режима работы продолжительность работы жарочного шкафа колеблется в широких пределах - от 2 до 10 часов. Принимаем продолжительность работы шкафа в течение рабочего дня равной 6 часам. При этом простои шкафа в течение рабочего дня в дежурном режиме учитывать не будем, так как расход энергии шкафом за период простоя в дежурном режиме не связан с величиной загрузки рабочей камеры и всегда приводит к увеличению удельного расхода электрической энергии.
Номинальная загрузка рабочей камеры жарочного шкафа ШЖЭ определяется исходя из размеров противня (53 х 47 см2) [7] и размера котлеты (примерно 70 см2) [4] при массе одной котлеты 143 г [5]. Соот-
ветственно единовременная номинальная масса загружаемого в рабочую камеру продукта составляет
тн = (53 х 47)/ (70 х 143) = 5088 г = 5,0 кг.
Тогда за час работы одной камеры шкафа будет пожарено 15 кг котлет, а за рабочий день - 90 кг.
Удельный расход электроэнергии на тепловую кулинарную обработку котлет определяется по формуле
^общ
ш = —щ
(5)
где ш - удельный расход электроэнергии, кВт • ч/кг;
Иобщ - суммарный расход электроэнергии, кВт • ч.
Результаты расчета при номинальной (полной) загрузке жарочного шкафа представлены в табл. 1.
Т а б л и ц а 1
Основные технико-экономические показатели жарочных шкафов
Значение
Показатель
ШЖЭ-1 ШЖЭ-2 ШЖЭ-3
Мощность жарочного шкафа (Рн), кВт 4/8 9/6 14/4
Площадь противня, м2 0/25 0/50 0/75
Единовременная загрузка (тн), кг 5/0 10 15
Удельная массовая мощность (шэ), кВт/кг 0/96 0/96 0/96
Продолжительность разогрева шкафа (тр), мин 30 30 30
Расход электроэнергии за период разогрева (Ираз), кВт • ч 2/4 4/8 7/2
Расход электроэнергии за период одной жарки (Ижар), кВт - ч 1/6 3/2 4/8
Расход электроэнергии за рабочий день (Ид), кВт - ч 28/8 57/6 86/4
Суммарный расход электроэнергии за рабочий день (Иобщ), кВт - ч 31/2 62/4 93/6
Удельный расход электроэнергии за весь процесс (ш), кВт • ч/ кг 0/346 0/346 0/346
С изменением величины загрузки рабочей камеры в уравнении теплового баланса (1) изменений не произойдет, так как потери теплоты на разогрев конструкции и потери в окружающую среду наружными ограждениями не связаны с величиной загрузки рабочей камеры шкафа. В уравнении (2) изменятся только три составляющие - ( пол/ (исп/ ((пер. Они изменятся пропорционально изменению массы за-
грузки. Однако продолжительность периода доведения до готовности котлет при постоянной температуре останется неизменной независимо от массы загружаемого продукта. Соответственно изменение массы загрузки приведет к пропорциональному сокращению только периода прогревания котлет до установившейся температуры.
Исходя из принятой ранее продолжительности периода разогрева, равной 5 минутам, и периода доведения до готовности, равного 10 минутам, можно рассчитать продолжительность периода прогревания продукта с изменением массы за-
грузки и соответственно расход электрической энергии на процесс тепловой кулинарной обработки в зависимости от массы загрузки. Результаты расчета представлены в табл. 2.
Т а б л и ц а 2
Результаты расчета расхода электрической энергии на процесс в зависимости
от массы загрузки
т, кг тпр, мин ТЖ/ мин тобш/ мин п, шт/ч Жарочные шкафы
ШЖЭ-1 ШЖЭ-2 ШЖЭ-3
^^жар, кВт • ч год, кВт- ч ^^жар, кВт • ч год, кВт- ч ^^жар, кВт • ч год, кВт- ч
1,0 • шн 5,0 15,0 20,0 3,00 1,60 28,8 3,20 57,6 4,80 86,4
0,8 • Шн 4,0 14,0 19,0 3,16 1,52 28,8 3,04 57,6 4,56 86,4
0,7 • Шн 3,5 13,5 18,5 3,24 1,48 28,8 2,96 57,6 4,44 86,4
0,6 • шн 3,0 13,0 18,0 3,33 1,44 28,8 2,88 57,6 4,32 86,4
0,5 • шн 2,5 12,5 17,5 3,43 1,40 28,8 2,80 57,6 4,20 86,4
0,4 • шн 2,0 12,0 17,0 3,53 1,36 28,8 2,72 57,6 4,08 86,4
Масса котлет, произведенная за рабочий день при различной загрузке рабочей камеры, составит
Шр = ш • и- 6, (6)
где Шр - масса котлет, подвергшихся тепловой кулинарной обработке за рабочий день, кг/день;
ш - единовременная загрузка шкафа, кг/загр;
и - количество загрузок (жарок) в шкафу в течение часа, загр/ч;
6 - количество часов работы шкафа за рабочий день, ч/день.
Результаты расчета общего расхода электроэнергии и удельного расхода энергии на процесс в зависимости от массы загрузки для различных шкафов представлены в табл. 3.
Т а б л и ц а 3
Результаты расчета удельного расхода электроэнергии на процесс в зависимости
от массы загрузки
Жарочные шкафы
т, кг п, шт/ч
ШЖЭ-1 ШЖЭ-2 ШЖЭ-3
тр, кг м, кВт • ч/кг тр, кг м, кВт • ч/кг тр, кг м, кВт • ч/кг
1,0 • шн 3,00 90,00 0,346 180,00 0,346 270,00 0,346
0,8 • шн 3,16 75,84 0,411 151,68 0,411 227,52 0,411
0,7 • шн 3,24 68,04 0,458 136,08 0,458 204,12 0,458
0,6 • шн 3,33 59,94 0,520 119,88 0,520 179,82 0,520
0,5 • шн 3,43 51,45 0,606 102,90 0,606 154,35 0,606
0,4 • шн 3,53 42,36 0,736 84,72 0,736 127,08 0,736
Из приведенных данных видно, что с уменьшением загрузки жарочного шкафа удельный расход электрической энергии на килограмм производимой продукции существенно возрастает.
Масса котлет, прошедших тепловую кулинарную обработку в жарочном шкафу за год, определяется по формуле
Мк = шр- И, (7)
где Мк - масса котлет, прошедших тепловую кулинарную обработку в шкафу за год, кг;
N - число рабочих дней предприятия в год (принимаем равным 353).
Так, годовая масса жареных котлет при номинальной загрузке рабочей камеры составит для шкафа ШЖЭ-1 31 770 кг; ШЖЭ-2 - 63 540 кг и ШЖЭ-3 - 95 310 кг.
Расчет годового потребления электро-
энергии жарочным шкафом в кВт - ч производится по формуле [2]
^год = Мк- ш • 1,05, (8)
где 1,05 - коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в распределительной сети.
Цена на электрическую энергию отличается для различных потребителей и различных регионов России. Возьмем стоимость электроэнергии для торговых предприятий Москвы по одноставочному тарифу, действующему с 1 июля 2015 г., -5,03 руб/кВт- ч [6]. Результаты расчетов годового расхода электроэнергии и ее стоимости (Сэ) при жарке постоянной массы котлет при различной загрузке рабочей камеры сведены в табл. 4.
Т а б л и ц а 4
Результаты расчета экономической эффективности жарочных шкафов в зависимости
от массы загрузки
Жарочные шкафы
ШЖЭ-1 (31 770 кг) ШЖЭ-2 (63 540 кг) ШЖЭ-3 (95 310 кг)
т, кг
кВт • ч Сэ, руб. р Д у, "^^^год/ кВт- ч Сэ, руб. ДСэ, руб. Wгод, кВт- ч Сэ, руб. ДСэ, руб.
1,0 • тн 11 542 58 056 - 23 084 116112 - 34 626 174 168 -
0,8 • тн 13 710 68 961 10 905 27 420 137 922 21 810 41 130 206 884 32 716
0,7 • тн 15 277 76 843 18 787 30 554 153 686 37 574 45 831 230 530 56 362
0,6 • тн 17 346 87 250 29 194 34 692 174 500 58 388 52 038 261 751 87 583
0,5 • тн 20 216 101 686 43 630 40 432 203 373 87 261 60 648 305 059 130 891
0,4 • тн 24 552 123 496 65 440 49 104 246 993 130 881 73 656 370 489 196 321
Из приведенных данных видно, что с уменьшением загрузки жарочного шкафа затраты на электроэнергию существенно возрастают. Так, при работе шкафа с загрузкой 0,4 от номинального значения при производстве номинальной массы котлет в год оплата за электроэнергию возрастет в 2,13 раза. При этом переплата за год в рублевом выражении составит для ШЖЭ-1 65 440 рублей; ШЖЭ-2 - 130 881 рублей; ШЖЭ-3 - 196 321 рублей.
При неправильном выборе жарочного шкафа (завышена вместимость) он посто-
янно будет работать в недогруженном режиме. Если средняя загрузка жарочного шкафа составляет 0,6 и менее от номинальной величины, то необходима его замена на шкаф с меньшей производительностью (вместимостью), что приводит к значительному снижению удельного расхода электроэнергии. При существующей стоимости шкафов на сегодняшний день (ШЖЭ-1 - 31 300 рублей, ШЖЭ-2 -53 000 рублей и ШЖЭ-3 - 65100 рублей [7]) такая замена окупится менее чем за год.
Список литературы
1. Кирпичников В. П., Ботов М. И. Тепловое оборудование предприятий общественного питания : справочник. - М. : Академия, 2005.
2. Кирпичников В. П., Давыдов А. М. Влияние величины загрузки на технико-экономические показатели пароконвектоматов // Международный научно-исследовательский журнал. - 2016. - № 6 (48). - Ч. 2. - С. 68-72.
3. Кирпичников В. П., Давыдов А. М. Математическая обработка результатов исследования границ недопустимых температур тепловых аппаратов предприятий общественного питания // Вестник Российского экономического университета имени Г. В. Плеханова. - 2016. - № 1 (85). - С. 108-111.
4. Никуленкова Т. Т., Ястина Г. М. Проектирование предприятий общественного питания. - М. : КолосС, 2006.
5. Сборник рецептур блюд и кулинарных изделий : нормативная документация для предприятий общественного питания / сост. А. В. Румянцева. - М. : Дело и Сервис, 1998.
6. Тариф на электроэнергию в Москве 2015 [Электронный ресурс]. - URL: http:// www.ruscable.ru/articles/tarifs/doc/Tarifi_2015/Tarify_na_elektroenergiu_v_Moskve_2015 (дата обращения: 12.04.2016).
7. Шкафы пекарские, жарочные и расстоечные, печи для пиццы [Электронный ресурс]. - URL: http://www.torgtech.ru/catalogue2015/(дата обращения: 12.04.2016).
References
1. Kirpichnikov V. P., Botov M. I. Teplovoe oborudovanie predpriyatiy obshchestvennogo pitaniya, spravochnik [Thermal Equipment Catering. Directory]. Moscow, Akademiya, 2005. (In Russ.).
2. Kirpichnikov V. P., Davydov A. M. Vliyanie velichiny zagruzki na tekhniko-ekonomicheskie pokazateli parokonvektomatov [Influence of Values Loading on Technical and Economic Indicators of Combi Ovens]. Mezhdunarodnyy nauchno-issledovateVskiy zhurnal, 2016, No. 6 (48), vol. 2, pp. 68-72. (In Russ.).
3. Kirpichnikov V. P., Davydov A. M. Matematicheskaya obrabotka rezul'tatov issledovaniya granitc nedopustimykh temperatur teplovykh apparatov predpriyatiy obshchestvennogo pitaniya [Mathematic Processing of Results of Researching the Limits of Inadmissible Temperatures of Thermal Devices at Public Catering Enterprises]. Vestnik Rossiyskogo ekonomicheskogo universiteta imeni G. V. Plekhanova [Vestnik of the Plekhanov Russian University of Economics], 2016, No. 1 (85), pp. 108-111. (In Russ.).
4. Nikulenkova T. T., Yastina G. M. Proektirovanie predpriyatiy obshchestvennogo pitaniya [Designing of Public Catering]. Moscow, KolosS, 2006. (In Russ.).
5. Sbornik retceptur blyud i kulinarnykh izdeliy, normativnaya dokumentatciya dlya predpriyatiy obshchestvennogo pitaniya [Catalogue of Recipes of Dishes and Culinary Products. Regulatory Documentation for Food Industry], comp. A. V. Rumyantceva. Moscow, Delo i Servis, 1998. (In Russ.).
6. Tarif na elektroenergiyu v Moskve 2015 [Electricity Tariffs in Moscow in 2015] [e-resurs]. (In Russ.). Available at: http://www.ruscable.ru/articles/tarifs/doc/Tarifi_2015/Tarify_na_ elektroenergiu_v_Moskve_2015 (accessed 12.04.2016).
7. Shkafy pekarskie, zharochnye i rasstoechnye, pechi dlya pitctcy [Baking Cases, Ovens and Proofers, Ovens for Pizza] [e-resurs]. (In Russ.). Available at: http://www.torgtech.ru/ catalogue2015/(accessed 12.04.2016).
