CC BY
6
УДК 631.171+637.131
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ КАМЕРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИРОДНОГО ХОЛОДА
А.Б. Коршунов, кандидат технических наук Б.П. Коршунов, кандидат технических наук ФГБНУ Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ E-mail: koral314@yandex.ru
Аннотация. Существующие технологии и оборудование для хранения животноводческих продуктов имеют ряд недостатков, которые негативно влияют не только на энергоемкость и качество хранимой продукции, но и на экологию. Одним из основных направлений эффективного использования природного холода является разработка и использование энергосберегающих холодильных камер для охлаждения и хранения молока и других животноводческих продуктов. Разработана энергосберегающая холодильная камера для охлаждения и хранения животноводческой продукции, установленная в племзаводе «Завет Ильича». Представлена схема энергосберегающей холодильной камеры для хранения сельхозпродукции с использованием природного холода и экологически безопасного хладоносителя с низкой температурой замерзания. Особенностью данной схемы является наличие аккумулятора природного холода и заглубленного в землю льдоаккумулятора, обеспечивающих надежную работу энергосберегающей холодильной камеры в течение круглого года без использования искусственного холода. Применение природного холода позволяет быстро реконструировать холодильные системы предприятий АПК, не менее чем на 25-30% увеличить общий объем использования технологического холода для нужд хозяйств без существенного увеличения капитальных затрат. Работы в значительной мере могут выполняться силами и средствами самих хозяйств. Использование энергосберегающей холодильной камеры с использованием природного холода и экологически безопасных хладоносителей с низкой температурой замерзания позволяет осуществлять хранение сельхозпродукции в течение круглого года, повысить аккумулирующую способность, хладопроиз-водительность и надежность, сократить эксплуатационные и энергозатраты.
Ключевые слова: энергосберегающая холодильная камера, охлаждение, молоко, природный холод, экосол.
Введение. Использование природного холода является одним из наиболее эффективных путей снижения затрат энергии на производство технологического холода в сельском хозяйстве. Проблемой эффективного использования природного холода занимаются давно, однако по ряду причин он не получил должного распространения. Наибольшее количество разработок предназначено для охлаждения и хранения молока, так как в этой области сельскохозяйственного производства больше, чем в других, необходима реконструкция холодильных систем, и наиболее серьезный ущерб терпит экономика страны от недостаточной мощности и надежности холодильного оборудования.
Существующие технологии и оборудование для хранения молока и других животноводческих продуктов имеют ряд недостатков, которые негативно влияют не только на энергоемкость и качество хранимой продук-
ции, но и на экологию. Практически не применяется аккумулирование энергии холода, особенно в виде льда [1-7].
Цель исследования - сократить энергоемкость процесса хранения молока и других животноводческих продуктов на фермах при сохранении их качества.
Материалы и методы. Для решения указанных задач в ФНАЦ ВИМ проводятся исследования по созданию энергосберегающих холодильных камер для хранения молока и других животноводческих продуктов. Основной идеей при разработке энергосберегающих холодильных камер является применение низкопотенциальной энергии природного холода и экологически безопасных хладо-носителей с низкой температурой замерзания. Был проведен анализ хладоносителей с низкой температурой замерзания, который показал, что применение экосола позволяет значительно повысить эффективность охла-
ждающих систем, исключает вероятность разрыва труб, при этом он относится к веществам безопасным и не оказывает коррозионного воздействия на различные металлы [6].
Результаты исследования. На рисунке 1 представлена разработанная энергосберегающая холодильная камера для охлаждения и хранения животноводческой продукции, установленная в племзаводе «Завет Ильича». Охлаждение камеры осуществляется за счет циркуляции холодной воды, поступающей из грунтового льдохранилища (или аккумулятора холода).
Рис. 1. Энергосберегающая холодильная камера для охлаждения и хранения животноводческой продукции
Сущность энергосберегающей холодильной камеры для охлаждения и хранения животноводческой продукции с использованием природного холода поясняется функционально-структурной схемой, представленной на рисунке 2. Холодильная камера для охлаждения и хранения животноводческой продукции обеспечивает снижение энергоемкости и эксплуатационных расходов в течение года в условиях сельскохозяйственного производства. Она работает следующим образом. Охлаждаемые и хранящиеся продукты размещаются в теплоизолированном помещении 1. В аккумулятор холода 5 подается вода через вентиль 17.
Рис. 2. Функционально-структурная схема энергосберегающей холодильной камеры для
охлаждения и хранения животноводческой продукции: 1 - теплоизолированное помещение;
2 - холодильная установка с испарителем;
3 - компрессорно-конденсаторный агрегат;
4 - воздухонагнетающее устройство (вентилятор или компрессор); 5 - аккумулятор холода; 6 - открывающийся люк; 7, 8 - трубопроводы;
9 - воздушный фильтр; 10 - нагревательное устройство; 11 - усилительный блок; 12 - сравнивающее устройство; 13, 14 - датчики температуры; 15 - задающее устройство;
16 - распределитель; 17 - вентиль
В холодное время года люк 6 аккумулятора холода 5 открыт. Вода замерзает под действием холодного воздуха, поступающего при работе воздухонагнетающего устройства 4, и лед накапливается в аккумуляторе холода 5. Для охлаждения животноводческой продукции включается воздухонагне-тающее устройство 4 (вентилятор или компрессор), и холодный воздух из атмосферы (в холодное время года) или аккумулятора холода 5 через воздушный фильтр 9 и распределитель 16 поступает в теплоизолиро-
ванное помещение 1. Нагретый воздух сперва из теплоизолированного помещения 1 по трубопроводу 7 поступает в аккумулятор холода 5, где охлаждается, а затем в нагнетающее устройство 4, и цикл повторяется. В теплое время года воздух в теплоизолированном помещении 1 охлаждается в аккумуляторе холода 5 или традиционным способом при помощи испарителя 2 и компрессорно-кон-денсаторного агрегата 3.
Система автоматизации работает следующим образом. Требуемая температура в теплоизолированном помещении 1 устанавливается на задающем устройстве 15. Электрические сигналы с датчиков температуры 13 (¿ТП - фактическая температура теплоизолированного помещения) и 14 (¿ах - фактическая температура аккумулятора холода 5 или наружного воздуха при открытом люке 6), а также сигнал температуры с задающего устройства 15 поступают в сравнивающее устройство 12.
Система управления работает по следующему алгоритму.
При
*тп > t ах *тп > t з * ах < * з
^ включение воздухона-
гнетающего устройства 4.
Выключение воздухонагнетающего устройства 4 происходит при ^п = Ь.
При
*тп < * ах *тп > * з
отключение воздухонагне-* тающего устройства 4,
включение компрессорно-* ах > *з I конденсаторного агрегата 3.
где - требуемая температура в теплоизолированном помещении, °С; 1ТП - фактическая температура теплоизолированного помещения, °С; 1АХ - фактическая температура аккумулятора холода или наружного воздуха при открытом люке, °С.
Применение предлагаемой системы обеспечит существенное снижение энергоемкости и годовых эксплуатационных затрат в условиях сельскохозяйственного производства. Для многих типов холодильных камер сельскохозяйственного назначения, в т.ч. с неполным годовым циклом охлаждения, система испарителей и компрессорно-конден-
саторных агрегатов необязательна. Это увеличит технико-экономический эффект от применения таких систем в сельскохозяйственном производстве. На рисунке 3 представлена энергосберегающая холодильная камера для хранения животноводческой продукции с использованием природного холода и экологически безопасных хладоносителей с низкой температурой замерзания (ЭБХ).
Камера работает следующим образом. Охлаждаемая животноводческая продукция размещается в теплоизолированном помещении 1, контроль температуры в котором осуществляется при помощи датчика температуры воздуха 5, электрически соединенного с блоком управления 3.
В холодное время года люки 17 льдоак-кумулятора 15 открыты. Наморозка льда в льдоаккумуляторе холода 15 осуществляется за счет замерзания воды, подаваемой периодически в льдоаккумулятор 15 из водопровода через вентиль 12 в объеме, зависящем от значений отрицательной температуры наружного воздуха, фиксируемых датчиком температуры наружного воздуха 4, электрически соединенным с блоком управления 3. Охлаждение воздуха в теплоизолированном помещении 1 осуществляется за счет циркуляции хладоносителя по замкнутому контуру: аккумулятор холода 13, входящий трубопровод 18, насос хладоносителя 8, вентиль 10, трубчатые теплообменники 2, выходящий трубопровод 19, вентиль 11, аккумулятор холода 13. Контроль температуры хладоносителя в аккумуляторе холода 13 осуществляется при помощи датчика 6, электрически соединенного с блоком управления 3.
Для обеспечения эффективного охлаждения хладоносителя в аккумуляторе холода 13 предусмотрен барботаж при помощи вентилятора 7 и воздухораспределительной трубы 14. В теплое время года охлаждение хладо-носителя осуществляется в льдоаккумулято-ре 15, при этом люки 17 закрыты. Охлаждение воздуха в теплоизолированном помещении 1 в этом случае осуществляется за счет циркуляции хладоносителя по замкнутому контуру: пластиковые трубки 16 льдоакку-мулятора холода 15, входящий трубопровод
20, вентиль 10, трубчатые теплообменники 2, выходящий трубопровод 21, вентиль 11, на-
сос хладоносителя 9, пластиковые трубки 16 льдоаккумулятора холода 15.
6
14
Рис. 3. Энергосберегающая холодильная камера для хранения сельхозпродукции с использованием природного холода и экологически безопасных хладоносителей с низкой температурой замерзания:
1 - теплоизолированное помещение; 2 - трубчатые теплообменники; 3 - блок управления; 4, 5, 6 - датчики температуры наружного воздуха, воздуха внутри камеры и хладоносителя; 7 - вентилятор; 8, 9 - насосы хладоносителя; 10, 11 и 12 - вентили; 13 - аккумулятор холода; 14 - воздухораспределительная труба; 15 - льдо-аккумулятор; 16 - пластиковые трубки; 17 - открывающиеся люки; 18, 19, 20 и 21 - входящие и выходящие
трубопроводы для циркуляции хладоносителя
УУУУУУ^УУУУ/УУУУУУУУУУУУУУУ/УУУУУУУ УУУУУУУУУУУ/УУУУУУУУУУУУУУУ/УУУУУУУ УУУУУУУУУУУ/УУУУУУУУУУУУУУУ/УУУУУУУ УУУУУУУУУУУ/УУУУУУУУУУУУУУУ/УУУУУУУ
ооооооооо
- хладоноситель
"" ш
---- вода
16
Наличие аккумулятора холода 13, заполненного хладоносителем, и заглубленного в землю льдоаккумулятора 15 с установленными в нем пластиковыми трубками 16, заполненными хладоносителем, гарантируют надежную работу энергосберегающей холодильной камеры для сельхозпродукции в течение круглого года.
Для регулирования расхода холода, поступающего от ледяного массива льдоакку-мулятора 15 и аккумулятора холода 13, предусмотрен блок управления 3, который в зависимости от температуры внутри теплоизолированного помещения 1, контролируемой при помощи датчика температуры 5, хладоносителя в аккумуляторе холода 13, контролируемой при помощи датчика температуры 6, и наружного воздуха, контролируемой при помощи датчика температуры 4, путем автоматического включения насосов хладоносителя 8, 9 и вентилей 10 и 11 обес-
печивает двухконтурное охлаждение воздуха в теплоизолированном помещении 1 в течение круглого года.
Выводы. Применение природного холода позволяет быстро реконструировать холодильные системы предприятий АПК, не менее чем на 25-30% увеличить общий объем использования технологического холода для нужд хозяйств без существенного увеличения капитальных затрат. Работы в значительной мере могут выполняться силами и средствами самих хозяйств.
Использование энергосберегающей холодильной камеры с использованием природного холода и экологически безопасных хла-доносителей с низкой температурой замерзания позволяет осуществлять хранение сельхозпродукции в течение круглого года, повысить аккумулирующую способность, хладопроизводительность и надежность, сократить эксплуатационные и энергозатраты.
Литература:
1. Иванов Ю.А. Цифровое животноводство: перспективы развития // Вестник ВНИИМЖ. 2019. № 1. С. 4-7.
2. Тихомиров И.А., Андрюхина О.Л, Скоркин А.В. Ресурсосберегающие технологии производства высококачественного молока // Вестник ВНИИМЖ. 2018. № 4. С. 92-99.
3. Цой Ю.А. Процессы и оборудование доильно-мо-лочных отделений животноводческих ферм. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2010. 424 с.
4. Цой А.П. Классификация хладоносителей и их анализ установок // Сб. докл. межд. науч.-техн. конф. Ал-маты, 2015. С. 161-164.
5. Калнинь И.Н. Энергоэффективность и экологическая безопасность холодильных систем // Холодильная техника. 2008. № 3.
6. Коршунов Б.П. Применение природного холода в АПК. М.: ФГБНУ ВИЭСХ, 2015. 168 с.
7. Коршунов Б.П., Коршунов А.Б. Аккумуляция холода: резерв повышения энергоэффективности охлаждения и хранения животноводческой продукции // Вестник ВИЭСХ. 2018. № 1. С. 38-44.
Literatura:
1. Ivanov YU.A. Cifrovoe zhivotnovodstvo: perspektivy razvitiya // Vestnik VNIIMZH. 2019. № 1. S. 4-7.
2. Tihomirov I.A., Andryuhina O.L, Skorkin A.V. Resursosberegayushchie tekhnologii proizvodstva vyso-kokachestvennogo moloka // Vestnik VNIIMZH. 2018. № 4. S. 92-99.
3. Coj YU.A. Processy i oborudovanie doil'no-molochnyh otdelenij zhivotnovodcheskih ferm. M.: GNU VIESKH, 2010. 424 s.
4. Coj A.P. Klassifikaciya hladonositelej i ih analiz usta-novok // Sb. dokl. mezhd. nauch.-tekhn. konf. Almaty, 2015. S. 161-164.
5. Kalnin' I.N. Energoeffektivnost' i ekologicheskaya be-zopasnost' holodil'nyh sistem // Holodil'naya tekhnika. 2008. № 3.
6. Korshunov B.P. Primenenie prirodnogo holoda v APK. M.: FGBNU VIESKH, 2015. 168 s.
7. Korshunov B.P., Korshunov A.B. Akkumulyaciya holoda: rezerv povysheniya energoeffektivnosti ohlazhde-niya i hraneniya zhivotnovodcheskoj produkcii // Vestnik VIESKH. 2018. № 1. S. 38-44.
ENERGY-SAVING COOLING CHAMBER WITH NATURAL COLD USING
A.B. Korshunov, candidate of technical sciences
B.P. Korshunov, candidate of technical sciences FGBNY Federal research agricoengineering center VIM
Abstract. Existing technologies and livestock products' storing equipment have a number of disadvantages that negatively affect not only the energy intensity and stored products quality, but also ecology. One of the main natural cold's effective use directions is energy-saving cooling chambers for milk and other livestock products' cooling and storing use development. An energy-saving cooling chamber for livestock products' cooling and storing has been developed, and it on "Zavet ofll'ich" breeding plant is installed. The scheme of an energy-saving cooling chamber for agricultural products storing at natural cold using and an ecologically safe coolant with a low freezing point of temperature is presented. A special feature of this scheme is natural cold's accumulator presence and an ice accumulator buried in the ground, ensuring energy-saving reliable operation of cooling chamber throughout the year without artificial cold using. The natural cold using, it makes possible the APK enterprises' refrigeration systems quickly reconstructing, at least in 25-30% the total use of technological cold for farms' needs without significantly capital expenditures improving to increase. The working in a large extent by farms' forces and means themselves it can be carried out. The an energy-saving cooling chamber with natural cold and ecologically friendly refrigerants using at a low freezing point of temperature allows storing agricultural products throughout the year to produce, the storage capacity, cooling capacity and reliability to increase, operating and energy costs to reduce. Keywords: energy-savingcooling chamber, cooling, milk, natural cold, ecosol.
