CC BY
31
УДК 637.133.1
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ МОДУЛЬ К СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ МОЛОКА НА ФЕРМАХ
А.Б. Коршунов, кандидат технических наук Б.П. Коршунов, кандидат технических наук А.В. Иванов, аспирант ФГБНУ ФНАЦ ВИМ E-mail: [email protected]
Аннотация. Разработка энергосберегающих технологий для охлаждения молока является одной из актуальнейших проблем в молочном животноводстве. Одним из эффективных путей снижения затрат энергии и повышения экологической чистоты технологического процесса производства молока на фермах является использование природного холода и экологически чистых хладоносителей с низкой температурой замерзания. В связи с этим в ФНАЦ ВИМ проводятся исследования по разработке и внедрению энергосберегающего модуля к системе охлаждения молока, работающего с использованием природного холода и экологически чистых хладоносителей с низкой температурой замерзания. Предложена технологическая схема и произведен расчет потребления электроэнергии на первичную обработку молока по месяцам. Построены графики изменения затрат на электроэнергию в зависимости от среднегодовой температуры наружного воздуха. Применение системы с энергосберегающим модулем охлаждения молока позволяет повысить надежность, сохранить высокое качество молока и уменьшить эксплуатационные затраты. При этом расходы на электроэнергию уменьшаются в 1,5-3 раза в зависимости от региона, где устанавливается модуль. Ключевые слова: охлаждение, молоко, энергосбережение, природный холод, экологически чистый хладо-носитель с низкой температурой замерзания.
Введение. Рациональное использование природных ресурсов теплоты, холода, а также электроэнергии является важной задачей при ведении экологически чистого агрохо-зяйствования и одним из основных требований при разработке энергосберегающих технологий и установок при производстве и хранении сельскохозяйственной продукции. Особенно это актуально при охлаждении и хранении молока, так как в этой отрасли сельскохозяйственного производства больше, чем в других, необходима реконструкция охлаждающих систем, и наиболее серьезный ущерб терпит экономика страны от недостаточной мощности и надежности холодильного оборудования и низкого качества молока.
Так, по данным [1], затраты электроэнергии на ферме в 200 голов со средним годовым удоем 4000 кг в год составляют на подогрев воды 717,5 ГДж (199305 кВт-ч), а на производство холода и хранения молока в резервуарах - 255,2 ГДж (70889 кВт-ч), что составляет около 20% от всего расхода электроэнергии на ферме за год. Кроме того, со-
гласно нормам ЕС, молоко, соответствующее требованиям нашего 1 -го и тем более 2-го сорта, считается непригодными к потреблению, а в России по экспертным оценкам производится около 90% такого молока [2, 3]. Одной из основных причин низкого качества молока является нарушение технологий его охлаждения и хранения. Поэтому разработка энергосберегающих технологий и установок для охлаждения молока является одной из актуальнейших проблем в молочном животноводстве [4, 5].
Одним из эффективных путей снижения затрат энергии и повышения экологической чистоты технологического процесса производства молока на фермах является использование природного холода и экологически чистых хладоносителей с низкой температурой замерзания [6, 7].
В связи с этим в ФНАЦ ВИМ проводятся исследования по разработке и внедрению энергосберегающего модуля к системе охлаждения молока, работающего с использованием природного холода и экологически чи-
Journal of VNIIMZH №3(31)-2018
119
стых хладоносителеи с низкои температурой замерзания.
Результаты исследований. Система с энергосберегающим модулем охлаждения молока представлена на рис. 1. Система работает следующим образом. В теплое время года хладагент от холодильной машины 12 попадает в теплоизолированныи аккумулирующий резервуар (льдоаккумулятор) 19, где начинается процесс намораживания льда на трубках испарителя 13. Толщина льда контролируется датчиком толщины льда 8. При достижении необходимой толщины льда управляющий блок 24 останавливает холодильную машину 12.
Молоко, проходя через бесконтактный счетчик 3, с помощью насоса 5 попадает в первую секцию 27 теплообменника для охлаждения молока 6, где предварительно
охлаждается артезианской водой, которая поступает с помощью насоса 4 в первый контур теплообменника 6. На выходе из первой секции 27 теплообменника 6 получают воду 14-16°С, которая попадает в рекуператор теплоты 11. Во вторую секцию 28 теплообменника 6 попадает ледяная вода (0-2°С) из теплоизолированного аккумулирующего резервуара 19 через выходной патрубок 20 с помощью водяного насоса 7.
В холодное время года включается насос 9 хладоносителя с низкой температурой замерзания с вентилятором 16 приемника природного холода 23, и происходит охлаждение воды в теплоизолированном аккумулирующем резервуаре 19 за счет протекания холодного экосола по гофрированным эластичным трубам 10, расположенным в резервуаре 19.
Рис. 1. Система с энергосберегающим модулем охлаждения молока: 1 - молокопровод; 2 - трубопровод для артезианской воды; 3 - бесконтактный счетчик молока; 4, 7 - насосы для холодной воды; 5 - насос для молока; 6 - теплообменник для охлаждения молока; 8, 14 - датчики толщины льда; 9 - насос для хладоносителя с низкой температурой замерзания (экосола); 10 - гофрированные трубы; 11 - рекуператор тепла; 12 - холодильная машина; 13 - испаритель; 15 - теплообменник для хладоносителя с низкой температурой замерзания; 16 - вентилятор; 17 - датчик температуры ледяной воды; 18 - насос для хладагента; 19 - теплоизолированный аккумулирующий резервуар; 20 - выходной патрубок; 21 - входной патрубок; 22 - датчик температуры наружного воздуха; 24 - приемник природного холода; 24 - управляющий блок; 25 - резервуар-термос для охлаждённого молока; 26 - вентили; 27, 28 - секции теплообменника.
Для повышения эффективности охлаждения воды и наморозки льда на поверхности гофрированных труб 10 установлен датчик толщины наморозки льда 14, обеспечивающий включение и выключение насоса хладо-носителя 9, что создает условия для отделения слоя льда от поверхности гофрированных труб 10 и накапливание его в теплоизолированном резервуаре 19. Из теплоизолированного аккумулирующего резервуара 19 ледяная вода (0-2°С) с помощью водяного
насоса 7 через выходной патрубок 20 попадает во вторую секцию 28 теплообменника 6, где охлаждается молоко, после чего через входной патрубок 21 возвращается в резервуар 19. Для определения эффективности использования природного холода и экологически чистых хладоносителей с низкой температурой замерзания произведен расчет потребления электроэнергии технологическим оборудованием на первичную обработку молока по месяцам по выражению:
г = £ ( Р
комп
1 н
квк + ( Рпх •к
впх
+ Р
хл
' квхл + рм
Квм ) • к д ) • дп
I=1
где п - количество месяцев; РКомп - потребляемая мощность компрессора источника искусственного холода, кВт; ЧН - число часов «наморозки льда» для суточной дойки, ч; КВК - коэффициент включения компрессора; РПХ - общая потребляемая мощность источника природного холода, кВт; КВПХ - коэффициент включения оборудования источника природного холода; РХЛ - потребляемая мощность насоса хладоносителя, кВт; КВХЛ - коэффициент включения насоса хладоносителя; Рм - потребляемая мощность насоса молока, кВт; КВМ - коэффициент включения насоса молока; Кд - количество доек в сутки; Дп - количество дней в месяце.
С учетом графика моделирования процесса охлаждения молока с использованием природного холода и хладоносителей с низкой температурой замерзания и среднемесячной температуры наружного воздуха для Московского региона (СНиП 23-01-99) построены графики изменения затрат на электроэнергию в зависимости от среднегодовой температуры наружного воздуха (рис. 2), затрат на электроэнергию по месяцам для базового и нового варианта системы охлаждения молока (рис. 3).
-90,000
^
0- у ж
|
£ П О
И а базовый 1ПЕЫН Экономия
¡=5 я —
3 н ✓
с. н « * .....
СП
О 5 0 5 ^ .о ': :
Температура наружного воздрсэ, °С
Рис. 2. График изменения затрат на электроэнергию в зависимости от среднегодовой температуры наружного воздуха (Московский регион)
Рис. 3. График затрат на электроэнергию по месяцам
Лоигпа! оГ VNIIMZH №3(31)-2018
121
Выводы. Применение системы с энергосберегающим модулем охлаждения молока с использованием природного холода и экологически чистых хладоносителей с низкой температурой замерзания позволяет повысить надежность, сохранить высокое качество молока и уменьшить эксплуатационные затраты. При этом расходы на электроэнергию уменьшаются в 1,5-3 раза в зависимости от региона, где устанавливается модуль.
Литература:
1. Мишуров Н.П. Совершенствование инженерно-технического обеспечения молочных ферм на основе комплексной энергетической оценки. М., 2011. 120 с.
2. Иванов Ю.А. Качество молока и эффективность его производства // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2012. № 2. С. 22-24.
3. Текучев И.К., Кормановский Л.П., Иванов Ю.А. Инновационные технологии производства молока. Подольск, 2011.
4. Цой Ю.А. Процессы и оборудование доильно-мо-лочных отделений животноводческих ферм. М., 2010.
5. Козловцев А.П. Обоснование и разработка энергосберегающей технологии охлаждения молока в замкнутом цикле системы "атмосфера - инженерное сооружение - водная среда": автореф. дис. д. т. н. Оренбург, 2017.
6. Пат. РФ №2613454. Энергосберегающая установка для охлаждения молока с использованием искусственного и естественного холода и экологически безопасного хладоносителя с низкой температурой замерзания / Коршунов Б.П. и др. 2017, Бюл. №8.
7. Коршунов Б.П. Применение природного холода в АПК. М., 2015. 168 с.
Literatura:
1. Mishurov N.P. Sovershenstvovanie inzhenerno-tekhni-cheskogo obespecheniya molochnyh ferm na osnove ko-mpleksnoj ehnergeticheskoj ocenki. M., 2011. 120 s.
2. Ivanov YU.A. Kachestvo moloka i ehffektivnost' ego proizvodstva // Sel'skohozyajstvennye mashiny i techno-logii. 2012. № 2. S. 22-24.
3. Tekuchev I.K., Kormanovskij L.P., Ivanov YU.A. In-novacionnye tekhnologii proizvodstva moloka. Podol'sk, 2011.
4. Coj YU.A. Processy i oborudovanie doil'no-molochnyh otdelenij zhivotnovodcheskih ferm. M., 2010.
5. Kozlovcev A.P. Obosnovanie i razrabotka ehnergosbe-regayushchej tekhnologii ohlazhdeniya moloka v zamk-nutom cikle sistemy "atmosfera - inzhenernoe sooruzhe-nie - vodnaya sreda": avtoref. dis. d. t. n. Orenburg, 2017.
6. Pat. RF №2613454. EHnergosberegayushchaya usta-novka dlya ohlazhdeniya moloka s ispol'zovaniem iskus-stvennogo i estestvennogo holoda i ehkologicheski bezo-pasnogo hladonositelya s nizkoj temperaturoj zamerzani-ya / Korshunov B.P. i dr. 2017, Byul. №8.
7. Korshunov B.P. Primenenie prirodnogo holoda v APK. M., 2015. 168 s.
ENERGY SAVING MODULE FOR MILK COOLING SYSTEM ON FARMS
A.B. Korshunov, candidate of technical sciences
B.P. Korshunov, candidate of technical sciences A.V. Ivanov, post-graduate student
FGBNY FNAC VIM
Abstract. The cooling milk energy-saving technologies development is one of the most important problems in dairy farming. One of the effective ways of energy costs reducing and milk production technological process's ecological purity on farms improving is natural cold and ecologically friendly cold carriers with low temperature of freezing using. In this regard, in FNAC VIM the research on the development and implementation of energy-saving module for the milk cooling system, working with natural cold using and ecologically friendly cold carriers with low temperature of freezing are carried out. The technological scheme is proposed and electricity consumption for primary milk processing on months' calculation has done. The graphs of an electricity costs' change depending on the ave rage annual outdoor temperature are plotted. The energy-saving milk cooling module system's application allows to increase reliability, to maintain milk high quality and to reduce operating costs. At the same time, electricity costs are reduced in 1,5-3 times depending on the region where the module is installed.
Keywords: cooling, milk, energy saving, natural cold, ecologically friendly cold carriers with low temperature of freezing.
