Энергоэффективное плодоовощехранилище с использованием нетрадиционных источников энергии

Создания и регулирования оптимального тепловлажностного режима в плодоовощехранилищах для хранения плодов и овощей требует значительный расход энергетических и водных ресурсов.

Регулирование температурного режима в плодоовощехранилищах достигается несколькими способами (охлаждение, отопление, кондиционирование воздуха и др.).

Наиболее сложно в хранилищах регулировать относительную влажность воздуха, которая оказывает значительное влияние на величину количественных и качественных потерь продуктов. Известно, при низкой влажности воздуха возрастает естественная убыль массы и повышается, потер продуктов. Поэтому в плодоовощехранилищах необходимо производить увлажнение воздуха водой или паром [1].

Искусственное увлажнение воздуха в период охлаждения целесообразно только в южных регионах, где необходимо подавать на 1т картофеля более 80 – 100 м³ наружного воздуха в час, на каждый килоджоуль удаляемого тепла из камеры хранения необходимо подавать к приточному воздуху примерно 1,1 л воды [1].

Проведенные исследования показывают, что в эксплуатируемых холодильниках с регулируемой газовой средой (РГС) вместимостью 1000 т расходуются 0,74 л/с воды, 28,9 кВт тепловой энергии, 13 – 27 м³/час природный газ и 230 кВт электрической энергии. При этом удельный расход электрической энергии на хранении 1 т продукции в период хранения, в зависимости от природно-климатических условиях, составляет около 1100 – 2000 кВт∙часов/т.

Традиционные системы охлаждения, отопления, воздухообмена и увлажнения воздуха в хранилищах не отвечают современным требованиям, приводят к сверхнормативным потерям продуктов при хранении и значительным энергетическим затратам [2].

По этому в последние годы значительно возрос интерес к проблеме использование нетрадиционных источников энергии в связи с ограниченностью запасов органического топлива и задачами по защите окружающей среды от загрязнений.

Перспективным направлением является создание альтернативных систем теплохладоснабжения овощехранилищ в условиях жаркого – сухого климата с использованием теплонасосных установок (ТНУ).

Нами разработаны принципиальные схемы систем теплохладоснабжения плодоовощехранилищ с теплонасосной установкой и способы утилизации теплоты вентиляционных выбросов и «дыхания» продуктов для получения горячей воды в аккумуляторном баке, со встроенным конденсатором холодильной машины. При температуре охлаждаемый среды 10 – 20 &#;С можно получить горячую воду с температурой 50 &#;С. Емкость бак – аккумулятора такого водоподогревателя составляет до 300 л (рис.1).

Рис. 1. Принципиальная схема систем теплохладоснабжения экспериментального овощехранилища с ТНУ.

1 – блок увлажнения воздуха; 2 – перелив; 3 – вентилятор; 4 – задвижка; 5 – форсунки; 6 – горячая вода; 7 – бак аккумулятор; 8 – подпитка; 9 – конденсатор ТНУ; 10 – компрессор ТНУ; 11 – испаритель ТНУ; 12 – регулирующий вентиль ТНУ; 13 – плоский солнечный коллектор; 14 – расходной бак холодной воды; 15 – поплавковый регулятор уровня воды; 16 – вытяжной канал; 17 – шибер; 18 – холодильная камера; 19 – экран ПВД; 20 – кровли камеры; 21 – воздушная прослойка; 22 – кровли камеры; 23 – ДЭС; 24 – пиролизная установка; 25 – штабель продуктов.

Создана экспериментальная углубленная овощехранилища со строительным объемом V_стp=180 м³ (ХК–180). Конструктивные характеристики опытной холодильной камеры ХК–180 для хранения яблок зимних сортов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Основные конструктивные характеристики холодильной камеры ХК – 180

Система теплохладоснабжения холодильной камеры ХК – 180 состоит из ТНУ, систем увлажнения воздуха и вентиляции. Предложенная система работает на двух режимах, т.е. в режиме охлаждения и отопления в зависимости от природно–климатических условий местности. В режиме охлаждения испаритель ТНУ 11 отбирает теплоту из камеры и охлаждается внутренний воздух камеры. Затем хладагент сжимается в компрессоре 10 и перегретый пар поступает в конденсатор 9. Теплота конденсации хладагента в конденсаторе нагревает воду в бак – аккумуляторе 7. Полученная подогретая вода в конденсаторном узле теплового насоса с форсунками разбрызгивается приточному воздуху для увлажнения приточного воздуха. После конденсации жидкий хладагент поступает регулирующий вентиль 12 и затем в испаритель ТНУ 11. Использование низкопотенциальной теплоты вентиляционных выбросов и теплоты дыхания продуктов позволяют сэкономить первичную энергию по сравнению с паровым увлажнением приточного воздуха. Холодильная камера ХК – 180 имеет автономную систему энергоснабжению через дизельной электростанций (ДЭС) 23 работающей на собственном альтернативном биотопливе из отходов плодоовощехранилище. На крыше камеры установлены плоские солнечные коллекторы 13, которые позволяют дополнительно получить горячую воду для технологических и бытовых нужд хранилище. В режиме охлаждения задвижка 4 будет закрытым положение. При необходимости вентилирование камеры естественным холодом ночного воздуха включает систему активной вентиляции. В режиме отопления камеры хладагент циркулируются противоположном направление. При этом испаритель ТНУ в камере выполняет функции конденсатора, а конденсатор в баке – аккумуляторе испарителя. В этом режиме задвижка 4 имеет открытое положение, и горячая вода от солнечных коллекторов поступает в бак – аккумулятор, тем самым поддерживает повышение температурного уровня низкопотенциальной среды. Комбинированное использование солнечных коллекторов и тепловых насосов в режиме отопления камеры позволяет повысить энергетической эффективности системы.

Таким образом, предложенная теплонасосная система теплохладоснабжения плодоовощехранилищ с использованием нетрадиционных источников энергии, утилизацией теплоты дыхания продуктов и вентиляционных выбросов позволяет сэкономить энергетических и водных ресурсов для поддержания тепло – и влажностного режима.

Разработан второй вариант систем теплохладоснабжения надземного хранилища с ТНУ типа «вода – вода» (рис. 2).

Рис. 2. Принципиальная схема систем теплохладоснабжения холодильной камеры с ТНУ: ТНУ – теплонасосная установка; И – исправитель ТНУ; КМ – компрессор ТНУ; К – конденсатор ТНУ; РВ – регулирующий вентиль; ОБ – охлаждающая батарея; ХК – холодильная камера; Н – насос; 1,2,3,4 – характерные точки цикла ТНУ.

Надземная холодильная камера со строительным объемом 180 м³ состоит из холодильной камеры, теплонасосной установки типа «вода – вода» и систем водоснабжения. Испаритель ТНУ в холодильной камере установлен в открытом водяном емкости и охлаждает воды. Охлажденная вода по трубопроводам и охлаждающим батареям движется по периметру холодильной камеры. В качестве источника тепла низкого потенциала используется холодная вода из систем охлаждения камеры. Артезианская вода в конденсаторном узле нагревается до температуры 50 – 55 ^оС и применяется для технологических нужд хранилища. Проведенные исследования показывают, что утилизация низкопотенциального тепла с одновременным охлаждением камеры хранения продуктов и получения горячей воды повышает энергетической эффективности применения ТНУ.

Разработан третий вариант принципиальная схема холодильной камеры с собственным энергоснабжением и регулируемой газовой средой [3].

В предложенной системе требуемый газовый состав обеспечивается комбинированной установкой, где приготавливается биодизельные топлива и пиролизные газы из растительных отходов хранилище. Таким образом, полученное топливо сжигается на ДЭС для производства электрической энергии. Выработанная электрическая энергия применяются для электропотребления привода компрессоров, вентиляторов и насосов в системе теплохолодоснабжения, а выхлопные газы используются для регулирования газовой среды холодильной камеры.

Результаты исследований показывают, что при хранении плодов и овощей в камере с собственным энерго- и газоснабжением с регулируемой газовой средой позволяет 1,5 – 2,0 раза сократить потери и продлить сроки хранения примерно на 20 – 30 суток [3].

Литература:

1. Волкинд И.Л. Комплексы для хранения картофеля, овощей и фруктов. – М.: Колос, 1981. – 223 с.

2. Узаков Г.Н. Исследование тепломассообменных процессов и теплохладоснабжения в плодоовощехранилищах. (Монография). Россия, г. Краснодар.: КубГАУ, 2006. 152 с.

3. Узаков Г.Н., Хужакулов С.М., Вардияшвили А.Б., Алиярова Л. Исследование углубленной холодильной камеры в регулируемой газовой среде с использованием нетрадиционных источников энергии. // Молодой ученый. – Чита, Россия, 2010. – № 5. – с. 81 – 83.