ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ ХОЛОДИЛЬНЫХ КАМЕР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
Разработана структурно - функциональная схема замкнутой системы энергоснабжения и вентиляции (ЗСЭВ) холодильных камер. Обоснована энергетическая эффективность использования тепловых насосов в системах теплохладоснабжения и вентиляции холодильных камер.
В условиях мирового финансово- экономического кризиса руководством нашей страны разработан комплекс мероприятий, направленных на решение ключевых задач, по сокращению энергоёмкости технологических процессов и внедрению эффективных систем энергосбережения, бесперебойному энергоснабжению сельских населенных пунктов, реализации мер по ускоренному развитию на селе промышленного производства и строительства, созданию компактных предприятий по хранению и переработке плодоовощной продукции, оснащенных современной техникой и технологиями. В решении поставленных задач особое место занимают холодильники и овощехранилища агропромышленного комплекса, предназначенные для бесперебойного снабжения населения страны пищевыми продуктами, в том числе плодами и овощами.
В холодильниках и овощехранилищах все технологические процессы: предварительная обработка продуктов перед хранением (сушка продуктов), охлаждение и длительное холодильное хранение - являются энергоемкими процессами. Существующие холодильники и овощехранилища потребляют большое количество электрической, тепловой энергии (пар, горячая вода и холод), а также расходуют значительное количество воды. Энергетические затраты на кондиционирование воздуха в овощехранилищах составляют 30 - 50 % от стоимости эксплуатации зданий.
Современные холодильные склады и хранилища оснащены холодильными камерами и зонами хранения с различными температурами: от +15 - 18 оС -для бакалейных товаров, от +10 0 оС -для плодов и овощей и до -18 - 25 оС -для продуктов глубокого охлаждения (мясомолочные продукты) [2].
В существующих складах - холодильниках используются традиционные системы охлаждения продукции на основе фреоновых или аммиачных холодильных компрессоров и агрегатов с питанием от электросети.
Использование таких холодильников и хранилищ требует решить задачи экологичности, энергоэффективности и экономичности реализации конкретных проектов.
Оригинальным и экономичным энергосберегающим решением по производству холода, тепла и электрической энергии является разработка системы теплохладоснабжения хранилищ - складов с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии, в частности энергии солнца и биомассы.
Вентиляционные выбросы, исходящие из вытяжной вентиляции плодоовощехранилищ, содержат заметное количество избыточной по отношению к окружающей среде тепловой энергии. Однако из-за недостаточного температурного напора вопросы утилизации этой энергии практически не рассматривались. Для холодильной камеры строительным объемом 180 м3 при хранении яблок зимних сортов тепловой потенциал вентиляционных выбросов оценивается значением 1,7104 МВт-ч/год. Эта энергия безвозвратно теряется при выбросе вентиляционного воздуха в атмосферу. В связи с растущим дефицитом энергоресурсов и обострением проблемы охраны окружающей среды в настоящее время использование низкопотенциальной сбросной теплоты вентиляционных потоков в плодоовощехранилищах является актуальной проблемой [3].
В холодильных камерах главной задачей холодильной установки является охлаждение внутреннего воздуха. При охлаждении холодильной камеры теплота вентиляционных выбросов, которые состоят из трансмиссионных теплопритоков и теплоты «дыхания» продуктов, удаляется из камеры холодильным агентом. Однако в любом холодильном цикле теплота конденсации холодильного агента в конденсаторе сбрасывается при температуре выше окружающей среды. Обычно это тепло сбрасывается в специально сооружаемых градирнях при вынужденном охлаждении и безвозвратно теряется в атмосфере. Эту теплоту можно использовать для отопления, предварительного нагрева воды, сушки продуктов перед хранением и т.п.
За счет использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии и утилизации низкопотенциального тепла вентиляционных выбросов с теплонасосной установкой можно достичь значительной экономии первичной энергии, составляющей порядка 20 - 30 % [4].
В связи с этим повышение энергетической эффективности, разработка и внедрение энергосберегающих систем энергоснабжения и вентиляции холодильных камер с использованием возобновляемых источников энергии является актуальной проблемой.
В работе детально рассмотрена структура энергопотребления в системах теплохладоснабжения и вентиляции холодильных камер и обосновано целесообразное использование разных видов возобновляемых источников энергии, включая солнечную энергию и энергию биомассы. Разработана структурно - функциональная схема замкнутой системы энергоснабжения и вентиляции (ЗСЭВ) холодильных камер. Обоснована энергетическая эффективность использования тепловых насосов в системах теплохладоснабжения и вентиляции холодильных камер (рис.1).
Предлагается утилизации теплоты вентиляционных выбросов для предварительной обработки плодов и овощей перед длительном хранением. Камера предварительной просушки продуктов снабжена теплонасосной установкой, которая обеспечивает эффективное использование низкопотенциального тепла вентиляционных выбросов камер охлаждений.
Предложено комбинированное использование солнечных, биоэнергетических установок и утилизация тепловых отходов (теплота вентиляционных выбросов) с использованием тепловых насосов, которое позволяет образовать замкнутый цикл и уменьшить расход энергии на теплохладоснабжение и вентиляцию холодильных камер.
Поэтому разработка энергосберегающих систем теплохладоснабжения и вентиляции с использованием возобновляемых источников энергии (солнца и биомассы) и теплонасосных установок существенно улучшает энергетический режим холодильных камер.
Применение теплового насоса 5 в системе теплохладоснабжения в замкнутом цикле дает существенное снижение потребления энергии. Теплый влажный воздух, т.е. вентиляционные выбросы 2, проходит в испаритель теплового насоса 4 и охлаждается. После охлаждения воздух рециркулируется и направляется опять в систему активной вентиляции в холодильной камере 1. Теплота конденсации хладагента из конденсатора теплового насоса 8 нагревает внутреннии воздух камеры просушки продуктов и обеспечивает создание требуемого температурного режима.
Предварительные исследования и результаты расчетов показывают, что создание замкнутого цикла с тепловым насосом сэкономит энергию: около 35 - 40 %. Дополнительно установленный солнечный коллектор обеспечивает горячей водой системы увлажнения воздуха. Производство альтернативного топлива в пиролизной установке из растительных отходов и биомассы служит для автономного энергоснабжения системы. Нами экспериментально получено жидкое, газообразное и твердое биотопливо при переработке стеблей хлопчатника и углеводородсодержащих отходов.