APPLICATION OF THERMAL AND ENERGY BALANCE EQUATIONS TO INCREASE THE ENERGY EFFICIENCY OF REFRIGERATION TECHNOLOGY AND EQUIPMENT
Authors: СЯЗИН И.Е. , ГУКАСЯН А.В. , КАСЬЯНОВ Г.И. 
Published: December 2023

В последнее время проблема энергосбережения становится приоритетным направлением теоретических и экспериментальных исследований в области пищевых технологий. Анализ научно-технической литературы в ча- сти математической базы расчета теплоэнергетического баланса и энергоэффективности холодильной технологии и техники показал отсутствие стройной логической последовательности расчета всех факторов, составляющих дис- сипацию энергии при реализации холодильных процессов и технологий. Факторы диссипации должны составлять переменные величины в составе уравнений теплового и энергетического балансов, что позволит увеличить точность расчета и подбора холодильного технологического оборудования. В исследовании представлены уравнения теплово- го и энергетического балансов для нашедших применение способов повышения энергоэффективности холодильных и технологических машин и рациональных технических решений в области холодильных процессов и технологий. Проанализированы наиболее известные способы снижения энергозатрат на холодильную и криогенно-технологиче- скую технику: генерация дополнительной электроэнергии потоком инертного газа; генерация дополнительной элек- троэнергии за счет использования вращательного момента вала компрессора; использование внутреннего электропри- вода для передачи крутящего момента конвейерной ленте криогенного морозильного аппарата; процессы рекуперации и рециркуляция диоксида углерода в холодильной технологии. Выполнены энергетический и тепловой балансы для: экспериментальной установки для хранения растительных плодов при близкриоскопической температуре; стабилиза- ции режима хранения яблок при близкриоскопической температуре хранения; изменения химического состава плодов яблони в процессе холодильного хранения и криозамораживания; технологии криосублимации и установка для полу- чения криосублимированной воды; рекуперации диоксида углерода с помощью холодильной машины Ранка–Хильша для холодильной обработки пищевых продуктов. Доказана результативность теплоэнергетического анализа для оп- ределения рациональности любого предлагаемого способа повышения энергоэффективности холодильной и техно- логической машины, внесения изменений в схемы холодильных установок, холодильных процессов и технологий.

Recently, the problem of energy saving has become a priority area of theoretical and experimental research in the field of food technology. Analysis of scientific and technical literature regarding the mathematical basis for calculating the heat and energy balance and energy efficiency of refrigeration technology and equipment showed the lack of a coherent logical sequence in the calculation of all factors that make up energy dissipation during the implementation of refrigeration processes and technologies. Dissipation factors should constitute variable quantities in the equations of heat and energy balances, which will increase the accuracy of calculations and selection of refrigeration technological equipment. The study presents heat and energy balance equations for currently used methods for increasing the energy efficiency of refrigeration and technological machines and rational technical solutions in the field of refrigeration processes and technologies. The most well-known methods of reducing energy costs for refrigeration and cryogenic technological equipment are analyzed: generation of additional electricity by a flow of inert gas; generation of additional electricity by using the torque of the compressor shaft; the use of an internal electric drive to transmit torque to the conveyor belt of a cryogenic freezing apparatus; recovery processes and carbon dioxide recycling in refrigeration technology. Energy and heat balances were carried out for: an experimental installation for storing plant fruits at near cryoscopic temperatures; stabilization of the storage regime for apples at near cryoscopic storage temperatures; changes in the chemical composition of apple fruits during refrigerated storage and cryofreezing; cryosublimation technologies and installation for producing cryosublimation water; recovery of carbon dioxide using a Ranque–Hilsch refrigeration machine for refrigeration of food products. The effectiveness of thermal energy analysis has been proven to determine the rationality of any proposed method of increasing the energy efficiency of a refrigeration and technological machine, making changes to the circuits of refrigeration units, refrigeration processes and technologies.