AGRIS - 

2020

Novikov, A.A. | Ershova, I.G., Federal Research Agro-engineering Center VIM, Moscow

Рассмотрели особенности производства электроэнергии в России. Один из эффективных энергосберегающих способов – применение теплонасосных установок. Существующие тепловые насосы с фазовым переходом "вода-лед" недостаточно эффективны, имеют высокую стоимость установки из-за сложности монтажа. Цель исследования – определить параметры и режимы работы разработанной экспериментальной установки на фазовом переходе "вода-лед". Исследовали аналоги и выбрали прототип экспериментальной установки на фазовом переходе "вода-лед". Разработали схему и изготовили экспериментальную установку для получения энергии фазового перехода "вода-лед", состоящую из емкости, насоса, хладагента, испарителя, компрессора, конденсатора, дроссельного вентиля, солнечного коллектора. Изготовили теплообменник как гибкую гофрированную силиконовую трубку с металлической вставкой, в которой циркулирует антифриз и на поверхности образуется лед. Установили, что полученная энергия накапливается внутри силиконовой трубки и в виде горячего жидкого антифриза направляется в теплообменник потребителя. В качестве теплового источника для растапливания льда применили нагреватель, связанный с солнечным коллектором. Разработанная схема установки предназначена для создания тепловых насосов, потребляющих энергию фазового перехода "вода-лед" для отопления с.-х., промышленных, инфраструктурных объектов; на предприятиях агропромышленного комплекса, в системах тепловых аккумуляторов, а также для получения водоледяной смеси для охлаждения продуктов (например, молока) в с.-х. производстве. | There are considered the specifics of electricity production in Russia. One of the most effective energy saving methods is the use of heat pump installations. Its main property is the ability to extract heat from the environment: soil, water, reservoirs, the surrounding air, and the sun. Existing heat pumps with a water-ice phase transition are not efficient enough and have a high installation cost due to its complexity. The research purpose is in determining the parameters and operating modes of the experimental installation at the water-ice phase transition. Presented are analogs and selected is a prototype of an experimental installation at the water-ice phase transition. Presented are a scheme and an experimental installation for generating energy for the water-ice phase transition, consisting of a tank, pump, refrigerant, evaporator, compressor, condenser, throttle valve, and solar collector. The heat exchanger was manufactured as a flexible corrugated silicone tube with a metal insert, in which antifreeze circulates and ice forms on the surface. It has been found that the received energy accumulates inside the silicone tube and is sent to the consumer's heat exchanger in the form of hot liquid antifreeze. A heater connected to a solar collector was used as a heat source for melting ice. It has been revealed that the designed installation scheme is made to design heat pumps that consume energy from the water-ice phase transition for heating agricultural, industrial, and infrastructure facilities; at the enterprises of the agro-industrial complex, in systems of thermal accumulators, as well as for obtaining a water-ice mixture for cooling products (milk, for example) in agricultural production.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2018

Rudobashta, S.P. | Muravleva, E.A., Russian State Agrarian Univ., Moscow

The paper presents a schematic diagram of a farm grain dryer containing a steam compression heat pump, which can be also used for farmhouse heating in wintertime. The authors have performed a thermodynamic analysis of the heat pump operation in farming dryers given the temperature of a drying agent at the dryer inlet is 60 deg C, and the heat pump evaporator is located in the ground with a temperature of 8 deg C. The boiling point of the refrigerant in the evaporator is 3 deg C, which is 5 deg C lower than the ground temperature. After compressing the refrigerant up to 11.02 bar in the compressor, its temperature rises to 70 deg C. During the condensation process, the air passing through the drying chamber (drying agent), is heated to 60...63 deg C. Freon R600a (CH(CH3)5) has been selected as a refrigerant basing on a comparative analysis of the properties of various refrigerants, environmental safety, an operating temperature range, comparatively low pressure in the compression line, and market availability. A thermodynamic cycle of the heat pump has been constructed as well, which has provided the grounds for calculating the energy parameters of the installation. It has been revealed that the power conversion coefficient is equal to 2.98 and that the use of a heat pump allows saving up to 66.4% of the power used for corn drying. The thermal analysis of the heat pump operation in a grain dryer working process has proved the efficiency of its application on the farm. | Представлена принципиальная схема фермерской зерносушилки, содержащей в своем составе парокомпрессионный тепловой насос, который в зимний период используется также для отопления фермерского дома. Выполнен термодинамический анализ работы теплового насоса в составе фермерской сушилки при условиях, что температура сушильного агента на входе в сушилку равна 60 град. C и испаритель теплового насоса расположен в грунте, температура которого равна 8 град. C. Температура кипения хладагента в испарителе на 5 град. C ниже температуры грунта и составляет 3 град. C. В процессе сжатия хладагента в компрессоре до давления 11,02 бар его температура повышается до 70 град. С. В процессе конденсации пара воздух, проходящий через сушильную камеру (сушильный агент), нагревается до 60…63 град. C. В качестве хладагента, исходя из сравнительного анализа свойств различных хладагентов, экологической безопасности, рабочего диапазона температур, сравнительно невысокого давления на линии сжатия и наличия на рынке, был выбран хладон R600а (CH(CH3)5). Построен термодинамический цикл теплового насоса, из которого рассчитаны энергетические показатели установки и коэффициент преобразования энергии, равный 2,98. На основании анализа термодинамического цикла установлено, что применение теплового насоса позволяет сэкономить 66,4% энергии, затрачиваемой на сушку семян кукурузы. Выполненный тепловой анализ работы теплового насоса в составе сушильной установки периодического действия показал целесообразность ее применения в фермерском хозяйстве.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2015

Shevtsov, S.A., Ministry of Emergency Situations. Voronezh Inst. of National Fire Safety

Предложен новый вариант энергоэффективной переработки крупяных культур с использованием перегретого пара и непосредственным вовлечением в варочно-сушильный процесс вторичных энергоресурсов с применением парокомпрессионного теплового насоса. Предложен способ производства крупяных концентратов, который реализован с помощью микропроцессорного управления технологическими параметрами. По информации о ходе процессов мойки, варки, сушки и охлаждения крупы микропроцессор обеспечивает управление режимными параметрами при ограничениях, обусловленных как стремлением получить варено-сушеную крупу (ВСК) высокого качества, так и экономической целесообразностью. При этом непрерывно определяется количество влаги в контуре рециркуляции, образовавшегося за счет испарения из крупы в процессе сушки. Для реализации предлагаемого способа производства ВСК предложено использовать холодильно-компрессорный агрегат, работающий в режиме теплового насоса. В качестве хладагента следует использовать хладон 12В1 CF2ClBr с температурой кипения в испарителе 4 град. С и температурой конденсации 153,7 град. С. Подключение теплового насоса в схему теплоснабжения производства ВСК вместо электрического пароперегревателя позволит сократить теплоэнергетические затраты в 1,72 раза. Предлагаемый способ производства и управления технологическими параметрами в области допустимых технологических свойств продукта обеспечит высокое качество ВСК; повышение тепловой эффективность за счет полного использования теплоты отработанного перегретого пара; снижение удельных энергозатрат на 25-30%; создание безотходной и экологически чистой технологии крупяного производства. | The article proposes a new variant of energy-efficient processing of cereal crops using superheated steam and a direct involvement in the cooking and drying process of waste energy with the use of a vapor compression heat pump. The proposed method for production of cereal concentrates is realized with the use of microprocessor control of technological parameters. According to the information on the processes of cereals washing, cooking, drying and cooling the microprocessor controls regime parameters under the constraints both of a yield of cooked and dried cereal of high quality and economic feasibility. At the same time, the amount of moisture formed by the evaporation from the cereals in the drying process is continuously determined in the recirculation loop. The authors proposed to use refrigeration- and compressor unit operating in a heat pump mode to implement the proposed method of cooked and dried cereals production. The refrigerant to be used is khladon 12V1 CF2ClBr with a boiling point in the evaporator of 4 deg C and the condensing temperature of 153.7 deg C. The use of the heat pump in the heat supply system for cooked and dried cereals production instead of electric heaters will reduce power costs by 1.72 times. The proposed method for the production and control of technological parameters in the range of acceptable technological properties of the product will provide for a high quality of cooked and dried cereals; for the increase of thermal efficiency by making full use of the waste heat of superheated steam; the reduction of specific energy consumption by 25-30%; the development of waste-free and environmentally friendly technologies for cereal production.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2015

Kovalev, А.А., All-Russia Research and Development Inst. of Electrification of Agriculture, Moscow

In the conditions of big scale farms, especially pig farms, while large amount of liquid organic waste on relatively small areas appear, energy costs associated with their processing and export in the field increased significantly. Currently aerobic treatment method are the most widespread for wastewater of livestock farms treatment. However, the experience of operation of sewage treatment facilities based on the application of this method showed that the required level of purification is not achieved, which leads to increased energy consumption for the processing of manure effluent in the aeration tanks. One way to solve this problem is application of anaerobic pre-treatment of wastewater in general technological line for their disposal. The basic relations of material and heat balance of the manure treatment system are calculated. There are the following formulas: general form of the material balance, the specific consumption of excess sludge after an aerobic treatment, specific outputs of effluent and commercial biogas, the specific consumption of gas for its own needs, specific consumption of heat energy for the preheating of the initial substrate, the specific average daily amount of warmth for compensation of heat losses through the building envelope and ducts anaerobic bioreactor at an average temperature of ambient air, the specific amount of heat energy radiated from the produced biogas, the maximum specific daily amount of low grade heat of effluent and specific average daily number of heat recovery. Process flow diagram and operation of manure treatment system based on anaerobic-aerobic treatment using a compression heat pump as a tool of recovery in the heating system installation for anaerobic digestion are shown. | В условиях крупнотоварных ферм, особенно свинокомплексов, при образовании большого количества жидких органических отходов на относительно малых площадях значительно возрастают энергетические затраты, связанные с их переработкой и вывозом на поля. В настоящее время для обработки сточных вод животноводческих комплексов наиболее широкое распространение получил аэробный метод очистки. Однако опыт эксплуатации очистных сооружений, применяющих этот метод, показал, что требуемый уровень очистки не достигается, а это ведет к повышенному расходу электроэнергии на обработку навозных стоков в аэротенках. Одним из путей решения данной проблемы является применение предварительной анаэробной обработки стоков в общей технологической линии их утилизации. Рассчитаны основные зависимости материального и теплового баланса системы очистки навозных стоков, включающие в себя следующие формулы: общий вид материального баланса, удельный расход избыточного ила после аэробной обработки, удельные выходы эффлюента и товарного биогаза, удельный расход газа на собственные нужды, удельный расход тепловой энергии на предварительный разогрев исходного субстрата, удельное среднесуточное количество теплоты на компенсацию тепловых потерь через ограждающие конструкции и трубопроводы анаэробного биореактора при среднегодовой температуре окружающего воздуха, удельное количество тепловой энергии, уходящее с выработанным биогазом, максимальное удельное суточное количество низкопотенциальной теплоты эффлюента и удельное среднесуточное количество рекуперируемой теплоты. Показаны технологическая схема и приведен порядок работы системы очистки навозных стоков на основе их анаэробно-аэробной обработки с использованием компрессионного теплового насоса в качестве средства рекуперации в системе теплоснабжения установки для анаэробного сбраживания.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2014

Suslov, A.Eh. | Khrustalev, E.I. | Fatykhov, Yu.A., Kaliningrad State Technical Univ.

Теплонасосные установки (ТНУ) эффективны в технологических процессах, где используются низкотемпературные источники теплоты и вторичные тепловые ресурсы. В составе системы установок замкнутого водообеспечения (УЗВ) блок термоподготовки воды является наиболее энергоемким. Для предприятий аквакультуры с системами УЗВ часто необходимо как нагревать, так и охлаждать воду, подаваемую в систему. Смонтирована и испытана ТНУ MSR – J072WLC. Испытания проводились в зимний и летний периоды года в соответствии с ГОСТ 28564-90. В качестве источника низкопотенциальной теплоты использовалась техническая вода из водопровода. Нагрев подпитывающей воды УЗВ осуществлялся от температуры источника 9 град. С до температуры 35 град. С, необходимой для выращивания или инкубации теплолюбивых видов рыб. Установлено, что мощность, потребляемая электродвигателем теплового насоса, возрастает на 1 кВт (на 28%) от первоначальной. Коэффициент преобразования ТНУ снижается от 4,94 до 3,83 (на 29%). Получены теоретические и действительные значения коэффициента преобразования энергии (КПЭ) и холодильного коэффициента в режимах нагрева и охлаждения. Сопоставление коэффициентов показало существенное (до 10%) различие КПЭ в режиме нагрева. Для режима охлаждения (с 18 град. С до 4 град. С) различие сравниваемых коэффициентов незначительно. Экспериментально выявлена энергетическая эффективность применения ТНУ в системе УЗВ: сокращение потребления электроэнергии на всех этапах биотехнологического цикла в 3 раза в сравнении с существующими способами температурного водообеспечения. Стабилизация параметров воды за счет терморегулирования ТНУ до 25% на этапе выдерживания производителей; до 50% на этапах инкубации и подращивания; на 10-20% при выращивании товарной рыбы позволила улучшить все качественные показатели биотехнологического процесса и обеспечить преимущества полицикличной технологии выращивания рыбы в УЗВ. | Heat pump units (HPU) are effective in processes which use low-temperature heat sources and secondary thermal resources. As a part of the recirculating aquaculture system (RAS) a thermal water block is the most energy-intensive. It is often necessary for aquaculture enterprises with RAS to heat as well as to cool the water supplied to the system. TNU MSR - J072WLC was built and tested. Tests were conducted in winter and summer periods in accordance with GOST 28564-90. Process water from the tap was used as a source of low-grade heat. Heating RAS process water was carried out with the source temperature of 9-35 deg. С that is required for cultivation or incubation of thermophilic fish species. It was found out that the power consumed by the heat pump motor was increased by 1 kW (28%) from the original. HPU conversion coefficient decreases from 4.94 to 3.83 (29%). The theoretical and actual values of energy conversion efficiency (ECE) and the coefficient of performance in heating and cooling are obtained. A comparison of the coefficients showed a significant (10%) difference in the ECE heating mode. For the cooling mode (from 18 deg. C to 4 deg. C) the difference of the compared coefficients are insignificant. Energy effectiveness of HPU usage in the RAS is experimentally detected: reducing energy consumption at all stages of biotechnological cycle by 3 times in comparison with the existing methods of water supply temperature. Stabilization of water parameters due to HPU thermal control to 25% at the stage of keeping producers; 50% at the stage of incubation and breeding; 10-20% during the growth of saleable fish has improved all quality indicators of the biotechnological process and delivered benefits of polycyclic technology of fish growing in RAS.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2012

Garkusha, K.Eh. | Korotinskij, V.A., Belarus State Agrarian Technical Univ., Minsk

One of the most essential problems of bakery plants of the Republic of Belarus, producing scalded breads, appears necessary level of cooling of bakery dough after input of pregelatinized flour. For quick heat rejection it is necessary to use great water volume, cooled in its turn. System of return water supply of bakery plants of the republic has many gaps and technical shortcomings and requires modernization and innovation technologies. The authors of the article suggest utilization of a heat pump for the cooling of brewing tanks. This technology allows save cooling water, reducing the consumption of heat for cooking and improving the quality of ready products. Practical use of the suggested technology is time-tested on Lida bakery plant. Full working cycle of heat pump during cooling of bakery dough is described in details. Actual data of electric energy consumption, water flow volume, heat power and self-cost of the equipment is evaluated and shown. Economic efficiency and financial economy is calculated.

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus

2012

Sinyakov, A.L. | Tsubanov, I.A., Belarus State Agrarian Technical Univ., Minsk

During heat supply of buildings, distant from boiler station and demand of high level of automation of processes of heat consumption, more and more widely is used electrical energy for heating of indoor space and hot water supply of living, public and production buildings. The article presents the explanation of the use of heat pumping machinery in systems of heat supply, which substantiates the expected economy of electricity while using heat pumping machines for preliminary heating of heat-transfer. Application of the system of heat pumping leads to economy of electrical energy up to 34-77% depending on the condition of usage, types and temperatures of heat sources with low and high potential. Along with this, mass utilization of heat pumping machines in the conditions of the Republic of Belarus is difficult because of high tariffs on electricity and expensive cost of heat pumping machines themselves.

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus

2011

Tsubanov, A.G. | Sinyakov, A.L. | Tsubanov, I.A., Belarus State Agrarian Technical Univ., Minsk

In the conditions of fuel and energy resources deficit, their effective utilization becomes very actual problem. Special attention is paid to the problem of resource saving by low-potential heat utilization with the aim of traditional fuel and energy resources substitution. Therefore, the heat pump installations, able to transform low-potential environmental heat into the high temperature, become wide spread. Economic efficiency of heat pump installations' utilization depends on fuel's cost and electricity charge. The procedure of calculation and analysis of power efficiency while using the heat pump installations in heat supply systems is suggested. Coefficient of transformation of the heat pumps is calculated. The degree of cycle's efficiency is evaluated for temperature of halocarbon's evaporation = 288K. Graphs of temperature changings in condenser and evaporator are displayed. Principal scheme of heat pump installation's utilization in the system of hot water supply system is presented. Calculation of energetic efficiency of heat pump installation's use is made. On the basis of the offered technique, the calculation and analysis of power efficiency is given for the heat pump system usage in hot-water transmission lines.

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus

2011

Samosyuk, V.G | Kitikov, V.O. | Litovskij, A.M. | Romanov, S.L., National Academy of Sciences, Minsk (Belarus). Scientific and Practical Center for Agriculture Mechanization

Global tendencies of renewable energy sources are analyzed in the article. German and American experience, attached to the utilization of geothermal, wind, biogas and water energy, is analyzed. Main directions of renewable energetics development in the most industrially developed countries are evaluated. Modern status of renewable energy development in the Republic of Belarus is shown. Heat pump system, as one of the most perspective methods of energy consumption decline, is analyzed. Heat pumps, providing inverse thermodynamic cycle, receive renewable low-potential energy out of environment (ground, wind, water) and increase its temperature level up to necessary level. This ability of heat pump system allows utilization of natural energy for heating and hot-water supply of industrial and living areas. Application of heat pump system in the conditions of the Republic of Belarus is quite difficult because of several reasons: low cost of natural gas, imported from Russian Federation if compared to the countries of Western Europe; high cost of foreign heat pump equipment; uncontrollable tariff policy of national government; low information awareness of potential consumers of heat pump energy. All these factors restrain development of heat pump system in the Republic of Belarus in spite of the necessity of increasing of the percentage of heat pump-made energy in total number of thermal energy of the republic. Experimental project of heat pump is presented in the article. Elements of heating and hot water supply system with application of heat pump of 33,6 kWt power level are suggested. Experimental sample of heat pump is shown. Economic efficiency of heat pump system application is calculated. Future utilization of heat pump system in industrial and living areas is substantiated.

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus

2010

Litovskij, A.M. | Bulyak, O.N. | Zujkevich, D.A., National Academy of Sciences, Minsk (Belarus). Scientific and Practical Center for Agriculture Mechanization

In the conditions of economy development of the Republic of Belarus energy consumption problem stands quite sharp. Nation resources supply only 16% of the necessity; all the rest resources are imported. Energy consumption is high enough because of cold climate. All this factors make nation agricultural production more expensive and less competitive compared to foreign. Therefore, a problem of resource saving is one of the most important for republican economy. Development of resource-saving equipment for creation of microclimate in animal breeding complexes is one of the solutions of the problem. Energy consumption decline is suggested to be made with the help of heating expenses decrease, local heating system application and ventilation equipment automation. Utilization of warm floors, completed with a heat pump, in animal breeding complexes is suggested. Substantiation of the system, consisting of the primary circuit of low-potential heat source, heat pump and secondary circuit, is made. Main advantages of the warm floors are enumerated. Among them are outlined: heat distribution is almost physiologically optimal; the most part of the heat is transmitted by radiation and perceived comfortable; resource saving composes 20-30 and even 50%; absence of traditional heating equipment allows more effective utilization of internal square. All the system of the warm floors is analyzed, tested and recommended for practical use in animal breeding complexes.

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus