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

2010

Chernoivanov, V.I. | Mazalov, Yu.A. | Zakharov, A.A. | Konov, A.F., All-Russia Research and Development and Technology Inst. of Machine and Tractor Fleet Operation and Repair, Moscow

The appropriateness of widely using heat pumps for heating and hot water supply of agribusiness enterprises is substantiated. The base of the proposed solution is development, industrial production and wide implementation of heat pumps with an increased heating coefficient. The main advantages of heat pumps of the proposed design are listed and the principle of its operation is described. The method to achieve the maximum heating coefficient is based on carrying out thermodynamic cycle with a coolant having a critical temperature equal to or close to the temperature of the heat source (ambient air, ground water, reservoir heat, technogenic sources, etc.). Compression is conducted to the parameters at which the compressibility coefficient of the coolant will have a value equal to 1. The heating coefficient increases to 14-16. The operational cycles of the conventional and proposed heat pumps are graphically presented and compared. The point wherein the working medium comprises maximum potential energy and minimum kinetic energy is indicated. The compression of the working medium from this point allows maximum using the forces of molecular attraction of the working medium allowing thereby to reduce the work spent for compression. The following competitive advantages of the new design have been found: increasing the heating coefficient to produce energy by minimum input, considerable decreasing the cost of making by simplifying the design, a possibility of creating new types of products in the course of implementing the projects using heat pumps. A conclusion is made about necessity of developing and industrial producing the proposed heat pumps with an increases heating coefficient.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2010

Mitina, I.V., All-Russia Research and Development Inst. of Electrification of Agriculture, Moscow

Some heating systems comprising solar collectors and a heat pump have been considered. The operation of a compression heat pump is described. It is observed that the higher is coolant evaporation temperature, the more is the operation efficiency of the heat pump, that's why heat pump better operates in pair with solar collector that is used to heat the coolant when evaporated. A comparative analysis of the heating systems with a heat pump and heating systems comprising a heat pump and solar collector was conducting using modeling. It has been experimentally found that the heat pump in pair with solar collector gives a greater conversion coefficient than without them. The greatest conversion coefficient of heat pump is in the system when the solar collector functions as a coolant evaporator. As the evaporation temperature increases, the conversion coefficient of heat pump grows, the efficiency of the solar collector declines. In case of the heating system with solar collector and heat pump, the collector inlet temperature can be lower than the ambient temperature. In the North range the conversion coefficient of heat pump in heating systems with solar collectors is not high even when a great area of solar collector is used: heat losses into environment are great, as the temperature of ambient air in the heating period is low, the arrival of solar radiation is not high.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation