Планирование рационального использования естественного холода на крайнем севере

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ НАУКИ

ПЛАНИРОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ЕСТЕСТВЕННОГО ХОЛОДА НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ

1 2 Гермагенов С.С. , Ноговицын Р.Р.

1Гермагенов Сергей Сергеевич - магистрант; 2Ноговицын Роман Романович - доктор экономических наук, профессор,

финансово-экономический институт Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова,

г. Якутск

Аннотация: из-за уникальных климатических условий Республики Саха (Якутия) -низких температур зимой и продолжительности дней с отрицательной температурой, применение естественного холода для экономии ресурсов является актуальной задачей для экономики Якутии. В данной статье рассмотрены способы использования криогенных ресурсов (естественного холода) для Крайнего Севера, такие как геокриогенный охладитель, подземный ледник для хранения продуктов питания и система кондиционирования воздуха, работающая за счет аккумулятора естественного холода.

Ключевые слова: естественный холод, аккумуляция холода, аккумулятор естественного холода в системе кондиционирования, криогенные ресурсы.

УДК 621.581

В настоящее время всё более актуальным становится использование естественного холода для экономии энергозатрат и сбережения моторесурса холодильного оборудования. Под естественным холодом подразумевается холод наружного воздуха с отрицательной температурой. Климатические условия Якутии имеют хорошие перспективы для использования естественного холода.

Республика Саха (Якутия) имеет самый суровый климат в России. Является самым холодным местом постоянного проживания населения. Колебание температур достигает 100 °С. Климат - резко-континентальный. Зимой температура достигает -60°С, летом около +40 °С. Количество дней с отрицательной температурой воздуха достигает более 250 дней в году [6]. Почти вся Якутия лежит на зоне вечной мерзлоты.

Все эти природные особенности Якутии, то есть продолжительную зиму, низкие температуры в зимнее время и практически не меняющуюся по температуре весь год -вечную мерзлоту, можно использовать для снижения затрат электроэнергии и уменьшения стоимости оборудования.

Крайне холодные природные условия уменьшают потребность в искусственно полученном холоде. В связи с тем, что каждый год растут тарифы на электроэнергию, возникает потребность в энергетически эффективных холодильных машинах и энергосберегающих технологиях. В районах Крайнего Севера рациональнее использовать наружный природный холод для охлаждения, заморозки и подморозки продуктов питания.

Институтом мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН под руководством В.Р. Алексеева разрабатывается классификация криогенных ресурсов [1, 2]. По этой классификации криогенные ресурсы подразделяются на три класса:

1. Энергетические ресурсы. К ним относят: тепловую, механическую, электрическую, химическую и атомную энергию.

2. Материальные ресурсы. К ним относят: снег, лед, мерзлые породы, талую воду, криопэги, воду переохлажденную, газы и газовые смеси, газовые гидраты, биоту, разного рода материалы и вещества.

3. Информационные ресурсы. К ним относят: научную литературу, техническую литературу, методическую литературу, словари и справочники, художественную литературу, искусство и Интернет-ресурсы [1].

А.Ф. Абрамов рекомендовал использовать естественный холод наружного воздуха, вечной мерзлоты и подземный аккумулированный холод для быстрой заморозки, хранения, сублимационной сушки и переработки продуктов питания. Одним из вариантов аккумулирования зимнего холода им было предложено применение усовершенствованного ледника и мерзлотника. Он состоял из сарая, стены изо льда под сараем и самого ледника с теплоизоляцией [3].

В работах Г.П. Кузьмина и была описана работа подземного аккумулятора охладителя - геокриогенного охладителя (ГО-2), который работает на теплоте фазовых переходов воды. Достоинствами данного аккумулятора является относительно низкая стоимость и эксплуатационные затраты [4]. Схематическое устройство охладителя показано на рис. 1.

а б

Рис. 1. Геокриогенный охладитель: а - режим замораживания воды; б - режим охлаждения.

1 - резервуар; 2 - воздушная замораживающая установка; 3-5 - наружная центральная и вытяжная трубы; 6 - теплообменник; 7 - нагнетательная и сливная трубы водяной циркуляционной системы; 8 - погружной водяной насос; 9 - вода; 10 - лед [4]

Естественный холод также используется в системах кондиционирования воздуха. СКВ будет работать за счет аккумуляции тепла во льде (рис. 2). Температура в теплообменнике не будет выше 0 °С, пока весь лед не растает. Известно, что работа СКВ на максимальной мощности кратковременна и основные нагрузки испытывает система в дневное время. Следовательно, СКВ будет работать в дневное время, а в ночное время будет происходить аккумуляция холода. В ночное время тариф на электроэнергию ниже, чем в дневное время [5].

Технико-экономическая оценка эффективности аккумулирования холода для СКВ показало, что при некоторых условиях снижение эксплуатационных затрат может достигать 40-45%.

] Э К 8

Л

т \ \ \

д ,-р 4 X > / о \ \

1 2 1 X У

I_

\ / к \

/ / / / / / /

/ —и ч—I 6

/ / / / / / / / / /

1 1

/ / \

{ 1 /3 \ 4 ь

Рис. 2. Принципиальная схема использования льда для охлаждения кондиционируемого воздуха: 1 - аккумулятор холода (лед); 2 - теплоизоляция; 3 - сливной трубопровод; 4 - водяной фильтр; 5 - насос; 6 - кондиционер; 7 - поверхностный воздухоохладитель; 8 - регулятор температуры; 9 - трехходовой клапан; 10 - водопровод [5]

Использование естественного (природного) холода для разных целей (заморозка, охлаждение продуктов питания, использование для СКВ) позволяют достичь немалой экономии энергоресурсов. Длительность дней с отрицательной температурой и вечная мерзлота способствуют внедрению технологий, использующих природный холод. Эффективность работы и экономия ресурсов достигается лишь тогда, когда соблюдаются некоторые условия: бесперебойность работы установки (холодильное оборудование естественного холода); специальные требования при проектировании установки; строгие требования при автоматизации (СКВ с аккумулятором холода); сезонность обслуживания.

Список литературы

1. Алексеев В.Р. Притяжение мерзлой земли / В.Р. Алексеев; отв. ред. В.В. Шепелёв; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2016. 538 с.

2. Алексеев В.Р., Чжан Р.В. Криогенные строительные материалы / В.Р. Алексеев, Р.В. Чжан; отв. ред. Д.М. Шестернёв; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т мерзлотоведения им. П.И. Мельникова. Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН, 2011. 68 с.

3. Абрамов А.Ф. Использование естественного холода в переработке и хранении продуктов питания.

4. Кузьмин Г.П. Перспективы использования подземного пространства криолитозоны. Наука и техника в Якутии: сб. статей. Якутск, 2011. С. 19-24.

5. Тарасова Е.В. Системы кондиционирования воздуха с сезонными аккумуляторами естественного холода. [Текст]: диссертация ... кандидата технических наук: 05.23.03 / Тарасова Елена Владимировна [Место защиты: Тюмен. гос. архитектур. -строит. ун-т]. Владивосток, 2013. 151 с.: ил. РГБ ОД, 61 14-5/753.

6. Климат республики Саха. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://trasa.ru/region/saha_clim.html (дата обращения: 02.06.19).