Энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в Украине

Рассмотрены и сопоставлены затраты энергии на производство и аккумулирование льда в условиях климата Украины, а также на производство льда (холода) в холодильных установках. Найдено, что для наиболее неблагоприятных условий при потреблении холода летом затраты энергии уменьшаются в 16 раз при загото...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2004
Hauptverfasser:	Пуховой, И.И., Ляхович, Л.Н.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2004
Schriftenreihe:	Промышленная теплотехника
Schlagworte:	Энергосбережение
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61528
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в Украине / И.И. Пуховой, Л.Н. Ляхович // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 5. — С. 67-71. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-61528
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-615282014-05-08T03:01:27Z Энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в Украине Пуховой, И.И. Ляхович, Л.Н. Энергосбережение Рассмотрены и сопоставлены затраты энергии на производство и аккумулирование льда в условиях климата Украины, а также на производство льда (холода) в холодильных установках. Найдено, что для наиболее неблагоприятных условий при потреблении холода летом затраты энергии уменьшаются в 16 раз при заготовке льда на водоемах и в 51 раз при производстве его на месте аккумулирования и использования. Розглянуто і співставлено затрати енергії на виробництво та акумулювання льоду в умовах клімату України та на виробництво льоду (холоду) в холодильних установках. Знайдено, що при найнесприятливіших умовах при споживанні холоду влітку витрата енергії зменшується в 16 раз при заготівлі льоду на водоймах і в 51 раз при виробництві його на місці акумулювання та споживання. Are reviewed and the energy consumptions on effecting and accumulation of ice in conditions of a climate of Ukraine, and also on effecting of ice (chill) in chillers are compared. Is retrieved, that for the most unfavorable conditions at consumption of chill with summer of energy consumption decrease in 16 times at bar of ice on pools and in 51 times by effecting it(him) in place accumulations and usages. 2004 Article Энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в Украине / И.И. Пуховой, Л.Н. Ляхович // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 5. — С. 67-71. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61528 69:621.58 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Энергосбережение Энергосбережение
spellingShingle	Энергосбережение Энергосбережение Пуховой, И.И. Ляхович, Л.Н. Энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в Украине Промышленная теплотехника
description	Рассмотрены и сопоставлены затраты энергии на производство и аккумулирование льда в условиях климата Украины, а также на производство льда (холода) в холодильных установках. Найдено, что для наиболее неблагоприятных условий при потреблении холода летом затраты энергии уменьшаются в 16 раз при заготовке льда на водоемах и в 51 раз при производстве его на месте аккумулирования и использования.
format	Article
author	Пуховой, И.И. Ляхович, Л.Н.
author_facet	Пуховой, И.И. Ляхович, Л.Н.
author_sort	Пуховой, И.И.
title	Энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в Украине
title_short	Энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в Украине
title_full	Энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в Украине
title_fullStr	Энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в Украине
title_full_unstemmed	Энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в Украине
title_sort	энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в украине
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2004
topic_facet	Энергосбережение
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61528
citation_txt	Энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в Украине / И.И. Пуховой, Л.Н. Ляхович // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 5. — С. 67-71. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT puhovojii énergetičeskieiékologičeskiepokazateliproizvodstvaiakkumulirovaniâlʹdazagotovlennogozimojvukraine AT lâhovičln énergetičeskieiékologičeskiepokazateliproizvodstvaiakkumulirovaniâlʹdazagotovlennogozimojvukraine
first_indexed	2025-07-05T12:31:15Z
last_indexed	2025-07-05T12:31:15Z
_version_	1836810162290032640
fulltext	энергосбережение УДК 69:621.58 ПУХОВОЙ И.И., ЛЯХОВИЧ Л.Н. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОИЗВОДСТВА И АККУМУЛИРОВАНИЯ ЛЬДА, ЗАГОТОВЛЕННОГО ЗИМОЙ В УКРАИНЕ Розглянуто і співставлено затрати енергії на виробництво та акумулювання льоду в умовах клімату України та на виробництво льоду (холоду) в холоди- льних установках. Знайдено, що при найнесприятливіших умовах при спожи- ванні холоду влітку витрата енергії зме- ншується в 16 раз при заготівлі льоду на водоймах і в 51 раз при виробництві йо- го на місці акумулювання та споживан- ня. Використання 1000 тон льоду для літнього холодопостачання зменшує емісію СО2 на 20 тон. Продаж квот СО2 по протоколу Кіото цілковито компенсує енергетичні затрати на заготівлю приро- дного льоду. Рассмотрены и сопоставлены затраты энергии на производство и аккумулирова- ние льда в условиях климата Украины, а также на производство льда (холода) в холодильных установках. Найдено, что для наиболее неблагоприятных условий при потреблении холода летом затраты энергии уменьшаются в 16 раз при заго- товке льда на водоемах и в 51 раз при производстве его на месте аккумулирова- ния и использования. Использование 1000 т льда для летнего хладоснабжения уменьшает эмиссию СО2 на 20 тонн. Про- дажа квот СО2 по протоколу Киото полно- стью компенсирует энергетические затра- ты на заготовку естественного льда. Are reviewed and the energy con- sumptions on effecting and accumulation of ice in conditions of a climate of Ukraine, and also on effecting of ice (chill) in chillers are compared. Is re- trieved, that for the most unfavorable conditions at consumption of chill with summer of energy consumption de- crease in 16 times at bar of ice on pools and in 51 times by effecting it(him) in place accumulations and usages. Usage 1000 т of ice for summer cold supply re- duces issue(emission) СО2 by 20 tons. The sale of quota СО2 under the minutes Kioto completely indemnifies power costs of bar of natural ice. С – энергетическая себестоимость 1 тонны полу- ченного угля; е – удельный расход электроэнергии на произ- водство и использование 1 МДж холода из естественного льда; Е – расход энергии на производство 1 тонны льда; m – поправочный коэффициент для реального цикла холодильной установки (ХУ); q2 – хладопроизводительность на 1 кг льда; Т – абсолютная температура теплоносителя; V – объем аккумулятора льда; ε – холодильный коэффициент; β – коэффициент снижения холодильного коэф- фициента (хладопроизводительности) в про- изводственных условиях; η – КПД аккумулирования льда; ВИЭ – возобновляемые источники энергии; ХУ – холодильная установка. Нижние индексы: 1 – на выходе из конденсатора ХУ; 2 – на выходе из испарителя ХУ; a – аккумулятор; r – реальный; p – производственный. Введение Как известно, в зимнее время Земля охлаждает- ся из-за снижения интенсивности солнечной ра- диации. Вызванное этим снижение температуры атмосферы и поверхности Земли с одной стороны вынуждает отапливать помещения и нести боль- шие расходы на подогрев воды, с другой стороны – способствует увеличению мощностей паротур- бинных установок (на 5…7 %) и других двигате- лей за счет снижения температуры так называемо- го “холодного” источника теплоты по терминоло- гии термодинамики. Снижение температуры в зимнее время за счет повышенного излучения в космическое простран- ство позволяет сохранять продукты без затрат энергии в холодильных установках, а также уве- личивает холодильный коэффициент в холодиль- ных установках или уменьшает затрату электри- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 5 67 энергосбережение ческой и тепловой энергии в них за счет снижения температуры конденсации хладагента. Космиче- ский холод можно считать возобновляемым ис- точником энергии таким же вечным, как и сол- нечная энергия. К сожалению, в современных из- даниях литературы по ВИЭ нигде о холоде, как возобновляемом источнике энергии, не упомина- ется [1, 2]. Прямым доказательством того, что хо- лод является возобновляемым источником энер- гии, есть употребление летом льда, заготовленно- го зимой и аккумулированного в ледохранилищах. Лед дает холод, который бы должны были выра- батывать в летний период холодильные установ- ки, потребляющие преимущественно электро- энергию. До шестидесятых годов минувшего столетия лед активно заготовлялся и использовался в Ук- раине. Зона его заготовки доходила до Одессы [3]. К сожалению, об этом известном еще нашим предкам способе производства холода летом ста- ли постепенно забывать. Но возникшие экологи- ческие проблемы снижения запасов топлива, воз- растающая эмиссия СО2 и обнадеживающие ста- тьи Киотского протокола требуют отнестись к зимнему производству и аккумулированию льда со вниманием. Состояние вопроса и постановка задачи исследования Известны методы использования теплоты кри- сталлизации воды зимой для отопления зданий в комбинации с солнечной и традиционными вида- ми энергии [4, 5]. При этом имеется двойной эф- фект: зимой от отопления и летом от хладоснаб- жения (при хранении произведенного при отопле- нии льда). Есть случаи применения льда в весен- не-летний период для повышения эффективности небольших паротурбинных установок и холо- дильных машин [6]. Лед используется для хране- ния рыбы и охлаждения молока, в колбасном про- изводстве и других отраслях. В Украине лед добывают, в основном, на водо- емах. В редких случаях, в южных районах, лед производился с помощью так называемых льдо- градирень [3]. Поскольку последний метод не очень широко известен, отметим, что в этом слу- чае воду подавали в верхнюю часть сооружения, представляющего собой параллельно уложенные деревянные жерди в двух уровнях, причем жерди верхнего уровня были перпендикулярны жердям нижнего уровня. Расстояние между ними 6,5 м. Вода подавалась форсунками сверху и на жердях двух ярусов нарастали сосульки, которые перио- дически снимали механическим способом. За 3-4 дня при температуре -2…-4 °С градирня на 50 % была заполнена льдом. Производство льда в сосульках перспективно в Украине из-за неболь- шого уровня отрицательных температур зимой (-5…-15 °С), когда невозможно заморозить лед в каплях, полученных путем распылительных уст- ройств. В последнем случае вода замерзает лишь при -20…-25 °С [7]. Нами проведены исследования льдогенератора с распылом воды вращающимся диском и охлаж- дением ее в стекающей пленке. Сосульки намо- раживались на нижней кромке вертикального ци- линдра. Метод оказался эффективным для темпе- ратур ниже -2…-3 °С [8]. Замораживание льда в сталактитах с внутренней твердой основой позво- лило получать лед даже при -1 °С. Производство льда на месте его аккумулирования позволяет ав- томатизировать и механизировать процесс заго- товки льда. При этом отпадает тяжелый ручной труд по добыче льда на водоемах, его транспорти- ровке и дроблении. Альтернативой летнего использования льда яв- ляется производство холода и льда машинным способом с затратой электроэнергии. Поэтому в данной работе мы рассмотрим и сравним эти два варианта. Затраты энергии на производство естественного льда Рассмотрим имеющиеся в литературе данные о затратах на производство льда. На период 60…70- х годов ХХ столетия в Российской федерации ес- тественный лед, полученный зимой, стоил в 4 раза меньше искусственного (полученного в холо- дильных установках) [6]. Энергетические затраты на производство и использование естественного льда оцениваются [6] в величину Е = 0,0042 кВт⋅ч на 1 МДж холода (1,4 кВт⋅ч на 1 тонну естествен- ного льда или 0,015 МДж электроэнергии на 1 МДж холода). Зимой в 3 кг льда содержится 1 МДж холода, а при использовании льда летом с учетом 10 % потерь при аккумулировании, зимой 68 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 5 энергосбережение нужно заготовить не менее 3,3 кг льда на 1 МДж холода [6]. В условиях Украины следует ожидать повышения затрат льда до 4 кг/МДж при летнем использовании льда. При производстве льда на месте его потребле- ния или аккумулирования затраты энергии сни- жаются. Наши опыты показали [8], что на распыл 1 тонны воды расход электроэнергии составляет 0,15…0,20 кВт⋅ч. С увеличением диаметра распы- лительного вращающегося диска расход электро- энергии несколько возрастает. Можно ожидать, что для рассмотренных вариантов производства льда общие затраты энергии с учетом создания аккумулятора не превышает 0,5 кВт⋅ч на 1 тонну льда, что в 2…3 раза меньше, чем в случае заго- товки льда на водоемах. Использование естественного льда летом при- водит к потерям в аккумуляторах льда (бунтах). Если в России КПД аккумулирования составляет = 0,84…0,95 [1], то в Украине, где климат более умеренный, следует ожидать значений = 0,6…0,85, в зависимости от объемов акку- мулятора (чем аккумулятор больше, тем выше aη aη aη , в маленьких аккумуляторах aη = 0,4…0,5). Расход электроэнергии на тонну получаемого с аккумулятора льда будет: a a EE = η , где Е = 1,4 кВт⋅ч/т для заготовок на водоемах; Е = 0,5 кВт⋅ч/т для заготовки льда на месте использования и аккумулирования льда. Затраты энергии на производство льда и холода в холодильных установках Рассмотрим энергетические затраты на произ- водство холода в холодильных машинах (льдоге- нераторах) путем анализа обратного цикла холо- дильной установки. Холодильный коэффициент реального цикла определим через абсолютные температуры теплоносителей в ХУ на выходе из испарителя Т rε 2 (лёд) и на выходе из конденсатора Т1 (охлаждающая вода) [9]: 2 1 2 r Tk T T ε = − , где к = 0.6. Принимая Т2 =273 К, Т1 = 313 К летом и Т1 = 293 К зимой получим реальные холодильные коэффициенты для указанных условий соответст- венно 4 и 8. В практических условиях работы льдогенера- тора в составе ХУ имеются теплопритоки в испа- ритель из внешней среды, особенно значимые ле- том, потеря хладопроизводительности в процессе размораживания полученного льда, потери энер- гии на получение мелкого льда механическим пу- тем. Согласно [6] необходимая хладопроизводи- тельность ХУ на 1 кг льда составляет по практи- ческим данным q2 = 460…860 кДж на 1 кг льда в летний период. Чтобы учесть производственные потери хладо- производительности, введем понятие производст- венного холодильного коэффициента: r p ε ε = β , где p m m β = показывает во сколько раз в произ- водственных условиях хладопроизводительность ХУ меньше расчетной. Величина m есть теорети- ческая выработка льда на 1 МДж холода (прини- маем m = 3,3 кг/МДж), а mp показывает выработку льда в производственных условиях. В соответст- вии с практическими данными при q2 = 460…860 кДж/кг величина mp =2,17…1,19 кг/МДж. При указанных условиях = 1,5…2,7, а величина β pε = 1,48…5,33. В летний период значение pε близко к 1,5…2, а зимой лежит в диапазоне 3…5. pε Найдем расход электроэнергии на 1 тонну льда (300 МДж холода), полученного летом в ХУ для pε = 1,5 и pε = 2. Он составит соответственно Е = 55 и Е = 41 кВт⋅ч/т, что входит в практически наблюдаемый диапазон расхода электроэнергии на производство искусственного льда в ХУ [6]. Сравнение энергозатрат при производ- стве естественного и искусственного льда В таблице приведены результаты расчетов для двух вариантов производства естественного льда при разных объемах аккумулятора и для двух ти- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 5 69 энергосбережение пов машинных льдогенераторов, работающих ле- том. Там же указаны значения Е (в кВт*ч/т) и энергетическая стоимость полученного льда С в грн/т и USD/т (в скобках). При расчетах принима- лась цена электроэнергии 20 коп/кВт⋅ч (0,04 USD/кВт⋅ч). Из таблицы видно, что в сравнении даже с са- мым экономичным льдогенератором, вырабаты- вающим лед летом и при небольших объемах V аккумулирования льда расход электроэнергии снижается в 16 раз при добыче льда на водоемах и в 51 раз при производстве льда на месте аккуму- лирования. При больших значениях V эффект бу- дет еще большим. Напомним, что рассчитанная себестоимость производства льда С включает лишь энергетиче- ские затраты. Прочие затраты: зарплата рабочим при добыче и складывании льда, амортизация машин и оборудования для перевозки и склады- вания льда, плата за воду и землю под аккумуля- тором, а также другие расходы должны быть до- полнительно рассмотрены для конкретных усло- вий. При изучении экономических показателей следует также принять во внимание снижение вы- бросов СО2 при использовании естественного льда вместо вырабатываемого в ХУ. Благодаря возможностям по продаже квот СО2 в соответст- вии с протоколом Киото стоимость 1 тонны СО2 составляет в 2002 году около 5 USD/т, а к 2010 году, по прогнозам, она будет 10…15 USD/т. Что- бы оценить уменьшение выбросов СО2, следует найти экономию топлива. При производстве 1 кВт⋅ч электроэнергии на ТЭС используется око- ло 0,3 кг условного топлива (у.т.). Тогда на произ- водство 1 тонны естественного льда будет израс- ходовано от 0,17 до 0,75 кг у.т., а на получение 1 тонны искусственного льда машинным спосо- бом – 12…16,5 кг топлива. Экономия составляет 11…16 кг/т льда. При сгорании 1 тонны у.т. выделяется около 2 тонн СО2. При использовании 1000 тонн льда эмиссия СО2 снижается минимум на 20 тонн, что составляет на 1 тонну льда – 0,02 тонны СО2. Это приносит доход при продаже квот 0,1…0,2 USD/т льда, что полностью компенсирует энергетиче- ские затраты на производство естественного льда и даже дает прибыль до 18 USD за 1000 тонн льда при больших объемах аккумулирования, а также при производстве и аккумулировании естествен- ного льда на месте потребления. Выводы 1. Затраты энергии на производство естествен- ного льда изменяются от 0,2 до 1,4 кВт⋅ч на тонну льда в зависимости от метода заготовки льда. 2. Затраты электроэнергии в холодильных ус- тановках, производящих лёд изменяются от 40 до 55 кВт⋅ч на тонну льда в зависимости от типа ус- тановок. 3. Производство естественного и искусственно- го льда требует соответственно от 0,17 до 0,75 и от 12 до 16,5 кг условного топлива на тонну льда. 4. Экономия, полученная от продажи квот на выброс СО2 согласно протоколу Киото компенси- рует полностью затраты на энергию при произ- Т а б л и ц а 1 Естественный лед Искусственный лед (ХУ) Из водоемов Полученный на месте аккумулирования Льдогенератор Объем аккумулятора, м3 Объем аккумулятора, м3 V = 500…1000 V = 3000 V = 500…1000 V = 3000 Ординарный Экономичный Е, кВт⋅ч/т С, грн/т Е, кВт⋅ч/т С, грн/т Е, кВт⋅ч/т С, грн/т Е, кВт⋅ч/т С, грн/т Е, кВт⋅ч/т С, грн/т Е, кВт⋅ч/т С, грн/т 2.5 0.5 (0.1) 1.5 0.3 (0.06) 0.8 0.16 (0.03) 0.59 0.12 (0.021) 55 11 (2) 41 8.2 (1.65) 70 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 5 энергосбережение водстве естественного льда. 6. Различные области применения холода/ Под ред. А.В. Быкова.– М.:Агропромиздат, 1985.– 272 с. ЛИТЕРАТУРА 1. Мхитарян Н.М. Энергетика нетрадиционных и возобновляемых источников.– Киев: Наукова думка, 1999.– 313 с. 7. Сморыгин Г.И. Теория и методы получения ис- кусственного льда.– Новосибирск: Наука. Си- бирский отдел, 1988.– 282 с. 2. Дикий М.О. Поновлювані джерела енергії.– Ки- їв: Вища школа, 1993.– 351 с. 8. Пуховий І.І., Живиця В.В. Розробка та гідроди- намічні дослідження бурулькового льодогене- ратора, що використовує природний холод// Наукові вісті Національного Технічного Уні- верситету України “КПІ”.– 1997. Серія тепло- енергетики.– C.26-28. 3. Бобков В.А. Производство и применение водно- го льда.– М.: Госиздат торговой литературы, 1961.– 168с. 4. Пуховой И.И. Пассивные солнечные системы отопления, использующие теплоту кристалли- зации воды//Промышленная теплотехника.– 1998.– Т. 20.– № 5.– C. 47-51. 9. Patry I. Stockage par chaleur latente.– Paris: PYC Edition, 1981.– 279p. 5. Пуховой И.И.– А.с. 1388665 (СССР) МКИ F24D15/00. Система отопления здания И.И. Пухового. Получено 29.01.2003 г. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 5 71

Энергетические и экологические показатели производства и аккумулирования льда, заготовленного зимой в Украине

Institution

Ähnliche Einträge