Термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ

Проведен термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ. Показано, что эксергетический к.п.д. систем активного вентилирования плодоовощехранилища с газогидратным хладоаккумулятором и динамическ...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Промышленная теплотехника
Date:2012
Main Authors: Клименко, В.В., Скрипник, А.В., Корниенко, В.Н.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут технічної теплофізики НАН України 2012
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60175
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ / В.В. Клименко, А.В. Скрипник, В.Н. Корниенко // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 5. — С. 69-74. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859474923868651520
author Клименко, В.В.
Скрипник, А.В.
Корниенко, В.Н.
author_facet Клименко, В.В.
Скрипник, А.В.
Корниенко, В.Н.
citation_txt Термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ / В.В. Клименко, А.В. Скрипник, В.Н. Корниенко // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 5. — С. 69-74. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Промышленная теплотехника
description Проведен термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ. Показано, что эксергетический к.п.д. систем активного вентилирования плодоовощехранилища с газогидратным хладоаккумулятором и динамической теплоизоляцией выше по сравнению с традиционным плодоовощехранилищем без хладоаккумулятора в 1,2… 1,8 раза. Проведений термодинамічний аналіз ефективності застосування газогідратного акумулятора природнього холоду в системах активного вентилювання плодоовочесховищ. Показано, що ексергетичний к.к.д. систем активного вентилювання плодоовочесховища з газогідратним холодоакумулятором і динамічною теплоізоляцією вищий у порівнянні із традиційним плодоовочесховищем без холодоакумулятора в 1,2…1,8 рази. The thermodynamic analysis efficiency of application gas hydrate accumulator a natural cold in systems of active aeration storehouses of fruits and vegetables is lead. It is shown, that energy efficiency systems of active aeration storehouse of fruit and vegetables with gas hydrate accumulator and dynamic heat-insulation is higher in comparison with traditional storehouse fruit and vegetables without gas hydrate accumulator in 1,2 … 1,8 times.
first_indexed 2025-11-24T11:37:22Z
format Article
fulltext ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №5 69 УДК 621.1.016:621.565.048:536.24:664.002 Клименко В.В.1, Скрипник А.В.2, Корниенко В.Н.3 1 Полтавский национальный технический университет им. Ю. Кондратюка, Украина 2 Кировоградский национальный технический университет, Украина 3 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт холодильной промышленности Россельхозакадемии, Россия ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОГИДРАТНОГО АККУМУЛЯТОРА ЕСТЕСТВЕННОГО ХОЛОДА В СИСТЕМАХ АКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ ПЛОДООВОЩЕХРАНИЛИЩ Проведений термодинамічний аналіз ефективності застосування газогідратного акумулятора при- роднього холоду в системах актив- ного вентилювання плодоовоче- сховищ. Показано, що ексергетич- ний к.к.д. систем активного вен- тилювання плодоовочесховища з газогідратним холодоакумулято- ром і динамічною теплоізоляцією вищий у порівнянні із традицій- ним плодоовочесховищем без хо- лодоакумулятора в 1,2…1,8 рази. Проведен термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естес- твенного холода в системах актив- ного вентилирования плодоовоще- хранилищ. Показано, что эксергети- ческий к.п.д. систем активного вен- тилирования плодоовощехранили- ща с газогидратным хладоаккуму- лятором и динамической теплоизо- ляцией выше по сравнению с тра- диционным плодоовощехранили- щем без хладоаккумулятора в 1,2… 1,8 раза. The thermodynamic analysis efficiency of application gas hydrate accumulator a natural cold in systems of active aeration storehouses of fruits and vegetables is lead. It is shown, that energy efficiency systems of active aeration storehouse of fruit and vegetables with gas hydrate accumulator and dynamic heat-insulation is higher in comparison with traditional storehouse fruit and vegetables without gas hydrate accumulator in 1,2 … 1,8 times. ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА В плодовощехранилищах, оснащенных системами активного вентилирования, доста- точно успешно решается задача обеспечения оптимальных тепловлажностных режимов хранения плодов и овощей, что позволяет минимизировать потери хранимой продукции и изменение ее качества [1, 2]. В этих хра- нилищах технически несложно применять естественный холод, термодинамическая цен- ность которого определяется суточной терми- ческой неравновесностью наружного воздуха [3, 4]. С целью сокращения теплопритоков, ко- торые в ряде случаев значительно (до 2 раз) превосходят тепловыделения от дыхания про- дукции [2], в типовых сборных или стацио- нарных секционных комплексах хранения картофеля и овощей, использующих искус- ственный холод, рекомендуется подача холод- ного воздуха в пространство между стенками секций и наружными ограждениями [1, 5]. Но в плодоовощехранилищах, использующих в системах активного вентилирования только естественный холод, реализовать такую схе- му работы практически невозможно, посколь- ку в дневной период, когда теплопритоки максимальны, температура наружного возду- ха также высокая. Нами предложена усовершенствованная конструкция хранилища растительной про- дукции, оснащенная системой активного вен- тилирования с автоматическим регулирова- нием режимов подачи наружного воздуха, ди- намической теплоизоляцией и газогидратным аккумулятором естественного холода, что по- зволяет использовать в таких хранилищах эксергию холодного воздуха для локализации теплопритоков в теплый период суток [6 - 9]. На рис. 1 приведена схема такого плодо- овощехранилища, а на рис. 2 – схема газогид- ратного аккумулятора естественного холода. В хладоаккумуляторе (рис. 2) устройством, обеспечивающим отвод и подвод теплоты в процессах зарядки и разрядки, служит по- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №570 ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА Рис. 2. Схема газогидратного аккумулятора естественного холода: I – емкость; 2 – регулирующий вентиль; 3 – ресивер жидкого гидратообразователя; 4 – конденсатор; 5 – компрессор; 6 – воздуховод; 7 – воздухоохладитель; 8 – насос; 9 – распределитель гидратообразователя. Рис. 1. Схема плодоовощехранилища с активным вентилированием и газогидратным хладоаккумулятором: 1, 9 – вентиляторы; 2, 10 – трехходовые клапаны; 3 – напольный воздуховод; 4 – воздушная прослойка; 5 – овощехранилище; 6 – продукт; 7 – воздухоохладитель; 8 – аккумулятор холода. верхностный воздухоохладитель 7, в трубки которого через верхний коллектор из емкости 1 насосом 8 подается вода. Она охлаждает- ся или подогревается в межтрубном про- странстве наружным или рециркулирующим воздухом. В конструкцию аккумулятора вклю- чен контур циркуляции гидратообразователя, состоящий из компресора 5, конденсатора 4, ресивера 3 и регулирующего вентиля 2. С его помощью поддерживают необходимые тем- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №5 71 ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА пературы образования и плавления гидратов, что способствует расширению температур- ного диапазона работы аккумулятора. В режиме зарядки гидратообразователь подается в емкость 1 из ресивера 3 через ре- гулирующий вентиль 2 в виде парожидкост- ной смеси. Часть жидкого гидратообразова- теля при контакте с водой образует газогид- раты непосредственно в емкости 1, а часть, переходящая в газообразное состояние – в воздухоохладителе 7 при контакте с охлажден- ной водой, стекающей в виде пленки во вну- тренней поверхности его трубок. Рабочее дав- ление в системе поддерживается с помощью электроконтактного регулирующего манометра. Термодинамическую ценность холодного наружного воздуха целесообразно, согласно второму закону термодинамики, устанавли- вать по значению его эксергии [10]. Эксергию, определяемую суточными колебаниями тем- пературы воздуха, с достаточной степенью точности можно вычислить, принимая в ка- честве температуры окружающей среды и ис- точника холода соответственно среднеинте- гральные температуры в холодный и теплый периоды суток. Границей между этими пе- риодами может служить среднесуточная тем- пература воздуха для данной местности. Тог- да удельная эксергия воздуха, используемая для охлаждения, согласно [11], равна: ( )X.B 1 1 0 0 1 2 1 0 0 0 ln   ′= − − − ≈ − −    p Te i i T s s c T T T T , (1) где i1, i0, s1, s0, T1, T0 – энтальпия, энтропия и среднеинтегральная температура наружного воздуха соответственно в холодный и теплый периоды суток; ср – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К). Термодинамическую эффективность хра- нилища с газогидратным аккумулятором есте- ственного холода и без него сравнивали по зна- чению эксергетического КПД [11]: ηвх = Епол/Езат, (2) где Епол, Езат – полезно используемая и затрачен- ная эксергия, кДж. В режиме охлаждения под Епол будем по- нимать эксергию охлаждаемой продукции: ЕП1 = Мпр [і1 – і2 – Т0(s1 – s2)], (3) где Мпр – масса продукции, кг; і1, і2, s1, s2 – соответственно энтальпия, кДж/кг, и энтропия, кДж/(кг·К), продукции при началь- ных и конечных параметрах. Полезная эксергия в случае охлаждения овощей ночью и локализации внешних тепло- притоков днем: EП2 = EП1 + Eл, (4) где Eл – эксергия холодного наружного воздуха, необходимая для локализации теплопритоков, кДж, Eл = Qвн/(срΔТП)ср[ТП1 – ТП2 – Т0ln(ТП1/ТП2)], (5) где Qвн – внешние теплопритоки через ограж- дающие конструкции, кДж; Qвн = εвн ·Qдых, (6) где εвн – коэффициент внешних теплопритоков, εвн = Qвн/Qдых, (7) где Qдых – теплота дыхания продукции, кДж; ΔТП – подогрев воздуха в воздушной прослой- ке; ТП1, ТП2 – температура воздуха на входе и выходе воздушной прослойки, К. Эксергия, затраченная на активное венти- лирование, EЗ1 численно равна сумме работы вентилятора и эксергии холодного воздуха, рассчитанной с учетом формулы (1): ( )P BH B B 2 1 1 a. x. Π Π ′ ′ − + + = + = × ∆p M i i Q Q E L E c Τ B B B 3 a. 1 1 0 0 a. 0 10 ln −  ∆ ⋅ × + − −  ρ η    p p c ΤΤ Τ Τ Τ , (8) ' ' ' ' З дых ' ' ' ' ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №572 ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА где Lа.в – работа вентилятора при активном вен- тилировании продукции в режиме охлаждения, кДж; Ех.в – эксергия холодного наружного воздуха, кДж; ΔТП – подогрев воздуха в насыпи продукции; Δра.в – расчетное давление, создаваемое венти- лятором в системе активного вентилирования, Па; ρв – плотность воздуха, кг/м3; ηа.в – КПД вентилятора при активном вентили- ровании. При использовании аккумулятора затрачен- ная эксергия: ЕЗ2 = ЕЗ1 + Езар + Ераз, (9) где ЕЗ1 – затраченная эксергия при активном вентилировании без учета Qвн, кДж; Езар, Ераз – затраченная эксергия при зарядке и разрядке аккумулятора, кДж. С учетом (8) выражение (9) примет вид: ( ) B B B 3 2 1 3 1 1 0 0 0 3 1 1 0 0 0 10 10ln 10ln − Π − − Π ′ ′ − + ∆ ⋅ = +∆ ρ η   ∆ ⋅ + − − + +  ∆ ρ η      ∆ ⋅ + − − +  ∆ ∆ ρ η    p p p p M i i Q pE c T QT pc T T T T c T c T pT T T T T T (10) где Δрзар, Δрраз – расчетные давления, создавае- мые вентилятором при зарядке и разрядке акку- мулятора, Па; ΔТак – подогрев наружного воздуха в аккумуля- торе в процессе зарядки; ηзар, ηраз – КПД вентилятора при зарядке и раз- рядке аккумулятора. Сравнительные расчеты по формулам (2) – (10) проводили для предложенной конструк- ции хранилиша (рис. 1) и традиционного сек- ционного картофелехранилища [5]. Эффектив- ность теплозащитных свойств ограждаюших конструкций определяли коэффициентом внеш- них теплопритоков εвн, который в реальных ус- ловиях может колебаться в пределах от 0,1 до 2 [5]. Теплофизические свойства картофеля взяты из [5], темп охлаждения принимали рав- ным 1 °С/сут, массу картофеля для упрощения проведения сопоставительного анализа прини- мали в расчетах Мпр = 1000 кг. Исходные данные для системы воздухорас- пределения: Δра.в = 400 Па, Δрзар = 100 Па, Δрраз = = 300 Па; ηа.в = ηзар = ηраз = 0,85; Т0 = Тпр + 5; Т1 = = Тпр – 5; ΔТП = 2 К; ΔТн = 2 К; ΔТак = 4 К. Результаты расчетов представлены на рис. 3. Как видно (рис. 3, а) величина Епол практичес- ки неизменна для традиционных систем ак- тивного вентилирования, использующих на- ружный воздух только для охлаждения про- дукции в холодный период суток. В то же вре- мя применение в системе аккумулятора ес- тественного холода позволяет использовать эксергию холодного воздуха и в теплое вре- мя суток. При этом значение Епол для систем с аккумулятором с ростом температуры про- дукции tпp и коэффициента εвн увеличиваются, превышая значение Епол для обычных систем в 1,1…1,5 раза. Локализация теплопритоков с помощью аккумулятора и динамической теплоизоляции позволяет снизить затраты эксергии Езат на ох- лаждение продукции в системе активного вен- тилирования на 10…30 % (рис. 3, б). Результаты расчетов показали (рис. 3, в), что ηех системы активного вентилирования с газогидратным хладоаккумулятором больше в 1,2…1,8 раза ηех системы без акумулятора. Выводы Предложена методика термодинамического анализа плодоовощехранилища с системой ак- тивного вентилирования и газогидратным ак- кумулятором естественного холода. Выполненный сравнительный термодина- мический анализ на основе эксергетического метода показал, что использование газогидрат- ного аккумулятора естественного холода для локализации теплопритоков позволяет снизить энергозатраты на охлаждение продукции в си- '' '' З2 пр дых а.в ак ак зар раз раз а.в а.ввн , ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №5 73 ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА Рис. 3. Зависимость полезно используемой эксергии Епол (а), эксергии Езат (б), затраченной на активное вентилирование 1 т картофеля в течение суток и эксергетического КПД ηвх (в) системы охлаждения хранилища от внешних теплопритоков εвн и температуры картофеля tпp: _____ – система охлаждения с аккумулятором, - - - - - – система охлаждения без аккумулятора. a) в) б) стеме активного вентилирования на 10…30 % и повысить эксергетический к.п.д. в 1,2…1,8 раза. ЛИТЕРАТУРА 1. Жадан В.З. Теплофизические основы хра- нения сочного растительного сырья на пище- вых предприятиях / В.З. Жадан. – М.: Пищевая промышленность, 1976. – 238 с. 2. Жадан В.З. Влагообмен в плодоовощех- ранилищах / В.З. Жадан. – М.: Агропомиздат, 1985. – 197 с. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №574 ТЕРМОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА 3. Клименко В.В. Рациональное использо- вание термической неравновесности наружно- го воздуха / В.В. Клименко, В.Н. Корниенко // Холодильная техника – 1989.– № 6. – С. 24-27. 4. Жадан В.З. Критерий климатического районирования страны в целях использования естественного холода в картофеле- и овоще- хранилищах / В.З. Жадан, Н.Н. Рослов, Л.В. Мартынова, С.И. Кулаков // Холодильная тех- ника. – 1986.– № 6. – С. 16-21. 5. Рослов Н.Н. Комплексы для хранения кар- тофеля и овощей / Н.Н. Рослов. – М.: Россель- хозиздат, 1986. – 207 с. 6. А. c. 1227132 CCCР, МКИ3 C27 J 25/00. Устройство для хранения растительной про- дукции / В.В. Клименко, В.И. Ивахнов, В.Н. Корниенко. (СССР). – № 36309721/27-03; за- явл. 10. 07. 84; опубл. 01.06. 86, Бюл. № 13. 7. Клименко В.В. Газгидратные аккумулято- ры холода / В.В. Клименко, В.Н. Корниенко // Холодильная техника. – 1989. – № 1. – С. 14-17. 8. А. с. 1784807 CCCР, МКИ3 В26 J 25/00. Аккумулятор холода / В.В. Клименко, Ю.И. Де- мьяненко. (СССР). – № 36390959/25-06; заявл. 25. 12. 91; опубл. 16.03.92, Бюл. № 48. 9. Клименко В.В. Газогидратные аккумуля- торы природного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ / В.В. Клименко, А.В. Скрипник, В.Н. Корниенко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2011. – № 2. – С. 16-19. 10. Мартыновский В.С. Циклы, схемы и ха- рактеристики термотрансформаторов / Под редакцией В.М. Бродянского. – М.: Энергия, 1979. – 288 с. 11. Бродянский В.М. Эксергетический ме- тод и его приложения / В.М. Бродянский, В. Фратшер, К. Микален. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 275 с. Получено 14.02.2012 г.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60175
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0204-3602
language Russian
last_indexed 2025-11-24T11:37:22Z
publishDate 2012
publisher Інститут технічної теплофізики НАН України
record_format dspace
spelling Клименко, В.В.
Скрипник, А.В.
Корниенко, В.Н.
2014-04-12T07:42:32Z
2014-04-12T07:42:32Z
2012
Термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ / В.В. Клименко, А.В. Скрипник, В.Н. Корниенко // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 5. — С. 69-74. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
0204-3602
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60175
621.1.016:621.565.048:536.24:664.002
Проведен термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ. Показано, что эксергетический к.п.д. систем активного вентилирования плодоовощехранилища с газогидратным хладоаккумулятором и динамической теплоизоляцией выше по сравнению с традиционным плодоовощехранилищем без хладоаккумулятора в 1,2… 1,8 раза.
Проведений термодинамічний аналіз ефективності застосування газогідратного акумулятора природнього холоду в системах активного вентилювання плодоовочесховищ. Показано, що ексергетичний к.к.д. систем активного вентилювання плодоовочесховища з газогідратним холодоакумулятором і динамічною теплоізоляцією вищий у порівнянні із традиційним плодоовочесховищем без холодоакумулятора в 1,2…1,8 рази.
The thermodynamic analysis efficiency of application gas hydrate accumulator a natural cold in systems of active aeration storehouses of fruits and vegetables is lead. It is shown, that energy efficiency systems of active aeration storehouse of fruit and vegetables with gas hydrate accumulator and dynamic heat-insulation is higher in comparison with traditional storehouse fruit and vegetables without gas hydrate accumulator in 1,2 … 1,8 times.
ru
Інститут технічної теплофізики НАН України
Промышленная теплотехника
Термодинамика и процессы переноса
Термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ
The thermodynamic analysis efficiency of application gas hydrate accumulator the natural cold in systems of active aeration depository fruit and vegetables
Article
published earlier
spellingShingle Термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ
Клименко, В.В.
Скрипник, А.В.
Корниенко, В.Н.
Термодинамика и процессы переноса
title Термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ
title_alt The thermodynamic analysis efficiency of application gas hydrate accumulator the natural cold in systems of active aeration depository fruit and vegetables
title_full Термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ
title_fullStr Термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ
title_full_unstemmed Термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ
title_short Термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ
title_sort термодинамический анализ эффективности применения газогидратного аккумулятора естественного холода в системах активного вентилирования плодоовощехранилищ
topic Термодинамика и процессы переноса
topic_facet Термодинамика и процессы переноса
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60175
work_keys_str_mv AT klimenkovv termodinamičeskiianalizéffektivnostiprimeneniâgazogidratnogoakkumulâtoraestestvennogoholodavsistemahaktivnogoventilirovaniâplodoovoŝehraniliŝ
AT skripnikav termodinamičeskiianalizéffektivnostiprimeneniâgazogidratnogoakkumulâtoraestestvennogoholodavsistemahaktivnogoventilirovaniâplodoovoŝehraniliŝ
AT kornienkovn termodinamičeskiianalizéffektivnostiprimeneniâgazogidratnogoakkumulâtoraestestvennogoholodavsistemahaktivnogoventilirovaniâplodoovoŝehraniliŝ
AT klimenkovv thethermodynamicanalysisefficiencyofapplicationgashydrateaccumulatorthenaturalcoldinsystemsofactiveaerationdepositoryfruitandvegetables
AT skripnikav thethermodynamicanalysisefficiencyofapplicationgashydrateaccumulatorthenaturalcoldinsystemsofactiveaerationdepositoryfruitandvegetables
AT kornienkovn thethermodynamicanalysisefficiencyofapplicationgashydrateaccumulatorthenaturalcoldinsystemsofactiveaerationdepositoryfruitandvegetables