ВПЛИВ СХЕМНОГО РІШЕННЯ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХОЛОДИЛЬНОГО КОНТУРУ НА ОСНОВІ ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНИХ ХОЛОДОАГЕНТІВ НА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ЦИКЛУ
Introduction. Artificial cold at temperatures of –40 0C and below is widely used in various electrotechnological processes. At the same time, the choice of refrigerant and the configuration of the refrigeration cycle determine not only energy efficiency, but also the environmental safety of the syst...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
PH “Akademperiodyka”
2026
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://scinn-eng.org.ua/ojs/index.php/ni/article/view/1038 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Science and Innovation |
Репозитарії
Science and Innovation| _version_ | 1859471866795655168 |
|---|---|
| author | KOZIN, V. SHARAPOV, S. BARSUKOVA, H. |
| author_facet | KOZIN, V. SHARAPOV, S. BARSUKOVA, H. |
| author_sort | KOZIN, V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-02-15T11:59:25Z |
| description | Introduction. Artificial cold at temperatures of –40 0C and below is widely used in various electrotechnological processes. At the same time, the choice of refrigerant and the configuration of the refrigeration cycle determine not only energy efficiency, but also the environmental safety of the system.Problem Statement. For deep-cold conditions, multi-stage or cascade circuits are typically applied, with a rational selection of refrigerant pairs to ensure high efficiency.Purpose. To assess the influence of the circuit design — given the environmental characteristics of refrigerants — on the energy efficiency of a low-temperature refrigeration cycle using the coefficient of performance (COP) and exergy efficiency (ε), and to provide practical recommendations for selecting both the circuit type and the refrigerants.Materials and Methods. A thermodynamic and exergetic comparative analysis of theoretical low-temperature refrigeration cycles has been performed. Numerical modeling has been carried out in REFPROP for specified temperatures (tc = 45 0C; tb = –45 0C). The analyzed schemes include: a two-stage vaporcompression refrigeration machine (VCRM) with an intermediate tank and coil; cascade systems for the refrigerant pairs R717/R13, R717/R23, R717/R290, R717/R744, and R717/R32; a modified cascade cycle; and a three-stage VCRM.Results. The highest energy efficiency (COP = 2.22; ε = 0.372) has been achieved using a three-stage R717 VCRM. Among conventional cascade refrigeration cycles, R717/R290 has been identified as the most energy-efficient (COP ≈ 2.00) and environmentally acceptable pair. The modifi d cascade cycle has de monstrated higher efficiency (COP ≈ 2.07) than conventional cascade schemes, and its implementation has enabled a notable reduction in thermomechanical parameters, positively affecting compressor service life.Conclusions. For low-temperature applications, multi-stage R717 VCRM systems should be preferred, as they have proven more energy-efficient than cascade circuits. When installation reliability is of primary importance, a modified cascade cycle with R717/R290 is advisable. For such a cycle, a rule for selecting the intermediate temperature has been proposed. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:49:21Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs2.scinn-eng.org.ua:article-1038 |
| institution | Science and Innovation |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-03-12T15:49:21Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | PH “Akademperiodyka” |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs2.scinn-eng.org.ua:article-10382026-02-15T11:59:25Z Influence of a Low-Temperature Refrigerator Scheme Solution Based on Environmentally Friendly Refrigerants on the Energy Efficiency of the Cycle ВПЛИВ СХЕМНОГО РІШЕННЯ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХОЛОДИЛЬНОГО КОНТУРУ НА ОСНОВІ ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНИХ ХОЛОДОАГЕНТІВ НА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ЦИКЛУ KOZIN, V. SHARAPOV, S. BARSUKOVA, H. енергетична ефективність ексергетична ефективність електротехнологія енергозбереження екологічність холодильна машина каскадний холодильний цикл багатоступеневий холодильний цикл energy efficiency exergy efficiency energy saving electrical technology environmental friendliness refrigeration machine cascade refrigeration cycle multi-stage refrigeration cycle Introduction. Artificial cold at temperatures of –40 0C and below is widely used in various electrotechnological processes. At the same time, the choice of refrigerant and the configuration of the refrigeration cycle determine not only energy efficiency, but also the environmental safety of the system.Problem Statement. For deep-cold conditions, multi-stage or cascade circuits are typically applied, with a rational selection of refrigerant pairs to ensure high efficiency.Purpose. To assess the influence of the circuit design — given the environmental characteristics of refrigerants — on the energy efficiency of a low-temperature refrigeration cycle using the coefficient of performance (COP) and exergy efficiency (ε), and to provide practical recommendations for selecting both the circuit type and the refrigerants.Materials and Methods. A thermodynamic and exergetic comparative analysis of theoretical low-temperature refrigeration cycles has been performed. Numerical modeling has been carried out in REFPROP for specified temperatures (tc = 45 0C; tb = –45 0C). The analyzed schemes include: a two-stage vaporcompression refrigeration machine (VCRM) with an intermediate tank and coil; cascade systems for the refrigerant pairs R717/R13, R717/R23, R717/R290, R717/R744, and R717/R32; a modified cascade cycle; and a three-stage VCRM.Results. The highest energy efficiency (COP = 2.22; ε = 0.372) has been achieved using a three-stage R717 VCRM. Among conventional cascade refrigeration cycles, R717/R290 has been identified as the most energy-efficient (COP ≈ 2.00) and environmentally acceptable pair. The modifi d cascade cycle has de monstrated higher efficiency (COP ≈ 2.07) than conventional cascade schemes, and its implementation has enabled a notable reduction in thermomechanical parameters, positively affecting compressor service life.Conclusions. For low-temperature applications, multi-stage R717 VCRM systems should be preferred, as they have proven more energy-efficient than cascade circuits. When installation reliability is of primary importance, a modified cascade cycle with R717/R290 is advisable. For such a cycle, a rule for selecting the intermediate temperature has been proposed. Вступ. Штучний холод від –40 0C і нижче широко використовують для різних електротехнологічних процесів. Водночас від вибору холодильного агенту та схеми циклу залежить не лише енергетична ефективність, а й екологічна безпека холодильної установки.Проблематика. Для умов глибокого холоду використовують багатоступеневі або каскадні схеми з раціональним підбором пар холодоагентів задля максимальної ефективності.Мета. Оцінити вплив схемного рішення з урахуванням екологічних властивостей холодоагентів наенергоефективність низькотемпературного холодильного циклу через коефіцієнт термотрансформації (СОР) та ексергетичний ККД (ε) й надати практичні рекомендації щодо вибору схеми і холодоагентів.Матеріали й методи. Застосовано термодинамічний та ексергетичний порівняльний аналіз теоретичних низькотемпературних холодильних циклів, виконано їх числове моделювання у Refprop відповідно дозаданих температур (tконд = 45 0С, tкип = –45 0С). Як об’єкт використано двоступеневу парокомпресійну холодильну машину (ПКХМ) з проміжною ємністю та змійовиком, каскадну холодильну машину для пар холодильних агентів R717/R13, R717/R23, R717/R290, R717/R744, R717/R32, модифікований каскадний цикл,триступеневу ПКХМ.Результати. Найбільшу енергоефективність (COP = 2,22; ε = 0,372) досягнуто для триступеневої ПКХМ на R717. Серед традиційних каскадних холодильних циклів найбільш енергоефективною (COP ≈ 2,00) таекологічною парою є R717/R290. Модифікований каскадний цикл перевершив за ефективністю традиційні каскадні схеми (COP ≈ 2,07), а його застосування дозволяє суттєво зменшити термомеханічні параметри, що позитивно впливає на ресурс компресорів.Висновки. Для низькотемпературних застосувань доцільно віддавати перевагу багатоступеневимПКХМ на R717, які за ефективністю перевершують каскадні схеми. Якщо ключовим є підвищення надійності установки, доцільно розглянути використання модифікованого каскадного циклу на R717/R290. Для такого циклу запропоновано правило вибору проміжної температури. PH “Akademperiodyka” 2026-02-15 Article Article Рецензована стаття Peer-reviewed article application/pdf https://scinn-eng.org.ua/ojs/index.php/ni/article/view/1038 10.15407/scine22.01.094 Science and Innovation; Том 22 № 1 (2026): Science and Innovation; 94-106 Science and Innovation; Vol. 22 No. 1 (2026): Science and Innovation; 94-106 2413-4996 2409-9066 10.15407/scine22.01 en https://scinn-eng.org.ua/ojs/index.php/ni/article/view/1038/310 Copyright (c) 2026 Copyright Notice Authors published in the journal “Science and Innovation” agree to the following conditions: Authors retain copyright and grant the journal the right of first publication. Authors may enter into separate, additional contractual agreements for non-exclusive distribution of the version of their work (article) published in the journal “Science and Innovation” (for example, place it in an institutional repository or publish in their book), while confirming its initial publication in the journal “Science and innovation.” Authors are allowed to place their work on the Internet (for example, in institutional repositories or on their website). https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ |
| spellingShingle | енергетична ефективність ексергетична ефективність електротехнологія енергозбереження екологічність холодильна машина каскадний холодильний цикл багатоступеневий холодильний цикл KOZIN, V. SHARAPOV, S. BARSUKOVA, H. ВПЛИВ СХЕМНОГО РІШЕННЯ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХОЛОДИЛЬНОГО КОНТУРУ НА ОСНОВІ ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНИХ ХОЛОДОАГЕНТІВ НА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ЦИКЛУ |
| title | ВПЛИВ СХЕМНОГО РІШЕННЯ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХОЛОДИЛЬНОГО КОНТУРУ НА ОСНОВІ ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНИХ ХОЛОДОАГЕНТІВ НА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ЦИКЛУ |
| title_alt | Influence of a Low-Temperature Refrigerator Scheme Solution Based on Environmentally Friendly Refrigerants on the Energy Efficiency of the Cycle |
| title_full | ВПЛИВ СХЕМНОГО РІШЕННЯ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХОЛОДИЛЬНОГО КОНТУРУ НА ОСНОВІ ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНИХ ХОЛОДОАГЕНТІВ НА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ЦИКЛУ |
| title_fullStr | ВПЛИВ СХЕМНОГО РІШЕННЯ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХОЛОДИЛЬНОГО КОНТУРУ НА ОСНОВІ ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНИХ ХОЛОДОАГЕНТІВ НА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ЦИКЛУ |
| title_full_unstemmed | ВПЛИВ СХЕМНОГО РІШЕННЯ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХОЛОДИЛЬНОГО КОНТУРУ НА ОСНОВІ ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНИХ ХОЛОДОАГЕНТІВ НА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ЦИКЛУ |
| title_short | ВПЛИВ СХЕМНОГО РІШЕННЯ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХОЛОДИЛЬНОГО КОНТУРУ НА ОСНОВІ ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНИХ ХОЛОДОАГЕНТІВ НА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ЦИКЛУ |
| title_sort | вплив схемного рішення низькотемпературного холодильного контуру на основі екологічно безпечних холодоагентів на енергоефективність циклу |
| topic | енергетична ефективність ексергетична ефективність електротехнологія енергозбереження екологічність холодильна машина каскадний холодильний цикл багатоступеневий холодильний цикл |
| topic_facet | енергетична ефективність ексергетична ефективність електротехнологія енергозбереження екологічність холодильна машина каскадний холодильний цикл багатоступеневий холодильний цикл energy efficiency exergy efficiency energy saving electrical technology environmental friendliness refrigeration machine cascade refrigeration cycle multi-stage refrigeration cycle |
| url | https://scinn-eng.org.ua/ojs/index.php/ni/article/view/1038 |
| work_keys_str_mv | AT kozinv influenceofalowtemperaturerefrigeratorschemesolutionbasedonenvironmentallyfriendlyrefrigerantsontheenergyefficiencyofthecycle AT sharapovs influenceofalowtemperaturerefrigeratorschemesolutionbasedonenvironmentallyfriendlyrefrigerantsontheenergyefficiencyofthecycle AT barsukovah influenceofalowtemperaturerefrigeratorschemesolutionbasedonenvironmentallyfriendlyrefrigerantsontheenergyefficiencyofthecycle AT kozinv vplivshemnogoríšennânizʹkotemperaturnogoholodilʹnogokonturunaosnovíekologíčnobezpečnihholodoagentívnaenergoefektivnístʹciklu AT sharapovs vplivshemnogoríšennânizʹkotemperaturnogoholodilʹnogokonturunaosnovíekologíčnobezpečnihholodoagentívnaenergoefektivnístʹciklu AT barsukovah vplivshemnogoríšennânizʹkotemperaturnogoholodilʹnogokonturunaosnovíekologíčnobezpečnihholodoagentívnaenergoefektivnístʹciklu |