20 .4 . О БЩ И Е С В Е Д Е Н И Я О Х О Л О Д И Л Ь Н Ы Х УС ТА Н О В КА Х
Одним из основных способов сохранения сельскохозяйственных продуктов является их охлаждение. К наиболее крупным потребителям холода в сельском хозяйстве относится животноводство, особенно прифермские .молочные, где основной технологической операцией по первичной обработке молока является его охлаждение.
Молоко служит благоприятной средой для развития бактерий, в том числе кисломолочных и болезнетворных (патогенных). Кисло молочные бактерии приводят молоко к порче (скисанию), а патогенные, попадая в организм человека или животного, могут вызвать заболева ние и даже гибель. Подавление патогенной микрофлоры осуществляется пастеризацией, а уничтожение всей микрофлоры — стерилизацией молока. Однако если стерилизованное молоко оставить открытым для доступа воздуха и не охладить, то в нем снова, и довольно быстро, разовьются бактерии.
В парном молоке содержатся бактерицидные вещества, под дейст вием которых задерживается развитие микробов в первые два часа после доения. Для продления бактерицидного периода свежевыдоенное молоко необходимо охладить. При этом сроки сохранности значительно возрастают: при температуре 15 СС молоко сохраняется 9 ч, при 10 °С— 18 ч, а при 5 СС — 30 ч. Таким образом, основным условием сохранения высокого качества молока является быстрое его охлаждение после дойки. Наиболее целесообразная температура охлаждения молока —
3 ч- 5 °С.
В настоящее время для глубокого охлаждения молока на прифермских молочных применяют вакуумные охладители холодной водой, получаемой от холодильных машин, или молочные ванны со встроенны ми холодильными машинами. Кроме того, используют установки с рассольным охлаждением и бассейны с проточной водой или смесью воды со льдом.
Компрессионные холодильные машины. На прифермских молочных применяются компрессионные холодильные машины типа МХУ-12, ДІХУ-8с, МХУ-8п и др. Основными элементами любой компрессионной холодильной машины являются компрессор, конденсатор, испаритель и терморегулирующий вентиль, которые последовательно соединяются между собой трубопроводами в единую замкнутую систему. Система заполняется холодильным агентом — жидкостью, имеющей низкую температуру кипения. В качестве холодильного агента широко исполь зуются аммиак и фреон. Соответственно и холодильные машины назы ваются аммиачными или фреоновыми. Хотя аммиак является более дешевым холодильным агентом и имеет большую удельную холодопро изводительность, наибольшее распространение получил фреон — из-за полной безвредности для организма людей и безопасности обслужива ния фреоновых установок.
Принцип охлаждения в холодильных машинах основан на свойстве жидкости поглощать при испарении тепло без повышения темпе ратуры.
ззо
Рис. 157. Принципиальная технологи ческая схема компрессионного тепло* вого насоса:
Кп — компрессор; к!с — конденсатор; В — терморегулирующий вентиль; И — ис паритель; О — охладитель молока; Я — насос; Т —танк; условные обозначе ния: ---------------- ф реон ;--------------- рас
сол; ----------■----- молоко.
Компрессионные тепловые насосы. Некоторые тепловые процессы на животноводческих фермах идут в противоположных направлениях. В одних случаях необходимо избавиться от излишнего тепла (охлажде ние молока, удаление излишнего тепла из животноводческих помеще ний и т. п.), а в других, наоборот, требуется тепло (нагрев воды, тепло
вая обработка кормов и т. п.). Как при нагреве, так и при охлаждении затрачивается энергия.
Тепловые насосы позволяют со сравнительно невысокой затратой энергии «перекачивать» тепло от тех сред, где оно не нужно, к тем сре дам, которые в нем нуждаются. Компрессионные тепловые насосы работают по тому же принципу, что
ихолодильные машины. За счет затраты электрической энергии на привод компрессора забирается тепло от охлаждаемой среды (источ ник тепла с низкой температурой)
исообщается среде с более высо кой температурой.
Тепловые насосы с успехом могут быть использованы для обо грева животноводческих помеще ний, нагрева воды и т. п. Источни ком тепла низкой температуры для них могут служить охлаждаемое молоко, речная вода (зимой и ле том), биологическое топливо (на воз), окружающий воздух и др.
Принципиальная схема тепло вого насоса для одновременного охлаждения молока и нагрева воды приведена на рис. 157. Компрессор
подает сжиженный фреон в испаритель, находящийся в ванне с рас солом. Испаряясь, фреон охлаждает рассол. Охлажденный рассол насосом подается в охладитель, где отбирает тепло от молока. Пары фреона отсасываются компрессором и сжимаются, при этом температура фреона повышается до 80—90 °С. В конденсаторе-теплообменнике сжатые пары фреона отдают тепло воде, конденсируются и через терморегулирующий вентиль вновь подаются в испаритель, а нагретая вода используется для технологических нужд.
Каждый киловатт-час затраченной электроэнергии позволяет по лучить 10—15 МДж тепла, что в 3—4 раза экономичнее прямого элек тронагрева. Применение тепловых насосов на животноводческих фер мах имеет большие перспективы, так как в результате использования отбросного тепла дает значительную экономию энергии.
Опытами установлено, что по затратам электроэнергии тепловой насос экономичнее, например, холодильной установки МХУ-8с, работающей в комплекте с водонагревателем ВЭТ-200. В первом случае расход электроэнергии на 1 т охлажденного молока составляет 33 кВт -ч,
а во втором — 68 кВт*ч. Однако тепловые насосы требуют значитель ных единовременных затрат, которые более чем в 2 раза превышают затраты на устройство прямого электронагрева.
Термоэлектрические холодильники. Наиболее перспективными холо дильными установками являются термоэлектрические холодильники.
Принцип термоэлектрического получения холода основан на явлении, откры том в 1834 г. французским физиком Пельтье. Сущность этого явления заключается в том, что при пропускании постоянного тока через термопару на одном из ее спаев выделяется тепло, а на втором оно поглощается. Если температуру нагревающегося спая за счет отвода тепла поддерживать постоянной, то второй спай будет охлаж даться и может при этом отнимать тепло от какого-либо объекта, подлежащего ох лаждению.
Явление Пельтье получило практическое применение только с разработкой полупроводниковых термоэлементов, у которых эффект охлаждения значительно выше, чем у металлов. Важнейшие работы в области теории и практического приме нения полупроводниковых термоэлектриче ских устройств принадлежат советскому уче
ному А. Ф. Иоффе.
|
Главные функции |
термоэлектри |
|
ческого охлаждающего устройства вы |
|
полняет блок термоэлементов. Термо |
|
элемент состоит из двух полупровод |
|
никовых элементов, один из которых |
|
обладает электронной, |
а |
другой — |
|
дырочной проводимостью. Элемент 1 |
Рис. 158. Схема блока термоэле |
(рис. 158)с электронным механизмом |
ментов. |
проводимости с помощью |
металли |
ческой планки 3 соединяется с эле ментом 2, имеющим дырочную проводимость; последний в свою оче редь соединяется планкой 4 с элементом, имеющим электронную проводимость, и т. д.
При пропускании тока через термоэлементы в направлении, ука занном на рис. 158, на спаях элемента с планкой 3 будет выделяться теплота (называемая теплотой Пельтье в отличие от теплоты Джоуля), а на спаях элемента с планкой 4 — поглощаться. Если при этом тем пературу планок 3 за счет теплообмена с окружающей средой поддер живать постоянной, то планки 4 будут охлаждаться до тех пор, пока тепло, приходящее по ветвям термоэлемента и из окружающей среды, не скомпенсирует поглощающуюся в этих элементах теплоту Пельтье.
Для более интенсивного отвода тепла от спаев блока термоэлемен тов последний снабжается наружным радиатором, обеспечивающим теплоотвод от горячих спаев, и внутренним радиатором, служащим для теплообмена между холодными спаями и воздухом внутри холо дильной камеры. Конструкции как самого термоблока, так и радиа торов могут быть весьма разнообразны.
В южных районах страны внедряются полупроводниковые тепловые насосы, которые зимой используются для отопления, а летом — для кондиционирования воздуха. Эти установки имеют высокие экономи ческие показатели.
20 .5 . Э КО НО М ИЧ ЕСКАЯ Э Ф Ф Е КТИ В Н О С Т Ь ЭЛЕ КТР О Н А ГР ЕВ А *
Наибольшее распространение в сельском хозяйстве имеют два способа получения тепловой энергии: 1) сжиганием топлива в энерго технологических агрегатах или специальных топливных (огневых) установках; 2) сжиганием топлива на электростанциях для получения электрической энергии с последующим преобразованием (у потреби телей) в тепловую энергию.
Второй способ получения тепловой энергии связан с неоднократ ным преобразованием одного вида энергии в другой. В результате этого коэффициент полезного использования энергоресурсов (топлив) в электротепловых установках в большинстве случаев значительно ниже, чем в топливных. Чтобы не допустить перерасхода энергоресурсов при переводе тепловых процессов на электронагрев, необходимо пред варительно сделать технико-экономическое обоснование.
Особенностью тепловых процессов в сельском хозяйстве является то, что они преимущественно низкотемпературные, с рабочими темпера турами не выше 150—200 °С. Низкотемпературный нагрев легко осуществляется непосредственным сжиганием твердого или жидкого топлива невысокого качества. Электрический же нагрев оказывается наиболее экономически целесообразным в высокотемпературных про цессах (1000—1500 °С и выше), которые трудно получить с помощью других способов нагрева. Необходимо учитывать, что тепловые про цессы являются очень энергоемкими и требуют больших затрат элек трической энергии, поэтому применение низкотемпературного электро нагрева в сельском хозяйстве должно быть экономически оправдано.
Вместе с тем, излишняя осторожность в применении электронагрева тормозит технический прогресс в сельском хозяйстве, сдерживает рост энерговооруженности труда, снижает эффективность электрифи
кации.
В тех случаях, когда нагрев от огневых установок связан со значи тельными капиталовложениями — при разбросанности потребителей тепла, при больших затратах на обслуживание, при высоких требова ниях к поддержанию температурных режимов и других — электро нагрев является экономически оправданным.
Экономическое обоснование применения электронагревательных установок в каждом конкретном случае производится путем сравнения годовых расчетных (приведенных) затрат на электронагрев и, например,
огневой нагрев.
Приведенные затраты определяются по формуле:
3 = } ( д „ А + С), |
(20-2) |
- где 3 — годовые расчетные затраты, руб./ГДж; А — годовая выработка тепловой энергии, ГДж(1 ГДж = ІО9 Дж);*
* По работе В. А. Карасенко
