spfpХранение и переработка сельхозсырьяStorage and Processing of Farm Products2072-96692658-767XРОСБИОТЕХ10.36107/spfp.2021.246spfp-246Research ArticleТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕTECHNOLOGICAL PROCESSES, MACHINES AND EQUIPMENTГенерация альтернативной энергии в производстве хлебобулочных изделий с применением теплового насосаGeneration of Alternative Energy in Production Bakery Products with the Use of Heat PumpДранниковАлексей ВикторовичDrannikovAleksey V.drannikov@list.ruТертычнаяТатьяна НиколаевнаTertychnayaTatiana N.tertychnaya777@yandex.ruШевцовАлександр АнатольевичShevtsovAleksander A.shevalol@rambler.ruЗасыпкинНикита ВладимировичZasypkinNikita V.zvnikita24@gmail.comФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»РоссияVoronezh State University of Engineering TechnologiesRussian FederationФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет им. Петра I»РоссияVoronezh State Agrarian University named after Peter IRussian Federation20212711202104132145Copyright © Дранников А.В., Тертычная Т.Н., Шевцов А.А., Засыпкин Н.В., 20222022Дранников А.В., Тертычная Т.Н., Шевцов А.А., Засыпкин Н.В.Drannikov A.V., Tertychnaya T.N., Shevtsov A.A., Zasypkin N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.spfp-mgupp.ru/jour/article/view/246

На основе современных достижений по эффективному замещению в системах теплоснабжения ископаемых видов топлива на теплоту возобновляемых и вторичных источников предложена теплонасосная технология хлебобулочных изделий с использованием двухступенчатого парокомпрессионного теплового насоса. Установлены режимы функционирования теплового насоса, обеспечивающие подготовку теплоносителей разного температурного потенциала для энергоэффективной реализации технологического процесса. В соответствии с методологией эксергетического анализа рассмотрено влияние на технологическую систему производства хлебобулочных изделий внутренних и внешних энергетических потерь. В суммарное количество внутренних эк-сергетических потерь, связанных с необратимостью реальных процессов, входили потери от конечной разности температур в результате рекуперативного теплообмена между материальными и тепловыми потоками; электромеханические потери приводов машин; потери при необратимом изменении свойств промежуточных продуктов; гидравлические потери, обусловленные внезапным увеличением удельного объема теплоносителя при его поступлении из трубопровода в рабочие объемы аппаратов. Внешние потери связаны с условиями сопряжения системы с окружающей средой. Эксергетический анализ показал, что эксергетический КПД для тех-нологии получения хлебобулочных изделий с применением  теплового насоса составляет 16,35 %, что на 5-7 % выше, чем у традиционных технологий. При переходе технологической системы в состояние равновесия с окружающей средой эта часть энергии полезным образом использована в термодинамических процессах предлагаемой технологии.

On the basis of modern achievements in the effective replacement of fossil fuels in heat supply systems with heat from renewable and secondary sources, a heat pump technology for the production of bakery products using a two-stage vapor compression heat pump has been proposed. The modes of operation of the heat pump, which provide the preparation of heat carriers of different temperature potential for energy-efficient implementation of the technological process, have been established. In accordance with the methodology of exergy analysis, the influence of internal and external energy losses on the technological system of production of bakery products is considered. The total amount of internal exergy losses associated with the irreversibility of real processes included losses from a finite temperature difference as a result of recuperative heat exchange between material and heat flows; electromechanical losses for the operation of machine drives; losses in case of irreversible change in the properties of intermediate products; hydraulic losses caused by a sudden increase in the specific volume of the coolant when it enters from the pipeline into the working volumes of the apparatus. External losses are associated with the conditions for the interface of the system with the environment. The exergy analysis showed that the exergy efficiency for the technology of obtaining bakery products using PCHM is 16.35%, which is 5-7% higher than that of the known technologies. When a technological system passes into a state of equilibrium with the environment, this part of the energy is used in a useful way in the thermodynamic processes of the proposed technology.

хлебобулочные изделиятеплонасосная технологиядвухступенчатый парокомпрессионный тепловой насосэксергетический анализ.bakery productsheat pump technologytwo-stage steam compression heat pumpenergetic analysis.ReferencesАуэрман Л.Я. Технология хлебопекарного производства / Л.Я. Ауэрман. – М.: Профессия, 2005. – 416 с.Auerman L.Ya. Bakery production technology / L.Ya. Auerman. - M .: Professiya, 2005 .- 416 p.Цыганова Т. Б. Технология и организация производства хлебобулочных изделий / Т. Б. Цы-ганова. — 6 -е изд., стер. — М .: Издательский центр «Академия», 2014. — 448 сTsyganova T. B. Technology and organization of production of bakery products / T. B. Tsyganova. - 6th ed., Erased. - M .: Publishing Center "Academy", 2014. - 448 p.Пащенко Л.П. Технология хлебобулочных изделий / Л.П. Пащенко, И.М. Жаркова. – М.: КолосС, 2008. – 391 с.Pashchenko L.P. Bakery technology / L.P. Pashchenko, I.M. Zharkov. - M .: KolosS, 2008 .- 391 p.Гаранина В.В. Основные тенденции развития хлебопекарной отрасли в современных усло-виях / В.В. Гаранина. – Текст: непосредственный // Молодой ученый. - 2018. - №50 (236). – С. 122-123. – URL: https: //moluch.ru/archive/236/54848/ (дата обращения: 04.05.2021).V.V. Garanina The main trends in the development of the bakery industry in modern conditions / V.V. Garanina. - Text: direct // Young scientist. - 2018. - No. 50 (236). - S. 122-123. - URL: https: //moluch.ru/archive/236/54848/ (date of access: 05/04/2021).Российский Зерновой Союз. Тенденция формирования хлебопекарного рынка России в 2010–2020 гг. / Хлебопродукты. – 2021, № 1, С. 16-17Russian Grain Union. The tendency of the formation of the bakery market in Russia in 2010–2020. / Bread products. – 2021. - No. 1. - P. 16-17.Chicherin, S.V. Comparison of a District Heating System Operation Based on Actual Data – Omsk City, Russia, Case Study / S.V. Chicherin // International Journal of Sustainable Energy. – 2018. – Vol. 38. – No. 6. – Р. 603–614.Chicherin, S.V. Comparison of a District Heating System Operation Based on Actual Data – Omsk City, Russia, Case Study / S.V. Chicherin // International Journal of Sustainable Energy. – 2018. – Vol. 38. – No. 6. – Р. 603–614.Chicherin S. Low-Temperature District Heating Distributed from Transmission-Distribution Junctions to Users: Energy and Environmental Modelling / S. Chicherin // Energy Procedia. – 2018. – Vol. 147. – Р. 382–389.Chicherin S. Low-Temperature District Heating Distributed from Transmission-Distribution Junc-tions to Users: Energy and Environmental Modelling / S. Chicherin // Energy Procedia. – 2018. – Vol. 147. – Р. 382–389.Алексеенко С.В. Исследования и разработки СО РАН в области энергоэффективных техно-логий. Новосибирск: Наука, 2009. - 405 с.Alekseenko S.V. Research and development of the SB RAS in the field of energy efficient technolo-gies. Novosibirsk: Nauka. - 2009.- 405 p.Бритиков Д.А., Шевцов А.А.Энергосбережение в процессах сушки зерновых культур с ис-пользованием теплонасосных технологий: монография. М.: ДеЛи плюс, 2012. - 328 с.Britikov D.A., Shevtsov A.A. Energy saving in the processes of drying grain crops using heat pump technologies: monograph. M .: DeLi plus, 2012.- 328 p.Горшков В.Г. Тепловые насосы. Аналитический обзор // Справочник промышленного обо-рудования ВВТ. 2004.- № 2. - С. 47–80.V.G. Gorshkov Heat pumps. Analytical review // Handbook of industrial equipment of weapons and military equipment. 2004. - No. 2. - P. 47-80.Долинский А.А., Драганов Б.Х., Морозюк Т.В. Альтернативное теплоснабжение на базе тепловых насосов: критерии оценки // Промышленная теплотехника. 2007.- № 6. - С. 67–71.Dolinsky A.A., Draganov B.Kh., Morozyuk T.V. Alternative heat supply based on heat pumps: evalu-ation criteria // Promyshlennaya teplotekhnika. 2007. - No. 6. - P. 67-71.Елистратов С.Л. Оценка границ технико-экономической эффективности применения теп-ловых насосов // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2009. - № 15. - С. 72–78.Elistratov S.L. Assessment of the boundaries of the technical and economic efficiency of the use of thermal pumps // Bulletin of SUSU. Series: Energy. 2009. - No. 15.- P. 72–78.Елистратов С.Л., Накоряков В. Е. Передовые схемные решения теплонасосных установок //Elistratov S.L., Nakoryakov V.E. Izvestiya Vuzov. Series: Energy Problems. 2007. - No. 11–12. - P. 64-75.Известия Вузов. Серия: Проблемы энергетики. 2007. - № 11–12. - С. 64–75.Elistratov S.L., Nakoryakov V.E. Energy efficiency of combined heaters ny installations based on heat pumps with an electric drive // Promyshlennaya energetika. - 2008. - No. 3. - P. 28-33.Елистратов С.Л., Накоряков В.Е. Энергетическая эффективность комбинированных отопи-тельных установок на базе тепловых насосов с электроприводом // Промышленная энергетика.Elistratov S.L., Nakoryakov V.E. Environmental aspects of the use of vapor compression heat pumps // Izvestiya RAN Series: Energy.- 2007. - No. 4.- P. 76-83.- № 3. - С. 28–33.Zakirov D.G., Mukhamedshin M.A., Nikolaev A.V., Faizrakhmanov R.A., Ryumkin A.A. Develop-ment and implementation of technologies for the use of low-grade heat by heat pumps / Tech-nologies and technical means of mechanized production of crop and livestock products. 2018. - Vol. 94, No. 1.- P. 85–90.Елистратов С.Л., Накоряков В.Е. Экологические аспекты применения парокомпрессионных тепловых насосов // Известия РАН Серия: Энерге тика. 2007. - № 4. - С. 76–83.A.A. Shevtsov Effective introduction of a vapor compression heat pump into the line of complex pro-cessing of oilseeds / А.А.Shevtsov, E.S. Bunin, V.V. Tkach, N.A. Serdyukova, D.I. Fofonov // Storage and processing of agricultural raw materials. - 2018. - No. 1. - P. 60–64.Закиров Д.Г., Мухамедшин М.А., Николаев А.В., Файзрахманов Р.А., Рюмкин А.А. Разра-ботка и внедрение технологий использования низкопотенциального тепла тепловыми насоса-ми /Технологии и технические средства механизированного производства продукции растени-еводства и животноводства. 2018. - Т. 94, № 1. - С. 85–90.A.A. Shevtsov Energy-saving technology for the isolation of protein-containing fractions from oil seeds using a steam-ejector heat pump. Shevtsov, T.N. Tertychnaya, V.V. Tkach, N.A. Serdyu-kova // Bulletin of the Voronezh State University of Engineering Technologies. –2019. - No. 2. - P. 35-40.Шевцов А.А. Эффективное внедрение парокомпрессионного теплового насоса в линию комплексной переработки семян масличных культур / А.А. Шевцов, Е.С. Бунин, В.В. Ткач, Н.А. Сердюкова, Д.И. Фофонов // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2018. – № 1. – С. 60–64.Ostrikov A.N. Technology of obtaining granules from rapeseed meal using a two-stage cascade vapor compression heat pump / A.N. Ostrikov, A.A. Shevtsov, T.N. Tertychnaya, N.A. Serdyukova // Storage and processing of agricultural raw materials. - 2020. - No. 4. - P. 22–30.Шевцов А.А. Энергосберегающая технология выделения белоксодержащих фракций из масличных семян с применением пароэжекторного теплового насоса / А.А. Шевцов, Т.Н. Тер-тычная, В.В. Ткач, Н.А. Сердюкова // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. –2019. – № 2. – С. 35-40.Collection of technological instructions for the production of bread and bakery products. - M .: Preskurantizdat, 1989.- 494 p.Остриков А.Н. Технология получения гранул из шрота семян рапса с использованием двух-ступенчатого каскадного парокомпрессионного теплового насоса / А.Н. Остриков, А.А. Шев-цов, Т.Н. Тертычная, Н.А. Сердюкова // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2020. - № 4, С. 22–30.Chamoun M., Rulliere R., Haberschill P, Berail J.F. Water as a refrigerant for a new high temperature heat pump / Refrigeration technology. - 2012. - No. 12. - P. 30-35.Сборник технологических инструкций для производства хлеба и хлебобулочных изделий. – М.: Прескурантиздат, 1989. – 494 с.Brodyansky V.M. Exergetic method and its applications / V.M. Brodyansky, V. Fratscher, K. Mi-khalek. - M .: Energoatomizdat, 1988. - 287 p.Chamoun M., Rulliere R., Haberschill P, Berail J.F. Вода как хладагент для нового высокотем-пературного теплового насоса / Холодильная техника. – 2012. – № 12. – С. 30-35Exergetic calculations of technical systems. Reference manual / V.M. Brodyansky, T.P. Verhivker, J. Karchev et al. / Ed. Dolinsky A.A., Brodyansky V.M. Academy of Sciences of the Ukrainian SSR. Institute of Technical Thermophysics. - Kiev: Naukova Dumka. 1991 .- 360 p.Бродянский В.М. Эксергетический метод и его приложения / В.М. Бродянский, В. Фрат-шер, К. Михалек. – М.: Энергоатомиздат, 1988. - 287 с.Shargut J. Exergia / I. Shargut, V. Petela; per. from Polish. - M .: Energiya, 1968.- 279 p.Эксергетические расчеты технических систем. Справочное пособие / В.М. Бродянский, Т.П. Верхивкер, Я.Я. Карчев и др. / под ред. Долинского А.А., Бродянского В.М. АН УССР. Ин-т технической теплофизики. – Киев: Наукова Думка. 1991. – 360 с.Volkenstein B.C. A high-speed method for determining the thermophysical characteristics of materi-als / V.S. Volkenstein. - L .: Energy, 1971. - 145 p.Шаргут Я. Эксергия /Я. Шаргут, В. Петела; пер. с польского. – М.: Энергия, 1968. - 279 с.Zverev V.G. Identification of thermophysical characteristics of materials / V.G. Zverev, V.A. Naza-renko, A.V. Teploukhov // Engineering Physics Journal. - 2010. - T. 83. - No. 3. - S. 614-621.Волькенштейн B.C. Скоростной метод определения теплофизических характеристик мате-риалов / В.С. Волькенштейн. – Л.: Энергия, 1971. – 145 с.Ginzburg A.S. Thermophysical characteristics of food products / A.S. Ginzburg, M.A. Gromov, G.I. Krasovskaya: a reference book. - M .: Agropromizdat, 1990 .- 287 p.Зверев В.Г. Идентификация теплофизических характеристик материалов / В.Г. Зверев, В.А. Назаренко, А.В. Теплоухов // Инженерно-физический журнал. – 2010. – Т. 83. – № 3. – С. 614-621.Handbook of thermophysical characteristics of food products and semi-finished products / I.A. Chu-bik, A.M. Maslov. - 2nd ed., Add. - Moscow: Food. prom-st, 1970 .- 184s.Гинзбург А.С. Теплофизические характеристики пищевых продуктов / А.С. Гинзбург, М.А. Громов, Г.И. Красовская: справочник. – М.: Агропромиздат, 1990. – 287 с.Misnar A. Handbook. Thermal conductivity of solids, liquids, gases and their compositions / A. Misnar: a reference book. - M.: Mir. - 1968 .- 464 p.Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов / И.А. Чубик, А.М. Маслов. – 2-е изд., доп. – Москва: Пищ. пром-сть, 1970. – 184с.Vukalovich M.P. Thermophysical properties of water and steam / M.P. Vukalovich. - M .: Mashi-nostroenie, 1967.- 160 p.Миснар А. Справочник. Теплопроводность твердых тел, жидкостей, газов и их композиций / А. Миснар: справочник. – М.: Мир. – 1968. – 464 с.Bogoslovsky S.V. Physical properties of gases and liquids / S.V. Theological. - SPb.: SPbGUAP, 2001.-73 p.Вукалович М.П. Теплофизические свойства воды и водяного пара / М.П. Вукалович. – М.: Машиностроение, 1967. – 160 с.Вукалович М.П. Теплофизические свойства воды и водяного пара / М.П. Вукалович. – М.: Машиностроение, 1967. – 160 с.Богословский С.В. Физические свойства газов и жидкостей / С.В. Богословский. – СПб.: СПбГУАП, - 2001. – 73 с.Богословский С.В. Физические свойства газов и жидкостей / С.В. Богословский. – СПб.: СПбГУАП, - 2001. – 73 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.