vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2021-3-23-29vguit-2827Research ArticleПроцессы и аппараты пищевых производствProcesses and equipment for food industryПароэжекторный тепловой насос как источник альтернативной энергии в технологии хлебобулочных изделийSteam jet heat pump as a source of alternative energy in bakery technologyhttps://orcid.org/0000-0002-3060-8688ДранниковА. В.DrannikovA. V.

д.т.н., профессор, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Dr. Sci. (Engin.), professor, machines and apparatuses of food production department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

drannikov@list.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5745-8301ШевцовА. А.ShevtsovA. A.

д.т.н., профессор, кафедра технологии жиров, процессов и аппаратов химических и пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Dr. Sci. (Engin.), professor, technology of fats, processes and apparatuses of chemi-cal and food production department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

shevalol@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2310-2838ПономареваЕ. И.PonomarevaE. I.

д.т.н., профессор, кафедра технологии хлебопекарного, кондитерского, макаронного и зерноперерабатывающего производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Dr. Sci. (Engin.), professor, bakery technology, confectionery, pasta and grain processing industries department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

noreplay@elpub.ruЗасыпкинН. В.ZasypkinN. V.

аспирант, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

postgraduate student, machines and devices of food production department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

zvnkita24@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5255-7551ЛогуноваЛ. В.LogunovaL. V.

к.т.н., ассистент, кафедра технологии хлебопекарного, кондитерского, макаронного и зерноперерабатывающего производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Cand. Sci. (Engin.), assistant, bakery technology, confectionery, pasta and grain processing industries department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

logunova.lyudmila@mail.ruВоронежский государственный университет инженерных технологийРоссияVoronezh State University of Engineering TechnologiesRussian Federation2021300920218332329Copyright © Дранников А.В., Шевцов А.А., Пономарева Е.И., Засыпкин Н.В., Логунова Л.В., 20212021Дранников А.В., Шевцов А.А., Пономарева Е.И., Засыпкин Н.В., Логунова Л.В.Drannikov A.V., Shevtsov A.A., Ponomareva E.I., Zasypkin N.V., Logunova L.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.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/2827

Поиск новых альтернативных источников энергии и путей сбережения топливно-энергетических ресурсов, эффективного использования вторичных энергоресурсов, включая природные низкотемпературные источники теплоты остаются в центре внимания специалистов хлебопекарной промышленности. Все большее значение в снижении энергозатрат приобретают тепловые насосы. Проанализированы причины, сдерживающие широкое применение парокомпрессионных тепловых насосов. Для реализации рациональных термовлажностных режимов в технологии хлебобулочных изделий предложено использовать пароэжекторный тепловой насос, который расширяет границы энергоэффективного сопряжения объектов различных температурных потенциалов на основе утилизации и рекуперации вторичных энергоресурсов. При этом в полной мере реализован универсальный подход в создании конкурентоспособной технологии, обеспечивающей выработку тепла и холода для совместно протекающих процессов в производстве хлебобулочных изделий. Пароэжекторный тепловой насос создает реальные условия утилизация пара низкого давления, в частности, бросового тепла газотурбинных установок и котельных агрегатов и, как следствие, позволяет эффективно решать задачи энергосбережения. Экологически безопасные условия функционирования технологии обусловлены применением воды в качестве хладагента. Полностью исключается использование токсичных, взрыво- и пожароопасных рабочих сред, что позволяет рассматривать предлагаемую теплонасосную технологию хлебобулочных изделий как экологически безопасную.

The search for new alternative energy sources and ways of saving fuel and energy resources, efficient use of secondary energy resources, including natural low-temperature sources of heat, remain in the center of attention of specialists in the bakery industry. Heat pumps are becoming increasingly important in reducing energy costs. The reasons that restrain the widespread use of vapor compression heat pumps are analyzed. To implement rational thermal and humidity modes in the technology of bakery products, it is proposed to use a steam jet heat pump, which expands the boundaries of energy-efficient coupling of objects of different temperature potentials on the basis of utilization and recuperation of secondary energy resources. At the same time, a universal approach has been fully implemented in creating a competitive technology that provides heat and cold production for joint processes in the production of bakery products. In the conditions of decentralized heat supply systems, when heat energy is generated directly at the enterprise, a steam-jet heat pump creates real conditions for the utilization of low-pressure steam, in particular, waste heat from gas turbine plants and boiler units and, as a result, makes it possible to effectively solve energy saving problems. Environmentally safe conditions of the technology functioning are due to the use of water as a refrigerant. The use of toxic, explosive and fire hazardous working environments is completely excluded, which allows us to consider the proposed heat pump technology of bakery products as environmentally friendly.

хлебобулочные изделиятепловой насосэнергосбережениеэкологическая безопасностьисточник энергииbakery productsheat pumpenergy savingenvironmental safetyenergy sourceReferencesЗакиров Д.Г., Рыбин А.А. Использование низкопотенциальной теплоты. М.: РУСАЙНС, 2017. 158 с. doi: 10.15216/978–5–4365–0996–9Zakirov D.G., Rybin A.A. Use of low-grade heat. Moscow, RUSAYNS, 2017. 158 p. doi: 10.15216/978-5-4365-0996-9 (in Russian).Миронова Н.В., Елистратов С.Л., Овчинников Ю.В., Томилов В.Г. Повышение термодинамической эффективности рабочих циклов парокомпрессионных тепловых насосов // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. 2018. № 2 (71). С. 143–156.Mironova N.V., Elistratov S.L., Ovchinnikov Yu.V., Tomilov V.G. Increasing the thermodynamic efficiency of working cycles of vapor compression heat pumps. Scientific Bulletin of the Novosibirsk State Technical University. 2018. no. 2 (71). pp. 143-156. (in Russian).Закиров Д.Г. и др.Разработка и внедрение технологий использования низкопотенциального тепла тепловыми насосами // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. Т. 94. № 1. С. 85–90.Zakirov D.G. et al. Development and implementation of technologies for the use of low-grade heat by heat pumps. Technologies and technical means of mechanized production of crop and livestock products. 2018. vol. 94. no. 1. pp. 85–90. (in Russian).Richard P. et. al. Upscaling a district heating system based on biogas cogeneration and heat pumps // Energy, sustainability and society. 2015. № 5 (16). doi: 10.1186/s13705–015–0044xRichard P. et. al. Upscaling a district heating system based on biogas cogeneration and heat pumps. Energy, sustainability and society. 2015. no. 5 (16). doi: 10.1186/s13705–015–0044 xTuth R., Fischer D., Wille?Haussmann B., Wittwer C. Balancing fluctuating renewable energy generation using cogeneration and heat pump systems // Energy technology. 2014. № 2 (1). Р. 83–89. doi: 10.1002/ente.201300082Tuth R., Fischer D., Wille?Haussmann B., Wittwer C. Balancing fluctuating renewable energy generation using cogeneration and heat pump systems. Energy technology. 2014. no. 2 (1). pp. 83–89. doi: 10.1002/ente.201300082Vivian J., Emmi G., Zarrella A., Jobard X. et al. Evaluating the Cost of Heat for End Users in Ultra Low Temperature District Heating Networks with Booster Heat Pumps // Energy. 2018. V. 153. Р. 788–800. doi: 10.1016/j.energy.2018.04.081Vivian J., Emmi G., Zarrella A., Jobard X. et al. Evaluating the Cost of Heat for End Users in Ultra Low Temperature District Heating Networks with Booster Heat Pumps. Energy. 2018. vol. 153. pp. 788–800. doi: 10.1016/j.energy.2018.04.081Sayegh M.A., Jadwiszczak P., Axcell B.P., Niemierka E. Heat Pump Placement, Connection and Operational Modes in European District Heating // Energy and Buildings. 2018. V. 166. Р. 122–144. doi: 10.1016/j.enbuild.2018.02.006Sayegh M.A., Jadwiszczak P., Axcell B.P., Niemierka E. Heat Pump Placement, Connection and Operational Modes in European District Heating. Energy and Buildings. 2018. vol. 166. pp. 122–144. doi: 10.1016/j.enbuild.2018.02.006Курнакова Н.Ю., Нуждин А.В., Волхонский А.А. О возможности повышения энергоэффективности тепловой схемы ТЭС с применением теплового насоса // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 7. С. 114–122.Kurnakova N.Yu., Nuzhdin A.V., Volkhonsky A.A. On the possibility of increasing the energy efficiency of the thermal circuit of a TPP with the use of a heat pump. Bulletin of the Irkutsk State Technical University. 2018. vol. 22. no. 7. pp. 114–122. (in Russian).Мацевитый Ю.М., Чиркин Н.Б., Кузнецов М.А. Термоэкономический анализ теплонасосной системы теплоснабжения // Проблемы машиностроения. 2010. Т. 13. № 1. С. 42–51.Matsevity Yu.M., Chirkin N.B., Kuznetsov M.A. Thermoeconomic analysis of the heat pump system of heat supply. Problems of mechanical engineering. 2010. vol. 13. no. 1. pp. 42–51. (in Russian).Deng J., Wei Q., Liang M., He S. et al. Does heat pumps perform energy efficiently as we expected: field tests and evaluations on various kinds of heat pump systems for space heating // Energy and Buildings. 2019. V. 182. P. 172–186. doi: 10.1016/j.enbuild.2018.10.014Deng J., Wei Q., Liang M., He S. et al. Does heat pumps perform energy efficiently as we expected: field tests and evaluations on various kinds of heat pump systems for space heating. Energy and Buildings. 2019. vol. 182. pp. 172–186. doi: 10.1016/j.enbuild.2018.10.014Sayegh M.A. Jadwiszczaka P., Axcellb B.P., Niemierkaa E. et al. Heat pump placement, connection and operational modes in european district heating // Energy and Buildings. 2018. V. 166. P. 122–144. doi: 10.1016/j.enbuild.2018.02.006Sayegh M.A. Jadwiszczaka P., Axcellb B.P., Niemierkaa E. et al. Heat pump placement, connection and operational modes in european district heating. Energy and Buildings. 2018. vol. 166. pp. 122–144. doi: 10.1016/j.enbuild.2018.02.006Vivian J., Emmi G., Zarrella A., Jobard X. et al. Evaluating the cost of heat for end users in ultra low temperature district heating networks with booster heat pumps // Energy. 2018. V. 153. P. 788–800. doi: 10.1016/j.energy.2018.04.081Vivian J., Emmi G., Zarrella A., Jobard X. et al. Evaluating the cost of heat for end users in ultra low temperature district heating networks with booster heat pumps. Energy. 2018. vol. 153. pp. 788–800. doi: 10.1016/j.energy.2018.04.081Романов А.С., Ильина О.А., Иунихина В.С., Краус С.В. Хлеб и хлебобулочные изделия. Сырье, технологии, ассортимент. М.: ДеЛи плюс, 2016. 539 с.Romanov A.S., Ilyina O.A., Iunikhina V.S., Kraus S.V. Bread and bakery products. Raw materials, technologies, assortment. Moscow, DeLi plus, 2016. 539 p. (in Russian).Пономарева Е.И., Лукина С.И., Алёхина Н.Н., Малютина Т.Н. и др. Практикум по технологии отрасли (технология хлебобулочных изделий). СПб.: Издательство «Лань», 2021. 316 с.Ponomareva E.I., Lukina S.I., Alekhina N.N., Malyutina T.N. and others. Workshop on industry technology (technology of bakery products). SPb., Publishing house "Lan", 2021. 316 p. (in Russian).Чижикова О.Г., Коршенко Л.О. Технология производства хлеба и хлебобулочных изделий. Москва: Издательство Юрайт, 2021. 448 с.Chizhikova O. G., Korshenko L. O. Bread and bakery production technology. Moscow, Yurayt Publishing House, 2021. 448 p. (in Russian).Коршенко Л.О., Чижикова О.Г. Технология производства хлеба и хлебобулочных изделий. Москва: Издательство Юрайт, 2019. 178 с.Korshenko L.O., Chizhikova O.G. Bread and bakery production technology. Moscow, Yurayt Publishing House, 2019. 178 p. (in Russian).Гаранина В.В. Основные тенденции развития хлебопекарной отрасли в современных условиях // Молодой ученый. 2018. № 50 (236). С. 122–123. URL: https: //moluch.ru/archive/236/54848/Garanina V.V. The main trends in the development of the baking industry in modern conditions. Young scientist. 2018. no. 50 (236). pp. 122-123. Available at: https: //moluch.ru/archive/236/54848/ (in Russian).Дзино А.А., Малинина О.С. Методики расчетов термодинамических циклов парокомпрессорных тепловых насосов и абсорбционных термотрансформаторов. Санкт-Петербург: Университет ИТМО. 2018.Dzino A.A., Malinina O.S. Methods for calculating thermodynamic cycles of steam compressor heat pumps and absorption thermotransformers. St. Petersburg, ITMO University. 2018. (in Russian).Пат. № 2613283, RU, A21D 8/00. Способ производства хлебобулочных изделий / Чертов Е.Д., Чешинский В.Л., Магомедов Г.О., Шевцов А.А., Пономарева Е.И., Одинцова А.В. Заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. универ. инженерных технол. № 2016106015; Заявл. 22.02.2016; Опубл. 15.03.2017, Бюл. № 8.Chertov E.D., Cheshinsky V.L., Magomedov G.O., Shevtsov A.A. et al. Method for the production of bakery products Patent RF, no. 2613283, 2017.Остриков А.Н., Шевцов А.А., Тертычная Т.Н., Сердюкова Н.А. Технология получения гранул из шрота семян рапса с использованием двухступенчатого каскадного парокомпрессионного теплового насоса // Хранение и переработка сельхозсырья. 2021. № 3. С. 22–30.Ostrikov A.N., Shevtsov A.A., Tertychnaya T.N., Serdyukova N.A. Technology of obtaining granules from rapeseed meal using a two-stage cascade vapor compression heat pump. Storage and processing of agricultural raw materials. 2021. no. 3. pp. 22–30. (in Russian).Шевцов А.А., Бунин Е.С., Ткач В.В., Сердюкова Н.А. и др. Эффективное внедрение парокомпрессионного теплового насоса в линию комплексной переработки семян масличных культур // Хранение и переработка сельхозсырья. 2018. № 1. С. 60–64.Shevtsov A.A., Bunin E.S., Tkach V.V., Serdyukova N.A. et al. Effective introduction of a vapor compression heat pump in the line of complex processing of oilseeds. Storage and processing of agricultural raw materials. 2018. no. 1. pp. 60–64. (in Russian).Shevtsov A.A., Tertychnaya T.N., Serdyukova N.A., Tkach V.V. Energy-efficient and environmentally friendly technology for producing fatty acid esters // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing, 2021. V. 640. №. 4. P. 042008. doi:10.1088/1755–1315/640/4/042008Shevtsov A.A., Tertychnaya T.N., Serdyukova N.A., Tkach V.V. Energy-efficient and environmentally friendly technology for producing fatty acid esters. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing, 2021. vol. 640. no. 4. pp. 042008. doi: 10.1088/1755-1315 / 640/4/042008 (in Russian).Шевцов А.А., Тертычная Т.Н., Ткач В.В., Сердюкова Н.А. Энергосберегающая технология выделения белоксодержащих фракций из масличных семян с применением пароэжекторного теплового насоса // Вестник ВГУИТ. 2019. № 2. С. 35–40. doi: 10.20914/2310-1202-2019-2-35-40Shevtsov A.A., Tertychnaya T.N., Tkach V.V., Serdyukova N.A. Energy-saving technology for the extraction of protein-containing fractions from oil seeds using a steam jet heat pump. Proceedings of VSUET. 2019. no. 2. pp. 35–40. doi: 10.20914/2310-1202-2019-2-35-40 (in Russian).Марышев А.Ю. и др. Расчёт переохладителя теплового насоса вакуум-выпарной установки // Передовые достижения науки в молочной отрасли. 2019. С. 67-73.Maryshev A.Yu. et al. Calculation of the subcooler of the heat pump of a vacuum-evaporator installation. Advances in science in the dairy industry. 2019. pp. 67-73. (in Russian).Мотин В.В., Стефанова В.А., Феськов О.А. Теплообменные аппараты в холодильных машинах (конструкция и расчет). М.: Франтера, 2017. 170 с.Motin V.V., Stefanova V.A., Feskov O.A. Heat exchangers in refrigeration machines (design and calculation). Moscow, Frantera, 2017. 170 p. (in Russian).

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