Current state and prospects of energy-saving development of vegetable storage engineering systems in Ukraine and the world
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya3(79).2025.166Abstract
Збереження свіжості та якості овочів є важливим завданням для аграріїв у всьому світі, включаючи Україну. На тлі зростання цін на енергоносії, енергоефективність систем зберігання овочів стає особливо актуальною. Тому сучасні технології зосереджуються на розробці енергоощадних інженерних рішень для овочесховищ, спрямованих на зменшення енерговитрат та екологічного впливу. Особливу увагу приділяють оптимізації умов зберігання, автоматизованим системам керування мікрокліматом та використанню відновлюваних джерел енергії.
У статті розглянуто сучасні тенденції та перспективи розвитку енергоефективних інженерних систем для овочесховищ в Україні та світі. Наголошено на важливості оптимізації мікроклімату для збереження продукції та мінімізації енергетичних витрат. Дослідження базується на аналізі наукових публікацій, нормативних документів та аналітичних даних щодо вентиляційних, холодильних систем та автоматизації мікроклімату овочесховищ. Проведено порівняльний аналіз традиційних та сучасних технологій зберігання, включаючи застосування чисельного моделювання гідроаеродинамічних процесів (CFD) для оцінки ефективності систем підтримки мікроклімату.
Визначено, що інтеграція відновлюваних джерел енергії (сонячних панелей, теплових насосів, систем акумуляції холоду) суттєво знижує енергоспоживання овочесховищ. Використання CFD-моделювання дозволяє оптимізувати параметри повітрообміну, температури та вологості, що сприяє зменшенню втрат продукції та оптимізації енергоспоживання. Аналіз сучасних технологій свідчить про зростаючу роль інтелектуальних систем керування мікрокліматом, що дозволяють автоматично регулювати параметри повітряного середовища та забезпечувати оптимальні умови для збереження овочів. Впровадження енергоефективних технологій зменшує операційні витрати та мінімізує екологічний вплив. Досліджено концептуальні підходи до підвищення ефективності зберігання овочів, що базуються на поєднанні CFD-моделювання, автоматизованих систем керування мікрокліматом та інтеграції відновлюваних джерел енергії. Впровадження цих підходів сприятиме покращенню якості зберігання продукції, зниженню енергоспоживання та збільшенню економічної ефективності овочесховищ. Подальші дослідження у сфері CFD-моделювання є важливими для вдосконалення технологій розподілу повітряних потоків, вологості та температури, що дозволить підвищити ефективність інженерних систем для зберігання овочів.
Ключові слова: мікроклімат овочесховищ, інженерні системи овочесховищ, енергоефективність, CFD-моделювання, відновлювальні джерела енергії, вентиляція
References
1. Priss, О. P., & Kalitka, V. V. (2014). Reduction of losses during storage vegetables sensitive to low temperatures. Progressive Technique and Technologies of Food Production Enterprises, Catering Business and Trade, (1), 209-221.
2. Cherednychenko, V.M., Cherednychenko, L.I. (2010). Technologies of storage of fruits, vegetables and potatoes: Educational book. Vinnytsia: Publishing Centre of Vinnytsia National Agriculture University. 115 с.
3. Khan, F. A., Bhat, S. A., & Narayan, S. (2017). Storage methods for fruits and vegetables. Sher-e-Kashmir University of Agricultural Sciences and Technology of Kashmir. Shalimar, 1-9.
4. Kotko Y.M. (2015). Role storage facility products horticulture. Visnyk of the Kharkiv Petro Vasylenko National Technical University of Agriculture, (161), 195-203.
5. Dabhi, M., & Patel, N. (2017). Effect of storage ventilation on bulb disease of onion. Advances in Food Science and Engineering, 1(3), 100-106. DOI: https://doi.org/10.22606/afse.2017.13002
6. Raju, P. S., Chauhan, O. P., & Bawa, A. S. (2018). Postharvest handling systems and storage of vegetables. Handbook of vegetables and vegetable processing, Second Edition, 247-264. DOI: https://doi.org/10.1002/9781119098935.ch10
7. Deshko, V. I., Sukhodub, I. O., Yatsenko, O. I. (2022). Study of part efficiencies of the heat emission system using room CDF-model. Technologies and engineering. (5), 17-26. DOI: https://doi.org/10.30857/2786-5371.2022.5.2
8. Scaar, H., Praeger, U., Gottschalk, K., Jedermann, R., & Geyer, M. (2017). Experimental and numerical analysis of airflow in fruit and vegetable cold stores. Landtechnik, 72(1), 1-12. DOI:10.15150/lt.2017.3148
9. Majed, Z. A., & Flamarz, S. A. (2023). Evaluation, Monitoring, and Improving the Airflow and Heat Transfer in a Cold Storage of Foodstuffs, CFD Simulation and Experimental Investigation. Sulaimania Journal for Engineering Sciences, 10(1). DOI: https://doi.org/10.17656/sjes.10165
10. De Baerdemaeker, J., Delele, M. A., Verboven, P., & Nicolaï, B. M. (2011). Multiscale modelling of postharvest storage of fruit and vegetables in a plant factory context. IFAC Proceedings Volumes, 44(1), 616-620. DOI: https://doi.org/10.3182/20110828-6-IT-1002.02886
11. Duret, S., Hoang, H. M., Flick, D., & Laguerre, O. (2014). Experimental characterization of airflow, heat and mass transfer in a cold room filled with food products. International journal of refrigeration, 46, 17-25. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2014.07.008
12. Guo, J., Wei, X., Li, B., Cao, Y., Han, J., Yang, X., & Lü, E. (2020). Characteristic analysis of humidity control in a fresh-keeping container using CFD model. Computers and Electronics in Agriculture, 179, 105816. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105816
13. Defraeye, T., Verboven, P., & Nicolai, B. (2013). CFD modelling of flow and scalar exchange of spherical food products: Turbulence and boundary-layer modelling. Journal of Food Engineering, 114(4), 495-504. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2012.09.003
14. Cao, Y., Gong, Y. F., & Zhang, X. R. (2020). Impact of ventilation design on the precooling effectiveness of horticultural produce — a review. Food Quality and Safety, 4(1), 29-40. DOI: https://doi.org/10.1093/fqsafe/fyaa004
15. Delele, M. A., Ngcobo, M. E. K., Getahun, S. T., Chen, L., Mellmann, J., & Opara, U. L. (2013). Studying airflow and heat transfer characteristics of a horticultural produce packaging system using a 3-D CFD model. Part I: Model development and validation. Postharvest Biology and Technology, 86, 536-545. DOI: https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2013.08.014
16. Літовко, Б. М., & Лідер, М. Ю. (2021). Analysis of Ways to Increase Energy Efficiency of Ventilation and Air Conditioning Systems. Visnyk of Vinnytsia Polytechnical Institute, (4), 47-55. DOI: https://doi.org/10.31649/1997-9266-2021-157-4-47-55
17. Emragi, E., Sathuvalli, V., & Jayanty, S. S. (2021). The impact of ventilation conditions on the quality of Rio Grande Russet tubers during long-term cold storage. Journal of Agriculture and Food Research, 3, 100095. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jafr.2020.100095
18. Indergård, E., Thomsen, M. G., Heltoft, P., Asalf, B., Nordskog, B., Widell, K. N., & Larsen, H. (2019). Industrial storage of root vegetables: Energy and quality aspects of existing cold-storages. In Proceedings of the 25th IIR International Congress of Refrigeration. Montréal, Canada, August 24-30, 2019. DOI: 10.18462/iir.icr.2019.950
19. Pathmanaban, P., Gnanavel, B. K., Anandan, S. S., & Sathiyamurthy, S. (2023). Advancing post-harvest fruit handling through AI-based thermal imaging: applications, challenges, and future trends. Discover Food, 3(1), 27. DOI: https://doi.org/10.1007/s44187-023-00068-2
20. Majeed, Y., Khan, M. U., Waseem, M., Zahid, U., Mahmood, F., Majeed, F., & Raza, A. (2023). Renewable energy as an alternative source for energy management in agriculture. Energy Reports, 10, 344-359. DOI: 10.1016/j.egyr.2023.06.032
21. Amjad, W., Munir, A., Akram, F., Parmar, A., Precoppe, M., Asghar, F., & Mahmood, F. (2023). Decentralized solar-powered cooling systems for fresh fruit and vegetables to reduce post-harvest losses in developing regions: a review. Clean Energy, 7(3), 635-653. DOI: https://doi.org/10.1093/ce/zkad015
22. Patel, D. P., & Jain, S. K. (2024). Development and performance evaluation of a portable solar‐assisted evaporative cool chamber for preservation of perishables. Journal of Food Process Engineering, 47(8), 14716. DOI: 10.1111/jfpe.14716
23. Awasthi, R., Chattopadhyay, S., & Ghosh, S. (2019). Integration of solar charged PCM storage with VAR system for low capacity vegetable cold storage. Journal of Physics: Conference Series. Vol. 1240, No. 1, p. 012070. DOI: 10.1088/1742-6596/1240/1/012070
24. Xiang, B., & Zhang, X. (2023). Advancements in the development of field precooling of fruits and vegetables with/without phase change materials. Journal of Energy Storage, 73, 109007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.est.2023.109007
Published
Issue
Section
License
Relationship between right holders and users shall be governed by the terms of the license Creative Commons Attribution – non-commercial – Distribution On Same Conditions 4.0 international (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
