ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ СИСТЕМА ОБОГРЕВА И ВЕНТИЛЯЦИИ Российский патент 2008 года по МПК F24F3/06 F24D5/00 

Изобретение относится к устройствам обогрева и вентиляции животноводческих и птицеводческих помещений на базе «светлых» газовых ИК-горелок и может быть использовано в частности для процесса выращивания подсосных поросят, поросят на доращивании и молодняка птицы.

Предлагаемая децентрализованная система обогрева и вентиляции является энергосберегающей за счет использования сбросного тепла воздуха животноводческого помещения, а также утилизации тепла продуктов сгорания от «светлых» газовых ИК-горелок. Это позволяет использовать уличный чистый воздух при низких температурах, что особенно важно в районах Севера и в зимнее время в Центральной России, подогревая его до требуемых нормативных температур без использования центральных котельных. При этом непроизводственные потери энергии газа, сжигаемого в «светлых» горелках, сократятся до минимума. В предложенной децентрализованной системе обогрева и вентиляции не используется вода как промежуточный теплоноситель, что упрощает и удешевляет эксплуатационные расходы, повышает надежность, уменьшает первоначальные капитальные затраты. «Светлые» газовые горелки в системе создают терморадиационные зоны комфортности для животных (птицы).

Известна система микроклимата в животноводческих помещениях, включающая приточно-вытяжную вентиляцию, газовые ИК-горелки, систему контроля температуры и влажности (SU 1488680 A1, 23.06.1989). Недостаток известной системы - большие потери тепла, невозможность создания комфортной зоны для животных при беспривязном содержании.

Известна децентрализованная система микроклимата в животноводческих помещениях с использованием газовых ИК-горелок, включающих «темные» газовые трубчатые горелки с оребренными рефлекторами, выходы продуктов сгорания из которых вводятся в теплообменники-утилизаторы, помещенные в рабочей зоне обитания животных и связанные с выходом вытяжного вентилятора (патент РФ 2235948 БИ №24, 2004).

К недостаткам известной системы можно отнести:

- длинноволновый спектр излучения у «темных» горелок не позволяет получить технологический эффект в виде увеличения привесов и сокращения падежа животных, поскольку не является проникающим для кожи животного;

- больший расход газа в «темных» ИК-горелках по сравнению со «светлыми» для получения той же плотности теплового потока в зоне обогрева;

- неодинаковое распределение температур на «темном» источнике излучения по сравнению со «светлыми» источниками, как следствие неравномерный нагрев оребренных рефлекторов «темных» ИК-источников и неодинаковый по поверхности нагрев приточного воздуха;

- образование тумана у потолка при низких температурах;

- отсутствие возможности управления плотностью теплового потока на облучаемой поверхности от «темных» ИК-горелок.

Цель изобретения - разработка децентрализованной системы обогрева и вентиляции, работающей при отрицательных температурах.

Техническим результатом изобретения является создание энергосберегающей децентрализованной комбинированной системы для обеспечения некоторых нормативных параметров микроклимата на базе «светлых» газовых ИК-горелок в животноводческих и птицеводческих помещениях.

Технический результат достигается тем, что система обеспечения нормативных параметров обогрева и вентиляции животноводческих и птицеводческих помещений включает в себя приточно-вытяжную вентиляцию на базе центрального теплообменника-рекуператора сбросного тепла, установленную над рабочим местом обитания животных «светлую» газовую горелку, в верхней части рефлекторов которой введен теплообменник-рекуператор, связанный с горячим каналом центрального теплообменника-рекуператора сбросного тепла и вытяжным вентилятором, при этом чистый холодный воздух через центральный теплообменник-рекуператор сбросного тепла нагнетается на входе приточным вентилятором через пневмоклапан, а с выхода попадает через воздуховод на вход «холодного» канала теплообменника-рекуператора, состыкованного со «светлой» газовой горелкой, и через выход выводится воздуховодом к рабочему месту обитания животных. При этом по «горячему» каналу теплообменника-рекуператора продукты сгорания от «светлых» газовых горелок по вытяжному воздуховоду через центральный теплообменник-рекуператор сбросного тепла выводятся вытяжным вентилятором из животноводческого помещения, при этом контроль процесса горения «светлой» газовой горелки контролируется датчиком температуры, установленным в зоне горения, сигнал с которого поступает в первый блок сравнения, который реализует запрограммированный алгоритм управления контроля горения, температура в зоне нахождения животных контролируется датчиком температуры, установленным в зоне рабочего места обитания животных, сигнал с которого через второй блок сравнения реализует запрограммированный алгоритм управления пневмоклапаном, управляющим расходом газа в горелке, датчик контроля температуры приточного воздуха через третий блок сравнения управляет шиберами и реализует запрограммированный алгоритм ввода приточного воздуха, при этом температура замораживания влаги на стенках вытяжного канала центрального теплообменника-рекуператора сбросного тепла контролируется датчиком температуры, сигнал с которого через четвертый блок сравнения реализует запрограммированный алгоритм размораживания путем отключения вентилятора приточного канала или уменьшения расхода приточного воздуха.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид децентрализованной системы с автоматическим регулированием параметров обогрева и вентиляции применительно к животноводческим (птицеводческим) помещениям, включающей в себя: «светлую» газовую горелку инфракрасного излучения 1, состоящую из трубки подачи газовой смеси 2 в камеру сгорания 3, находящуюся внутри рефлектора 4, имеющего верхнее основание 5 с технологическим отверстием и стыковочным узлом 6, являющимся входом «горячего» канала теплообменника-рекуператора 7 «светлой» газовой горелки 1, подогревающего входящий в него воздух на вход «холодного» канала 8 и выходящий в сельскохозяйственное помещение из выхода «холодного» канала 9 в зону нахождения животных (птицы) 10. Выход «горячего» канала 11 теплообменника-рекуператора 7 «светлой» газовой горелки 1, расположенный напротив отверстия 12, вытяжного воздуховода 13, состыкованного с входом «горячего» канала 14 центрального теплообменника-рекуператора сбросного тепла 15, выход «горячего» канала 16 которого подключен к вытяжному вентилятору 17, на вход «холодного» канала 18 центрального теплообменника-рекуператора сбросного тепла 15 нагнетается воздух через пневмоклапан 19, за счет вентилятора 20, выход «холодного» канала 21 центрального теплообменника-рекуператора сбросного тепла 15 подключен к приточному воздуховоду 22, подающему чистый воздух. Канал по чистому воздуху проходит через шибер 23. Шибер 23 открывается приводом 24 по сигналу термодатчика 25 через блок сравнения 26, подсоединенного к приводам 27 вытяжных шиберов 28. Датчик 29 через блок сравнения 30 в соответствии с установками задатчика 31 управляет вентилятором 20, приводом 32 шибера 33, приводом 34 трехходовым клапаном 35. Термодатчик 25 установлен между пневмоклапаном 19 и вентилятором 20. Центральный теплообменник-рекуператор сбросного тепла 15 по линии конденсата желобом 36 связан с дренажной канавой 37. Через шибер 33 осуществляется воздухозабор из сельскохозяйственного помещения и вывод воздуха в магистраль 38, связанную со входом «холодного» канала 8 теплообменника-рекуператора 7 «светлой» газовой горелки 1. Регулируемый клапан 39 через исполнительный механизм 40 связан с блоком сравнения 41, соединенным с задатчиком 42. Одновременно блок сравнения 41 соединен через исполнительный механизм 34 с трехходовым клапаном 35 и датчиком 43. Трехходовой клапан 35 магистрали 44 соединен через инжектор 45 с трубкой подачи газовой смеси 2 и с магистралью 46, подключенной к «горячему» каналу теплообменника-рекуператора 7 «светлой» газовой горелки 1. Расход газа через клапан 47 связан с исполнительным механизмом 48 с блоком сравнения 41. Блок сравнения 49 связан с датчиком 50 и задатчиком 51 и через исполнительный механизм 52 с клапаном 53. Центральный теплообменник-рекуператор сбросного тепла 15 соединен через воздуховод 22, клапан 39 входа в «холодный» канал 8 теплообменника-рекуператора 7 «светлой» газовой горелки 1 с выходом «холодного» канала 9, через который подогретый уличный воздух поступает в место расположения животных 10. Смесительная камера 54, инжектор 45 соединены с камерой сгорания 3. Продукты сгорания вместе с воздухом животноводческого помещения внутри рефлектора 4 «светлой» газовой горелки 1 выводятся на вход 6 «горячего» канала теплообменника-рекуператора 7 «светлой» газовой горелки 1, выход «горячего» канала 11 которой связан с отверстием 12 вытяжного канала 13 через центральный теплообменник-рекуператор сбросного тепла 15, вентилятор 17, окружающую среду.

Децентрализованная система, исходя из времени года, работает следующим образом:

- в летний период, воздух поступает через шибер 23, открытый приводом 24 по сигналу с блока сравнения 26, который управляет также приводами 27 вытяжных шиберов 28 по сигналам с термодатчика 25, в соответствии с установками задатчика 55, установленного между пневмоклапаном 19 и вентилятором 20. При подключении блока сравнения 26 к сети питания в задатчике 55 устанавливается температура улицы, например t_ул=5°С, погрешность (возможное допустимое отклонение температуры), например Δt_ул=2°С, время контрольного измерения (задержки исполнения) на встроенном таймере, например τ_к=60 сек. Если температура, регистрируемая термодатчиком 25 t^ТД _ул больше t_ул+Δt_ул, то через исполнительный механизм 24 открывается шибер 23, через исполнительный механизм 27 открывается шибер 28, иначе шиберы 23 и 28 закрываются.

- в холодный период, в центральном теплообменнике-рекуператоре сбросного тепла 15 образующийся конденсат в «горячем» канале удаляется по желобу 36 в дренажную канаву 37:

- в случае обледенения конденсата по сигналу с термодатчика 29, расположенного в зоне возможного обледенения, блок сравнения 30 по установкам в задатчике 31: отключает приточный вентилятор 20 и открывает исполнительным механизмом 32 шибер 33 для воздухозабора из сельскохозяйственного помещения и подачи воздуха в магистраль 38, питающей вход «холодного» канала 8 теплообменника-рекуператора 7 «светлой» газовой горелки 1, через регулируемый клапан 39, управляемый исполнительным механизмом 40 по команде с блока сравнения 41, в соответствии с установками в задатчике 42; переключает питающий воздухом трехходовой клапан 35 через исполнительный механизм 34 от магистрали 44 к магистрали 46 смесительную камеру 54 перед инжектором 45, создающим необходимое давление в трубке подачи газовой смеси 2.

При подключении блока сравнения 30 к сети питания в задатчике 31 устанавливается пороговая температура зоны возможного обледенения, например t_обл=-5°С, температура включения, например t_вкл=1°C, погрешность (возможное допустимое отклонение температуры), например Δt_обл=1°С, время контрольного измерения (задержки исполнения) на встроенном таймере, например τ_к=30 сек. Если температура, регистрируемая термодатчиком 29 t^ТД _обл+Δt_j,k больше или равна t_вкл, то по сигналу с блока сравнения 30 включается вентилятор 20, через исполнительный механизм 32 закрывается шибер 33, через исполнительный механизм 34 трехходовой клапан 35 переключает камеру смешения 54 с магистрали 44 на магистраль 46, иначе вентилятор 20 выключен, а камера смешения 54 «светлой» газовой горелки 1 питается воздухом через трехходовой клапан 35, через открытый шибер 33 по магистрали 44.

Расходом газа через исполнительный механизм 48 клапаном 47 управляет блок сравнения 41 по сигналу с датчика 43 в соответствии с установками задатчика 42. При подключении блока сравнения 41 к сети питания в задатчике 42 устанавливается контрольная температура внутри животноводческого помещения, например t_пом=20°С, погрешность Δt_пом (возможное допустимое отклонение температуры), например Δt_пом=2°С, время контрольного измерения (задержки исполнения) на встроенном таймере, например τ_к=10 сек, n₁ - количество фиксированных положений клапана 39, n₂ - количество фиксированных положений клапана 47. При подключении блока сравнения 41 к сети питания привод 40 устанавливает клапан 39 в положение открыт полностью, привод 48 клапана 47 - в положение открыт полностью. После проведения контрольного измерения через τ_к=10 сек, если температура, установленная в задатчике 42 t_пом+Δt_пом, меньше t^ТД _пом температуры, регистрируемой термодатчиком 43, то привод 40 клапана 39 устанавливает его в положение n₁-1, иначе, если температура, установленная в задатчике 42 t_пом+Δt_пом, больше t^ТД _пом температуры, регистрируемой термодатчиком 43, то привод 40 клапана 39 устанавливает его в положение n₁+1, иначе привод 40 оставляет клапан 39 в положении n₁. Если глубина регулировки клапана 39 исчерпана и нет возможности поддерживать температуру t_пом на установленном уровне, то блок сравнения 41 начинает управлять клапаном 47 через привод 48, увеличивая или уменьшая расход газа в «светлой» газовой горелке 1. Если при фиксированном крайнем положении клапана 39 t_пом+Δt_пом меньше t^ТД _пом температуры, регистрируемой термодатчиком 43, то привод 48 клапана 47 устанавливает его в положение n₂-1, иначе, если температура, установленная в задатчике 42 t_пом+Δt_пом, больше t^ДТ _пом температуры, регистрируемой термодатчиком 43, то привод 48 клапана 47 устанавливает его в положение n₂+1, иначе привод 48 оставляет клапан 47 в положении n₂.

Блок сравнения 49 по установкам задатчика 51 и сигналу с термодатчика 50, установленного в высокотемпературной зоне, управляет подачей газа через исполнительный механизм 52 клапаном 53. При подключении блока сравнения 49 к сети питания в задатчике 51 устанавливается температура горения, например t_г=800°С, время контрольного измерения на встроенном таймере, например τ_к=30 сек. При подключении блока сравнения 49 к сети питания необходимо произвести поджег газовоздушной смеси, поступающей в камеру сгорания 3. Если в течение τ_к=30 сек датчик 2 не зарегистрирует температуру t_г=800°С, то блок сравнения 49 через исполнительный механизм 52 блокирует подачу газа в горелку клапаном 53. Этот механизм управления контролирует процесс горения и при прекращении горения прекращает подачу газа в горелку.

- при отсутствии обледенения конденсата, воздух, поступивший в приточный воздуховод 22 через клапан 39 приводом 40, управляемым блоком сравнения 41 по установкам задатчика 42, подается на вход в «холодный» канал 8 теплообменника-рекуператора 7: из выхода «холодного» канала 9 теплообменника-рекуператора 7 в место расположения животных 10; по магистрали 46, через трехходовой клапан 35, управляемый приводом 34 от блока сравнения 30 по установкам задатчика 31 и сигналу с термодатчика 25 в смесительную камеру 54, инжектор 45, в камеру сгорания 3. Продукты сгорания, находящиеся вместе с воздухом животноводческого помещения внутри рефлектора 4 «светлой» газовой горелки 1 поступают на вход «горячего» канала 6 теплообменника-рекуператора 7, выход «горячего» канала 11 теплообменника-рекуператора 7, отверстие 12 вытяжного воздуховода 13, вход «горячего» канала 14 центрального теплообменника-рекуператора сбросного тепла 15, выход «горячего» канала 16, вытяжной вентилятор 17 в окружающую среду.

Предлагаемая система обеспечивает:

- энергосбережение в части локального ИК-обогрева животных и ресурсосбережение при подогреве приточного воздуха;

- эксплуатацию децентрализованной системы вентиляции и отопления в условиях отрицательных температур приточного воздуха;

- глубину проникновения через покровную ткань животных или птицы при обогреве инфракрасным излучением в спектре 0,5-7 мкм (эффективная полоса инфракрасного спектра при локальном обогреве), позволяющим при допустимом уровне теплового потока получить технологический эффект (дополнительные привесы и сокращение падежа молодняка).

Изобретение предназначено для обогрева и вентиляции и может быть использовано в животноводческих и птицеводческих помещениях. Система обогрева и вентиляции включает приточно-вытяжную вентиляцию, «светлую» газовую горелку инфракрасного излучения с теплообменником-рекуператором и центральным теплообменником-рекуператором сбросного тепла. Над рабочими местами обитания животных установлена «светлая» газовая горелка, в верхней части рефлекторов которой введен теплообменник-рекуператор, связанный с «горячим» каналом центрального теплообменника-рекуператора сбросного тепла и вытяжным вентилятором. Чистый холодный воздух через центральный теплообменник-рекуператор сбросного тепла нагнетается на входе приточным вентилятором, а с выхода попадает через воздуховод на вход «холодного» канала теплообменника-рекуператора «светлой» газовой горелки и через выход выводится воздуховодом к рабочему месту обитания животных. Контроль процесса горения «светлой» газовой горелки контролируется датчиком температуры, установленным в зоне горения, сигнал с которого поступает в первый блок сравнения, который реализует запрограммированный алгоритм управления контроля горения, температура в зоне нахождения животных контролируется датчиком температуры, установленным в зоне рабочего места обитания животных, сигнал с которого через второй блок сравнения реализует запрограммированный алгоритм управления пневмоклапаном, управляющим расходом газа в горелке, датчик контроля температуры приточного воздуха через третий блок сравнения управляет шиберами и реализует запрограммированный алгоритм ввода приточного воздуха, при этом температура замораживания влаги на стенках вытяжного канала центрального теплообменника-рекуператора сбросного тепла контролируется датчиком температуры, сигнал с которого через четвертый блок сравнения реализует запрограммированный алгоритм размораживания путем отключения вентилятора приточного канала или уменьшения расхода приточного воздуха, а также управляет шибером в питающей воздухом горелку магистрали. Изобретение обеспечивает создание энергосберегающей децентрализованной системы обогрева и вентиляции. 1 ил.

Децентрализованная система обогрева и вентиляции в животноводческих помещениях, включающая приточно-вытяжную вентиляцию, «светлую» газовую горелку инфракрасного излучения с теплообменником-рекуператором, центральным теплообменником-рекуператором сбросного тепла, систему контроля температуры поступающего наружного воздуха и воздушной среды в помещении, систему контроля температуры замораживания влаги в каналах центрального теплообменника-рекуператора сбросного тепла, отличающаяся тем, что над рабочими местами обитания животных устанавливается «светлая» газовая горелка, в верхней части рефлекторов которой введен теплообменник-рекуператор, связанный с «горячим» каналом центрального теплообменника-рекуператора сбросного тепла и вытяжным вентилятором, при этом чистый холодный воздух через центральный теплообменник-рекуператор сбросного тепла нагнетается на входе приточным вентилятором через пневмоклапан, а с выхода попадает через воздуховод на вход «холодного» канала теплообменника-рекуператора «светлой» газовой горелки и через выход выводится воздуховодом к рабочему месту обитания животных, при этом по «горячему» каналу теплообменника-рекуператора продукты сгорания от «светлой» газовой горелки по вытяжному воздуховоду через центральный теплообменник-рекуператор сбросного тепла выводятся вытяжным вентилятором из животноводческого помещения, при этом контроль процесса горения «светлой» газовой горелки контролируется датчиком температуры, установленным в зоне горения, сигнал с которого поступает в первый блок сравнения, который реализует запрограммированный алгоритм управления контроля горения, температура в зоне нахождения животных контролируется датчиком температуры, установленным в зоне рабочего места обитания животных, сигнал с которого через второй блок сравнения реализует запрограммированный алгоритм управления пневмоклапаном, управляющим расходом газа в горелке, датчик контроля температуры приточного воздуха через третий блок сравнения управляет шиберами и реализует запрограммированный алгоритм ввода приточного воздуха, при этом температура замораживания влаги на стенках вытяжного канала центрального теплообменника-рекуператора сбросного тепла контролируется датчиком температуры, сигнал с которого через четвертый блок сравнения реализует запрограммированный алгоритм размораживания путем отключения вентилятора приточного канала или уменьшения расхода приточного воздуха, а также управляет шибером в питающей воздухом горелке магистрали.