ЕСТЕСТВЕННАЯ ТЕПЛООБМЕННАЯ ОСУШАЮЩАЯ СИСТЕМА ТЕРЕНТЬЕВА ВЕНТИЛЯЦИИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ Российский патент 2009 года по МПК F24F7/00 E04H5/08 F24F12/00 

Описание изобретения

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к области микроклимата животноводческих ферм.

Известна естественная приточно-вытяжная вентиляционная система Юргенсона (см., например, С.И.Плященко, И.И.Хохлова. Микроклимат и продуктивность животных. Л., Колос, Ленинградское отделение, 1976, с.150-153) [1]. Состоит она из приточных подоконных щелей и 1-2 вытяжных шахт большого сечения, закрытых сверху зонтами. Регулирование работы системы осуществляется клапаном, устанавливаемым в нижней части шахты. Недостатками такой системы вентиляции является то, что в тихие безветренные дни весной, летом и осенью воздухообмен недостаточен, а при наружных температурах ниже - 13°С подоконные приточные щели постепенно покрываются ледяной коркой за счет конденсационной влаги и практически не функционируют; что регулирующий клапан расположен в нижней части шахты, поэтому часть шахты выше клапана охлаждается и мало увеличивает движущий напор.

Известен также способ вентиляции животноводческого помещения (см., например, RU 2119745, Мкл. А01К 1/00, оп. 10.10.1998 [2], отличающийся вытяжным фонарем вместо шахт. Здесь также осенью и весной будет конденсироваться влага, а зимой будет намерзать лед на приточном воздушном канале с заслонкой, расположенном прямо над животными, что опасно для их жизни; величина движущего напора еще более низка, поэтому требуется создание приточных и вытяжных отверстий большого сечения.

Известен конденсатор влаги для зимних животноводческих помещений на Крайнем Севере (см., например. RU 2127514, Мкл. А01К 1/00, оп. 20.03.1999) [3], состоящий из прямой трубы, открытые концы которой пропущены через боковые стены на уровне выше верха входных ворот. Однако зимой конденсат на трубе может превратиться в опасное ледовое покрытие большого диаметра, на степень воздухообмена в помещении такая труба не влияет.

Наиболее близка к заявленному изобретению система вентиляции с естественной циркуляцией воздуха (см., например, А.Мелер, В.Хейниг. Постройки и оборудование для содержания крупного рогатого скота. М.: Колос, 1974, с.132-138) [4]. Она отличается требованием тщательной теплоизоляции вытяжных шахт и расположением регулирующих клапанов в верхней части шахт, что увеличивает движущий напор; предложены приточные отверстия, устраиваемые под окнами, разной формы, в том числе с отражателями, отклоняющими воздух вверх, для исключения сквозняков. Определена пропускная способность вытяжных шахт в зависимости от размеров их сторон и высоты движущего напора. Недостатки такой системы следующие:

1. Она применима только в небольших и нешироких животноводческих помещениях.

2. Зимой обеспечивать достаточно высокий положительный тепловой баланс в помещении затруднительно.

3. Такая естественная вентиляция эффективна, если максимальная температура наружного воздуха не превышает 6°С, поэтому при высоких температурах для проветривания надо открывать окна.

4. Такая вентиляция эффективна лишь при обслуживании накопившими опыт работниками.

Цель изобретения - создать несложную по устройству естественную систему вентиляции животноводческих ферм, устраняющую указанные выше недостатки, с возможностью автоматизации ее работы. Цель достигается в системе вентиляции, содержащей приточные секции и, по меньшей мере, одну вытяжную секцию. Каждая приточная секция имеет теплообменники воздушно-жидкостный и воздух-воздух, последний с распределителем воздуха и с желобком, трубкой, листом сточным и воронкой сбора конденсата, а каждая вытяжная секция имеет теплообменник воздушно-жидкостный с желобками и трубкой сбора конденсата и утепленную вытяжную шахту с клапаном в ее верхней части и с дефлектором, причем воздушно-жидкостные теплообменники приточной и вытяжной секций связаны между собой трубами, а контур теплообменников и труб заполнен незамерзающей жидкостью, причем клапан вытяжной шахты установлен с возможностью автоматического регулирования его положения, закреплен на оси качения и имеет Г-образный противовес, а к противоположному от противовеса краю клапана прикреплен тросик, закрепленный другим концом на валу мотор-редуктора.

На чертеже изображен поперечный разрез здания животноводческой фермы с элементами естественной теплообменной осушающей системы вентиляции.

Приточная секция системы вентиляции состоит из воздушно-жидкостного теплообменника 1, теплообменника воздух-воздух в составе короба 2, распределителя воздуха 3, решеток 4, желобка 5, трубки 6, листа сточного 7 и воронки 8 сбора конденсата, а вытяжная секция состоит из воздушно-жидкостного теплообменника 9 с желобками 10 и трубкой 11 сбора конденсата, бачка 12, утепленной вытяжной шахты 13 с клапаном 14 в ее верхней части и дефлектором 15, причем воздушно-жидкостные теплообменники 1 и 9 обоих секций связаны между собой трубами 16, а контур теплообменников 1, 9 и труб 16 заполнен незамерзающей жидкостью. Клапан 14 вытяжной шахты 13 установлен с возможностью автоматического регулирования его положения, закреплен на оси качения 17 имеет Г-образный противовес 18, к противоположному от противовеса 18 краю клапана 14 прикреплен тросик 19, закрепленный другим концом на валу мотор-редуктора 20. Клапан 14 качается между упором 21 положения «закрыто» и до вертикального положения «открыто».

Система вентиляции работает следующим образом.

Воздухообмен происходит за счет естественной тяги при разности температуры и плотности воздуха наружного и внутри фермы. По уравнению Гей-Люссака плотность воздуха обратно пропорциональна его абсолютной температуре. Размеры и пропускная способность вытяжных шахт 13 при разной высоте движущего напора (расстояния по вертикали между верхними краями приточного и вытяжного отверстий) при граничной температуре наружного воздуха 6°С определены расчетным путем. Увеличению воздухообмена при более высокой температуре наружного воздуха помогает дефлектор 15 вытяжной рассекательный за счет эжекции внутрифермского воздуха от движения наружного воздуха (ветра). Жарких летних дней без ветра (штиля) практически не бывает.

Оптимальная температура внутри фермы поддерживается за счет изменения воздухообмена автоматическим регулированием положения клапана 14 в вытяжной шахте 13. В случае устройства на животноводческой ферме нескольких вытяжных секций вдоль по князю перекрытия вал мотор-редуктора 20 соединяется с длинной трубой и на ней закрепляются концы тросиков 19 от всех клапанов 14.

Принципиальное описание работы системы автоматики. Время работы мотор-редуктора 20 от положений клапанов 14 «закрыто» до «открыто» разбивается не менее чем на пять циклов. Датчики температуры трехконтактные биметаллические устанавливаются у ворот кормовых проездов и соединяются последовательно. При открывании каких-либо ворот зимой все клапаны 14 вытяжных секций через реле времени циклически закрываются, тяга почти исчезает и прорыва большой массы холодного наружного воздуха в помещение не будет. При закрытых воротах температура во всех точках помещения сравнивается и оптимальное ее значение регулируется воздухообменом, промежуточными положениями клапанов 14 вытяжных секций.

Наружный воздух подогревается в обоих теплообменниках приточной секции за счет конвекции тепла от жидкости и внутрифермского воздуха и выделения тепла при конденсации паров влаги на наружной поверхности второго теплообменника, а также при смешении с внутрифермским воздухом под потолком здания фермы. В теплообменнике 9 вытяжной секции жидкость подогревается за счет конвекции тепла от выходящего воздуха и выделения тепла при конденсации паров влаги, содержащихся в выходящем воздухе фермы. Подогретая жидкость течет по трубам 16 к первому теплообменнику 1 приточной секции, где отдает свое тепло поступающему в помещение наружному воздуху, затем она снова течет к теплообменнику 9 вытяжной секции, циркулируя термосифонным способом.

Бачок 12 служит как расширительный и имеет заливное отверстие для незамерзающей жидкости, например антифриза. Применение антифриза необходимо для защиты от размораживания калорифера приточной секции. Желобки 5 и 10, трубки 6 и 11, лист сточный 7 и воронка 8 служат для сбора конденсата, например, как известного полезного газированного питья для скота. Площадка 22, дверка 23 и лестница 24 из скоб служат для обслуживания механизмов вытяжной секции. Зонт-клапан 24 служит для защиты воздушно-жидкостного теплообменника 1 от заноса снегом и для оттаивания низа короба 2 при слишком низкой наружной температуре путем кратковременного закрывания.

Известно, что для испарения 1 л воды требуется 595 ккал тепла, что в 6 раз больше, чем требуется для нагрева воды от 0 до 100°С. При конденсации 1 л воды из паров, наоборот, выделяется 595 ккал тепла.

Одна корова массой 600 кг выделяет свободного тепла 788 ккал/ч (0,92 кВт) и водяных паров 489 г/ч. При организации конденсации этих паров в воду в помещении, т.е. при осушке воздуха, можно получить до 290 ккал/ч тепла (0,34 кВт). Это - плюс до 36% к свободному теплу, выделяемому животными. При должной теплоизоляции ограждающих конструкций здания фермы и соблюдении нормативов на вентиляцию помещения суммарного тепла от животных будет в избытке и его можно направить на отопление служебных и вспомогательных помещений, например молочной, профилактория для новорожденных телят, бытовых помещений, при помощи тепловых насосов.

Изобретение позволяет производить должный воздухообмен, подогревать поступающий наружный воздух и осушать внутрифермский воздух, используя рекуперацию теплосодержания влажного воздуха, без расхода электроэнергии на животноводческих фермах шириной до 30 метров. При этом характерного запаха практически не будет, одежда работников и посетителей не будет им пропитываться, что является проблемой на обычных фермах. Содержание животных в комфортных условиях ведет к повышению их продуктивности на 10 - 40%.

Естественную теплообменную осушающую систему вентиляции можно применять не только на фермах по содержанию крупного рогатого скота, но и на свинофермах, в овчарнях, на птицефабриках, в теплицах, в хранилищах овощей и картофеля.

Источники информации

1. С.И.Плященко, И.И.Хохлова. Микроклимат и продуктивность животных. Л.: «Колос», Ленинградское отделение. 1976, с.3 и 150-153.

2. Способ вентиляции животноводческого помещения. RU 2119745 C1, A01K 1/00, 10.10.1998.

3. Конденсатор влаги для зимних животноводческих помещений на Крайнем Севере. RU 2127514, A01K 1/00, 20.03.1999.

4. А.Мелер, В.Хейниг. Постройки и оборудование для содержания крупного рогатого скота. М.: «Колос», 1974, с.132-138.

Изобретение относится к области микроклимата животноводческих ферм с применением элементов энергосбережения и обеспечивает высокий положительный тепловой баланс в животноводческих помещениях в зимнее время. Указанный технический результат достигается в естественной теплообменной осушающей системе вентиляции животноводческих ферм, содержащей приточную секцию, состоящую из воздушно-жидкостного теплообменника, теплообменника воздух-воздух с распределителем воздуха и с желобком, трубкой, листом сточным и воронкой сбора конденсата и, по меньшей мере, одну вытяжную секцию, состоящую из воздушно-жидкостного теплообменника с желобками и трубкой сбора конденсата, и утепленную вытяжную шахту с клапаном в ее верхней части и с дефлектором, причем воздушно-жидкостные теплообменники приточной и вытяжной секций связаны между собой трубами, а контур теплообменников и труб заполнен незамерзающей жидкостью. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Естественная теплообменная осушающая система вентиляции животноводческих ферм, содержащая приточную секцию, состоящую из воздушно-жидкостного теплообменника, теплообменника воздух - воздух с распределителем воздуха и с желобком, трубкой, листом сточным и воронкой сбора конденсата, и, по меньшей мере, одну вытяжную секцию, состоящую из воздушно-жидкостного теплообменника с желобками и трубкой сбора конденсата, и утепленную вытяжную шахту с клапаном в ее верхней части и с дефлектором, причем воздушно-жидкостные теплообменники приточной и вытяжной секций связаны между собой трубами, а контур теплообменников и труб заполнен незамерзающей жидкостью.2. Система вентиляции по п.1, отличающаяся тем, что клапан вытяжной шахты установлен с возможностью автоматического регулирования его положения, закреплен на оси качения и имеет Г-образный противовес, а к противоположному от противовеса краю клапана прикреплен тросик, закрепленный другим концом на валу мотор-редуктора.