вентиляционное устройство для животноводческих помещений

Формула изобретения

Система естественной вентиляции животноводческого помещения со стенами, полом, окнами, крышей включает коньковую щель, вытяжную систему в виде светоаэрационного фонаря и каналы распределения наружного воздуха внутри помещения, отличающаяся тем, что светоаэрационный фонарь выполнен в виде секций, чередующихся с секциями приточно-вытяжных устройств, состоящих из плоского вытяжного канала, стенки которого в нижней части теплопроводны и обладают гидрофобными свойствами, в верхней части теплоизолированы, каналы подачи наружного воздуха образованы теплопроводными стенками вытяжного канала и параллельно расположенными относительно последних теплоизолированными стенами, сопрягающимися с наружной атмосферой, воздухозаборная щель наружного воздуха имеет регулируемые клапаны-направляющие, которые выступают за теплоизолированные стенки вытяжного канала и наклонены вниз.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно животноводству, в частности к вентиляции животноводческих помещений, имеющих тепло и влаговыделения в виде водяных паров.

Известно вентиляционное устройство для животноводческих помещений по патенту РФ № 2084769, кл. F 24 F 7/02. Вентиляционное устройство для животноводческих помещений, содержащее вертикальную шахту, размещенный в ней трубчатый теплообменник, переходящий в приточные воздуховоды и закрепленный в полости шахты стойками дефлектор, при этом дефлектор выполнен в виде флюгера и опирается на шарикоподшипники, установленные на трубчатом теплообменнике с возможностью свободного поворота дефлектора но горизонтальной плоскости теплообменника, в верхней части снабжен горизонтально расположенной горловиной, а в нижней части вертикальный трубчатый конец свободно размещен в трубчатом теплообменнике большего диаметра, причем в полости теплообменника вмонтирована поворотная диафрагма.

Известное устройство обладает недостатками.

Основным недостатком данного устройства является отсутствие гидро- и теплоизоляции на месте установки опорных шарикоподшипников. При отрицательных температурах наружного воздуха отсутствие в месте установки опорных шарикоподшипников гидро- и теплоизоляции обусловит процесс тепломассообмена между теплым и влажным удаляемым воздухом, движущемся в канале удаляемого воздуха и омывающего шарикоподшипники с одной стороны и холодным воздухом, движущемся в канале приточного воздуха с другой стороны шарикоподшипников. В результате тепломассообмена на охлаждающихся поверхностях шарикоподшипников будет выделяться конденсат из удаляемого воздуха. Выделившийся конденсат будет замерзать, образуя лед в деталях шарикоподшипников, что остановит вращение флюгерного дефлектора, и, тем самым, нарушит технологический процесс работы устройства.

Подача наружного воздуха по воздуховодам в любую часть животноводческого помещения возможна только при достаточно сильном ветре, в остальное время подача приточного воздуха по воздуховодам в любую часть животноводческого помещения осуществляться не будет из-за наличия аэродинамического сопротивления воздуховодов.

На поверхностях стен трубчатого теплообменника будет осуществляться тепломассообмен между потоком холодного наружного воздуха, движущегося внутри трубчатого теплообменника, и потоком теплого влажного внутреннего воздуха, движущегося в канале удаляемого воздуха. В результате тепломассообмена на стенках трубчатого теплообменника будет образовываться конденсат и затем лед. При продолжительном стоянии отрицательных температур наружного воздуха образуется льдо-снеговая шуба значительной толщины, которая предотвратит дальнейший процесс тепломассообмена, а следовательно, и функционирование теплообменника, как средства нагрева приточного воздуха, одновременно уменьшится объем вентиляции из-за уменьшения живого сечения канала удаляемого воздуха образовавшейся льдо-снеговой шубой.

Известна также система естественной вентиляции по патенту РФ 2119746, А 01 К 11/06 "Животноводческое помещение".

Животноводческое помещение, содержащее торцевые и продольные стены, крышу, подпольное навозохранилище, окна освещения, при этом вдоль каждой продольной стены над окнами освещения выполнены приточные окна, совместно с которыми снаружи установлены приточные короба, причем противоположная приточному окну стенка короба выполнена параллельно продольной стене, нижний край ее выступает ниже приточного окна на величину не менее ее половины, с другой стороны приточного окна установлен направляющий воздушный канал, а в крыше выполнен фонарь с окнами для освещения и выхода нагретого в помещении воздуха и аммиака. Направляющий воздушный канал установлен параллельно крыше и с возможностью регулирования воздушного потока. Окна для освещения и выхода нагретого воздуха и аммиака установлены с возможностью одновременного открывания-закрывания посредством механизма дистанционного управления. Направляющий воздушный канал выполнен секционным в направлении движения воздуха, крайняя секция канала установлена на шарнире и имеет дистанционный привод управления поворота. Канал выполнен по всей длине помещения, вылет воздушного канала равен не менее зоны стойла.

Известное устройство обладает недостатками.

Удаление внутреннего воздуха из помещения осуществляется посредством аэрационного фонаря с окнами освещения без утилизации содержащейся теплоты в потоке удаляемого воздуха с целью нагрева приточного воздуха. Отсутствие дополнительного нагрева приточного воздуха за счет утилизации теплоты удаляемого воздуха снижает температуру воздуха в зоне содержания животных и повышает ее относительную влажность, что ухудшает зоогигиенические условия содержания животных в холодный период года.

В период стояния экстремально низких температур наружного воздуха может возникнуть необходимость поддержания необходимой температуры внутри помещения путем ограничения теплопотерь снижением влияния низких температур наружного воздуха через систему вентиляции, для чего необходимо прекратить поступление наружного воздуха внутрь направляющего воздушного канала. Однако регулирование потока наружного воздуха внутри помещения крайней секцией направляющего воздушного канала не предотвращает попадания наружного воздуха внутрь направляющего воздушного канала в случае закрытия крайней секции. В результате наружный холодный воздух не будет поступать в воздушную среду помещения, но процесс тепломассообмена на наружных поверхностях направляющего воздушного канала не будет предотвращен, поскольку полость канала остается непосредственно соединенной с наружной атмосферой. В результате невозможно предотвратить нежелательное переохлаждение помещения, а следовательно, и животных, что противоречит зоотехническим требованиям.

Задачей изобретения является улучшение зоогигиенических условий в зоне содержания животных путем создания приточно-вентиляционного устройства системы естественной вентиляции животноводческого помещения, обеспечивающего подогрев приточного воздуха за счет утилизации теплоты удаляемого воздуха и работоспособного в условиях отрицательных температур наружного воздуха.

Поставленная задача решается за счет того, что система естественной вентиляции животноводческого помещения со стенами, полом, окнами, крышей, включает коньковую щель, вытяжную систему в виде светоаэрационного фонаря и каналы распределения наружного воздуха внутри помещения, причем светоаэрационный фонарь выполнен в виде секций, чередующихся с секциями приточно-вытяжных устройств, состоящих из плоского вытяжного канала, стенки которого в нижней части теплопроводны и обладают гидрофобными свойствами, в верхней части теплоизолированы, каналы подачи наружного воздуха образованы теплопроводными стенками вытяжного канала и параллельно расположенными относительно последних теплоизолированными стенками, сопрягающимися с наружной атмосферой, воздухозаборная щель наружного воздуха имеет регулируемые клапаны-направляющие, которые выступают за теплоизолированные стены вытяжного канала и наклонены вниз.

Новые существенные признаки:

1. На коньковой щели расположены секции светоаэрационного фонаря, чередующиеся с секциями приточно-вытяжных устройств.

2. Стенки вытяжного канала приточно-вытяжного устройства в нижней части теплопроводны с гидрофобными свойствами и теплоизолированы в верхней части.

3. Каналы подачи наружного воздуха образованы теплопроводной частью стен вытяжного канала и параллельно расположенными относительно последних теплоизолированными стенами, сопрягающимися с наружной атмосферой.

4. Воздухозаборная щель наружного воздуха имеет регулируемые клапаны-направляющие, которые выступают за теплоизолированные стены и наклонены вниз.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Размещение светоаэрационных фонарей и приточно-вытяжных устройств в виде чередующихся секций на коньковой щели животноводческого помещения позволяет отказаться от изготовления приточных проемов в стенах помещения, что позволяет существенно снизить теплопотери помещения за счет уменьшения площадей теплопроводных поверхностей, располагаемых внутри помещения и сопрягающихся с наружной атмосферой и, соответственно, повысить температуру внутри помещения, а следовательно, улучшить зоогигиенические условия содержания животных.

Сочетание нижней части вытяжного канала, образованного теплопроводными стенками с гидрофобными свойствами и приточного канала, ограниченного теплоизолированными стенками, сопряженными с наружной атмосферой, представляет собой теплообменник-утилизатор, в котором происходит передача части полной теплоты уходящего воздуха, движущегося в канале удаляемого воздуха, наружному холодному воздуху, движущемуся противоточно в канале приточного воздуха. В результате осуществляется процесс подогрева приточного воздуха без использования внешних энергоресурсов, что повышает температуру воздуха внутри животноводческого помещения, снижает его относительную влажность без вложения средств на использование внешних энергоресурсов.

Таким образом, в холодный период года приточно-вытяжное устройство обеспечивает подогрев приточного воздуха за счет утилизации скрытой и явной теплоты удаляемого воздуха; в каналах подачи наружного и удаляемого воздуха через теплообменную эластичную разделительную стенку. Свойства гидрофобности на разделительной стенке обеспечивают несмачивание этой поверхности образующимся конденсатом, а образование из конденсата шаровидных капель, которые не растекаются по поверхности стенки с гидрофобными свойствами, а падают вниз в конденсатосборник.

Быстрой очистке теплообменных поверхностей от конденсата и льда, помимо их гидрофобных свойств, способствуют колебания поверхностей стенок, выполненных из эластичного материала. Колебания обеспечиваются постоянной разницей давления в канале удаляемого воздуха и в канале подачи наружного воздуха, усиливаемое динамическим давлением наружного ветра, передаваемого через воздухозаборную щель на эластичные стенки.

Теплоизоляция верхней части стенок вытяжного канала позволяет сохранить температурный потенциал удаляемого воздуха, оставшийся после процесса утилизации с целью обеспечения работоспособности вытяжной системы, работающей в режиме естественной вентиляции.

Наличие над воздухозаборной щелью наружного воздуха регулируемых клапанов-направляющих, которые выступают за теплоизолированные стенки, и наклонены вниз, позволяет использовать набегающий поток наружного воздуха (ветер) для повышения работоспособности приточно-вытяжного устройства системы естественной вентиляции. Набегающий поток наружного воздуха двигается по наружной поверхности крыши, достигает наружную теплоизолированную стену приточного канала, ударяется в ее поверхность, отклоняется вверх и по наружной поверхности теплоизолированной стены достигает приточную щель, над которой располагаются клапаны-направляющие, которые выступают за теплоизолированные с гены и наклонены вниз. Благодаря выбранной ширине и наклону регулируемых клапанов-направляющих в сторону крыши, т.е. в сторону набегающего потока воздуха, поток наружного воздуха, двигающегося вертикально вверх по стенкам приточного канала, отклоняется в сторону приточной щели, поступает в приточный канал и затем внутрь животноводческого помещения.

Таким образом, используется энергия наружного ветра для повышения работоспособности приточно-вытяжного устройства как на притоке, так и на вытяжке.

Наличие над коньковой щелью чередующихся светоаэрационных фонарей и приточно-вытяжных устройств обеспечивает круглогодичное освещение помещения естественным светом, позволяет осуществлять утилизацию теплоты уходящего воздуха и обеспечивать регулирование объемов подачи вентиляционного воздуха в нужных объемах путем использования регулирующих клапанов как в свето-аэрационных, так и приточно-вытяжных устройствах.

В помещениях, оборудованных системой естественной вентиляции по данному техническому решению, поддерживается более высокий температурный режим помещения за счет того, что стабильно осуществляется подогрев приточного воздуха в холодный период года и отсутствует переохлаждение помещения большими поверхностями приточных систем непосредственно сопряженных с наружным воздухом; обеспечивается более гибкое регулирование параметров воздушной среды внутри помещения, что улучшает зоогигиенические условия содержания животных.

На фиг.1 изображена схема естественной вентиляции животноводческого помещения в плане. На фиг.2 изображен поперечный разрез по А-А фиг.1.

Система естественной вентиляции животноводческого помещения 1, со стенами 2, окнами 3, кровлей 4, коньковой щелью 5, состоящей из светоаэрационных фонарей 6, приточно-вытяжных устройств 7, размещенных над коньковой щелью 5.

Приточно-вытяжное устройство 7 расположено над коньковой щелью 5 крыши 4 животноводческого помещения 1, ограничено кромками 8 коньковой щели 5 и включает плоский вытяжной канал 9, образованный теплопроводными эластичными стенками 10, поверхность которых обладает гидрофобными свойствами, верхняя часть стенок 11 вытяжного канала 9 теплоизолирована. Верхняя часть вытяжного канала 9 сопрягается с наружной атмосферой, а нижняя - с атмосферой помещения 1. Над кромками 8 коньковой щели 5 установлены теплоизолированные стенки 12 с образованием канала подачи наружного воздуха 13. Между верхней кромкой 14 стенок 12 и низом теплоизолированной части 11 стенок вытяжного канала 9 остается воздухозаборная щель 15. Нижняя часть теплоизолированных стенок 11 сопрягается с клапанами-направляющими 16 посредством шарниров 17. Клапаны-направляющие 16 имеют такую ширину, что они выступают за наружные теплоизолированные стенки 12, имеют наклон в сторону крыши 4. Над вытяжным каналом 9 установлен оголовок 18, а в нижней части канала 9 установлен регулирующий клапан 19. Нижние кромки теплопроводных стенок 10 соединяются с поверхностями 20 таким образом, что между крышей 4 и поверхностями 20 образуется воздухораспределительный канал 21. Клапаны-направляющие 16 и регулирующие клапаны 19 имеют приводы для установки нужного положения клапанов (не показано).

Система естественной вентиляции животноводческого помещения работает следующим образом.

В теплый период года удаление загрязненного воздуха осуществляется всеми светоаэрационными фонарями и приточно-вытяжными устройствами 7, расположенными на коньке 5 помещения 1. Приток воздуха осуществляется посредством летних приточных систем, совмещенных с окнами 3 помещения 1 и приточно-вытяжными устройствами 7.

В холодный период года функционируют только приточно-вытяжные устройства 7. Теплый влажный воздух из животноводческого помещения 1 движется вверх по вытяжному каналу 9 в наружную атмосферу. Наружный холодный воздух под воздействием разрежения, образующегося в результате выхода в наружную атмосферу внутреннего воздуха помещения 1, под воздействием разности плотностей внутреннего и наружного воздуха, а также наддува ветром через воздухо-заборную щель 15 и каналы 13 и 21. Наддув воздуха ветром усиливается наличием над воздухозаборной щелью клапанов-направляющих 16, которые позволяют направлять в приточные каналы 13 набегающий ветровой поток воздуха, двигающийся по поверхности крыши 4, затем по стенке 12 вверх до клапанов-направляющих 16, которые отклоняют поток воздуха через воздухо-заборную щель 15 в каналы подачи наружного воздуха 13 и затем через каналы 21 - внутрь помещения.

Таким образом, движение воздуха внутри вытяжных каналов 9 и каналов подачи наружного воздуха 13 и 21 осуществляется как за счет разности температур воздуха в воздушных каналах 9 и 13, так и за счет энергии наружного ветра. Между потоком теплого влажною воздуха внутри канала 9 и потоком холодного наружного воздуха внутри канала 13 через теплопроводную стенку 10 осуществляется тепломассообмен. В результате тепломассообмена теплый воздух в вытяжном канале 9 охлаждается, на разделительных теплообменных стенках 10 выделяется конденсат, поток наружного холодного воздуха в канале 13 воспринимает скрытую теплоту уходящего воздуха в виде теплоты парообразования выделившегося конденсата и часть явной теплоты уходящего воздуха путем теплопередачи через разделительную теплопроводную стенку 10. Подогретый наружный воздух из каналов 13 переходит в воздухораспределительные каналы 21, где догревается теплотой внутреннего воздуха помещения 1 через стенки 20 и затем поступает во внутреннюю воздушную среду помещения 1.

Регулирование производительности приточно-вытяжных устройств осуществляется клапаном 19 в вытяжном канале и клапанами-направляющими 16 в системе подачи наружного воздуха.

Конденсат, образующийся на теплообменных поверхностях вытяжного канала, падает вниз, попадает в конденсатосборники (не показано), и затем удаляется в канализацию.