DK178895B1 - Chill-enhed samt anvendelse - Google Patents

Abstract

Opfindelsen omfatter en ventilationenhed til cirkulation af luft i bygninger såsom stalde, hvor enheden omfatter mindst et luft-indtag samt mindst to sæt dyser, idet luften er rettet mod bygningens vægge ved gulvet differentieret således, at luften fordeles, så alle områder langs vægge ventileres tilstrækkeligt ved høje udeluftstemperaturer. Opfindelsen omfatter desuden en metode til installation af ventilationsenhederne i bygninger samt anvendelsen af dem til dyrestalde.

Description

Chili-enhed samt anvendelse

Opfindelsen angår en ventilationsenhed til cirkulation af luft i bygninger såsom stalde, som omfatter vægge, gulv og loft, samt enhedens anvendelse. Desuden angår opfindelsen en fremgangsmåde til installation af et antal ventilationsenheder ifølge opfindelsen i en bygning af arbitrær størrelse.

Indledning

Et velkendt princip til ventilation af dyrehold er lavtryksventilation (Low Pressure Ventilation, LPV). Systemet fungerer ved, at luften trækkes ind gennem passive friskluftsventiler placeret eksempelvis som vægventiler i siden af stalden. Luften trækkes ud af stalden ved hjælp af aktive udsugningsventilatorer placeret fordelt i staldrummet.

Systemet er velfungerende, men har sine begrænsninger, når temperaturen udendørs overstiger den ønskede temperatur i stalden væsentligt. I disse tilfælde kan man supplere systemet med køling i form af højtrykskøling, hvor vand forstøves ved hjælp af dyser placeret i luftstrømmen fra ventilerne.

Som supplement til LPV-ventilation har man i lang tid anvendt recirkuleringsventilatorer (også kaldet luftomrøringsventilatorer), hvor man skaber bevægelse i staldluften uden at skifte luften for at opnå et mere ensartet klima.

Ingen af metoderne fjerner dog det grundlæggende problem, at der vil være områder langs væggene med stillestående luft, hvor dyrene ikke oplever den ønskede køling i de varme perioder. I de varme områder vælges det derfor i stedet ofte at anvende tunnelventilation, hvor luften trækkes ind gennem store åbninger i væggene i den ene ende af stalden og trækkes ud gennem store aktive udsugningsenheder placeret i den modstående gavl. Systemet er dyrt i såvel anskaffelse som drift og fordyres yderligere af, at man ofte er nødsaget til at supplere med et overrislingssystem, der køler luften, inden den trækkes ind i stalden. Dette sker ved at trække luften igennem en række filtre placeret i indsugningsåbningen, hvor disse filtre konstant bliver overrislet med vand og dermed holdt fugtige.

Systemet fungerer, men der vil typisk være store variationer i temperaturen ned gennem staldrummet, da luften opvarmes på vejen ned gennem stalden.

Mange stalde bygges som såkaldte kombi-tunnelstalde, hvor der etableres et LPV system til at give en energieffektiv og kontrolleret ventilation i de perioder, der tillader det, samt et tunnelsystem til de perioder, hvor temperaturen er for høj.

Generelt anvendes kun en meget lille del af ventilationsluften til respiration. Hovedparten af luftskiftet anvendes til at skabe køling. Når temperaturen stiger, stiger behovet for ventilation skabt ved recirkulation således også. Lavtryksventilation med øget luftindtag som ved tunnelventilation udefra er ikke rationel ved høje udeluftstemperaturer. Teknologien er en relativ dyr måde at skabe køling på, da der skal skiftes meget store luftmængder for at skabe tilstrækkeligt høje lufthastigheder, således at det opleves som træk i dyrenes opholdszone. Der vil desuden være områder, hvor det ikke er muligt at skabe tilstrækkeligt høje lufthastigheder med traditionelle ventilatorer.

Et eksempel på en ventilator, som undgår trækvirkning under mange forskellige klimatiske forhold er beskrevet i DK 116759. Der beskrives en ventilator, som skal ophænges i staldens loft, og som har flere horizontale udblæsningstude, der både kan drøvles og forsynes med spjæld, så udblæsningsluften ikke sendes i retninger helt hen til emner i stalden, der blot vil reflektere indblæsningsluften. Ulempen ved denne ventilator er, at den ikke kan tilvejebringe den nødvendige ventilation og køling.

Formålet med den foreliggende opfindelse er derfor at anvise en ventilationsenhed, som kan bevirke bedre og mere kølende ventilation både ved normale og ved høje udeluftstemperaturer end ventilatorer ifølge prior art kan samtidigt med, at den er driftsøkonomisk og acceptabel med hensyn til anskaffelsespris.

Sammenfatning af opfindelsen

Opfindelsens formål tilgodeses ved en ventilationsenhed ifølge krav 1. Forskellige udførelsesformer fremgår af krav 2 til 6.

En metode til anvendelse af en ventilatorenhed ifølge krav 1 fremgår af krav 7.

En udførelsesform af metoden fremgår af krav 8.

En anvendelse af ventilationsenheden fremgår af krav 9.

En dybere analyse af problemet viser, som det ses af Fig.1, at luftstrømmen ved LPV-ventilation kun giver meget begrænset luftbevægelse i visse områder ude ved væggene i dyrenes opholdszone. Opfindelsen løser dette problem på en driftsøkonomisk og acceptabel måde med hensyn til anskaffelsespris.

Opfindelsen gør det muligt at fjerne problemet med stillestående luft i siderne af stalden, og derved muliggør effektiv ventilation ved brug af LPV systemet ved højere temperaturer, end det tidligere har været muligt. Enheden gør det således muligt i en del situationer at undlade etableringen af tunnelventilation i stalde, hvor dette ellers kun vil være nødvendigt i en begrænset periode afåret. I andre situationer, hvor tunnelventilation fortsat er en nødvendighed, vil det være muligt at udsætte tidspunktet, hvor den væsentligt dyrere tunnelventilation indkobles. I det følgende beskrives udførelsesformer, der ikke skal opfattes som begrænsende for opfindelsen, under henvisning til tegningerne på hvilke:

Fig. 2 viser en ventilationsenhed ifølge opfindelsen.

Fig. 3 viser de ønskede retninger for luftstrømmene fra en ventilationsenhed med seks dyser ifølge opfindelsen.

Fig. 4 viser ventilationsenheden i Fig. 2 med dens dyser set fra neden.

Fig. 5 viser et snit i 2D af den mindre dyse i ventilationsenheden i Fig.2.

Fig. 6 viser et snit i 2D af den større dyse i ventilationsenheden i Fig. 2.

Fig. 7 viser en opdeling af et gulvareal i fiktive kvadrater.

Fig. 8 viser eksperimentelt målte lufthastigheder for luftstrømmen ved anvendelse af ventilationsenheden vist i Fig. 2 og som beskrevet i eksemplet nedenfor.

Fig. 9 viser et simuleringsresultat lavet i 3D af luftstrømmen ved anvendelse af ventilationsenheden vist i Fig. 2, men her vist i form af et snit 30 cm over gulvniveau i 2D.

Fig. 10 viser samme simuleringsresultat som vist i Fig. 9 blot ved angivelse med højdekurver.

Fig. 11 viser samme simuleringsresultat som vist i Fig. 9 blot i et lodret snit og kun den ene halvdel af rummet. Det øverste billede viser, hvorledes hastigheden af luftstrømmene i de forskellige retninger fordeler sig. På det nederste billede er luftstrømmenes retninger, som de er fordelt i rummet, angivet.

Detaljeret beskrivelse af figurerne

Fig. 2 viser udformning afen ventilationsenhed ifølge opfindelsen. Ventilationsenheden kan ophænges i et staldrums loft og omfatter et luftindtag (1), en midterenhed (2) og et fordelingshoved samt en aksial ventilator (ikke vist), der driver luften.

Luften sendes ud gennem seks dyser i fordelingshovedet, der retter luftstrømmen ud til væggene af stalden, hvor luften ellers har tendens til at være stillestående, som vist med principskitsen i Fig. 3.

Antallet af dyser er seks, to sæt å 3 fordelt symmetrisk, som, hvis ventilatorenheden placeres korrekt, har retning mod sidevæggene i en bygning. De midterste dyser (3) er let nedadrettede. Dette tager højde for, at afstanden ud til væggen her er kortest, mens afstanden ved de øvrige dyser (4) er længere. De øvrige fire dysers (4) nedre flade danner en vinkel med vandret, således at luften kastes længere for at opnå en optimal fordeling af luften. Det er væsentligt i en bygning med ventilatoren i midten, at udblæsningsluften når de modsat stillede vægge med en tilstrækkelig høj hastighed og heller ikke med en for høj hastighed, da f.eks. tjerkræ ellers vil dukke sig fladt ned mod jorden og således ikke være produktive. Dyserne peger derfor fortrinsvis i horizontal retning. Desuden skal afstanden mellem dyserne være så store, at luftstrømmene ikke kolliderer på vej hen mod væggen. Dette gør, at vinklen mellem dysernes retninger ikke må være for lille. Den må heller ikke være for stor, da målet er, at lufte/køle bedre langs hele væggen.

Hvis der er tale om to sæt dyser å 3, skal i et sæt en mindre dyse være placeret, så den peger +/- 5° fra vinkelret på væggen og de to større, så de peger 35° - 50° fortrinsvis 45° fra vinkelret på væggen. Hvis der er tale to symmetrisk placerede dyser, som er et mindre optimalt valg, skal de være placeret 25° +/- 5° i forhold til vinkelret på en væg. Er der tale om 4 dyser placeres mindre dyser symmetrisk, så de peger 10° +/- 5° i forhold til vinkelret på en væg, og de to større, så de peger 35° - 50° fortrinsvis 45° fra vinkelret på væggen. Er der endnu flere dyser, placeres de jævnt fordelt efter samme princip.

Dyserne kan også være placeret på et halvkugleformet fordelerhoved og ikke nødvendigvis i et 100% horizontalt plan. Som følge heraf skal vinklen måles i forhold til et horizontalt plan defineret af nævnte dysers retninger eller defineret af nævnte ene dyses første retning og den anden dyses retnings komposant i det horizontale plan eller defineret af de to dysers komposanter i et horizontalt plan.

Dyserne har gennemstrømningsarealer af forskellig størrelse, så de kan levere differentierede luftmængder, for at få luftet tilstrækkeligt langs hele væggen. Det betyder, at dyser mod hjørner kan kaste luften et længere stykke, så luften når væggen ved gulvet. Dyserne har samme gennemstrømningsareal, hvis de er placeret symmetrisk i forhold til den lige linie fra ventilator til væg. I så fald er det samlede gennemstrømningsareal på størrelse med det samlede gennemstrømningsareal af dyserne i Fig. 2.

Afstanden mellem dyserne er så stor, at luftstrålerne fra disse optræder som enkelstående fristråler, der ikke løber sammen ude i staldrummet. De enkeltstående luftstråler har større penetreringskraft i forhold til den stillestående luft i stalden sammenlignet med én bred stråle med samme volumenstrøm som f.eks. tre dyser kombineret. Årsagen skal bl.a. findes i, at en bred stråle har et uforholdsmæssigt stort overfladeareal mod stillestående luft, hvorved den bremses uforholdsmæssigt meget, sammenlignet med en cirkulær stråle.

Der opnås med ventilationsenheden en højere lufthastighed ved vægge end ellers, så mennesker og dyr oplever en komforttemperatur ved endog høje udendørstemperaturer.

Det unikke i ventilatorenheden er, at omend den recirkulerer staldluften, så anvendes den målrettet til at øge lufthastigheden i dyrenes opholdszone i de områder, hvor det ellers er vanskeligt at skabe tilstrækkeligt luftbevægelse, nemlig ved væggene.

En foretrukken måde at realisere opfindelsen på er som angivet i krav 3, at udgangen på en åbning er så cirkulær som muligt, da en afvigelse derfra alt andet lige vil betyde, at luften fra ventilatorenheden pga. større overflade af den strømmende luft bremses mere af luften i stalden, hvorved der tabes forholdvis mere inerti og dermed energi til staldluften på vej hen mod væggen, end hvis tværsnittet af volumenstrømmen er cirkulært.

Figur 3 viser de seks retninger, i hvilke de seks dyser på en ventilationsenhed ifølge opfindelsen sender luft ud. Luften sendes nedad mod gulvet helt ude langs væggene. Der er længst til hjørnerne. Ventilationsenheder er angivet til at blive placeret i midten af fiktive kvadrater.

Figur 4 viser en detaljeret skitse af fordelingshovedet på en ventilationsenhed ifølge opfindelsen set fra neden. Staldens vægge er vinkelret på de to tynde dyser. De øvrige fire dyser er placeret, så de har retning mod et fiktivt kvadrats hjørner. Fordelingshovedet er udformet med en strømningsmæssig korrekt udformning, hvor der på bunden er en forhøjning, der sikrer, at luften fordeles ud mod de seks udblæsningers dyser uden opbremsninger eller unødigt tryktab.

Figur 5 viser en dyse af den mindre type, der peger direkte ud mod sidevæggen. Den har en hældning på 10° nedad i forhold til vandret, idet dysen har kortere afstand til væggen, og toppen og bunden i dysen er parallelle. Derved presses luften i retningen af gulvet i det ønskede område. Eftersom afstanden til væggen er mindst for de to typer dyser, skal luften ikke kastes så langt som for den anden type. Lufthastigheden f.eks. 1 m fra dysen skal være lavere end for den anden type dyse. Dysen har derfor et mindre gennemstrømningsareal. Det er på 340 til 540 cm2 fortrinsvis 440 cm2.

Figur 6 viser en dyse af den type, der peger ud mod de fire hjørner i de fiktive kvadrater dvs. mod vægge længere væk. Toppen af en dyse er rettet 9,74° nedad for at sikre, at luftstrålen ikke trækker op mod loftet. Bunden af dysen er vandret, så luften sendes vandret ud, idet der mod hjørnerne er behov for et længere kast på luften. Dysen har derfor et større gennemstrømningsareal. Det er på 540 til 740 cm2 fortrinsvis 640 cm2. I princippet kan dyserne være forskelligt arrangeret ved, at fordelerhovedets dyser er fordelt enkeltvist eller fortrinsvis parvist modsat rettet hinanden to og to på en ret linje gående gennem centeret i fortrinsvis horizontal retning.

Et andet aspekt af opfindelsen er en metode ifølge krav 7 til installation og brug af ventilationsenheden ifølge opfindelsen. Arealet af staldgulvet opdeles i et antal fiktive kvadrater med en sidelængde lig med staldens, idet et eller flere af kvadraternes sider deles med hinanden. Figur 7 viser en opdeling afen bygnings grundareal i fiktive kvadrater. B er bygningens bredde. I centeret af hvert af kvadraterne ophænges en ventilationsenhed i en højde, så luften fra ventilationsenhederne under brug leverer luft i retning mod væggene ved gulvet.

Der bør ligge et fiktivt kvadrat op ad hver endegavl af bygningen. Eventuelt overskydende areal bør ligge mellem to eller flere kvadrater for at udnytte ventilationsenhedernes blæsearealer bedst muligt. Alternativt kan man justere luftens kastelængde.

Luftens kastelængde kan tilpasses til forskellige staldbredder, idet enheden kan hejses op og ned. Ved bredde stalde placeres enheden således højere, så luften sendes længere ud, inden den når ned til gulvet. Er stalden relativt smal, kan højden reduceres.

Da højden kan justeres, og da man kan fordele enhederne efter den fiktive inddeling af staldrummet i kvadrater, kan enheden anvendes til stort set alle udformninger af stalde.

Fig. 8 til 11 omtales i eksemplet nedenfor.

Eksempel

En stald med målene, bredde 15 m, længde 120 m og højde ved sidevægge 2,8 m og kiphøjde 4,9 m, blev ventileret vha. LPV-ventilation, som i dette tilfælde bestod i, at luft blev suget ind gennem vægventiler fordelt jævnt ned gennem stalden oppe mellem væg og det skrå tag vha. af traditionelle ventilatorer jævnt fordelt på de modsatte vægge oppe mellem væg og det skrå tag. Ventilatorer i gavlene var ikke tændt, og ventiler i modsatte gavle var lukkede. Disse ventilatorer og ventiler var tilegnet tunnelventilation, som således ikke var kørende. Midt i hvert af 8 kvadrater å 15x15 m fra væg til væg i stalden blev en ventilationenhed som i Fig. 2, der er forsynet med en aksialventilator med en ydeevne på 9000 m3/time, ophængt 1,4 m over gulvet.

Ventilatorenhedens indløb er udformet som en modificeret ISO dyse med en rundingsradius på 80 mm, og midterenheden (røret) har en diameter på 650 mm og en længde på 500 mm.

Luften drives af en aksialventilator (ikke vist) placeret midt i midterneheden. Luften sendes gennem de seks dyser i fordelingshovedet. Dyserne er opdelt i to grupper med tre dyser i hver, som ventilatorenheden i Fig. 2 og 4. Dens to typer dyser er vist i Fig. 5 og 6.

De midterste dyser, hvor afstanden til væggen er mindst, og udgangshastigheden derfor skal være lavest, har et mindre gennemstrømningsareal på ca. 405 cm2, hvor de fire øvrige dyser har et gennemstrømningsareal på ca. 619 cm2. Dette giver en lufthastighed på 10,3 m/s målt 1 meter fra de midterste dyser, mens hastigheden er 11,4 m/s målt 1 meter fra de yderste dyser. Hermed sikres det, at dyserne rettet mod hjørnerne sender luften længere, og det påvirkede område får karakter af et kvadrat svarende til de fiktive inddelinger af stalden.

Luftens hastighed langs med væggene 30 cm over gulvniveau blev målt ud fra værdier fra væggene og 1 m vandret ud i stalden i flere punkter og midlet. Lufthastighederne blev målt vha. røggas og flowhastighedsmålinger. Middelværdierne er angivet i det fiktive kvadrat på Fig. 8. Målingerne var 0,86 m/s i hjørnerne og 1,1 m/s midtfor. Når ventilatoren ikke kørte, var lufthastighederne i punkterne 0,1 til 0,2 m/s.

Eksemplet viser den kraftige forøgelse af ventilationen langs væggene af en bygnings rum. Simulering af ventilationen er sket for et udsnit af stalden i staldens fulde bredde og højde. Fig. 9 og 10, som er i et snit 30 cm over gulvniveau, viser, at den forøgende ventilation opnås fra dyserne i to gange tre tykke luftstråler hen mod væggene og langs væggene. Resultatet er en væsentlig højere lufthastighed ved bygningens vægge, alt andet lige.

Fig. 11 viser simuleringen i et lodret snit blot af den ene halvdel af rummet, idet både fordelingen af hastigheder og retninger af luftstrømmene er anskueliggjort. Den positive virkning af ventilationen ifølge opfindelsen kan tydeligt ses ved at sammenligne med Fig.1. Lufthastighederne er meget større ude ved væggene.

Claims (9)

1. En ventilationsenhed til nedkøling og cirkulation af luft i bygninger såsom stalde, som omfatter vægge, gulv og loft, hvor ventilationsenheden omfatter en midterenhed med mindst et aktivt luft-indtag (1) i den ene ende samt et fordelerhoved med dyser i midterenhedens (2) modsatte ende, hvor fordelerhovedet har mindst to sæt dyser, der udsender luft i fortrinsvis horizontal retning, og hvor hvert s æ t omfatter 2 til 6 dyser (3,4), hvis gennemstrømningsarelaer stiger med afstanden fra midten i sættet til yderst i sættet, kendetegnet ved, a) i hvilken mindst et sæt består af to symmetrisk placerede dyser, hvor hver dyse er placeret 20° - 30° fortrinsvis 25° i forhold til vinkelret på en væg, eller b) i hvilken mindst et sæt består af 4 dyser, hvor 2 mindre dyser (3) er placeret symmetrisk, så de peger 5° - 15° fortrinsivs 10° til hver side i forhold til vinkelret på en væg, og 2 større (4), så de peger 35° - 50° fortrinsvis 45° til hver sin side i forhold til vinkelret på samme væg, eller c) i hvilken mindst et sæt dyser består af 3 dyser, hvor 1 mindre dyse (3) er placeret, så den peger +/- 5° fortrinsvis 0° fra vinkelret på væggen, og 2 større (4), så de dyser peger 35° - 50° fortrinsvis 45° til hver sin side i forhold til vinkelret på væggen, eller d) i hvilken mindst et sæt består af 6 dyser, hvor dyserne er fordelt i vinklerne angivet som i en kombination af udførelsesformerne i a) og b) eller består af 5 dyser, hvor dyserne er fordelt i vinklerne angivet som i en kombination afa) og c), eller e) fortrinsvis som i c) alene.

2. En ventilationsenhed ifølge krav 1i hvilken nævnte gennemstrømningsarealer har diametre, hvor længste diameter ikke varierer mere end 50% i forhold til korteste diameter.

3. En ventilationsenhed ifølge krav 1 eller 2 i hvilken ventilationsenheden kan være ophængt i bygningens loft, og hvor luftindtaget (1) kan indtage luft fra toppen af midterenheden (2), og hvor ventilationsenheden via nævnte mindst to sæt dyser kan udsende luft fortrinsvist fra den nederste del af fordelerhovedet.

4. En ventilationsenhed ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 3 i hvilken ventilationsenhedens dyser (3,4) er fordelt enkeltvist eller fortrinsvis parvist modsat rettet hinanden efter størrelse to og to på en ret linje gående gennem centeret af fordelerhovedet i fortrinsvis horizontal retning.

5. En ventilationsenhed ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 4 i hvilken luftindtaget her defineret til at være for oven, hvor for begge sæt af dyser (3,4), at ventilationsenhedens nævnte mindst ene dyses (3) øvre flade i retninger vinkelret på vægge hælder nedad og danner en vinkel på 8° - 12° fortrinsvis 10° med vandret, hvor nævnte mindst ene dyses nedre flade er parallel med den øvre flade, og nævnte mindst ene anden dyses (4) øvre flade i en vinkel på 35° - 50° fortrinsivs 45° fra vinkelret mod vægge hælder nedad med en vinkel på 8° - 12° fortrinsvis 9,74° i forhold til vandret, og hvis nedre flade er vandret, idet gennemstrømningsarealet af dyser i retninger vinkelret +/- 5° mod vægge (3) er 364 cm2 til 446 cm2 fortrinsvis 405 cm2 og i retninger mod vægge i en vinkel på 35°-50° fortrinsvis 45° fra vinkelret mod vægge (4) er 557 cm2 til 680 cm2 fortrinsvis 619 cm2.

6. En ventilationsenhed ifølge krav 5 i hvilken luftindtaget (1) er for oven i forhold til en stald og ved at fordelerhovedet har to sæt å tre dyser, heraf to dyser (3), en i hvert sæt, rettet vinkelret på og mod vægge kortere væk med et gennemstrømningsareal på 405 cm2 og fire (4) rettet i en vinkel på 45° med og mod nævnte vægge med et gennemstrømningsareal på 619 cm2.

7. Metode til ventilation af bygning, som omfatter vægge, gulv og loft, ved hjælp af ventilationsenheden ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 6 kendetegnet ved, at arealet af gulvet opdeles i et antal fiktive kvadrater med en sidelængde lig med staldens bredde, idet et eller flere af kvadraternes sider deles med hinanden, og ved at nævnte ventilationsenhed ophænges i centeret af hvert af kvadraterne i en højde, så luften fra nævnte en eller flere ventilationsenheder under brug leverer luft i retning mod væggene ved gulvet.

8. Metode til ventilation af bygning ifølge krav 7 kendetegnet ved, at ventilationsenheden placeres, hvis indsugningen sker fra oven, så nævnte bund af fordelerhovedet er i en højde 1 til 2 m, fortrinsvis 1,2 m til 1,4 m, over bygningens gulv, så luften leveres ved gulvet, og hvis indsugningen sker fra neden, så bunden af fordelerhovedet er i en afstand 1 til 2 m, fortrinsvis 1,2 m til 1,4 m, fra niveauet af en ret linie mellem toppen af to modsat stillede, nærmeste vægge, så luften leveres ved nævnte niveau.

9. Anvendelse af enhed ifølge et eller flere af kravene 1 til 8 til dyrestalde herunder dyrestalde til Ijerkræ.