RU2799158C1

RU2799158C1 - Ventilation system for livestock buildings

Info

Publication number: RU2799158C1
Application number: RU2022134301A
Authority: RU
Inventors: Татьяна Николаевна Ильина; Максим Сергеевич Колесников; Павел Анатольевич Орлов; Дмитрий Андреевич Евраев; Алина Олеговна Ечина
Filing date: 2022-12-26
Publication date: 2023-07-04

Abstract

FIELD: ventilation.

SUBSTANCE: invention relates to ventilation of livestock premises, in particular to ventilation with forced air circulation. The task to be solved by the ventilation system of livestock buildings includes improving the energy efficiency of the system and the quality of the microclimate by removing excess hazards from the serviced premises, in particular moisture and ammonia, ensuring the standard parameters of the microclimate by introducing a heat pump unit into the system, which allows heating the air in a cold period and cooling it in a warm period in accordance with the requirements of the sanitary standards of livestock enterprises. The ventilation system includes exhaust and supply air ducts installed in each other with a gap and forming a heat exchange device. In the proposed solution, the heat exchange device is installed vertically, the exhaust duct is coaxially placed inside the supply air duct, in the lower part the exhaust duct is equipped with a condensate trap, and in the upper part it is connected to the fan, whereas the inlet tangential branch pipe of the exhaust duct is connected to the exhaust hood, and the supply air duct has an inlet and outlet branch pipes, and the inlet pipe is connected to the supply device, and the outlet pipe is connected to the heat pump through its condenser unit, in turn, connected to the air distributors 22.

EFFECT: improved ventilation efficiency.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к вентиляции животноводческих помещений, в частности к вентиляции с принудительной циркуляцией воздуха. The invention relates to ventilation of livestock premises, in particular to ventilation with forced air circulation.

Известна система вентиляции помещений содержания животных или птиц (Патент РФ на изобретение №2076282 «Система вентиляции помещений содержания животных и птиц», опубликован 27.03.1997), которая включает приточные и вытяжные воздуховоды, теплообменные устройства для утилизации теплого вытяжного воздуха, концевой догреватель. При этом приточные воздуховоды соединены с ламинарными эжекционными воздухораспределителями-увлажнителями, имеющими входной патрубок, соединенный с одним или несколькими вертикально расположенными соплами длиной, равной или меньшей разности высоты от пола до входного патрубка и высоты рабочей зоны жизнедеятельности животных или птиц, и по всей высоте ламинарного эжекционного воздухораспределителя-увлажнителя установлены кассеты, заполненные гигроскопичным материалом, а над верхней кассетой установлено оросительное устройство, соединенное с водопроводным трубопроводом, на котором установлен автоматический вентиль, имеющий связь с датчиком контроля относительной влажности воздуха в зоне жизнедеятельности, а утилизационный теплообменник, соединяющий с помощью вентиляторов вытяжной и приточный воздуховоды, имеющие заборные отверстия, и по сечению этих воздуховодов смонтированы взаимообратные автоматические воздушные клапаны, имеющие импульсную связь с датчиком контроля температуры воздуха в зоне жизнедеятельности животных.Known ventilation system for keeping animals or birds (RF Patent for the invention No. 2076282 "Ventilation system for keeping animals and birds", published 03/27/1997), which includes supply and exhaust ducts, heat exchange devices for the utilization of warm exhaust air, end heater. At the same time, the supply air ducts are connected to laminar ejection air diffusers-humidifiers having an inlet pipe connected to one or more vertically located nozzles with a length equal to or less than the difference in height from the floor to the inlet pipe and the height of the working area of the life of animals or birds, and along the entire height of the laminar cassettes filled with hygroscopic material are installed in the ejection air humidifier, and above the upper cassette there is an irrigation device connected to a water pipeline, on which an automatic valve is installed, which is connected to a sensor for controlling the relative humidity of the air in the vital activity zone, and a utilization heat exchanger that connects with the help of fans exhaust and supply air ducts having intake openings, and reciprocal automatic air dampers are mounted along the cross section of these air ducts, having a pulse connection with an air temperature control sensor in the animal life zone.

Недостатки известной системы заключаются в сложности конструкции, связанной с наличием датчиков, регулирующей арматуры и других устройств, конструктивные элементы которых трудно обслуживать, а также низкой энергоэффективности, длительном сроке окупаемости себестоимости системы.The disadvantages of the known system are the complexity of the design associated with the presence of sensors, control valves and other devices, the structural elements of which are difficult to maintain, as well as low energy efficiency, long payback period of the system cost.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является изобретение (Патент СССР на изобретение SU 1670300 А1 «Система вентиляции животноводческих помещений», опубликован 15.08.1991 Бюл. №30), которое относится к системе вентиляции животноводческих помещений со значительными выделениями тепла и влаги. Система содержит приточные и вытяжные воздуховоды, установленные горизонтально друг в друге с зазором с образованием теплообменника и воздуховыпускными отверстиями, дополнительно содержит вытяжную шахту с воздуховыпускным окном, снабженным заслонкой, при этом внутри приточного воздуховода установлен вытяжной воздуховод, края их в месте соединения сопряжены, причем приточный воздуховод снабжен воздухораздающими отверстиями, его свободный торец заглушен, свободный торец вытяжного воздуховода соединен с вытяжной шахтой с воздуховыпускным окном и заслонкой, а вдоль нижней образующей вытяжного воздуховода выполнены влаговыпускные отверстия. Приточный воздуховод соединен с приточным вентилятором, а вытяжной воздуховод с вытяжным вентилятором с воздухозаборными патрубками, под вытяжным воздуховодом установлены по всей длине влагосборные лотки.The closest technical solution, chosen as a prototype, is the invention (USSR Patent for the invention SU 1670300 A1 "Ventilation system for livestock buildings", published 15.08.1991 Bull. No. 30), which relates to the ventilation system for livestock buildings with significant heat and moisture emissions . The system contains supply and exhaust air ducts installed horizontally in each other with a gap to form a heat exchanger and air outlets, additionally contains an exhaust shaft with an air outlet window equipped with a damper, while an exhaust air duct is installed inside the supply air duct, their edges are conjugated at the junction, and the supply the air duct is provided with air dispensing holes, its free end is plugged, the free end of the exhaust duct is connected to the exhaust shaft with an air outlet window and a damper, and moisture outlet holes are made along the lower generatrix of the exhaust duct. The supply air duct is connected to the supply fan, and the exhaust air duct with the exhaust fan with air intake pipes, under the exhaust air duct, moisture collection trays are installed along the entire length.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: вытяжные и приточные воздуховоды, установленные друг в друге с зазором, образующим теплообменное устройство с влаговыпускными отверстиями.With the essential features of the invention coincides with the following set of features of the prototype: exhaust and supply air ducts installed in each other with a gap forming a heat exchange device with moisture outlet holes.

Недостатками известного технического решения является низкая энергоэффективность системы и неудовлетворительное обеспечение качества микроклимата. The disadvantages of the known technical solution is the low energy efficiency of the system and unsatisfactory quality of the microclimate.

Задача, на решение которой направлена система вентиляции животноводческих помещений, включает повышение энергоэффективности системы и качества микроклимата за счет удаления избыточных вредностей из обслуживаемого помещения, в частности влаги и аммиака, обеспечение нормативных параметров микроклимата за счет введения в систему теплонасосной установки, позволяющей нагревать воздух в холодный период и охлаждать в теплый в соответствии с требованиями санитарных норм животноводческих предприятий.The task to be solved by the ventilation system of livestock buildings includes improving the energy efficiency of the system and the quality of the microclimate by removing excess hazards from the serviced premises, in particular moisture and ammonia, ensuring the standard parameters of the microclimate by introducing a heat pump unit into the system, which allows heating the air in a cold period and cool in a warm one in accordance with the requirements of the sanitary standards of livestock enterprises.

Решение задачи обеспечивается за счет того, что система вентиляции, включает вытяжные и приточные воздуховоды, установленные друг в друге с зазором и образующие теплообменное устройство.The problem is solved due to the fact that the ventilation system includes exhaust and supply air ducts installed in each other with a gap and forming a heat exchange device.

В предложенном решении теплообменное устройство установлено вертикально, вытяжной воздуховод соосно размещен внутри приточного, в нижней части вытяжной воздуховод оснащен конденсатоотводчиком, а в верхней части связан с вентилятором, при этом входной тангенциальный патрубок вытяжного воздуховода соединен с вытяжным зонтом, а приточный воздуховод имеет входной и выходной патрубки, причем входной патрубок связан с приточным устройством, а выходной патрубок связан с тепловым насосом через его конденсаторный блок, в свою очередь соединенный с воздухораспределителями.In the proposed solution, the heat exchange device is installed vertically, the exhaust air duct is coaxially placed inside the supply air duct, in the lower part the exhaust air duct is equipped with a condensate trap, and in the upper part it is connected to the fan, while the inlet tangential branch pipe of the exhaust air duct is connected to the exhaust hood, and the supply air duct has an inlet and outlet branch pipes, wherein the inlet pipe is connected to the supply unit, and the outlet pipe is connected to the heat pump through its condenser unit, in turn connected to the air distributors.

Теплообменное устройство установлено вертикально, что позволяет эффективно собирать влагу, которая образуется на внутренней стенке вытяжного воздуховода, смешивается с аммиаком и периодически удаляется через оснащенный в нижней части вытяжного воздуховода конденсатоотводчик в систему водоотведения. The heat exchanger is installed vertically, which makes it possible to effectively collect moisture that forms on the inner wall of the exhaust duct, mixes with ammonia and is periodically removed through a condensate trap equipped in the lower part of the exhaust duct into the drainage system.

Вентилятор в верхней части вытяжного воздуховода способствует созданию принудительной тяги удаляемого воздуха. The fan in the upper part of the exhaust duct contributes to the creation of forced draft of the exhaust air.

Входной тангенциальный патрубок направлен на повышение эффективности тепло и массообмена за счет создания внутри воздуховодов центробежных сил, а его соединение с вытяжным зондом обеспечивает локализацию удаляемого воздуха и повышение качества микроклимата. The inlet tangential branch pipe is aimed at increasing the efficiency of heat and mass transfer by creating centrifugal forces inside the air ducts, and its connection with the exhaust probe ensures the localization of the exhaust air and improves the quality of the microclimate.

Приточное устройство позволяет повысить качество микроклимата за счет предварительной подготовки приточного воздуха. The supply unit allows you to improve the quality of the microclimate due to the preliminary preparation of the supply air.

Выходной патрубок, связанный с воздушным тепловым насосом, оснащенным антиобледенительной системой, через его конденсаторный блок, решает задачу повышения энергоэффективности системы, при этом воздухораспределители обеспечивают равномерную подачу приточного воздуха в обслуживаемую зону, что необходимо для повышения качества микроклимата.The outlet connected to the air source heat pump equipped with an anti-icing system through its condenser unit solves the problem of increasing the energy efficiency of the system, while the air distributors provide a uniform supply of fresh air to the serviced area, which is necessary to improve the quality of the microclimate.

Таким образом, совокупность отличительных признаков предлагаемого решения позволит удалять из помещения избытки вредностей, в частности влаги и аммиака, добиться требуемых параметров микроклимата, повысить энергоэффективность системы, обеспечить воздухообмен, соответствующий требованиям санитарных норм животноводческих предприятий.Thus, the set of distinctive features of the proposed solution will allow removing excess hazards from the premises, in particular moisture and ammonia, achieving the required microclimate parameters, increasing the energy efficiency of the system, and ensuring air exchange that meets the requirements of sanitary standards for livestock enterprises.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. The essence of the invention is illustrated by graphic material.

На фиг. 1 показана принципиальная схема системы вентиляции животноводческих помещений.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a ventilation system for livestock buildings.

Система вентиляции животноводческих помещений включает в себя вытяжной 1 и приточный 2 воздуховоды, вертикально установленные друг в друге с зазором, образующие устройство, именуемое далее теплообменное устройство 3 с входным тангенциальным 4 и выходным 5 вытяжными патрубками. Так же включает входной 6 и выходной 7 приточные патрубки, конденсатоотводчик 8, расположенный в нижней части теплообменного устройства. Содержит вытяжной вентилятор 9, вытяжной зонт 10, приточное устройство 11 с регулирующими жалюзи 12, фильтром грубой очистки 13 и механическим вентилятором 14. Тепловой насос состоит из внутреннего (конденсаторного) блока 15, наружного (испарительного) блока 16, компрессора 17, трехходового вентиля 18, терморегулирующего вентиля (дроссельного устройства) 19, запорной арматуры 20 и антиобледенительного устройства 21. Система включает также воздухораспределители 22 и запорные клапаны 23. The ventilation system of livestock buildings includes exhaust 1 and supply 2 air ducts vertically installed in each other with a gap, forming a device, hereinafter referred to as a heat exchange device 3 with inlet tangential 4 and outlet 5 exhaust pipes. It also includes inlet 6 and outlet 7 inlet pipes, a steam trap 8 located in the lower part of the heat exchanger. It contains an exhaust fan 9, an exhaust hood 10, an air supply unit 11 with control shutters 12, a coarse filter 13 and a mechanical fan 14. The heat pump consists of an internal (condensing) unit 15, an external (evaporative) unit 16, a compressor 17, a three-way valve 18 , thermostatic valve (throttle device) 19, shut-off valves 20 and anti-icing device 21. The system also includes air distributors 22 and shut-off valves 23.

Вытяжной воздуховод 1 находится внутри приточного воздуховода 2 по типу «Труба в трубе», образующее теплообменное устройство 3, которое через патрубок 5 соединен с механическим побудителем тяги 9. Удаляемый воздух через вытяжной зонт 10 поступает в вытяжной воздуховод 1 через входной патрубок 4 круглого поперечного сечения, тангенциально присоединенного к теплообменному устройству 3. Наружный приточный воздух подается вентилятором 14 через вентиляционную решетку 12 и фильтр 13 в приточный воздуховод 2 через входной патрубок 6. При этом на внутренней поверхности вытяжного воздуховода происходит конденсация водяных паров. Образовавшийся конденсат стекает по стенкам вытяжного воздуховода 1 в конденсатоотводчик 8, установленный в нижней части теплообменного устройства 3.The exhaust air duct 1 is located inside the supply air duct 2 according to the “Pipe in a pipe” type, forming a heat exchange device 3, which is connected through a branch pipe 5 to a mechanical draft activator 9. The exhaust air through the exhaust hood 10 enters the exhaust air duct 1 through the inlet pipe 4 of a circular cross section tangentially connected to the heat exchange device 3. Outside supply air is supplied by the fan 14 through the ventilation grille 12 and the filter 13 into the supply air duct 2 through the inlet pipe 6. At the same time, water vapor condenses on the inner surface of the exhaust air duct. The resulting condensate flows down the walls of the exhaust duct 1 into the condensate trap 8 installed in the lower part of the heat exchanger 3.

Система включает в себя воздушный тепловой насос, состоящий из внутреннего блока 15 и наружного блока 16, с целью подготовки приточного воздуха в холодный период для обеспечения требуемых параметров микроклимата в зоне содержания животных. При этом наружный (испарительный) блок теплового насоса имеет антиобледенительное устройство 21, оснащен компрессором 17, запорной арматурой 20, терморегулирующим вентилем (дроссельным устройством) 19, трехходовым вентилем 18, что обеспечивает работу теплового насоса в режиме охлаждения приточного воздуха в теплый период. The system includes an air heat pump, consisting of an indoor unit 15 and an outdoor unit 16, in order to prepare supply air during the cold period to ensure the required microclimate parameters in the animal keeping area. At the same time, the external (evaporative) block of the heat pump has an anti-icing device 21, is equipped with a compressor 17, shut-off valves 20, a thermostatic valve (throttle device) 19, a three-way valve 18, which ensures the operation of the heat pump in the supply air cooling mode during the warm period.

Работает система следующим образом.The system works as follows.

В холодный и переходный периоды года холодный наружный воздух, подается приточным вентилятором 14 через вентиляционную решетку 12 и фильтр 13, в приточный воздуховод 2 через входной патрубок 6 и поступает в теплообменное устройство 3. В теплообменном устройстве 3 приточный воздух нагревается за счет теплопередачи от удаляемого вытяжного воздуха и поступает через выпускной патрубок 7 в конденсаторный блок теплового насоса 15 для дальнейшей его подготовки в холодный период с целью обеспечения требуемых параметров микроклимата и подается в помещение через воздухораспределители 22. In the cold and transitional periods of the year, cold outside air is supplied by the supply fan 14 through the ventilation grill 12 and the filter 13, into the supply air duct 2 through the inlet pipe 6 and enters the heat exchange device 3. In the heat exchange device 3, the supply air is heated due to heat transfer from the removed exhaust air and enters through the outlet pipe 7 into the condenser unit of the heat pump 15 for its further preparation during the cold period in order to ensure the required microclimate parameters and is supplied to the room through the air distributors 22.

Вытяжной воздух удаляется из помещения зонтом 10, отводится через тангенциальный патрубок 4 в теплообменное устройство 3, где удаляемый воздух охлаждается, а на стенках вытяжного воздуховода 1 образуется конденсат с улавливанием паров аммиака. За счёт тангенциального ввода через патрубок 4 обеспечивается воздействие центробежных и инерционных сил, что способствует интенсификации тепло-массообменных процессов, образованию на стенках конденсата смешенного с парами аммиака, который в свою очередь собирается в нижней части теплообменного устройства 3 и удаляется через конденсатоотводчик 8 в систему водоотведения. Exhaust air is removed from the room by an umbrella 10, discharged through a tangential pipe 4 to a heat exchange device 3, where the exhaust air is cooled, and condensate forms on the walls of the exhaust duct 1 with ammonia vapor trapping. Due to the tangential entry through the pipe 4, the effect of centrifugal and inertial forces is ensured, which contributes to the intensification of heat and mass transfer processes, the formation of condensate mixed with ammonia vapor on the walls, which in turn is collected in the lower part of the heat exchange device 3 and removed through the condensate trap 8 to the drainage system .

Испарительный блок 16 воздушного теплового насоса, установленный вне помещения, например на крыше, снабжен антиобледенительной системой 21, позволяющий работать при отрицательных температурах. Наиболее предпочтительна антиобледенительная система MOVEBIT с магнитострикционными излучателями для предотвращения и удаления наледи на теплообменнике испарительного блока 16. Кроме того тепловой насос оснащен запорной арматурой 20 и трехходовым вентилем 18 для его перевода на летний или зимний режим работы. The evaporative unit 16 of the air source heat pump, installed outdoors, for example on the roof, is equipped with an anti-icing system 21, which allows operation at low temperatures. The most preferred anti-icing system MOVEBIT with magnetostrictive emitters to prevent and remove frost on the heat exchanger of the evaporator unit 16. In addition, the heat pump is equipped with shut-off valves 20 and a three-way valve 18 for its transfer to summer or winter operation.

В теплый период года наружный воздух подается приточным вентилятором 14, через вентиляционную решетку 12 и фильтр 13 во внутренний блок 15 теплового насоса за счет переключения запорных клапанов 23. При этом тепловой насос переводится на летний режим трехходовым вентилем 18 и запорной арматурой 20. Приточный воздух охлаждается во внутреннем блоке 15 и через воздухораспределительные устройства 22 поступает в помещение. In the warm period of the year, outdoor air is supplied by the supply fan 14, through the ventilation grill 12 and the filter 13 to the indoor unit 15 of the heat pump by switching shut-off valves 23. In this case, the heat pump is switched to summer mode by a three-way valve 18 and shut-off valves 20. The supply air is cooled in the indoor unit 15 and through the air distribution devices 22 enters the room.

Вытяжной воздух удаляется из помещения вентилятором 9 по вытяжному воздуховоду 1 и отводится в атмосферу.The exhaust air is removed from the room by the fan 9 through the exhaust duct 1 and discharged into the atmosphere.

Предложенная система вентиляции, включающая теплонасосную установку, позволяет повысить энергоэффективность системы, обеспечить создание и регулирование требуемых параметров микроклимата в рабочей зоне помещений в соответствии с требованиями санитарных норм животноводческих предприятий.The proposed ventilation system, including a heat pump unit, makes it possible to increase the energy efficiency of the system, to ensure the creation and regulation of the required microclimate parameters in the working area of the premises in accordance with the requirements of sanitary standards for livestock enterprises.

Claims

Ventilation system for livestock buildings, including exhaust and supply air ducts installed in each other with a gap, forming a heat exchange device with moisture outlet holes, characterized in that the heat exchange device is installed vertically, the exhaust air duct is coaxially placed inside the supply air duct, in the lower part the exhaust air duct is equipped with a condensate trap, and in the upper part it is connected to the fan, while the inlet tangential branch pipe of the exhaust air duct is connected to the exhaust hood, and the supply air duct has inlet and outlet pipes, the inlet pipe is connected to the supply device, and the outlet pipe is connected to an air heat pump equipped with an anti-icing system through its condenser unit, which, in turn, is connected to the air distributors.