Установка для утилизации сбросного тепла животноводческих помещений при отрицательных температурах приточного воздуха

Изобретение относится к установкам кондиционирования и осушки воздуха путем конденсации водяных паров в системах микроклимата животноводческих помещений. Установка содержит фигурный короб с расположенным в нем перекрестноточным теплообменником с каналами открытого пластинчатого и сотового типа, фильтр, приточный и вытяжной вентиляторы и теплообменник-нагреватель приточного воздуха. Перекрестноточный теплообменник стыкуется своим холодным углом с верхней частью короба. Противоположный угол теплообменника соединен с основанием короба и снабжен трубкой вывода конденсата. Открытые пластинчатые каналы теплообменника с одной стороны автономным каналом короба через фильтр соединены с вентилятором вытяжного воздуха, а с другой стороны - автономным каналом с возможностью вывода воздуха в окружающую среду. Сотовые каналы теплообменника с одной стороны связаны приточным каналом с приточным вентилятором, клапанами и окружающей средой, с другой стороны - с теплообменником-нагревателем приточного воздуха. Температура приточного воздуха контролируется термопарой, связанной с первым входом блока сравнения. Второй вход блока сравнения связан с задатчиком, а выход через исполнительный механизм - с регулирующим органом. Температура в верхнем углу перекрестноточного теплообменника, в области холодного угла, поддерживается по всей его толщине цилиндрическим нагревателем с установленной на нем термопарой, связанной с первым входом блока сравнения. Второй вход блока сравнения связан с задатчиком. Выход блока сравнения через исполнительный механизм связан с нагревателем. Исключается возможность замораживания каналов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к установкам кондиционирования и осушки воздуха путем конденсации водяных паров в системах микроклимата животноводческих помещений.

Известна вентиляционная система, в которой контакт между свежим холодным воздухом, его подогрев и отработанным теплым воздухом осуществляется в перекрестноточном теплообменнике (Фирма VTS CLDVIA каталог 09521. Оборудование для вентиляции и кондиционировании воздуха). Для животноводческих помещений, где отработанный воздух значительно загазован и имеет высокую влажность, что является источником сильного конденсатообразования на рабочих поверхностях теплообменника при снижении их температур ниже точки росы, а при температурах ниже -5°С происходит значительное льдообразование. Такие условия эксплуатации вентиляционных систем имеют место в переходный и холодный периоды года. Это время является весьма продолжительным для территории РФ. Сельскохозяйственные помещения в отличие от производственных складских помещений требуют большого воздухообмена и значительных энергозатрат на подготовку входящего холодного воздуха. Кроме того, воздух сельскохозяйственных помещений значительно загазован аммиаком, углекислотой и др. газами, имеет высокую влажность.

Например, для животноводческого помещения (фермы) на 200 голов молодняка расход воздуха через перекрестноточный теплообменник должен составлять до 6 тыс. м³/ч. При этом при влажности 50-85% его составляющими могут быть NH₃ до 20 мг/м³, SO₂ до 10 мг/м³, СО до 20 мг/м³. Прямое использование установок с рекуперацией тепла различных фирм при организации микроклимата в сельскохозяйственных помещениях при пониженных (ниже -5°С) приводит к обмораживанию каналов в перекрестноточном теплообменнике по отработанному воздуху за счет контактов через стенку с каналами по отработанному воздуху за счет контактов через стенку с каналами свежего холодного уличного воздуха, что приводит к неработоспособности в этих условиях.

Цель изобретения - разработка установки утилизации тепла и вентиляции животноводческих помещений при отрицательных температурах приточного воздуха.

Решение поставленной задачи осуществляется путем исключения замораживания каналов теплообменника, экономии тепловой энергии и утилизации сбросного тепла сельскохозяйственных помещений.

Изобретение предназначено для организации вентиляции, обогрева, осушки и очистки воздуха от аммиака в животноводческих и птицеводческих предприятиях в условиях низких температур приточного атмосферного воздуха.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому является установка для организации микроклимата в сельскохозяйственном помещении (патент РФ №2219764. БИ №36. 2003).

В установке решение поставленной задачи осуществляется путем конденсации водяных паров, периодической регенерации поверхности теплообменника и системы вентиляции, а также тем, что в сельскохозяйственном помещении устанавливают датчик влажности воздуха с регистратором, между вторым клапаном и теплообменником на боковой стенке короба установлен третий клапан ввода наружного воздуха и датчик температуры, соединенный через регистратор с термовлагорегулятором, первый выход которого через первый ключ связан со вторым исполнительным механизмом и перепускным клапаном, второй выход термовлагорегулятора соединен через второй ключ с третьим исполнительным механизмом и первым клапаном, третий выход термовлагорегулятора связан через третий ключ с четвертым исполнительным с клапаном-байпасом, четвертый выход термовлагорегулятора через четвертый ключ соединен с первым входом пятого исполнительного механизма и вторым клапаном. Датчики температуры и влажности, установленные в зоне смешения внутреннего и наружного воздуха напротив второго и третьего клапанов, соединены через регистратор с первым и вторым входом блока сравнения, одновременно с датчиком влажности воздуха в сельскохозяйственном помещении через регистратор соединен термовлагорегулятор.

Недостатком данной установки является возможность обмерзания при конденсации влаги при низких температурах в каналах вытяжного воздуха. Это связано с тем, что неоптимально установленный термодатчик контроля замораживания-оттаивания влаги в центре теплообменника (координаты места установки датчика не указываются) исключает возможность регистрации минимальной температуры в аппарате. Такой температурой является область левого угла теплообменника (на входе потока холодного воздуха и выхода охлажденного приточного воздуха). В известной установке система терморегулирования не обеспечивает ее надежную энергооптимальную систему изменения расходов воздуха по каналам теплообменника в различные периоды года.

В результате предлагаемого изобретения исключается возможность замораживания каналов теплообменника путем непрерывной конденсации и стока влаги из вытяжного воздуха, а также путем прогрева области внутри самого холодного угла полимерного теплообменника.

Технический результат достигается тем, что установка для утилизации сбросного тепла животноводческих помещений при отрицательных температурах приточного воздуха содержит фигурный короб с расположенным в нем перекрестноточным теплообменником с каналами открытого пластинчатого и сотового типа, фильтр, приточный и вытяжной вентиляторы, теплообменник-нагреватель приточного воздуха, причем перекрестноточный теплообменник стыкуется своим холодным углом с верхней частью короба, противоположный угол теплообменника соединен с основанием короба, снабжен трубкой вывода конденсата, при этом открытые пластинчатые каналы теплообменника с одной стороны автономным каналом короба через фильтр соединены с вентилятором вытяжного воздуха, а с другой стороны - автономным каналом с возможностью вывода воздуха в окружающую среду, при этом сотовые каналы теплообменника с одной стороны связаны приточным каналом с приточным вентилятором, клапанами и окружающей средой, с другой стороны - с теплообменником-нагревателем приточного воздуха, при этом температура приточного воздуха контролируется термопарой, связанной с первым входом блока сравнения, второй вход блока сравнения связан с задатчиком, а выход через исполнительный механизм - с регулирующим органом, при этом температура в верхнем углу перекрестноточного теплообменника - в области холодного угла, поддерживается по всей его толщине цилиндрическим нагревателем с установленной на нем термопарой, связанной с первым входом блока сравнения, второй вход блока сравнения связан с задатчиком, выход блока сравнения через исполнительный механизм связан с нагревателем, а теплообменник нагреватель выполнен газовым.

На фиг.1 показана общая схема установки.

На фиг.2 показано сечение по А-А на фиг.1.

Установка содержит фигурный короб 1. В центре короба 1 расположен полимерный теплообменник 2 перекрестного тока так, что его нижнее диагональное ребро соединено с основанием 3 короба 1. Вершина приточной части теплообменника 2 соединена с верхней стенкой 4 короба 1. Объем короба 1 делится на три канала: до теплообменника 2 - приточный канал 5, вверху теплообменника 2 - автономный (сбросной) канал 6, внизу - автономный (вытяжной) 7. В приточном канале 5 установлен приточный вентилятор 8. В вытяжном канале 7 введен вытяжной вентилятор 9 с фильтром 10. Приточный воздух нагнетается вентилятором 8, проходит через приточный канал 5, теплообменник 2, на входе из которого проходит воздухонагреватель 11, где подогревается до заданных нормативных температур и выводится в сельскохозяйственное помещение. Подогрев воздуха в воздухоподогревателе 11 может осуществляться различными альтернативными энергоносителями (например, газовый теплообменник или электронагреватель). На фиг.1 представлен воздухонагреватель 11 в виде газового теплообменника, включающего трубку 12, перфорированную отверстиями, куда вводится газ для сжигания. Газ подогревает пластины 13, внешняя поверхность которых передает тепло потоку приточного воздуха, выходящего из теплообменника 2. Подогрев воздуха в воздухоподогревателе 11 управляется регулирующим органом 14 через исполнительный механизм 15 с выходом на блок сравнения 16. Первый вход блока сравнения 16 соединен с датчиком температуры (термопарой) 17. Второй вход соединен с задатчиком 18. Продукты сгорания из воздухоподогревателя 11 выводятся в отверстие 19 через трубку 20 в окружающую среду.

Температурный режим в полимерном перекрестноточном теплообменнике 2 с каналами по вытяжному воздуху открытого типа 21 и по приточному воздуху сотового типа 22 регулируется с помощь электронагревателя 23, установленного в них по всей их толщине в самой холодной области теплообменника 2 (холодном углу), склонной к замораживанию конденсированной влаги из вытяжного воздуха. Нагреватель 23 обеспечивает температурный режим, исключающий замораживание конденсата влаги на поверхностях в каналах пластинчатого типа 21 теплообменника 2, создавая только условия конденсации влаги, ее стекание в нижнюю часть теплообменника и удаление ее через трубку 24.

Температура в холодной области теплообменника 2 регистрируется и изменяется по сигналу термопары 25.

Нагреватель 23 через исполнительный механизм 26 связан с выходом блока сравнения 27. Первый вход блока сравнения 27 связан с термопарой 25. Второй вход блока сравнения соединен с задатчиком 28.

Нагреватель 23, фиг.1, состоит из керамического стержня 26, фиг.2, покрытого нихромовой спиралью 30 и изоляцией 31. На изоляцию 31 одеваются плотно изоляционные кольца 32 и металлические дисковые пластины 33. Пластины 33 располагаются в центре проточного канала с зазором от полимерных поверхностей теплообмена 34 теплообменника 2, фиг.1. При организации сборки теплообменника 2, фиг.1, поверхности 34, фиг.2, соединяются с изоляционными кольцами 32 герметично на клеевой основе.

Теплоизолированные клапаны (вытяжной 35 и приточный 36), фиг.1, связаны коробом в торцах с каналами вытяжного и приточного воздуха теплообменника 2. Температуру и влажность воздуха в животноводческом помещении определяют датчиком температуры 37 и влажности 38.

Установка работает следующим образом. В холодный период года (весна, осень, зима) открываются теплоизоляционные клапаны 35, 36. Открывается ввод газа. Включаются все электронные устройства: 28, 27, 26, 15, 16, 18.

В задатчик 28 устанавливается сигнал, соответствующий температуре на 2-3°С выше температуры замерзания конденсата, полученного из влажного воздуха животноводческого помещения. В задатчик 18 вводится сигнал, соответствующий нормативной температуре животноводческого помещения.

Включаем газ и зажигаем его у отверстий трубки 12.

Включаются вентиляторы 9 и 8. Вытяжной воздух, пройдя фильтр 10, охлаждается (конденсируется) на стенках теплообменника 2, далее прогревается до заданной нормативной температуры, регистрируемой датчиком температуры (термопарой) 17. Сигнал с термопары сравнивается с нормируемым сигналом задатчика 18, далее выводится на исполнительный механизм 15, который увеличивает (уменьшает) поток газа открытием (закрытием) регулирующего органа 14, тем самым изменяется нагрев пластин 13.

Таким образом, устанавливается (поддерживается) в животноводческом помещении температура приточного воздуха на нормируемом уровне. Продукты сгорания при сжигании газа из воздухоподогревателя 11 выходят в отверстие 19, попадают в трубку 20 и выводятся в окружающую среду.

В теплый период года установка используется в общей системе вентиляции животноводческого помещения. В этом режиме вентилятор 9 отключают. Теплоизолированный клапан 35 закрывают, закрывают регулирующий орган 14 и отключают газ. Выключают блоки сравнения 27, 28.

Установка позволяет при температурах ниже температуры насыщения и замораживания путем выбора и включения нагревателя необходимой формы и конструкции, установленного в область, охлажденную до самой низкой температуры (область холодного угла), исключить в этом месте на поверхностях теплообмена кристаллизацию влаги и за счет сил гравитации непрерывно отводить ее в жидком состоянии через трубку 24.

Предлагаемая установка реализует:

- утилизацию сбросного тепла сельскохозяйственных помещений в условиях низких температур окружающей среды и может найти широкое применение в регионах с протяженным холодным временем года;

- экономию тепловой энергии при пассивном нагревании входящего воздуха в теплообменнике не менее 50%;

- нормальные режимы работы вентиляторов, т.е. без условий работы старт-стоп;

- поддержание устойчивых аэродинамических характеристик установки в различных климатических условиях;

- возможность удаления аммиака (95% аммиака удаляется с конденсатом), при этом одновременно производится осушка воздуха внутри помещения.

1. Установка для утилизации сбросного тепла животноводческих помещений при отрицательных температурах приточного воздуха, содержащая фигурный короб с расположенным в нем перекрестноточным теплообменником с каналами открытого пластинчатого и сотового типа, фильтр, приточный и вытяжной вентиляторы, теплообменник-нагреватель приточного воздуха, отличающаяся тем, что перекрестноточный теплообменник стыкуется своим холодным углом с верхней частью короба, противоположный угол теплообменника соединен с основанием короба, снабжен трубкой вывода конденсата, при этом открытые пластинчатые каналы теплообменника с одной стороны автономным каналом короба через фильтр соединены с вентилятором вытяжного воздуха, а с другой стороны - автономным каналом с возможностью вывода воздуха в окружающую среду, при этом сотовые каналы теплообменника с одной стороны связаны приточным каналом с приточным вентилятором, клапанами и окружающей средой, с другой стороны с теплообменником-нагревателем приточного воздуха, при этом температура приточного воздуха контролируется термопарой, связанной с первым входом блока сравнения, второй вход блока сравнения связан с задатчиком, а выход через исполнительный механизм - с регулирующим органом, при этом температура в верхнем углу перекрестноточного теплообменника в области холодного угла поддерживается по всей его толщине цилиндрическим нагревателем с установленной на нем термопарой, связанной с первым входом блока сравнения, второй вход блока сравнения связан с задатчиком, выход блока сравнения через исполнительный механизм связан с нагревателем.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что теплообменник-нагреватель выполнен газовым.