Воздушно-тепловая завеса с термоэлектрическим тепловым насосом в коровнике фермы КРС
AIR-THERMAL CURTAIN WITH THERMOELECTRIC HEAT PUMP IN CATTLE FARM COWSHED

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к оборудованию для создания микроклимата в помещениях сельскохозяйственного назначения.
Известны воздушно-тепловые завесы,  в которых забор воздуха осуществляется из обслуживаемого завесой  помещения без предварительного подогрева (Растимешин С.А., Трунов С.С. Энергосберегающие системы и технические средства отопления и вентиляции животноводческих помещений - М.:ФГБНУ ВИЭСХ, ООО «САМ Полиграфист», 2016.- 180 с., илл.).
Недостатком известной завесы является то, что при смешивании воздуха завесы с набегающим потоком холодного наружного воздуха температура полученной смеси воздуха может оказаться существенно ниже температуры внутреннего воздуха. Это может приводить к появлению дискомфортного переохлаждения различных зон обслуживаемого завесой помещения.
Известны, например, модульные воздушно-тепловые завесы серии 400-1000, у которых мощность электрокалорифера для нагрева воздуха составляет от 9 до 140 кВт (https://teplomash-city.ru/elektricheskie-teplovye-zavesy-teplomash/promyshlennaya/).
Недостатком известных модульных воздушно-тепловых завес является завышенная тепловая мощность электрокалорифера применительно к завесам с забором воздуха из обслуживаемого помещения, и как следствие завышения установленной мощности, наблюдается перерасход электроэнергии на создание воздушно-тепловой завесы в помещении.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является воздушно-тепловая завеса, включающая калорифер, вентилятор, воздуховоды и воздухораспределитель, который содержит полость равного статического давления с основными и вспомогательными соплами, причем основные сопла расположены в два ряда под углом друг к другу 2-4°, длина сопел равна 2,5 от диаметра основного сопла, расстояние между рядами сопел равно 4-4,5 от диаметра основного сопла, а расстояние между основными соплами в ряду равно 8-10 от диаметра основного сопла, при этом в шахматном порядке по отношению к основным соплам расположены в 1 ряд вспомогательные сопла диаметром равным 0,8 от диаметра основного сопла, а в воздухораспределителе формируется плоская струя в направлении на наружную сторону здания, причем угол между осью плоской струи и плоскостью ворот здания составляет 12-20°С (патент РФ № 56568, МПК F24F 9/00, опубл. 10.09.2006, Бюл. №25).
Недостатком известной воздушно-тепловой завесы является  повышенный расход энергии на создание воздушно-тепловой завесы в  коровнике фермы КРС, а также то, что она не позволяет в случае уменьшения скорости проникновения наружного воздуха изменить режим работы завесы в сторону уменьшения начальной струи расхода воздуха, и наоборот, что и является недостатком данного устройства.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение потребляемой энергии на создание и поддержание микроклимата завесы в коровнике фермы КРС, снижение тепловой мощности и расхода электроэнергии на создание воздушно-тепловой завесы в животноводческом помещении.
Задачей предлагаемого изобретения является создание эффективной энергосберегающей воздушно-тепловой завесы для обеспечения нормативных параметров воздушной среды в коровнике фермы КРС при одновременном снижении тепловой мощности и расхода энергии на создание микроклимата  в животноводческом помещении
В результате использования предлагаемой установки снижается тепловая мощность и расход электроэнергии на создание воздушно-тепловой завесы в помещении коровника за счет применения термоэлектрического теплового насоса, а также осуществляется подогрев водопроводной воды для поения животных путем утилизации тепловой энергии вытяжного воздуха с помощью теплообменника холодного контура теплового насоса, установленного в вытяжном воздуховоде и промежуточным теплообменником, установленным в бойлере.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что воздушно-тепловая завеса с термоэлектрическим тепловым насосом в коровнике фермы КРС, содержащая воздухораспределитель с воздуховодами, установленный в проеме ворот коровника, калорифер, электровентилятор и блок управления, согласно изобретению, снабжена компактным термоэлектрическим тепловым насосом, состоящим из термоэлектрического модуля с теплообменниками горячего и холодного спаев, при подключении термоэлектрического модуля к блоку управления одна сторона модуля выделяет тепло, которое передается теплоносителю, при этом теплообменник горячего спая соединен трубопроводом горячего контура через циркуляционный насос горячего контура с калорифером и обратным трубопроводом горячего контура с теплообменником горячего спая, образуя замкнутый горячий контур для циркуляции теплоносителя, а другая сторона термоэлектрического модуля охлаждает теплоноситель,  который с помощью циркуляционного насоса по трубопроводу холодного контура поступает в теплообменник холодного контура, установленный в вытяжном воздуховоде коровника, где нагревается теплым удаляемым воздухом из коровника и по обратному трубопроводу холодного контура поступает в промежуточный теплообменник, находящийся в бойлере, где охлаждается водопроводной водой из водопроводной сети для поения животных, из промежуточного теплообменника теплоноситель по обратному трубопроводу холодного контура  попадает в теплообменник холодного спая, образуя замкнутый контур, при этом водопроводная вода, нагретая в бойлере с помощью промежуточного теплообменника, установленного в бойлере, через циркуляционный насос контура поения животных, циркулируя по подающему и обратному  трубопроводам контура поения животных подается к поилкам.
В предлагаемом устройстве тепловая  энергия для нагрева воздуха, используемого в завесе, вырабатывается термоэлектрическим тепловым насосом на основе термоэлектрического модуля Пельтье, когда тепловая энергия с помощью теплоносителя  по трубопроводам передается  от горячей стороны термоэлектрического модуля к теплообменнику тепловой завесы, с помощью  которого происходит нагрев воздуха в воздушно - тепловой завесе.
В холодном контуре термоэлектрического модуля теплоноситель охлаждается в теплообменнике холодного спая и с помощью теплоносителя через циркуляционный насос холодного контура по трубопроводу в теплообменник холодного контура, установленного в вытяжном воздуховоде, который  отбирает теплоту удаляемого  нагретого  воздуха из коровника, при этом тепло поглощается теплоносителем с помощью теплообменника холодного контура, установленного внутри вытяжного воздуховода, соединенного через промежуточный теплообменник, установленный в бойлере с теплообменником холодного спая. Холодная вода из водопроводной сети, нагретая в бойлере, с помощью циркуляционного насоса контура поения по подающему  и  обратному трубопроводам контура поения животных подается к поилкам.
Холодный контур термоэлектрического модуля с помощью теплоносителя и промежуточного теплообменника по трубопроводам отводит теплоту нагретого воздуха коровника и через теплообменник холодного спая передает ее холодной стороне термоэлектрического модуля, что приводит к повышению выработки тепловой энергии на горячей стороне термоэлектрического модуля и существенной экономии энергии на нагрев воздуха в тепловой завесе и поения животных в коровнике фермы КРС.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена воздушно-тепловая завеса с термоэлектрическим тепловым насосом в коровнике фермы КРС.
Воздушно – тепловая завеса содержит воздухораспределитель 1 , установленный в воротах 20 коровника 2, калорифер (теплообменник горячего контура) 3,  электровентилятор 4, термоэлектрический модуль Пельтье 5, теплообменник горячего спая 6, теплообменник холодного спая 7, циркуляционный насос горячего контура 8,  циркуляционный насос холодного контура 9, подающий трубопровод горячего контура 10, обратный трубопровод горячего контура 11, подающий трубопровод холодного контура 12, теплообменник холодного контура 13, злектровентилятор холодного контура 14, обратный трубопровод  холодного контура 15, промежуточный теплообменник 16, бойлер 17, промежуточный трубопровод 18, циркуляционный насос контура поения 19, подающая труба контура поения 20, обратная труба контура поения 21, поилки 22, блок управления  23, питающая труба 24.
Термоэлектрический тепловой насос, представляет собой термоэлектрическую сборку с расположенными в ней жидкостными теплообменниками холодного 7 и горячего 6 спаев и помещенным между ними термоэлектрическим модулем Пельтье 5, который соединен с блоком управления 23.
Теплообменник горячего спая 6 соединен трубопроводом горячего контура 10 и обратным трубопроводом  горячего контура 11 через циркуляционный насос горячего контура 8 с калорифером 3, образуя замкнутый контур для циркуляции горячего теплоносителя.
Калорифер 3 и  электровентилятор 4, установленные в коровнике, соединены с воздухораспределителем 1, при этом при включении электровентилятора 4, нагретый в калорифере воздух подается в проем ворот 20 образует воздушно – тепловую завесу  в проеме ворот 20 и препятствует проникновению холодного воздуха в помещение коровника.
Работает воздушно-тепловая завеса с термоэлектрическим тепловым насосом в коровнике фермы КРС следующим образом.
При подключении термоэлектрических модулей 5 к блоку управления 23 на горячей стороне модуля  выделяется теплота, которая через теплообменник горячего спая 6 нагревает теплоноситель. С помощью циркуляционного насоса горячего контура 8 по трубопроводу горячего контура 10 теплоноситель подается в калорифер 3 (теплообменник горячего контура), а возвращается по обратному трубопроводу горячего контура 11 в теплообменник горячего спая 6,  образуя замкнутый контур для циркуляции горячего теплоносителя.
Воздух завесы, нагнетаемый электровентилятором 4 нагревается в калорифере 3, а затем направляется в воздухораспределительную сеть воздушно-тепловой завесы 1, создавая и поддерживая микроклимат в коровнике фермы КРС и сохраняя стабильные параметры воздушной среды в помещении коровника при открытых воротах 20.
На холодной стороне термоэлектрического модуля 5 происходит ассимиляция тепла из проходящего сквозь теплообменник холодного контура 13 нагретого вентиляционного воздуха коровника. Для чего, охлажденный в теплообменнике холодного спая  6 теплоноситель с помощью циркуляционного насоса холодного контура 9 по трубопроводу 12 закачивается в теплообменник 13, через который с помощью электровентилятора 14, установленного в вытяжном воздуховоде продувается нагретый теплый воздух коровника.
В процессе теплообмена между воздухом и теплоносителем охлажденный теплоноситель в теплообменнике 13 нагревается и по обратному трубопроводу 15 подается в промежуточный теплообменник 16, установленный внутри бойлера 17, а затем  по обратному промежуточному трубопроводу 18  поступает в теплообменник холодного спая 7.
В бойлере 17 с помощью теплообменника 16 происходит нагрев водопроводной воды, поступающей из водопроводной системы в бойлер по трубопроводу 24 и затем с помощью циркуляционного насоса 19, циркулируя по подающему 20 и  обратному  21 трубопроводам подогретая вода подается к поилкам 22 для поения животных.