СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ КАНАЛОВ И СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКОЙ ПОСТРОЙКЕ И/ИЛИ ВОКРУГ НЕЕ
SYSTEM OF VENTILATION DUCTS AND METHOD TO REDUCE AIR POLLUTION IN LIVESTOCK CONSTRUCTION AND/OR AROUND IT

Данное изобретение относится к системе вентиляционных каналов, обеспечивающей сведение к минимуму загрязнение воздуха в животноводческой постройке по меньшей мере с одним настилом для содержания животных и/или вокруг нее, причем указанная система вентиляционных каналов расположена по меньшей мере частично по меньшей мере под одним указанным настилом и содержит приемное средство, выполненное для приема отходов по меньшей мере с части по меньшей мере одного настила для содержания животных и/или через него.
Как правило, в животноводстве габариты постройки ограничивают возможности для создания новых конструкций стойл. Указанные ограничения обусловлены потребностью в качественной вентиляции и в удалении отходящих газов в стойловых помещениях, удовлетворение которой в крупных стойловых структурах при использовании обычных вентиляционных устройств является сложным и недешевым мероприятием.
С точки зрения состояния здоровья и безопасности животных, а также с практической точки зрения, чтобы животные не лежали и не перемещались в их собственных выделениях, часто требуется использовать реечные полы по меньшей мере в части постройки со стойлами. Под реечными полами расположены каналы, принимающие отходы, падающие через реечный пол. Так как отходы являются, например, жидкой грязью или навозом, то из них будут выделяться отходящие газы, например аммиак, которые являются ядовитыми и вредными для вдыхания. Эти газы будут распространяться в стойловом помещении, при этом они будут представлять опасность для скота и обслуживающего персонала. Кроме того, данные газы будут поступать в окружающую стойло естественную среду, создавая отрицательное и нежелательное воздействие на нее.
В патенте GB 1470793 приведено описание вентиляционного устройства в постройках для скота, посредством которого делается попытка устранить проблемы, связанные с выделением аммиака в стойлах, например для свиней. Данная постройка содержит дренажный канал и удлиненную зону для распределения корма, относительно которой к поголовью скота подается свежий воздух. Она также содержит проходящий вдоль боковой стены постройки удлиненный выпускной канал с регулируемыми отверстиями для приема загрязненного воздуха, который всасывается через данные отверстия. Выпускной канал также сообщается с дренажным каналом в выбранных точках. При этом способе создается принудительное прохождение воздуха от впускных отверстий через площадку для содержания животных к выпускному каналу. Данная конструкция вентиляционного устройства требует весьма интенсивного всасывания в выпускном канале для удаления значительных объемов аммиака, однако, известно, что данная вытяжка в большинстве случаев не достаточно соответствует медико-санитарным правилам и нормам содержания животных и вытяжки из животноводческих построек. Она также значительно ограничивает конструктивные возможности стойл, так как вытяжка расположена вдоль боковых стенок построек. Кроме того, вследствие принудительного движения воздуха выпускные отверстия для воздуха должны находиться в пределах определенного максимального расстояния от вытяжки. Помимо этого, данная конструкция предусматривает только весьма небольшую открытую площадку между дренажными каналами и стойловым помещением, если отходящие газы не распространяются из дренажного канала в область вокруг животных, и, соответственно, вследствие ограничений, накладываемых вентиляционным устройством, в существующей животноводческой постройке не могут использоваться реечные полы.
Вентиляционные устройства, которые накладывают излишние, непрактичные и часто дорогостоящие ограничения на конструкцию построек со стойлами, затрудняют разработку инфраструктуры и работу новых конструкций стойл и, соответственно, препятствуют введению новых идей фермеров в проектирование и концептуальные стратегии, обеспечивающие преимущество с точки зрения условий содержания животных, экономики и защиты окружающей среды.
2
Таким образом, существует необходимость в новом типе вентиляционного устройства, которое может обеспечивать вентиляцию стойловых помещений в широком диапазоне, независимо от их размера и формы, и которое создает возможность для использования реечных полов в стойлах. Соответственно, существующие вентиляционные устройства, используемые в скотоводческом хозяйстве, нуждаются в улучшении или замене для сведения к минимуму выделения CO, энергосбережения и улучшения качества воздуха в стойловом помещении.
В первом аспекте данного изобретения предлагается система вентиляционных каналов упомянутого выше типа, которая обеспечивает использование реечных полов в постройках со стойлами без обычных проблем, связанных с загрязнением отходящими газами среды внутри и снаружи помещения.
Во втором аспекте данного изобретения предлагается система вентиляционных каналов упомянутого выше типа, которая может использоваться в открытых и закрытых постройках со стойлами.
В третьем аспекте данного изобретения предлагается система вентиляционных каналов упомянутого выше типа, управление которой можно обеспечивать на основе многократных измерений качества воздуха и физических условий в любой момент времени в постройке со стойлами и вокруг нее.
В четвертом аспекте данного изобретения предлагается система вентиляционных каналов упомянутого выше типа, управление которой можно обеспечивать на основе многократных измерений качества воздуха, свойств воздуха, окружающих условий и физических условий для сведения к минимуму энергопотребления.
В пятом аспекте данного изобретения предлагается система вентиляционных каналов упомянутого выше типа, управление которой можно обеспечивать на основе многократных измерений качества воздуха, свойств воздуха, окружающих условий и физических условий для значительного улучшения условий содержания скота и работы персонала.
В шестом аспекте данного изобретения предлагается улучшенный способ, обеспечивающий сведение к минимуму загрязнения в животноводческой постройке, например в постройке со стойлами.
2
В седьмом аспекте данного изобретения предлагается улучшенный способ уменьшения загрязнения в животноводческой постройке с меньшим использованием энергии и меньшим выделением CO по сравнению с известными способами.
В восьмом аспекте данного изобретения предлагается улучшенный способ уменьшения загрязнения в животноводческой постройке, причем данный способ можно контролировать в соответствии с внутренними и наружными окружающими условиями.
В девятом аспекте данного изобретения предлагается улучшенный способ уменьшения загрязнения в животноводческой постройке, причем данный способ можно контролировать локально или централизованно.
В десятом аспекте данного изобретения предлагается система вентиляционных каналов и способ уменьшения загрязнения, обеспечивающие улучшенный контроль над распределением выделений животных внутри и снаружи животноводческих построек.
Под используемой в данном изобретении формулировкой «чистый воздух» понимается воздух, который по меньшей мере пригоден для дыхания человека и животных без какой-либо опасности для здоровья или состояния дискомфорта. Формулировка «чистый воздух» также распространяется на воздух, который был обработан с целью обеспечения минимального содержания дополнительных частиц, например пыльцы, пыли и т.д. Кроме того, формулировка «чистый воздух» включает воздух, удовлетворяющий вышеуказанному, но с добавлением примеси. Формулировка «чистый воздух» включает свежий воздух, поступающий из естественной окружающей среды к животноводческой постройке, а также очищенный загрязненный воздух, удовлетворяющий указанным требованиям.
Новые признаки, посредством которых достигаются эти и другие аспекты данного изобретения, заключаются в том, что система вентиляционных каналов обеспечивает градиент давления воздуха по ширине принимающего отходы средства, причем указанный градиент давления воздуха создается за счет перепада давлений между первой длинной стороной и противоположной второй длинной стороной принимающего отходы средства. Указанный градиент давления воздуха создает струю воздуха по ширине принимающего отходы средства. Эта струя воздуха служит в качестве воздушной завесы, препятствующей поступлению отходящих газов из принимающего средства к площадке для содержания животных, с умеренным втягиванием возможных газообразных загрязнений вниз в принимающее средство. Градиент давления воздуха может быть создан простым способом, например, за счет естественно возникающего перепада давления воздуха, который почти всегда присутствует между двумя сторонами строения или соответствующего помещения.
Если принимающее отходы средство в первой длинной стороне имеет по меньшей мере один первый проход и по меньшей мере один второй проход в противолежащей второй длинной стороне, то градиент давления воздуха по ширине принимающего отходы средства и, соответственно, воздушная завеса может быть обеспечена внутри принимающего отходы средства, а не выше или снаружи него. Расположение воздушной завесы внутри принимающего отходы средства способствует сведению к минимуму дальнейшей утечки отходящих газов. При этом градиент давления воздуха будет устанавливаться по меньшей мере от одного первого прохода к по меньшей мере одному второму проходу.
Предпочтительно система вентиляционных каналов может дополнительно содержать первый воздуховод с первым впускным концом и противоположным первым выпускным концом, и по меньшей мере одно первое вентиляционное отверстие для по меньшей мере сообщения посредством газа с по меньшей мере одним первым проходом в принимающем отходы средстве и, опционально, второй воздуховод со вторым впускным концом и вторым выпускным концом, по меньшей мере одно второе вентиляционное отверстие для по меньшей мере сообщения посредством газа с по меньшей мере одним вторым проходом в принимающем отходы средстве. Указанная компоновка служит для улучшения регулирования по меньшей мере одного направления воздушного потока, скорости воздушного потока и/или количества воздуха, проходящего к принимающему отходы средству и от него, соответственно для регулирования воздушной завесы, включая ее эффективность.
Когда первое давление воздуха первого воздушного потока в первом воздуховоде превышает второе давление воздуха второго воздушного потока во втором воздуховоде, а второе давление воздуха меньше внешнего давления или ниже, чем по меньшей мере одно локальное внешнее давление в животноводческой постройке, воздух будет всасываться во второй воздуховод из первого воздуховода и из животноводческой постройки. Первый воздушный поток из первого воздуховода и из участка для содержания животных ко второму воздуховоду создает воздушную завесу, а также способствует вытяжке отходящих газов из участка для содержания животных рядом с принимающим отходы средством. Указанное объединение воздушной завесы и всасывания из участка для содержания животных обеспечивает весьма эффективное удаление отходящих газов из участка содержания животных и, соответственно, обеспечивает высокое качество воздуха, благоприятное как для животных, так и для персонала во всей животноводческой постройке, а также на локальном участке для содержания животных.
Предпочтительно первое давление воздуха превышает давление воздуха в принимающем отходы средстве, то есть воздух выдувается в принимающее отходы средство из первого воздуховода. Заявители неожиданно установили, что впуск воздуха из первого воздуховода в принимающее отходы средство способствует сведению к минимуму концентрации аммиака в животноводческой постройке и вокруг ней больше, чем в животноводческих постройках без предлагаемой системы вентиляционных каналов.
Система вентиляционных каналов может дополнительно содержать первое средство для подачи свежего воздуха к первому воздуховоду и/или для выпуска загрязненного воздуха из первого воздуховода, и/или второе средство для подачи свежего воздуха ко второму воздуховоду и/или для выпуска загрязненного воздуха из второго воздуховода для обеспечения постоянного надежного и/или заданного градиента давления воздуха поперек принимающего отходы средства.
Предпочтительно любое из первого средства или второго средства для подачи свежего воздуха к соответствующему первому воздуховоду и второму воздуховоду и/или для выпуска загрязненного воздуха может быть закачивающим средством, всасывающим средством или продувающим средством, так как эти средства являются недорогими, доступными для приобретения средствами, которые легко заменить в случае выхода из строя, а также регулировать и настраивать для простого регулирования как давления воздуха, так и воздушного потока. Например, первое средство или второе средство может быть крыльчаткой или вентилятором, но возможно использование любого другого подобного средства в пределах правовой охраны данного изобретения.
Любое из первого средства или второго средства может быть расположено в соответствующем первом воздуховоде и втором воздуховоде близко к концу воздуховода или на удалении от него для того, чтобы получать легкий доступ к указанным средствам в случае ремонта или замены. В зависимости от размещения первого средства или второго средства указанные средства могут быть использованы для всасывания или нагнетания воздуха в первом или втором воздуховоде. Изменяя, например, скорость вращения и/или угол крыльчатки, можно таким образом изменять скорость воздушного потока, а также давление воздуха в первом и втором каналах.
Эффективную воздушную завесу можно получить, если скорость воздушного потока по ширине принимающего отходы средства составляет 0,3-0,8 м/с. При этих скоростях воздуха воздушная завеса сводит к минимуму рассеивание отходящих газов на участке для содержания животных. Весьма важным также является значительное сведение к минимуму общего энергопотребления в целом при работе животноводческой постройки, включая работу средств, создающих градиент давления, благодаря эффективности и коэффициенту использования воздушной завесы при указанном предпочтительном диапазоне скорости воздушного потока.
Опционально объем вентиляции через систему вентиляционных каналов может составлять 10%-60% от общего объема вентиляции животноводческой постройки, так как выделение отходящих газов в животноводческую постройку и/или во внешнюю окружающую среду указанной постройки при этом способе может поддерживаться на уровне, который может удовлетворить, например, нормативным положениям, касающимся окружающей среды в животноводческой постройке и снаружи от нее. Известное нежелание проживать близко к выделяющим запах животноводческим постройкам, а также находиться и работать внутри них, исключается, поскольку при вышеуказанном уровне замены и очистки воздуха все неудобства могут быть устранены.
3
3
3
3
Расход движущегося через вентиляционные каналы воздуха, удаляемого через принимающее отходы средство и второй воздуховод, определяется как м воздуха на животное в час. Полный расход движущегося воздуха, удаляемого через все вентиляционные средства, например, посредством второго воздуховода совместно с естественной вентиляцией, определяется как м воздуха на животное в час. К примерным значениям объема вентиляции в коровнике можно отнести общий расход движущегося воздуха, равный 480 м/животное/час, и расход через вентиляционные каналы, равный 100-180 м/животное/час.
Когда расход воздуха через принимающее отходы средство и второй воздуховод составляет 20%-45% от полного объема вентиляции животноводческой постройки, выделение аммиака может быть дополнительно уменьшено, например, почти на 90%, что является достаточным в большинстве случаев не только для удовлетворения требований к окружающей среде, но и для нормативных значений.
Предпочтительной животноводческой постройкой является постройка со стойлами или секция постройки со стойлами, например бокс для свиней или крупного рогатого скота, клетка, птичник или другая подобная постройка, в которой разводят животных или в которой они обитают.
Для того чтобы регулировать качество воздуха, проходящего в первый и второй воздуховоды, а также выходящего из первого и второго воздуховодов, первое впускное отверстии, второе впускное отверстие, первое выпускное отверстие и второе выпускное отверстие могут сообщаться с обрабатывающими воздух средствами.
Например, фильтры грубой очистки, предотвращающие поступление мелких животных, листьев или других подвижных компонентов, и фильтры тонкой очистки для удаления пыльцы, пыли и других типов мелких частиц из поступающего воздуха могут быть установлены в месте всасывания воздуха в первый воздуховод. Когда воздух, загрязненный отходящими газами, выходит из второго воздуховода, химические или механические фильтры или их сочетания могут быть установлены, например, для удаления аммиака и метана, для очищения воздуха от загрязнений перед его поступлением в окружающую среду или центральный воздушный резервуар.
Соответственно, средства обработки воздуха могут быть выбраны из группы, содержащей механические, химические, влажные фильтры и/или средства для кондиционирования воздуха с помощью добавок, или их сочетания. Все подобные типы фильтров могут использоваться для снижения конкретных загрязнений в воздушном потоке или объеме вентиляции до предпочтительной и/или желательной концентрации. Специалист в данной области техники будет отдавать предпочтение наилучшему фильтру или сочетанию фильтров для использования в заданной ситуации или при решении поставленной задачи.
2
2
Предпочтительная добавка к воздуху может быть выбрана из, например, O, HO, дезодорирующих составов, уплотняющих пыль составов, и/или медикаментов для вдыхания животными. Приведенный перечень не является исчерпывающим.
В некоторых ситуациях система вентиляционных каналов предпочтительно может содержать средства для рециркуляции воздуха в первом воздуховоде и/или втором воздуховоде. Предпочтительно циркуляционная система может быть расположена, например, в местах с очень низкой наружной температурой. Если очень холодный воздух будет непрерывно втягиваться через первые воздуховоды под настилами для содержания животных, то он может создавать холодную и неприятную среду для скота на участках его содержания в животноводческой постройке. При рециркуляции воздуха он может подогреваться либо нагревательными средствами, либо за счет температуры в помещении участков для содержания животных и принимающих отходы средствах и таким образом добавляться с обеспечением лучших условий для существования и работы, так как данный воздушный поток не будет охлаждать настилы для содержания животных. Кроме того, например, вторичный воздух локально может обеспечивать снижение энергопотребления, поскольку указанная рециркуляция создает возможность для выключения или просто временного регулирования работы любого из первого средства или второго средства для подачи свежего чистого воздуха или для выпуска загрязненного воздуха.
Цикл повторного использования, например, может обеспечиваться следующим образом: чистый воздух проходит через первый воздуховод по принимающему отходы средству во второй воздуховод. Воздушный поток во втором воздуховоде переносит загрязненный воздух в направлении его длины в обрабатывающее воздух средство, а также через него, для удаления загрязнений с приведением воздуха в состояние, предпочтительно пригодное для дыхания людей и животных без опасности для здоровья или возникновения дискомфортного состояния. После прохождения через фильтрующее средство уже очищенный воздух повторно поступает в первый воздуховод.
Поперечное сечение принимающего отходы канала, первого и/или второго воздуховодов по существу может иметь прямоугольную, овальную круговую форму, или может быть выбрано для удовлетворения конкретных требований или конструктивных особенностей животноводческой постройки и/или конструкций под ней. Сечения указанных каналов могут быть одинаковыми или отличаться в зависимости, например, от объема имеющегося пространства под настилом для содержания животных, размеров и формы указанного пространства, ограничений, обусловленных конструктивными особенностями животноводческой постройки и вентиляционных установок, а также требований, которые должны быть удовлетворены, к соответствующему воздухообмену, норм, которые должны быть удовлетворены, для выпуска воздуха или его повторного использования, при этом соответствующие площади сечения каналов являются площадями, которые обеспечивают наилучший градиент давления и наилучшую воздушную завесу для конкретной конфигурации конструкции животноводческих построек и потребности в вентиляции в любой момент времени в любых животноводческих постройках.
Предпочтительно сечение первого и/или второго воздуховодов может уменьшаться в направлении от первого или второго впускных концов, соответственно, к противоположным первому и второму выпускным концам, или наоборот. При использовании сужающихся воздуховодов можно поддерживать достаточную и эффективную скорость воздушного потока и давление воздуха по всей протяженности первого и/или второго воздуховода, даже при использовании длинных воздуховодов.
При использовании обычных известных воздуховодов, имеющих постоянную по длине площадь сечения, степень свободы при сооружении эффективно вентилируемой животноводческой постройки в некоторых вариантах реализации может быть ограничена, поскольку воздуховоды могут иметь лишь ограниченную протяженность вследствие потери давления воздуха по длине указанных обычных воздуховодов. При использовании конструкции сужающихся воздуховодов можно создавать даже очень длинные воздуховоды и, соответственно, длинные и/или широкие животноводческие постройки, в которых поддерживается высокое качество воздуха по всей площади содержания животных с улучшением условий их содержания и рабочей окружающей среды для персонала.
В частности, сечение первого воздуховода может уменьшаться в направлении от первого впускного конца к первому выпускному концу первого воздуховода, и/или сечение второго воздуховода может уменьшаться в направлении от второго выпускного конца ко второму впускному концу второго воздуховода, чтобы получить максимальное преимущество вышеуказанного поддержания воздушного потока по всей протяженности первого и второго воздуховодов.
При наличии общей стенки у сужающихся первого и второго воздуховода можно получить практичный и компактный узел воздуховодов для использования в системе вентиляционных каналов. Компактный узел воздуховодов легче транспортировать и монтировать, при этом он может использоваться в различных вариантах компоновок животноводческих построек.
По меньшей мере один из первого впускного конца, второго впускного конца, первого выпускного конца, или второго выпускного конца может быть заглушен, например первый выпускной конец первого воздуховода и второе впускное отверстие второго воздуховода могут быть заглушены для обеспечения первого и второго давления воздуха, необходимого в первом и втором воздуховодах для получения и поддержания требуемого градиента давления воздуха поперек принимающего отходы средства. Когда, например, первый выпускной конец первого воздуховода заглушен, то при этом уменьшается мощность, при которой воздух должен быть введен в первый воздуховод, по сравнению со случаем открытого первого выпускного конца. Снижение энергопотребления является предпочтительным с точки зрения защиты окружающей среды и экономической точки зрения, а также оно может способствовать уменьшению проблем, связанных с созданием шума в животноводческих постройках или вокруг них.
Чистый воздух может закачиваться, всасываться или продуваться из резервуара в направлении длины первого воздуховода и/или второго воздуховода с помощью первого средства и/или второго средства подачи свежего воздуха через первое впускное отверстие и/или второе впускное отверстие. Воздух из второго воздуховода (воздуховодов), который уже был очищен, может быть введен в центральный резервуар из места его возможного закачивания, всасывания или продувания в первый воздуховод с созданием тем самым полностью или частично циркуляционной системы. Данный воздух также может быть введен из окружающей среды, в этом случае резервуаром является среда, окружающая животноводческую постройку.
Система вентиляционных каналов может дополнительно содержать регулирующие средства, расположенные в первом воздуховоде, втором воздуховоде и/или принимающем отходы средстве, или в стороне от них. Указанные регулирующие средства могут использоваться для регулирования, например, воздушного потока в животноводческой постройке и/или в воздуховоде, и/или принимающем отходы средстве, чтобы получить по возможности наилучшую вентиляцию, минимальное загрязнение площади для содержания животных, и/или окружающей среды с одновременной возможностью регулировать энергопотребление данного устройства.
2
Предпочтительно предлагаемая система вентиляционных каналов работает совместно с общей вентиляцией животноводческой постройки. Таким образом, вентиляцию в животноводческой постройке можно легко получить по меньшей мере частично посредством указанной системы вентиляционных каналов и частично посредством имеющегося обычного вентиляционного устройства. Например, часть воздуха с большей долей отходящих газов может быть удалена через принимающее отходы средство и второй воздуховод, а часть воздуха может быть заменена, например, посредством естественной вентиляции, часто используемой в стойлах коровника. Средства для вентиляции посредством принимающего отходы средства и второго воздуховода, а также средства для регулирования естественной вентиляции могут работать согласовано для обеспечения, по возможности, наилучшей вентиляции и энергосбережения и, соответственно, для сведения к минимуму энергопотребления и, например, выделения CO.
Регулирующие средства могут быть выбраны из группы, содержащей, вентиляторы, крыльчатки, задвижки, вентили, нагреватели, охладители, увлажнители и влагопоглотители, которые выбираются в зависимости от местоположения и конкретного использования.
Система вентиляционных каналов может дополнительно содержать средства обнаружения, расположенные в первом воздуховоде, втором воздуховоде и/или принимающем отходы средстве, или в стороне от них. Указанные средства обнаружения могут использоваться для постоянного текущего контроля качества воздуха и физических условий во множественных секциях животноводческой постройки, а также ближайшей окружающей среды. Полученные таким образом данные измерений могут использоваться в качестве входных данных для управления, например, регулирующими средствами с целью обеспечения по возможности наилучшей вентиляции и по возможности максимального уменьшения отходящих газов в животноводческой постройке и вокруг нее.
Если по меньшей мере некоторые средства обнаружения расположены снаружи животноводческой постройки, то существует возможность постоянного или периодического текущего контроля качества наружного воздуха для обеспечения предполагаемого функционирования системы вентиляционных каналов. Наружные средства обнаружения также могут обеспечивать данные о погодных условиях, подходящих для работы системы вентиляционных каналов, таких как скорость ветра или температура, состояние, рабочая скорость насосов, крыльчаток, вентилей и т.д., регулирующих воздушный поток, так что вентиляция в животноводческой постройке, воздуховодах и/или принимающем отходы средстве может быть соответственно отрегулирована.
Средства обнаружения, например, могут быть выбраны из группы, содержащей датчики температуры, влажности, анемометры, датчики света, противопожарные датчики или датчики газа, так как все из них могут обеспечивать данные, которые важно знать, но часто трудно получить.
Регулирование воздушного потока, давления воздуха и/или качества воздуха в первом и/или втором воздуховоде может обеспечиваться посредством по меньшей мере регулирующих средств, средств для закачивания, всасывания или продувания и/или обрабатывающих воздух средств, например, для регулирования градиента давления воздуха по ширине принимающего отходы средств. Большая часть средств для закачивания, всасывания или продувания может быть установлена для оптимизации работы в различных местах в данном устройстве, так чтобы при необходимости можно было улучшить воздействие закачивания, всасывания или продувания на выбранных участках. Подключение и отключение данных средств может обеспечиваться с помощью централизованного управления вручную или автоматически. Возможность регулировать не только воздушный поток в животноводческой постройке или конкретных участках для содержания животных, но также воздушные потоки в первом и втором воздуховодах с помощью различных средств, является предпочтительной, так как она обеспечивает возможность управлять регулированием воздушных потоков для эффективного устранения различных и колеблющихся уровней отходящих газов с одновременной оптимизацией энергопотребления посредством различных вариантов регулирования.
Загрязненный воздух, вытягиваемый через принимающий отходы канал и второй воздуховод, может быть частью общего объема воздуха в животноводческой постройке, что обеспечивает возможность выбора для выпуска или введения части воздуха у других точек помещения постройки, например под крышей, или в участках с особенно загрязненным воздухом.
Вентиляция может обеспечиваться непрерывно, в заданные промежутки времени или в заданное время, опционально в определенные пользователем промежутки времени. Это означает, что вентиляцию можно обеспечивать по необходимости. Например, вентиляция может быть отключена в периоды отсутствия животных, а также может быть усилена в периоды повышенной потребности, например, если в животноводческой постройке очень жарко или имеется сильное загрязнение, или если это необходимо по какой-либо другой причине. Если для удовлетворения подобных потребностей можно регулировать вентиляцию, то имеется возможность для экономии ресурсов, что в противном случае влечет за собой нагрузку на фермера с экономической точки зрения, а также возникновение проблемы, связанной с защитой окружающей среды
В предпочтительном варианте выполнения средства обнаружения регулирующие средства, средства для закачивания, всасывания, продувания и/или обработки воздуха могут быть присоединены к центральному блоку обработки данных, обеспечивающему возможность проведения текущего контроля и/или регулирования различных частей системы вентиляционных каналов и/или животноводческой постройки из одного местоположения. Центральный блок обработки данных может обеспечивать быстрый контроль текущего рабочего состояния для персонала, работающего в животноводческой постройке, и таким образом экономить время, обычно затрачиваемое на выполняемый вручную контроль работы обычных вентиляционных устройств. Кроме того, центральный блок обработки данных обеспечивает сведение к минимуму опасности возникновения незамеченных повреждений, которые могут быть пагубными для поголовья скота в животноводческой постройке или для окружающей среды.
Центральный блок обработки данных предпочтительно может содержать
средства для записи измерений, полученных от средств обнаружения,
средства для вычисления оптимальных рабочих параметров регулирующих средств, средств для закачивания, всасывания, продувания и/или обработки на основе указанных измерений для обеспечения требуемого режима работы,
средства для обеспечения регулирования регулирующих средств, обрабатывающих средств и/или средств для закачивания, всасывания, продувания, и/или
средства для передачи данных об измерениях от метеостанции и/или средств обнаружения, а также данных о работе регулирующих средств, обрабатывающих средств и/или средств для закачивания, всасывания, продувания к одному или более локальным блокам обработки данных.
2
Подобный центральный блок обработки данных обеспечивает возможность поддержания по желанию и, соответственно, в любое заданное время постоянного высокого уровня регулирования физических факторов, например температуры, уровней содержания отходящих газов, уровней содержания CO внутри и снаружи животноводческой постройки. Также имеется возможность регулирования автоматически или вручную любых средств, необходимых для поддержания температуры, качества воздуха и т.д. в пределах требуемых уровней и промежутков времени. Вся или выбранная информация об измерениях может быть передана к одному или более локальным блокам обработки данных для того, чтобы, например, предупредить персонал о слишком высоком уровне загрязнения в выпускаемом воздухе, или слишком низкой температуре в стойловой секции, например, с поросятами. Предупрежденный персонал может предпринять действия либо, например, по фактической замене фильтра или нагревательной лампы, либо по выбору новых уставок, например, для воздушного потока во втором воздуховоде, чтобы поднять градиент давления воздуха в принимающем отходы средстве, и передаче новых уставок к центральному блоку обработки данных через локальный блок обработки данных для регулирования центральным блоком обработки данных соответствующих средств по мере необходимости. Данная информация, переданная конкретному лицу, может быть представлена в виде любого заданного языка описания и может, например, содержать различные данные типа опасности, местоположения, необходимых запасных деталей для ремонта и т.д.
Центральный блок обработки данных может дополнительно взаимодействовать по меньшей мере с одним из указанных средств с целью обеспечения, например, света, пищи, воды и тому подобного в животноводческой постройке, для возможности управления и текущего контроля большего количества функций, представляющих интерес с точки зрения поддержания здоровья животных, из центрального банка обработки данных.
Животноводческие постройки, в которых может использоваться предлагаемая система вентиляционных каналов, содержат, но без ограничения этим, животноводческие постройки, предназначенные для животноводства, в частности, для крупного рогатого скота, свиней, овец и/или домашней птицы, но, кроме того, в объеме правовой охраны данного изобретения предусматривается пушное звероводство. Предпочтительно по меньшей мере одно из обрабатывающих средство является общим по меньшей мере для двух систем вентиляционных каналов, например, если некоторые или всех вторые воздуховоды проводят загрязненный воздух от принимающих отходы каналов к общей системе фильтрации. Преимущество подобной общей системы фильтрации заключается, например, в том, что персонал в животноводческой постройке должен осматривать и обслуживать меньшее количество фильтров, соответственно при этом уменьшаются расходы и опасность выхода из строя фильтров.
В фактической системе вентиляционных каналов или во впускных и/или выпускных отверстиях системы вентиляционных каналов может быть установлено требуемое количество обрабатывающих воздух элементов. Таким образом, обрабатывающие воздух средства могут быть расположены в наиболее предпочтительных местах.
В другом варианте выполнения принимающее отходы средство и/или первый воздуховод и/или второй воздуховод могут сообщаться посредством текучей среды через трубы между первым и/или вторым проходами для воздуха и/или первым и вторым отверстиями для воздуха так, что сообщение между принимающими отходы каналами и первым и/или вторым воздуховодами не зависит от расстояния между ними. В данном варианте выполнения обеспечивается возможность изменения конструкции принимающего отходы средства, первого и второго воздуховодов и первого и/или второго проходов для воздуха и/или первого и второго отверстий для воздуха и, соответственно, предоставляется свобода и гибкость при проектировании, конструировании и создании идеальной секции для содержания животных при заданной потребности и поставленной задаче.
Данная система вентиляционных каналов является идеальной для использования при содержании разнообразных животных. Животноводческая постройка может быть постройкой со стойлами, или секцией постройки со стойлами. Современные стойла часто разделены на секции с различным назначением, при этом предлагаемая система вентиляционных каналов может быть выполнена по техническим условиям заказчика для удовлетворения потребностей в различных секциях со стойлами или общих построек со стойлами. Описание как обычных построек, так и новой постройки со стойлами приведено ниже, а также в международной заявке данного заявителя РСТ/IB2009/055315.
Постройка со стойлами может быть предназначена для животноводческого хозяйства, примеры которого приведены выше. Несмотря на то, что для этих типов животных требуются самые различные постройки со стойлами, предлагаемая система вентиляционных каналов может быть выполнена с конфигурацией, удовлетворяющей самые различные потребности, например, молочной фермы и фермы для разведения норок.
Данное изобретение дополнительно относится к способу уменьшения загрязнения воздуха в животноводческой постройке по меньшей мере с одним настилом для содержания животных и/или вокруг нее.
Данный способ включает этапы:
обеспечения наличия вышеописанной системы вентиляционных каналов;
создания второго воздушного потока и второго давления воздуха во втором воздуховоде посредством по меньшей мере некоторых из закачивающих средств, всасывающих средств, средств продувания и/или регулирующих средств;
создания воздушного потока поперек принимающего отходы средства посредством доведения указанного второго давления воздуха до давления, меньшего, чем первое давление воздуха в первом воздуховоде, и по меньшей мере одно локальное окружающее давление на участке для содержания животных.
Управление воздушным потоком, создающим воздушную завесу поперек принимающего отходы средства, в значительной степени может обеспечиваться регулированием данного воздушного потока, скорости воздуха и давления воздуха во втором воздухопроводе. Если второе давление во втором воздуховоде значительно меньше первого давления в первом воздуховоде и окружающего давления на участке для содержания животных выше настила, расположенного близко к принимающему отходы средству, то, соответственно, достигается высокоскоростной воздушный поток по ширине, и предпочтительно по всей длине, принимающего отходы средства. Если перепад давлений между вторым воздуховодом и первым воздуховодом, а также окружающим давлением не такой большой, то скорость воздушного потока будет меньше, чем в вышеуказанном случае. При регулировании, например, скорости воздушного потока или при регулировании объема воздуха в воздушном потоке регулирование количества отходящего газа, удаляемого из принимающего отходы средства, а также из смежного участка для содержания животных обеспечивается весьма простым способом.
Кроме того, имеется возможность создания соответствующего первого воздушного потока и первого давления воздуха в первом воздуховоде посредством по меньшей мере некоторых из закачивающих средств, всасывающих средств, средств продувания и/или регулирующих средств. При регулировании первого воздушного потока и первого давления воздуха в первом воздуховоде вместо зависимости от спонтанного имеющегося в любое время воздушного потока обеспечивается больший контроль параметров воздушной завесы, таких как скорость, объем и т.д., и, соответственно, обеспечивается улучшенный контроль удаления отходящих газов из принимающего отходы средства и смежного участка для содержания животных. Улучшенное регулирование отходящих газов является весьма благоприятным для окружающей среды внутри и снаружи животноводческой постройки.
Данный способ дополнительно включает измерение по меньшей мере одного из параметров, выбранных из группы, состоящей из температур, давлений воздуха, концентраций газа, локальных температур, давлений газа у одного или более местоположений, и регулирование работы регулирующих средств, обрабатывающих воздух средств, закачивающих средств, всасывающих средств и/или средств для продувания на основании указанных измерений и/или заданных диапазонов по меньшей мере окружающих температур, давлений воздуха, концентраций газа, локальных температур, давлений воздуха, концентраций газа снаружи и/или внутри животноводческой постройки.
Имеется возможность получить подробные сведения об условиях на любом соответствующем участке и вокруг него в животноводческой постройке и воздействовать, соответственно посредством регулирования любого из регулирующих средств, обрабатывающих воздух средств, закачивающих средств, всасывающих средств и/или средств для продувания. Подробные сведения и множество возможностей для регулирования средств в отношении животноводческой постройки и системы вентиляционных каналов обеспечивает непревзойденную возможность для постоянного создания оптимальных условий для животных и людей на любом участке для содержания животных внутри животноводческой постройки, а также для сведения к минимуму негативных воздействий на окружающую среду.
Снаружи животноводческой постройки может быть установлена метеостанция, обеспечивающая измерение по меньшей мере одного из следующих показателей: наружной температуры, скорости ветра и направления ветра. Регулирование работы любого из регулирующих средств, обрабатывающих воздух средств, закачивающих средств, всасывающих средств и/или средств для продувания может по меньшей мере частично обеспечиваться на основании измерений метеостанции. Подробные сведения об условиях снаружи, например скорость ветра, направление ветра и температура, могут обеспечивать информацию, важную для доведения до максимума воздействия системы вентиляционных каналов и окружающей среды внутри и снаружи помещения с одновременным сведением к минимуму энергопотребления для управления различными средствами, необходимыми для работы животноводческой постройки.
Регулирования могут выполняться вручную или автоматически в зависимости от того, что лучше всего подходит для конкретных животноводческих построек в различных условиях и обстоятельствах. Кроме того, имеется возможность для обеспечения автоматического регулирования в некоторых случаях и ручного регулирования в других случаях, с освобождением времени для персонала для концентрации на наиболее важных или исключительных регулировках, тогда как, например, тривиальные и/или постоянные регулировки могут выполняться автоматически.
Дистанционное регулирование первого воздушного потока и первого давления воздуха, и/или второго воздушного потока и второго давления воздуха, и/или регулирующих средств с помощью центрального управляющего блока обеспечивает преимущество, которое заключается в возможности контролировать все или некоторые из регулировок из центрального банка обработки данных и обеспечивать возможность использования животноводческой постройки с высокой эффективностью. Центральный управляющий блок осуществляет текущий контроль всех возможных рабочих компонентов и условий и обеспечивает персоналу возможность иметь в реальном масштабе времени общее представление о них со сведением тем самым к минимуму опасности незамеченных отказов.
Если метеостанция, регулирующие средства, средства обработки воздуха, закачивающие средства, всасывающие средства и/или средства для продувания присоединены к центральному блоку обработки данных для обработки указанных параметров и обмена данными между указанной метеостанцией, регулирующими средствами, обрабатывающими воздух средствами и/или закачивающими средствами, всасывающими средствами или средствами для продувания, то указанный центральный блок обработки данных может обеспечивать текущий контроль физических условий в различных местах животноводческой постройки или вокруг нее и может способствовать регулированию, соответственно, регулирующих средств, обрабатывающих воздух средств, и/или закачивающих средств, всасывающих средств или средств для продувания и согласовывать работу животноводческой постройки.
В предпочтительном варианте выполнения данного изобретения центральный блок обработки данных является компьютером, выполняющим этапы:
записи измерений, полученных от метеостанции и/или средств обнаружения;
проведения вычислений для определения обновленного рабочего режима регулирующих средств, закачивающих средств, всасывающих средств или средств для продувания, и/или обрабатывающих воздух средств на основе указанных измерений;
поддержания данного рабочего режима, и
передачи информации об обновленном режиме работы от любого из регулирующих средств, закачивающих средств, всасывающих средств, или средств для продувания, и/или обрабатывающих воздух средств, и, опционально, данных об измерениях от метеостанции, и/или средств обнаружения, а также о работе регулирующих средств, обрабатывающих воздух средств и/или закачивающих средств, всасывающих средств или средств для продувания, одному или более локальным блокам обработки данных.
Предпочтительно могут быть получены подробные сведения о физических условиях, таких как температура, качество воздуха, работа множества отдельных средств, воздействующих на окружающую среду в животноводческой постройке. На основании указанных сведений центральный блок обработки данных может обеспечивать вычисление и корректирование рабочего режима отдельных средств для обеспечения заданных оптимальных условий в любой части внутри животноводческой постройки. При передаче данных о физических условиях и работе различных средств локальным блокам обработки данных персонал может постоянно получать информацию о состоянии животноводческой постройки и системы вентиляционных каналов, а также имеет возможность дистанционного управления работой или ее регулирования с помощью локального блока обработки данных.
Предпочтительно объем вентиляционного воздуха, проходящий через систему вентиляционных каналов, составляет 10%-60% от полного объема постройки со стойлами, и предпочтительнее 25%-45%. Указанные диапазоны обеспечивают значительное снижение уровней отходящих газов на важных участках животноводческой постройки и/или вокруг нее. Возможность выполнять работу в пределах диапазона вместо конкретного значения создает возможность для работы системы вентиляционных каналов в любое время при оптимальном уровне энергии с одновременным обеспечением удаления отходящих газов.
Пользователь может взаимодействовать с центральным блоком обработки данных через локальный блок обработки данных и, соответственно, может обеспечивать дистанционное управление работой, например регулирующих средств, обрабатывающих воздух средств, закачивающих средств, всасывающих средств и/или средств для продувания для быстрого реагирования на критические ситуации или просто, например, для выключения света на участке содержания животных, при необходимости. Локальный блок может быть карманным персональным компьютером (КПК), мобильным телефоном, и/или портативным компьютером, или другим типом устройства, которое обеспечивает пользователю возможность приема и/или передачи данных от центрального блока или к нему. Предпочтительно локальный блок обработки данных является стандартным блоком, так как это позволяет снизить расходы, поскольку не требуются специальные компоненты.
Более конкретно, данный способ является идеальным для удаления аммиака, содержащегося в окружающем воздухе животноводческой постройки выше настила для содержания животных. Аммиак является токсичным веществом, поэтому возможность регулировать уровни аммиака внутри и снаружи животноводческой постройки является важной. Способность одновременно свести к минимуму энергопотребление для насосов, электрической шторы, нагревательных средств, охлаждающих средств и т.д., которую обеспечивает предлагаемый способ, благодаря системе вентиляционных каналов и регулированию подобного вентиляционного устройства, является даже более желательной в отношении как окружающей среды, выбросов, так и с экономической точки зрения.
Данная система вентиляционных каналов, предпочтительно, может использоваться в животноводческой постройке, в которой расстояние общей транспортировки животных, измеренное за цикл развития от рождения до смерти и/или от осеменения до осеменения, оптимизировано так, чтобы оно было самым коротким, так как эффективность и производительность системы вентиляционных каналов предусматривает ее использование в широком диапазоне построек со стойлами без обычных ограничений на ширину и длину и использование реечных полов.
Предпочтительно животноводческая постройка является постройкой со стойлами. Настил для содержания животных может быть полностью или частично реечным полом, а при использовании предлагаемых системы вентиляционных каналов и способа может обеспечивать идеальные микроклимат помещений и качество воздуха, как для животных, так и для людей. В этом заключается отличие от обычных вентиляционных устройств, которые неспособны обеспечить достаточное удаление отходящих газов при использовании реечных полов, как будет более понятно из последующих примеров и чертежей, где иллюстративные животноводческие постройки являются стойлами для крупного рогатого скота или птичником. Несмотря на то, что на чертежах показаны суженные вентиляционные каналы, предусматривается использование любой площади сечения в пределах объема правовой охраны данного изобретения. Таким образом, данные чертежи приведены исключительно для иллюстрации универсальности данного изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение.
Фиг.1 схематически показывает на виде сверху детали системы вентиляционных каналов в постройке для крупного рогатого скота с реечным полом, на котором лежат или по которому перемещаются коровы,
фиг.2 представляет вид в разрезе по линии II-II, показанной на фиг.1,
фиг.3 схематически показывает вид в разрезе через систему вентиляционных каналов в части птичника,
фиг.4 схематически показывает систему вентиляционных каналов в большом стойле для крупного рогатого скота с множеством средств обнаружения, регулирующих средств, средств для закачивания, всасывания или продувания воздуха и обрабатывающих воздух средств, присоединенных к центральному блоку обработки данных,
фиг.5 показывает вид снаружи фермерской постройки в аксонометрии,
фиг.6 представляет собой частичный вид разреза по линии VI-VI, показанной на фиг.5, центральной части постройки со стойлами,
фиг.7 показывает коммуникационные связи между рабочими средствами системы вентиляционных каналов, центральным блоком обработки данных и находящимся на удалении пользователем,
фиг.8 показывает блок-схему иллюстративных каналов для передачи регулирующих команд,
фиг.9 показывает блок-схему реакции на сигнал тревоги, полученный от одного из средств обнаружения,
фиг.10a-b схематически показывают различие между обычным использованием центрального компьютера и способом по данному изобретению,
фиг.11a-c показывают сравнительные испытания системы вентиляционных каналов в коровнике при наружной скорости ветра 1 м/с, и
фиг.12a-c показывают сравнительные испытания системы вентиляционных каналов в коровнике при наружной скорости ветра 5 м/с.
Фиг.1 показывает систему 1 вентиляционных каналов с двумя принимающими отходы средствами 2, а именно принимающими отходы каналами 2 в виде выгребных ямы 2 с суспензией. Принимающие отходы каналы 2 расположены под поверхностью 3 для содержания животных и непосредственно под реечными настилами для содержания животных, решетчатыми настилами 4. Постройка со стойлами вмещает ряды 5а, 5b и 5с коров 6. На противоположных длинных сторонах 11, 12 принимающего отходы канала 2 расположены сужающийся первый воздуховод 7 и сужающийся второй воздуховод 8. Первый 7 и второй воздуховоды 8 выполнены сужающимися в качестве примера, однако следует понимать, что также можно использовать другие сечения, а также направление, в котором воздухопроводы сужаются, может изменяться в зависимости от расположения впускного отверстия для воздуха и/или выпускного отверстия для воздуха вместе с обрабатывающими воздух средствами.
Фиг.2 представляет собой вид системы 1 вентиляционных каналов в разрезе, взятом по линии II-II, показанной на фиг.1. Принимающее отходы средство 2 представляет собой по существу продольный канал или приемник U-образной формы с дном 9 и первой длинной стороной 10, противоположной второй длинной стороне 11. Первая длинная сторона 10 имеет ряд первых отверстий 12, расположенных около решетчатого настила 4 и отнесенных от дна 9. Принимающие отходы каналы 2 расположены между первым сужающимся воздуховодом 7, расположенным на первой длинной стороне 10 канала 2, и вторым сужающимся воздуховодом 8, расположенным на противоположной второй длинной стороне 11 канала 2, при этом они сообщаются посредством текучей среды с указанным каналом 2. Первый воздуховод 7 и второй воздуховод 8 сужаются в данном иллюстративном варианте выполнения вентиляционной системы 1 в одном направлении и обеспечивают воздушную завесу, как указано белыми стрелками А, и градиент давления воздуха поперек принимающих отходы каналов 2. Первый воздуховод 7 имеет ряд первых проходов 14 для воздуха, сообщающихся посредством текучей среды с каналом 2 через первые отверстия 12. Подобным же образом второй воздуховод 8 имеет ряд вторых проходов 15 для воздуха, сообщающихся посредством текучей среды с каналом 2 через вторые отверстия 13.
Средство для продувания или всасывания (не показано) создает воздушную струю в направлении длины как первого 7, так и второго воздуховода 8, как показано стрелками S1 и S2 на фиг.1. В первом воздуховоде 7 создается давление несколько выше атмосферного, так что воздух продувается от первого воздуховода 7 через первые проходы 14 и первые отверстия 12 к принимающему отходы каналу 2. Одновременно во втором воздуховоде 8 создается давление ниже атмосферного, так что воздух всасывается из принимающего отходы канала 2 ко второму воздуховоду 8 через вторые отверстия 13 и вторые проходы 15 с обеспечением тем самым воздушной завесы А посредством воздушной струи 16, создаваемой за счет градиента давления по ширине принимающего отходы средства 2. Указанная воздушная завеса А препятствует диффузии газов из отходов 17, например аммиака, в стойловое помещение 18 выше реечного настила 4. Кроме того, достаточно низкое давление воздуха во втором воздуховоде 8 обеспечивает проведение второй воздушной струи 19 из стойлового помещения 18 через реечный настил 4 в канал 2 и во второй воздуховод 8, как показано черными стрелками В.
При таком решении вторая воздушная струя 19 также обеспечивает выведение газов из отходов 20, которые не прошли через рейки, но находятся около реечного настила 4, через принимающий отходы канал 2 во второй воздуховод 8. Использование предлагаемой в данном документе компоновке канала 2 и воздуховодов 7, 8 обеспечивает систему 1 вентиляционных каналов, которая удерживает отходящие газы с локализацией в каналах 2, а также обеспечивает быстрое отведение газов из отходов 17, 20 в каналы 2 и около них без распространения потенциально опасных газов в стойловое помещение 18, или в окружающую среду 21. Коровы 6 размещаются на площадках 23 для сна и проходят мимо реечного настила 4, чтобы попасть к участку 22 для кормления.
Фиг.3 показывает второй вариант выполнения системы 24 вентиляционных каналов по данному изобретению, содержащего два принимающих отходы средства 2', расположенных одно над другим. В показанном примере постройка 25 со стойлами содержит ряды 26 клеток 27, расположенные один над другим, с цыплятами 28. Данная система 24 вентиляционных каналов по существу соответствует первому варианту выполнения принимающего отходы средства 2, показанному на фиг.1 и 2, при этом для одинаковых деталей используются те же самые ссылочные позиции. Второй вариант выполнения вентиляционной системы 24 отличается тем, что вентиляционные каналы 7, 8 имеют прямоугольное сечение, но при этом они подобным образом создают воздушную завесу А' поперек принимающих отходы средств для удаления газообразного вещества через второй воздуховод 8. Клетки 27 снабжены проходом 29 для устранения отходов и скребком 30 для очистки поверхности 31 для содержания животных вместо реечного настила. Указанный очищающий механизм работает посредством скребка 30, который с регулярными интервалами времени обеспечивает скобление поверхности 31 для выталкивания отходов 32 через эвакуационный проход 29 в принимающий отходы канал 2, как показано стрелкой W.
Фиг.4 показывает постройку 33 с большим стойлом для крупного рогатого скота 6. Постройка 33 со стойлами содержит систему 34 вентиляционных каналов, состоящую из четырех принимающих отходы средств 2. Постройка 33 содержит ряд регулирующих средств, включая заслонки 35 в посадочных вентиляционных проходах 36, опционально выполненные с фильтрующими средствами, в наружных стенках 37, крыльчатками 38 и нагревателями/охладителями 39. Первые воздуховоды 7 соединены первыми концами с помощью первого центрального канала 40, через который всасывается или продувается воздух с использованием крыльчаток 41. Данный воздух забирается из окружающей среды 21 через первые обрабатывающие воздух средства 42а, 42b, в представленном примере это решетка 42а для грубой очистки и фильтр 42b. Первые обрабатывающие воздух средства 42а, 42b обеспечивают заданное качество воздуха, например листья или небольшие животные не могут пройти в систему 34 вентиляционных каналов, или же при использовании более прогрессивных фильтров или устройств, добавляющих присадки к поступающему воздуху, устраняются бактерии и вирусы, содержащиеся в воздухе, проходящем к первым воздуховодам 7. Аналогично, вторые воздуховоды 8 присоединены вторыми концами ко второму центральному каналу 43. Крыльчатки 44 обеспечивают всасывание или продувание воздуха для обеспечения заданного воздушного потока и давления воздуха во вторых воздуховодах 8. Загрязненный воздух во вторых воздуховодах 8 выводится через второй центральный канал 43 с помощью крыльчаток 44. Из второго центрального воздуховода загрязненный воздух проводится через вторые обрабатывающие воздух средства 45а, 45b, 45с, в представленном примере это резервуар 45а для осаждения, например аммиака, угольный фильтр 45b и последний химический фильтр 45с тонкой очистки. Второе обрабатывающее воздух средство 45 обеспечивает конкретное заданное качество воздуха, выделяемого из постройки со стойлами, и создает возможность для удовлетворения, например, местных или национальных норм по защите окружающей среды. Постройка 33 и система 34 также содержат ряд средств обнаружения, например датчики температуры 46, газа 47 датчик 48 влажности, установленные в постройке 33. Снаружи расположена метеостанция 49, обеспечивающая измерение температуры, скорости ветра и направления ветра.
2
Постройка 33 со стойлами и система 34 вентиляционных каналов взаимосвязаны с центральным блоком 50 обработки данных, который принимает данные по меньшей мере от некоторых из средств 46, 47, 48, 49 обнаружения и может регулировать работу по меньшей мере некоторых из регулирующих средств 35, 36, 38, 39. Управление данным регулированием может, при необходимости, выполняться автоматически центральным блоком 50 обработки данных на основании значений температуры, уровней CO, влажности и т.д., полученных на заданных интервалах времени, или центральный блок обработки данных может предоставлять информацию оператору посредством передачи сигнала, например, локальному блоку 51 обработки данных, например, КПК или мобильному телефону. Оператор может либо выполнять регулирование, например, рассеянного света в одной или более секциях постройки 33 вручную, или он может выполнять регулирование посредством передачи команд регулирующим средствам 35, 36, 38, 39 от локального блока 51 обработки данных через центральный блок 50 обработки данных.
Центральный блок 50 обработки данных может дополнительно регулировать системы для подачи корма и воды к животным 6, отслеживать подачу исходного сырья и его качество, регулировать свет в одной или более секций постройки 33, отслеживать противопожарные датчики и датчики дыма.
Фиг.5 показывает иллюстративную животноводческую постройку 52, то есть свиноферму. Постройка 52 сдержит шесть секций: первую секцию 53, вторую секцию 54, третью секцию 55 и четвертую секцию 56, центральную секцию 57 башенного типа и секцию исходного сырья. Каждая секция является секцией для содержания животных, которая может быть разделена на более мелкие отделения, участки для содержания животных. Постройка 52 выполнена с секциями большой глубины и ширины, множеством окон 59 с двух сторон и крышей 60. Такая конструкция обеспечивает возможность создания весьма предпочтительного с точки зрения логистики плана животноводческой постройки 52, а также обеспечения оптимального микроклимата помещения для животных и персонала благодаря воздушным завесам, создаваемым потоком, проходящим через первый и второй воздуховоды 7, 8 поперек принимающих отходы средств 2. Качество воздуха в помещении и общий микроклимат, а также внешняя среда 21 значительно улучшаются за счет системы 1 вентиляционных каналов по данному изобретению.
Фиг.6 представляет собой частичный вид разреза по линии VI-VI, показанной на фиг.5, центральной части животноводческой постройки 52. Указанная центральная часть содержит часть первой секции 53 и третьей секции 55, окружающих центральную башнеобразную секцию 57. Каждая из секций 53, 55 содержит вторые воздуховоды 8 со вторыми проходами 15 для воздуха и воздушного потока 16. Каждый второй воздуховод 8 проходит к общему фильтрующему участку 61, расположенному в выпускающем газ конце центральной башнеобразной секции 57. Фильтрационный участок 61 содержит различные фильтрующие средства, обеспечивающие удаления загрязнений из загрязненного воздуха перед его выведением в окружающую среду через вентиляционное выпускное отверстие 62 с использованием крыльчатки 63. Участок 61 отделен от пешеходного участка 64 воздухонепроницаемой горизонтальной поверхностью 65.
Фиг.7 показывает коммуникационные связи между рабочими средствами системы вентиляционных каналов, центральным блоком 50 обработки данных, средствами 46, 47, 48, 49 обнаружения, регулирующими средствами 35, 36, 38, 39, средствами для закачивания, продувания или всасывания, обрабатывающими воздух средствами 42а, 42b, 45a, 45b, 45с и локальными блоками обработки данных 51, управление которыми может выполнять оператор. Центральный блок 50 обработки данных получает данные измерений температуры, давления воздуха, концентраций газов и общего качества воздуха, влажности и скорости и направления ветра в различных местоположениях внутри и снаружи животноводческой постройки 1, 25, 33. Полученные данные измерений записываются, при этом они также могут быть сохранены для проведения сравнения с заданными значениями в каждом местоположении. На основании полученных данных измерений центральный блок обеспечивает регулирование работы регулирующих средств, то есть вентиляторов, крыльчаток, задвижек, вентилей, нагревателей, охладителей, увлажнителей, влагопоглотителей, и т.д., а также работы обрабатывающих воздух средств и средств для закачивания, всасывания или продувания воздуха. Информация о данных измерений и о работе регулирующих средств, обрабатывающих воздух средств и средств для закачивания, всасывания или продувания воздуха может быть передана локальным блокам 51 обработки данных, где оператор может оценить состояние всей животноводческой постройки и системы воздуховодов. При необходимости оператор может получить доступ к центральному блоку 50 от локального блока 51, например от ПК или КПК, и подать конкретные команды, например, для включения света в частях животноводческой постройки в ночное время, увеличения вентиляции или прекращения локального нагрева в свободных от животных в данный момент участках и т.д. Этот перечень типа и количества информации, передаваемой между центральным блоком обработки данных и пользователем посредством локального блока обработки данных, не является исчерпывающим. Кроме того, центральный блок обработки данных может регулировать подачу корма и воды для скота, отслеживать ресурсы различных типов и т.д. Этот перечень также не является исчерпывающим.
Фиг.8 показывает блок-схему иллюстративных каналов передачи команд для регулирования воздушного потока в первом и втором воздуховодах 7, 8 с помощью средств для всасывания, закачивания или продувания воздуха, а также воздушных потоков в животноводческой постройке с помощью, например, регуляторов тяги 35 в крыше и вентиляционных отверстиях 36 в наружных стенках 37, как показано, например, на фиг.4. Указанное регулирование в данном примере выполняется на основании данных, полученных от средств обнаружения, расположенных снаружи животноводческой постройки, а именно от метеостанции 49, и средств обнаружения, находящихся внутри данной постройки, термометров 46. Центральный блок 50 обработки данных принимает обновленные данные непрерывно или через заданные интервалы времени от средств 49 обнаружения, расположенных снаружи постройки. Поскольку состояние ветра снаружи может оказывать значительное влияние на внутреннюю вентиляцию в открытых или полуоткрытых постройках, проветривание которых обеспечивается естественным способом, то данные о состояниях ветра снаружи постройки могут использоваться для существенного улучшения вентиляции внутри данной постройки. Центральный блок 50 обрабатывает данные, полученные от средств 49 обнаружения, на основании которых обеспечивает управление средствами для закачивания, всасывания или продувания 41, 44 воздуха в первом 7 и втором 8 воздуховоде для обеспечения оптимального действия системы 1 вентиляционных каналов в данной постройке. Кроме того, на основании данных измерений температуры внутри и снаружи указанной постройки, а также данных от наружных средств 49 обнаружения возможно регулирование с целью повышения и уменьшения температуры регуляторов тяги 35 в крыше, вентиляционных отверстий 36 в наружных стенках 37, а также нагревателей/охладителей 39, с созданием в целом оптимальной вентиляции и температурных условий во всех секциях постройки 1, 33. Кроме того, можно регулировать температуры внутри и снаружи указанной постройки, а также освещенность внутри нее посредством подъема и опускания солнцезащитных экранов или перегородок с пропусканием большего или меньшего количества солнечного свете для нагревания воздуха в данной постройке и увеличения освещенности внутреннего пространства с целью экономии энергии искусственного освещения.
Фиг.9 показывает блок-схему реакции на сигнал тревоги, полученный от одного из средств обнаружения. Прежде всего, измеряется значение, выходящее за пределы приемлемого диапазона конкретных данных, и записывается, например, наличие слишком высокой концентрации аммиака в секции постройки со стойлами. Эта информация обрабатывается центральным блоком 50 обработки данных, который затем уведомляет оператора и инициирует регулирование соответствующих средств. В показанном случае выполняется регулирование средств для закачивания, всасывания и продувания воздуха в первом и втором воздуховодах 7, 8 с целью повышения градиента давления между секцией со стойлами и вторым воздуховодом 8, а также градиента давления между первым и вторым воздуховодом 8, при этом второй воздуховод 8 обеспечивает всасывание большего количества загрязненного воздуха из стойлового помещения над поверхностью для содержания животных, а также из принимающего отходы канала. В результате указанного регулирования снижается уровень аммиака в секции со стойлами до заданного текущего значения. После сохранения приемлемых значений центральный блок обработки данных уведомляет об этом оператора, который, при необходимости, может утвердить новые уровни. Во время процесса регулирования оператор в любое время может вмешаться в регулирование, например, от дистанционного локального блока обработки данных, центрального блока обработки данных или непосредственно у регулирующего средства.
Фиг.10a и 10b показывают схематически различие между обычными системами регулирования и способом по данному изобретению. Обычная система содержит центральный компьютер 66, присоединенный к ряду локальных компьютеров 67 в стойлах, каждый из которых, в свою очередь, присоединен к ряду функциональных блоков 68, управление которыми и текущий контроль обеспечивает локальный компьютер 67 в стойле. Отличие системы и способа по данному изобретению заключается в наличии центрального блока 50 обработки данных, который непосредственно присоединен к функциональным блокам 68 внутри и снаружи животноводческой постройки. Тот факт, что центральный блок 50 обработки данных непосредственно связан с любым соответствующим функциональным блоком 69 внутри постройки и снаружи нее, означает упрощение всей системы. Указанное упрощение обеспечивает преимущество с точки зрения логистики, поскольку сводит к минимуму использование бесконечных петель кабелей 69, которые занимают много места, и существенно улучшает наблюдение за всей постройкой со всеми функциональными элементами, включая систему вентиляционных каналов по данному изобретению. Упрощенная схема кабельных соединений дополнительно обеспечивает простое и быстрое согласование множества средств, обеспечивающих регулирование воздушного потока, температуры, качества воздуха и т.д. Что касается системы вентиляционных каналов и всей животноводческой постройки, то таким образом обеспечивается их эффективная работа с обеспечением безопасной эксплуатации с низким энергопотреблением. Кроме того, центральный блок 50 обработки данных может сообщаться с рядом, например, вышеуказанных мобильных локальных блоков обработки данных.
Предпочтительно способ и система по данному изобретению выполнены и действуют в соответствии с наибольшей частью общепринятых стандартов, чтобы избежать проблем, связанных с внедрением нового оборудования или его замены, снизить расходы, а также обеспечить работу с оборудованием от разных производителей.
Компоновка с центральным блоком 51 обработки данных обеспечивает оптимизированную систему с точки зрения логистики с использованием, по возможности, малого количества кабелей и большего количества скрытых и составных средств, чтобы избежать загромождения кабелями и свести к минимуму необходимость в излишней уборке отдельно стоящих блоков.
Для исследования возможностей использования данного изобретения в животноводческих постройках с естественной вентиляцией, таких как стойла для крупного рогатого скота и свинофермы, в которых в стойловом помещении из отходов выделяется около 8,5% аммиака при температуре около 15°С, могут использоваться методики вычислений на основе законов гидроаэродинамики. Приведенные ниже примеры, испытания и анализ выполнялись на базе 2-мерного поперечного сечения предложенного коровника с шириной 72 м. Цель разработанной модели на базе гидроаэродинамики заключалась в прогнозировании выделения аммиака из выгребных ям с суспензией и распределения выделения через вентиляционные каналы и проходы в стенах, крыше и коньке крыши. Указанная модель использовалась для вычисления доли ожидаемого общего выделения из выгребных ям для ее учета в вытяжке из выгребных ям, обеспечиваемой воздушной завесой по ширине выгребной ямы в зависимости от наружной температуры, скорости ветра и различной регулировки шторок в стенах или проходов в крыше и коньке крыши.
Пример
Испытание животноводческой постройки
Вычисления в этом примере проводились на базе предложенной хорошо изолированной животноводческой постройки шириной 72 м, более конкретно, коровника с регулирующими средствами в виде больших регулируемых вентиляционных проходов на боковых стенах и в крыше. Данный коровник содержит восемь пролетов реечного пола шириной 3 м, проходящих над принимающими отходы средствами, содержащими первый и второй проходы.
3
Последующий анализ проводился исходя из допущения, что производительность системы вентиляционных каналов составляет 212 м/час на тепловыделяющую единицу, что является достаточным для холодных периодов, при этом внутренняя температура может быть ограничена до 15°С, если наружная температура ниже 8°С. Тепловыделяющая единица определяется как, например, стандартная корова или другое живое существо или существа в сочетании, которые выделяют соответствующее количество тепла. В Дании вышеуказанные условия составляют около 55% времени года. В этой части года все выделение аммиака может быть собрано во вторых воздуховодах системы вентиляционных каналов, если проходы коровника достаточно сужены для поддержания давления ниже атмосферного, что исключает выход воздуха из коровника, при этом данное устройство можно рассматривать как чисто механическое устройство вентиляции. Чтобы получить достаточную вентиляционную производительность в оставшуюся часть года, необходимо объединить механическое устройство вентиляции с естественной вентиляцией. Однако для уменьшения выделения аммиака через проходы строения будет полезным некоторое время использовать частично суженные проходы строения. Соответственно, можно определить следующие три режима вентиляции. Первый режим - чисто механической вентиляции, то есть когда наружная температура ниже 8°С, что соответствует 55% времени года в Дании, второй режим - комбинированной вентиляции с частично суженными проходами, то есть когда наружная температура равна 8°С-10°С, и, в зависимости от состояния ветра некоторое время, если температура равна 10°С-15°С. В Дании подобные условия составляют около 15% времени года. Третий режим - объединенной вентиляции при суженных проходах, то есть когда наружная температура выше 15°С, и, в зависимости от состояния ветра некоторое время, когда температура равна 10°С-15°С. В Дании подобные условия составляют около 30% времени года.
Определение трех случаев испытания вентиляции
Случай А. Отсутствует вытяжка загрязненного воздуха через вторые воздуховоды.
Случай В. Имеется вытяжка загрязненного воздуха через вторые воздуховоды, то есть создается воздушная завеса через первые отверстия для воздуха ко вторым отверстиям для воздуха.
Случай С. Имеется вытяжка загрязненного воздуха через вторые воздуховоды и вдувание чистого воздуха через первые отверстия, то есть создается воздушная завеса через первые отверстия для воздуха ко вторым отверстиям для воздуха.
В предположении, что:
реечный настил имеет 15% открытой площади,
плотность животных составляет 1 тепловыделяющая единица на погонный метр реечного настила,
3
3
величина подачи воздуха к входу выгребной ямы 50 м/час на тепловыделяющую единицу, соответствующая 50 м/час на погонный метр реечного настила,
3
3
3
скорость прохождения через рейки вниз для выпуска суспензии из выгребной ямы 0,1 м/с (162 м/час на тепловыделяющую единицу) плюс вдувание чистого воздуха из первых отверстий для воздуха (50 м/час на тепловыделяющую единицу) = 212 м/час на тепловыделяющую единицу в случае В и С.
Моделирование испытания при следующих дополнительных допущениях:
Моделирование испытуемой секции длиной 0,1 м коровника.
Реечный настил, состоящий из щелевых отверстий 0,036 м и реек 0,164 м, при этом испытуемая секция состоит из половины щелевого отверстия и половины рейки.
Щелевые отверстия разделены на 3 участка (0,1 м закрытый, 0,8 м открытый, 0,15 м открытый, 0,9 м закрытый, 0,15 м закрытый, 0,8 м открытый, 0,1 м закрытый).
Высота отходов под рейками равна 0,4 м.
Температурная зависимость концентрации аммиака на поверхности суспензии, исходя из моделирования (A.J.A. Aarnik, A.EIsing/Livestoc Production Sciences 53 (1998) 153-169), показала, что повышение на градус температуры в выгребной яме повышает выделение аммиака на 6,8%.
Результаты испытаний и вычислений показаны на фиг.11a-c и фиг.12a-c. Данные чертежи убедительно демонстрируют влияние воздушной завесы в системе вентиляционных каналов по данному изобретению. Повышенная концентрация аммиака указана более интенсивной штриховкой, как обозначено в рамке в правой части чертежа.
Фиг.11a показывает случай А, фиг.11b показывает случай В и фиг.11c показывает случай С для сравнительной иллюстрации влияния системы вентиляционных каналов по данному изобретению на концентрацию аммиака в коровнике с естественной вентиляцией через регулирующие проходы 35, 36 в боковых стенах коровника и крыше, при скорости ветра снаружи 1 м/с. Направление ветра показано стрелкой D. Фиг.11a иллюстрирует в случае А очень высокие уровни аммиака внутри 18 и снаружи 21 коровника перед началом выпуска загрязненного воздуха из вторых воздуховодов 8. На фиг.11b система 1 вентиляционных каналов выпускает загрязненный воздух из вторых проходов для воздуха и, соответственно, создает воздушную завесу поперек принимающих отходы средств 2. При обеспечении выпуска через второй воздуховод 8 концентрация аммиака несколько снижается, однако она все еще остается неблагоприятной для животных и персонала внутри стойла, несмотря на то, что при этом исключается его выделение в окружающую среду. Фиг.11с иллюстрирует убедительное влияние воздушной завесы по данному изобретению, при которой загрязненный воздух не только всасывается во второй воздуховод 8, но и выдувается из первого воздуховода 7. При этом влияние на загрязнение аммиаком внутри коровника и в окружающей среде 21 является значительным. Содержание аммиака в коровнике переносится внутрь принимающих отходы средств 2 и удерживается в них. Во всех участках внутри 18 коровника и снаружи 21 него воздух для дыхания свободен от аммиака, даже на участках для сна и кормления. Таким образом, качество воздуха для дыхания является хорошим и, по существу, он свободен от запаха аммиака.
Фиг.12а, 12b и 12c показывают подобным образом случай А, случай В и случай С, но при более высокой скорости ветра снаружи, равной 5 м/с. Направление ветра показано стрелкой D. Распределение сильнозагрязненного воздуха при увеличении скорости ветра отличается от вышеуказанного, так как загрязненный аммиаком воздух прижимается в направлении ветра вследствие более высокой скорости ветра. По-прежнему влияние системы вентиляционных каналов по данному изобретению является очевидным, и на фиг.11с, который показывает благоприятные результаты, обусловленные воздушной завесой, полученной посредством воздуха, всасываемого во второй воздуховод 8 и выдуваемого из первого воздуховода 7, загрязненный аммиаком воздух локализуется в участках в непосредственной близости от принимающих отходы средств 2 при весьма приемлемой концентрации. Если средство обнаружения выявляет сильное превышение концентрации аммиака, то для увеличения скорости первого и/или второго воздушных потоков через первый и второй воздуховоды 7, 8 могут быть приведены в действие регулирующие средства с помощью центрального блока обработки данных. Предлагаемый способ создает возможность для разделения регулирования первого и/или второго воздушных потоков, проходящих через первый и второй воздуховоды 7, 8, так что при максимальной концентрации окружающего аммиака может быть усилена вентиляция через принимающие отходы средства 2. То есть в представленном примере предпочтительно вентиляция через принимающие отходы средства 2 может быть увеличена в направлении наружу влево.
Центральный блок 50 обработки данных и локальные блоки 51 обработки данных могут быть сконфигурированы с соответствующими программными средствами для использования способа и вентиляционной системы по данному изобретению Программные средства включают в себя интерфейс пользователя для дистанционного управления блоками обработки данных посредством локальной сети и/или Интернета. Программные средства могут обеспечивать автоматическое приведение в действие любых устройств, изменяющих условия внутри животноводческой постройки с целью улучшения качества воздуха внутри и снаружи указанной постройки, или программные средства могут непосредственно обеспечивать передачу информации оператору, или могут быть сконфигурированы с этой целью, давая ему возможность вручную выполнять изменение механическим способом посредством перемещения, например, крыльчатки, солнцезащитного экрана и т.д., а также вручную изменять работу этих средств. Такая конфигурация также обеспечивает преимущество, которое заключается в уменьшении кабельной проводки в животноводческой постройке, при этом, в предпочтительном случае, передача данных может быть выполнена беспроводной.
Вышеприведенные результаты ясно показывают, что введение воздушной завесы, создаваемой градиентом давления воздуха поперек принимающих отходы средств, обеспечивает высокую эффективность системы вентиляционных каналов.
Концентрация аммиака почти полностью удерживается на уровне настила и в выгребных ямах и таким образом обеспечивается вентиляция воздуха для дыхания в помещении выше реечного настила без смешивания с неприятными газами от животных. Соответственно, в предпочтительном случае, может поддерживаться обычная вентиляция указанного помещения или может обеспечиваться вентиляция всего помещения совместно с очисткой воздуха от выделяемых животными газов предлагаемой системой вентиляционных каналов.
Таким образом, предлагаемые система и способ обеспечивают возможность замены воздуха даже в очень больших животноводческих постройках, например секциях со стойлами, или в постройках, содержащих несколько маленьких или больших секций со стойлами. При необходимости имеется возможность для замены воздуха непрерывным и единообразным способом по всей животноводческой постройке.
В соответствии с данным изобретением вентиляцию большей части воздуха в пространстве под крышей могут обеспечивать обычные вентиляционные средства в животноводческих постройках, реализующие данное изобретение, посредством которого загрязняющие отходящие газы от животных могут удерживаться ниже настила для содержания животных и удаляться через вторые воздуховоды с помощью предлагаемой воздушной завесы.
Второй воздуховод может удалять большее или меньшее количество загрязненного воздуха по всем протяженностям одной или более частей систем вентиляционных каналов или просто по части протяженности, при этом с использованием способа по данному изобретению степень удаления может быть выбрана индивидуально по протяженности частей системы вентиляционных каналов в зависимости от потребности в чистом воздухе на различных участках животноводческой постройки.