ВЕНТИЛЯЦИОННО-ОТОПИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА С ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТЕПЛОВЫМ НАСОСОМ
VENTILATION AND HEATING UNIT WITH THERMOELECTRIC HEAT PUMP

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к электротепловым энергосберегающим устройствам, предназначенным для создания требуемых параметров микроклимата в помещениях животноводческих ферм.
Известна электротеплоутилизационная установка, содержащая вентиляторы приточного и удаляемого воздуха, малогабаритный теплообменник из полимерных материалов, патрубок подачи воздуха, выбросной и приточный воздуховоды, электроподогреватель приточного воздуха, установленный между приточным вентилятором и патрубком подачи воздуха, рециркуляционный канал, соединяющий через заслонку выбросной и приточный воздуховоды (патент РФ №2296463, МПК A01K 29/00, A01K 31/00, F24H 3/04, опубл. 10.04.2007, Бюл. №10).
Недостатками известной электротеплоутилизационной установки является отсутствие системы очистки и обеззараживания удаляемого из помещения воздуха, что исключает возможность его рециркуляции с целью снижения затрат тепловой энергии на подогрев приточного воздуха, ухудшение экологической обстановки вокруг фермы.
Известно также устройство очистки воздушной среды животноводческих и птицеводческих помещений, содержащее вентилятор, охладитель, калорифер, озонатор, причем на линии движения воздушного потока установлены эжектор и сепаратор (патент РФ №2473213, МПК A01K 1/03, опубл. 27.01.2013, Бюл. №3).
Недостатком известного устройства является отсутствие устройства утилизации теплоты циркулирующего воздуха при его охлаждении до точки росы, при этом затраты энергии на его дополнительный подогрев до требуемой температуры достаточно велики, а также не предусмотрена защита теплообменника от замерзания образующегося из воздуха конденсата, что снижает эффективность его работы.
Известна вентиляционно-отопительная установка с утилизацией теплоты, озонированием и рециркуляцией воздуха, содержащая вентиляторы приточного и удаляемого воздуха, малогабаритный теплообменник из полимерных материалов, патрубок подачи воздуха, выбросной и приточный воздуховоды, электроподогреватель приточного воздуха, фильтры очистки воздуха, распределитель приточного воздуха, озонатор коронного разряда с трубопроводами подачи озона, рециркуляционный канал, в котором последовательно установлены побудительный вентилятор, эжектор и влагоотделитель (патент РФ №2555657, МПК F24F 3/147, опубл. 10.07.2015, Бюл. №19).
Недостатками известной вентиляционно-отопительной установки являются применение электрического подогревателя приточного воздуха, что приводит к значительным энергозатратам на подогрев приточного воздуха, сложность конструкции рециркуляционного канала, в котором последовательно установлены побудительный вентилятор, эжектор и влагоотделитель, приводящая к снижению надежности и безотказности работы вентиляционно-отопительной установки в условиях загрязненной и агрессивной воздушной среды животноводческих помещений.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электротеплоутилизатор с озонированием и рециркуляцией воздуха, содержащий вентиляторы приточного и удаляемого воздуха, теплообменник из полимерных материалов, патрубок подачи приточного воздуха, выбросной и приточный воздуховоды, электроподогреватель приточного воздуха, фильтры очистки воздуха, распределитель приточного воздуха, озонатор коронного разряда с трубопроводами подачи озона, рециркуляционный канал с заслонкой и смесительной камерой (патент РФ №2337276, МПК F24F 3/147, F24F 3/16, F24F 12/00, опубл. 27.10.2008, Бюл. №30).
Недостатками электротеплоутилизатора с озонированием и рециркуляцией воздуха являются применение электрического подогревателя приточного воздуха, что приводит к значительным энергозатратам на подогрев приточного воздуха, величина рекуперации (возврата) тепловой энергии удаляемого вентиляционного воздуха не превышает 30%.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат на подогрев приточного воздуха до 50% и улучшение состояния окружающей среды при обеспечении требуемых параметров микроклимата (температура, газовый состав и чистота воздуха) в рабочей зоне размещения животных производственных помещений животноводческих ферм.
В результате использования предлагаемого изобретения, снижаются энергозатраты на подогрев приточного вентиляционного воздуха в отопительный период года за счет использования термоэлектрического теплового насоса, выполненного на базе элементов Пельтье и более глубокой рекуперации тепловой энергии удаляемого вентиляционного воздуха из помещения, улучшается состояние окружающей среды при обеспечении требуемых параметров микроклимата (температура, газовый состав и чистота воздуха) в рабочей зоне размещения животных производственных помещений животноводческих ферм.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что вентиляционно-отопительная установка с термоэлектрическим тепловым насосом, содержащая вентиляторы приточного и удаляемого воздуха, теплообменник из полимерных материалов, патрубок подачи приточного воздуха, выбросной и приточный воздуховоды, фильтры очистки воздуха, распределитель приточного воздуха, озонатор коронного разряда с трубопроводами подачи озона, рециркуляционный канал, согласно изобретению, снабжена термоэлектрическим тепловым насосом, включающим теплообменник холодного контура, насос холодного контура, трубопровод холодного контура, радиатор холодной стороны элементов Пельтье, источник питания элементов Пельтье, элементы Пельтье, радиатор горячей стороны элементов Пельтье, насос горячего контура, трубопровод горячего контура, теплообменник горячего контура, при этом термоэлектрический тепловой насос отбирает часть теплоты у удаляемого из помещения воздуха в теплообменнике холодного контура и переносит ее с холодного контура на горячий контур, а в теплообменнике горячего контура происходит подогрев приточного воздуха, причем теплообменник холодного контура установлен в выбросном воздуховоде и соединен трубопроводом холодного контура с радиатором холодной стороны элементов Пельтье, образующие замкнутый холодный контур, по которому при помощи насоса холодного контура циркулирует теплоноситель, а теплообменник горячего контура установлен в патрубке подачи приточного воздуха и соединен трубопроводом горячего контура с радиатором горячей стороны элементов Пельтье, образующие собой замкнутый горячий контур, по которому при помощи насоса горячего контура циркулирует теплоноситель.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема вентиляционно-отопительной установки с термоэлектрическим тепловым насосом.
Установка включает в себя вентилятор удаляемого воздуха 1 из помещения, теплообменник из полимерных материалов 2, озонатор коронного разряда 3, вентилятор приточного воздуха 4, патрубок подачи приточного воздуха 5, теплообменник горячего контура 6, распределитель приточного воздуха 7, гибкие трубопроводы подачи озона 8, фильтр удаляемого воздуха 9, фильтр приточного воздуха 10, приточный воздуховод 11, рециркуляционный канал 12, воздушную заслонку 13, выбросной воздуховод 14, теплообменник холодного контура 15, насос холодного контура 16, трубопровод холодного контура 17, радиатор холодной стороны элементов Пельтье 18, источник питания элементов Пельтье 19, элементы Пельтье 20, радиатор горячей стороны элементов Пельтье 21, насос горячего контура 22, трубопровод горячего контура 23.
Теплообменник холодного контура 15, насос холодного контура 16, трубопровод холодного контура 17, радиатор холодной стороны элементов Пельтье 18, источник питания элементов Пельтье 19, элементы Пельтье 20, радиатор горячей стороны элементов Пельтье 21, насос горячего контура 22, трубопровод горячего контура 23, теплообменник горячего контура 6 -представляют собой термоэлектрический тепловой насос, способный отбирать часть теплоты у удаляемого из помещения воздуха в теплообменнике холодного контура 15 и переносить ее с холодного контура на горячий контур, а в теплообменнике горячего контура 6 происходит подогрев приточного воздуха.
Теплообменник холодного контура 15 расположен в выбросном воздуховоде 14, после воздушной заслонки 13 по пути следования удаляемого из помещения вентиляционного воздуха и соединен при помощи трубопровода холодного контура 17 с радиатором холодной стороны элементов Пельтье 18. Циркуляция теплоносителя по холодному контуру осуществляется с помощью насоса холодного конура 16. Элементы Пельтье 20, радиатор холодной стороны элементов Пельтье 18, радиатор горячей стороны элементов Пельтье 21 собраны в единый блок - термоэлектрическую сборку. Обеспечение электроэнергией элементов Пельтье 20 осуществляется через источник питания 19. Теплообменник горячего контура 6 размещен в патрубке приточного воздуха 5 за вентилятором приточного воздуха 4 и соединен при помощи трубопровода горячего контура 23 с радиатором горячей стороны элементов Пельтье 20. Циркуляция теплоносителя по горячему контуру осуществляется с помощью насоса горячего конура 22.
Работает вентиляционно-отопительная установка с термоэлектрическим тепловым насосом следующим образом.
Теплый и влажный воздух из помещения забирается через всасывающее отверстие теплообменника из полимерных материалов 2 с помощью вентилятора удаляемого воздуха 1, проходит через фильтр 9, где очищается от механических примесей и, частично охлажденный и осушенный в процессе теплообмена в теплообменнике из полимерных материалов 2 с холодным приточным воздухом, поступающего с улицы по приточному воздуховоду 11, проходит через теплообменник холодного контура 15, которому он дополнительно отдает часть своей теплоты, удаляется на улицу через отверстие выбросного воздуховода 14. Теплота, отобранная у удаляемого воздуха в теплообменнике холодного контура 15, передается теплоносителю (воде), который циркулирует при помощи насоса холодного контура 16 по трубопроводу 17 и через радиатор холодной стороны элементов Пельтье 18, сами элементы Пельтье 20, передается через радиатор горячей стороны элементов Пельтье 21 в горячий контур. Нагрев теплоносителя (воды) в горячем контуре, который циркулирует под действием насоса горячего контура 22 по трубопроводу горячего контура 23, теплообменнику горячего контура 6 осуществляется теплотой, вырабатываемой элементами Пельтье 20 при электроснабжении их от источника питания 19 и передаваемой через радиатор горячей стороны элементов Пельтье 21, а также за счет поступления теплоты, отобранной у удаляемого из помещения воздуха в холодном контуре посредством теплообменника холодного контура 15.
Наружный воздух забирается через отверстие приточного воздуховода 11 с помощью вентилятора приточного воздуха 4, проходит через фильтр 10 и подается в теплообменник из полимерных материалов 2, где подогретый в процессе теплообмена с теплым удаляемым внутренним воздухом помещения, по патрубку приточного воздуха 5 поступает в теплообменник горячего контура 6, в котором дополнительно подогревается. После него приточный воздух подается в распределитель воздуха 7, где после смешивания с озоном, поступающего от озонатора коронного разряда 3 по трубопроводу 8, подается в места расположения животных.
нap
При значительном снижении температуры наружного воздуха (t< - 15°С) вентиляционно-отопительная установка переходит в режим частичной рециркуляции внутреннего воздуха помещения. Приоткрывается воздушная заслонка 13 и отработанный теплый воздух помещения, очищенный от механических примесей фильтром 9, и осушенный в теплообменнике из полимерных материалов 2, подается на частичную рециркуляцию. Попадая в камеру рециркуляционного канала 12, он обрабатывается озоном, поступающим от озонатора коронного разряда 3 по трубопроводу подачи озона 8. В камере рециркуляционного канала 12 происходит его обеззараживание. Смешиваясь с наружным приточным воздухом и дополнительно очищаясь в фильтре 10, он попадает в теплообменник из полимерных материалов 2, подогревается за счет теплообмена с теплым удаляемым из помещения воздухом, проходит через теплообменник горячего контура 6, где дополнительно подогревается, и через распределитель воздуха 7 подается в места расположения животных.
При работе термоэлектрического теплового насоса в номинальном режиме тепловая энергия, отводимая горячим контуром, и направленная на подогрев приточного воздуха в теплообменнике горячего контура 6, превышает энергию, потребляемую из электрической сети на 17-20%. Коэффициент преобразования электрической энергии, потребляемой термоэлектрическим тепловым насосом, в тепловую составляет 1,2, что подтверждает энергетическую эффективность работы термоэлектрического теплового насоса и установки в целом.
Предлагаемая вентиляционно-отопительная установка с термоэлектрическим тепловым насосом обеспечивает дополнительное снижение тепловой энергии на подогрев приточного воздуха до 20%, а полная величина рекуперации (возврата) тепловой энергии удаляемого из помещения вентиляционного воздуха с учетом ее утилизации в теплообменнике из полимерных материалов достигает в предлагаемом изобретении до 50%.