Система обогрева и охлаждения животноводческих помещений
LIVESTOCK PREMISES HEATING AND COOLING SYSTEM

Изобретение относится к области к области сельского хозяйства, а именно к оборудованию для создания микроклимата в животноводческих помещениях, например в коровниках.
Известна система для отопления и вентиляции животноводческих помещений, содержащая калориферные установки, в которых контролируется температура воздуха животноводческих помещений, для отопления и вентиляции применяют системы с калориферными установками. При этом на технологический процесс создания микроклимата расходуется до 70% всей тепловой энергии, расходуемой на животноводческих фермах. (Растимешин С.А., Трунов С.С. Энергосберегающие системы и технические средства отопления и вентиляции животноводческих помещений. - М.: ФГБНУ ВИЭСХ, ООО «САМ Полиграфист», 2016. - 180 с., ил.).
Недостатком системы является то, что не предусмотрены устройства для охлаждения воздуха, только за счет обогрева и вентиляции помещения не представляется возможным соблюдать оптимальный микроклимат в коровниках.
За счет относительно больших тепловыделений животных на протяжении длительного периода года температура воздуха в помещении, например, коровника будет превышать оптимальное значение (+20 °С), в связи с чем помещение коровника необходимо не только обогревать, но и охлаждать.
Известны промышленные кондиционеры, которые позволяют решать вопрос отопления и охлаждения воздуха в животноводческих помещениях (Д.Н. Мурусидзе, А.М. Зайцев, Н.А. Степанова и др. Установки для создания микроклимата на животноводческих фермах. - Изд. 2-е переработанное и доп. М.: Колос, 1979).
Недостатками промышленных кондиционеров является то, что они сложны, требуют высоких капитальных и эксплуатационных затрат и, как показывают технико-экономические расчеты, их использование в животноводческих помещениях экономически не целесообразно.
Известна установка, основанная на способе испарительного охлаждения воздуха (Лебедь А.А. Микроклимат животноводческих помещений. - М.: Колос, 1984).
Недостатком известной установки является то, что она обеспечивает незначительное (на 3…4°C) снижение температуры воздуха в помещении, повышает относительную влажность воздуха и может быть применена в южных районах с жарким климатом.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является система для создания микроклимата на базе комбинированной электрокалориферной установки, в которой приточный вентилятор, электрокалорифер и теплообменник - охладитель воздуха объединены в единую установку (патент РФ 130375, МПК F24F 5/00, опубл. 20.07.2013 г. Бюл. №20).
Недостатками известной системы является то, что она не удовлетворяет требованиям параметров микроклимата животноводческого помещения, особенно в отношении охлаждения воздуха помещения. Это вызвано относительно небольшой подачей приточного воздуха и, как следствие, относительно малой производительностью установки по холоду. Кроме того, установка характеризуется высокими эксплуатационными затратами, поскольку на отопление помещения с помощью электрокалорифера затрачивается электроэнергия (как известно достаточно дорогим энергоносителем), потребление которой происходит по свободному графику.
Исследования отечественных и зарубежных авторов свидетельствуют о перспективности применения геотермальных систем микроклимата. Подобные системы работают на принципе использования относительного постоянства температуры толщи земли. Это обеспечивает значительное снижение эксплуатационных затрат на энергию для обеспечения нормативного температурного режима в животноводческом помещении (Бабаханов Ю.М., Степанова Н.А. Оборудование и пути снижения энергопотребления систем микроклимата. Россельхозиздат, 1986).
Задачей предлагаемого изобретения является создание эффективной энергосберегающей системы обогрева и охлаждения животноводческих помещений с обеспечением нормативных параметров воздушной среды в животноводческих помещениях при одновременном снижении эксплуатационных затрат на энергоносители.
В результате использования предлагаемой системы появляется возможность отапливать животноводческое помещение, обеспечивая требуемые параметры микроклимата с помощью емкостного электроводонагревателя, потребляющего электроэнергию в часы действия льготного тарифа на электроэнергию, а охлаждать животноводческое помещение, используя геотермальную энергию с помощью зонда, помещенного в обсадную трубу, зарытую в землю. Такое сочетание установок существенно снижает затраты на энергоносители.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что система обогрева и охлаждения животноводческих помещений, содержащая установленный в помещении теплообменник в комплекте с вентилятором, работающий в режиме обогрева или охлаждения помещения, согласно изобретению содержит емкостной электроводонагреватель для нагрева теплоносителя в режиме обогрева помещения и зонд для охлаждения теплоносителя в режиме охлаждения помещения, при этом в режиме обогрева помещения теплообменник с помощью трубопроводов соединен с центробежным насосом, трехходовым клапаном в положении отопления, входной трубой емкостного электроводонагревателя, а выходная труба электроводонагревателя соединена с обратным клапаном через тройник с регулятором температуры и затем с теплообменником, в режиме охлаждения помещения трехходовой клапан находится в положении охлаждения и соединен с входной трубой зонда, помещенного в обсадную трубу, зарытую в землю, а выходная труба зонда через тройник и регулятор температуры соединена с теплообменником, автоматическое управление режимами работы осуществляется контроллером и регулятором температуры.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема системы обогрева и охлаждения животноводческих помещений.
Система обогрева и охлаждения воздуха животноводческих помещений содержит помещение 1, в котором установлен теплообменник 2 в комплекте с вентилятором 3, предназначенный для обогрева или охлаждения воздуха в помещении, например коровника; циркуляционный насос 4, который осуществляет циркуляцию теплоносителя по элементам системы с требуемой производительностью и соответствующим давлением, емкостной электроводонагреватель 5 для нагрева теплоносителя, трехходовой клапан с электроприводом 6, который меняет режим работы системы с обогрева помещения на охлаждение, обратный клапан 7 для перекрывания движения теплоносителя в емкостной электроводонагреватель 5 при работе системы в режиме охлаждения, тройник 8, регулятор температуры 9, который осуществляет регулирование температуры воздуха в помещении на заданном уровне; зонд 10 образует петлю охлаждения, помещенную в обсадную трубу 11, зарытую в землю, контроллер для управления системой. 12.
В режиме обогрева электроводонагреватель 5 через выходную трубу 13 соединен через обратный клапан 7, тройник 8 и регулятор температуры 9 соединен с теплообменником 2, который через выходную трубу 14, циркуляционный насос 4, трехходовой клапан 8 и входную трубу 15 соединен с емкостным электроводонагревателем 5.
В режиме охлаждения зонд 10 соединен через трубу 16, тройник 8, регулятор температуры 9 соединен с теплообменником 2, который через выходную трубу 14, циркуляционный насос 4 и трехходовой клапан 6 соединен с входной трубой 17. Регулятор температуры 9 соединен с датчиком температуры 18, установленным в помещении.
Работает система обогрева и охлаждения животноводческого помещения следующим образом.
В режиме обогрева помещения 1, нагретый в электроводонагревателе 5 теплоноситель с помощью центробежного насоса 4 проходит через обратный клапан 7, тройник 8 и регулятор температуры 9 попадает в теплообменник 2, где отдает тепловую энергию воздуху помещения 1, нагнетаемого электровентилятором 3.
Обратный тракт теплоноситель проходит через центробежный насос 4, трехходовой клапан 6, установленный в положение «обогрев» и снова в электроводонагреватель. 5. Потребление электроэнергии водонагревателем осуществляется в то время, когда действует льготный тариф, определяемый электроснабжающей компанией.
Количество нагретого теплоносителя регулируется автоматически с помощью регулятора температуры 9 от датчика температуры, установленного в помещении 1.
Режим работы, т.е. «обогрев» или «охлаждение» устанавливает контроллер 12 в зависимости от температуры в помещении 1. Так, если температура воздуха в помещении меньше +10°C, контроллер 12 с помощью трехходового клапана 6 устанавливает режим отопления помещения 1, а поддерживается температура на заданном уровне регулятором температуры 9.
Если температура воздуха в помещении больше +20°C трехходовой клапан 6 переключается в режим охлаждения.
В этом режиме, нагретый в теплообменнике 2 теплоноситель, движение которого осуществляет центробежный насос 4 с помощью трехходового клапана 6 направляется к зонду 10, представляющего собой петлю и з пластиковой трубы. В зонде теплоноситель за счет геотермальной энергии остывает и на выходе достигает температуры грунта. Охлажденный теплоноситель через тройник 8, регулятор температуры 9 попадает в теплообменник 2, где охлаждает проходящий через него воздух помещения 1.