Спосіб енергозбереження при забезпеченні мікроклімату та екологічної безпеки приміщень для утримання худоби

1. Спосіб енергозбереження при забезпеченні мікроклімату та екологічної безпеки приміщень для утримання худоби, згідно з яким природну вентиляцію здійснюють шляхом припливу свіжого повітря через отвори в бокових стінах приміщення під дією різниці тиску, утвореному різними температурами шарів повітря, який відрізняється тим, що на вході в приміщення свіже повітря при холодній погоді підігрівають, а при жаркій погоді навпаки охолоджують примусовим теплообміном, здійснюваним проміжним агентом з високою теплоємністю, що циркулює між ґрунтовим теплоакумулятором і зоною припливу свіжого повітря в приміщення, або тепловими трубами, при цьому витяжку забрудненого аміаком і вуглекислим газом та бактеріями повітря, що піднімається в верхню зону приміщення завдяки згаданій різниці тиску, утвореному різними температурами шарів повітря, виводять з приміщення через повітровід, де на шляху до вентиляційної башти очищують від згаданих забруднюючих газів, а також від шкідливих бактерій, а забруднюючий отруйний газ сірководень (H2S), що опускається в нижню зону приміщення під дією сил тяжіння (H2S важче повітря), виводять з-під підлоги за допомогою механічної тяги шляхом виштовхування в газопровід з подальшою очисткою або хімічною нейтралізацією сірководню та випуском очищеного повітря зовні приміщення. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що дах, стіни, ворота згаданого приміщення ізолюють від зволоження та проходження теплового потоку в будь-якому напрямку зі значенням термічного опо Корисна модель відноситься до технології повітряного обміну (вентиляції) та підтримання температури всередині приміщення для утримання худоби, тобто забезпечення мікроклімату та екологічної безпеки, що регламентуються зоотехнічними нормами. Відомий спосіб вентиляції, згідно з яким за допомогою утепленої витяжної шахти (ідентичної по функціональній ознаці вентиляційній башті) забезпечують природну витяжку частини повітря, забрудненого аміаком, вуглекислим газом та бактеріями, та викидання цієї частини забрудненого повітря зовні приміщення під дією різниці тиску, утвореного різними температурами шарів повітря(по висоті приміщення), а також часткову економію енерговитрат [1]. Недоліком зазначеного способу є те, що викидне забруднене повітря, підігріте тваринами, наприклад крупною рогатою худобою, при холодній погоді по-перше, без використання втрачають теплову енергію, тобто не утилізують тепло, а подруге - забруднене повітря отруює зовнішнє середовище, яке знаходиться за межами приміщення для утримання худоби. Крім того, зазначена втрата теплової енергії викидного забрудненого повітря призводить до того, що зазначене приміщення доводиться нагрівати стороннім джерелом, наприклад взимку, при нагріві від температури - 20 °С до + 12 °С...+ 13 °С, що в залежності від умов нагрівання, об'єму приміщення та інших показників приводить до втрати 200-1000 кВт за годину електричної або іншої енергії. Забруднення зовнішнього середовища потребує навколо ферми мати санітарно-захисну зону шириною від 300 м до 2 км. Відомий спосіб енергозбереження приміщень, переважно сонячного теплозабезпечення, де здійснюють теплообмін між тепловим насосом (тепло м2  С . Вт 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що утилізують теплову енергію викидного забрудненого повітря шляхом теплообміну та нагріванням при холодній погоді припливного (чистого) повітря. (19) UA (11) 58088 (13) U ру R  20 3 утилізатором) та ґрунтовим теплоакумулятором, наприклад вертикального типу шляхом циркуляції води, завдяки тому, що цей агент має високу теплоємкість та дешевизну [2]. Недоліком такого способу є те, що його обмежено використовують тільки для накопичення сонячної енергії з питомою теплоакумулючою здатністю 2,7 МДж/(м3.к) з метою використання накопиченої енергії в холодну пору року. При цьому не використовують ту якість підземних порожнин, що при достатній глибині встановлення ґрунтового акумулятора та надійній теплоізоляції його від жари та холоду, відповідно, літом та взимку, в зоні ґрунтового акумулятора до здійснення теплообміну, як в печерах, зберігається постійна температура на протязі всього року, наприклад + 13 °С...+ 16 °С. Відомий, вибраний як найближчий аналог, спосіб припливно-витяжної вентиляції, згідно з яким природну вентиляцію здійснюють шляхом припливу свіжого повітря через отвори в бокових стінах приміщення під дією різниці тиску, створеному різними температурами шарів повітря, а витяжку забрудненого аміаком, вуглекислим газом та бактеріями, зволоженого і підігрітого худобою повітря, що піднімається в верхню зону приміщення завдяки згаданій різниці тиску, створеному різними температурами шарів повітря, виводять через вентиляційну шахту (вентиляційну башту) зовні приміщення [3]. Недоліком зазначеного способу є наступне: 1) припливне свіже повітря не підігрівають при холодній погоді і не охолоджують в жарку (спекотну) погоду природними джерелами; підігрів в холодну погоду здійснюють калориферами електричним струмом або гарячим рідинним або газовим агентом; 2) викидне забруднене повітря, підігріте тваринами, як і в першому аналізі не використовують для теплоутилізації і подальшому підігріву приміщення; згадане забруднене повітря, виводять зовні приміщення з худобою, отруюють зовнішнє середовище аміаком, вуглекислим газом та бактеріями; 3) не виводять з приміщення отруйний газ сірководень (H2S), що опускається в нижню зону приміщення під дією сил тяжіння (H2S важче повітря) і цим частково отруюють людей, що обслуговують ферми та худобу, а потім попадають у вигляді токсичних речовин в продукцію ферм: молоко або м'ясо та впливають на отруєння і хвороби у людей, що потребують м'ясо-молочну продукцію; 4) стіни, дах, ворота приміщень для утримання худоби недостатньо теплоізольовані, що витікає з опису найближчого аналога, та сприяє енерговитратам тепла взимку та спекотній жарі влітку; порушення температурного режиму приміщення, наприклад при утриманні крупної рогатої худоби в межах температур приміщення для КРХ від + 12°С...+ 26°С, призводить до порушення зоотехнічних норм та втраті продуктивності молока від 40 % до 60 %. В основу корисної моделі поставлена задача у способі енергозбереження при забезпеченні мікро 58088 4 клімату та екологічної безпеки приміщень для утримання худоби природну вентиляцію здійснювати шляхом теплообміну між припливним свіжим повітрям та ґрунтовим теплоакумулятором і забрудненим викидним повітрям; а також очищенням забрудненого повітря приміщення від шкідливих та отруйних газів. Другою задачею згаданого способу є теплоізоляція елементів конструкції приміщення від зовнішнього середовища. Поставлена задача вирішується тим, що в способі енергозбереження при забезпеченні мікроклімату та екологічної безпеки приміщень для утримання худоби, згідно з яким природну вентиляцію здійснюють шляхом припливу свіжого повітря через отвори в стінах приміщення під дією різниці тиску, утвореному різними температурами шарів повітря, згідно з корисною моделлю, на вході свіже повітря при холодній погоді підігрівають, а при жаркій погоді навпаки охолоджують примусовим теплообміном, здійснюваним проміжним агентом з високою теплоємністю, що циркулює між ґрунтовим теплоакумулятором і зоною припливу свіжого повітря в приміщення або тепловими трубами, при цьому витяжку забрудненого аміаком та вуглекислим газом та бактеріями, зволоженого і підігрітого худобою повітря, що підіймається в верхню зону приміщення завдяки згаданій різниці тиску, утвореному різними температурами шарів повітря, виводить з приміщення через повітропровід, де на шляху до вентиляційної башти очищують від згаданих забруднюючих газів, а забруднюючий отруйний газ сірководень (H2S), що опускається в нижню зону приміщення під дією сил тяжіння (H2S важче повітря), виводять з-під підлоги за допомогою механічної тяги шляхом виштовхування в газопровід з подальшою очисткою або хімічною нейтралізацією сірководню та випуском очищеного повітря зовні приміщення. Переважним варіантом способу енергозбереження при забезпеченні мікроклімату є те, що дах, стіни, ворота згаданого приміщення ізолюють від зволоження та проходження теплового потока в будь-якому напрямку зі значенням термічного опом2  С . Вт Другим переважним варіантом є те, що утилізують теплову енергію викидного забрудненого повітря шляхом теплообміну циркулюючим агентом або через теплову трубу, при цьому нагрівають при холодній погоді припливне чисте повітря. Енергозбереження при забезпеченні мікроклімату та екологічної безпеки приміщень для утримання худоби шляхом теплообміну з ґрунтовим теплоакумулятором та утилізації тепла викидного забрудненого повітря та очищення цього повітря від аміаку, вуглекислого газу і сірководню та бактерій, а також теплоізоляції приміщення, дає можливість: при температурі зовнішнього середовища 20°С...- 25°С та при температурі + 35°С,..., + 45°С з`економити в залежності від розмірів приміщення та кількості тварин, наприклад крупної рогатої худоби, в середньому від 300 кВт до 1000 кВт за годину електро- або іншої енергії; ру R  20 5 зберегти зовнішнє середовище за межами приміщення для отримання худоби від отруєння вище згаданими газами та мікробами; зберегти від токсикації сірководнем фермерів та худоби, а також підвищити якість м'ясомолочної продукції; в порівнянні з найближчим аналогом, за яким експлуатуються більшість ферм у світі, виконати зоотехнічні вимоги до концентрації шкідливих та отруйних газів та кількості бактерій на одиницю об'єму повітря та витримати температурний режим приміщення (+ 12 °С...+ 13 °С до + 26 °С), які повсюдно порушуються, та підвищити продуктивність, наприклад молока на 40 %...60 %. Заявлений спосіб ілюстрований на базі ферми для утримання крупної рогатої худоби (КРХ), а саме: на фіг. 1 – загальний вид приміщення (ферми) для утримання крупної рогатої худоби; на фіг. 2 - розріз А-А по фіг. 1. Як показано на фіг. 1 та 2, що ілюструють заявлений спосіб, зображення містить приміщення для утримання худоби 1, що складається з даху 2, на якому закріплена термоізоляція 3, стін 4, на яких встановлена термоізоляція 5 та отвори (вікна) 6, біля приміщення 1 знаходиться вентиляційна башта 7, а під підлогою зовні приміщення розташовані ґрунтові теплоакумулятори 8, з'єднані з теплообмінниками 9 на отворах 6 за допомогою теплоізольованих трубопроводів 10, на яких встановлені насоси з приводами 11, всередині теплоакумуляторів 8, трубопроводів циркулює тепловий агент з високою теплоємністю, наприклад вода або трубопровід 10 може бути заміненим тепловою трубою: в цьому випадку насос 11 стає непотрібним. В верхній частині приміщення . 1 розташований витяжний повітровід 12, який з'єднаний з вентиляційною баштою 7 боковим повітроводом 13 та обвідним повітроводом 14; на повітроводі 13 встановлені фільтри очистки від аміаку, вуглекислого газу 15 та устаткування для дезінфекції повітря 16; на обводному повітроводі 14 в порівнянні з повітроводом 13 додатково встановлений осьовий вентилятор 17, в нижній частині вентиляційної башти 7 між подводами повітроводів 13 та 14 встановлений обертальний клапан 18; на витяжному повітроводі 12 встановлений теплообмінник 19, який з'єднаний з теплообмінником 20, встановлений на отворі 6, між зазначеними теплообмінниками 19, 20 розміщений теплоізольований трубопровід 21 з насосом 22; по трубопроводу 21 та теплообмінникам 19, 20 циркулює тепловий агент з високою теплоємністю, наприклад самий дешевий - вода. Теплоізольований трубопровід 21 може бути замінений тепловими трубами. Крім того, в нижній частині приміщення розташовані кришка з щілинами 22, трубопровід 23, вентилятор 24, фільтр очищення сірководневий 25 та трубопровід вивідний 26. На кожному отворі 6 встановлені поворотні фрамуги 27. Заявлений спосіб реалізують через функціювання системи пристроїв та комплектуючих одиниць. Приплив свіжого повітря відбувається через отвори 6. Припливне повітря, як правило, має температуру нижчу, ніж температура повітря всере 58088 6 дині приміщення, тому потік свіжого повітря направлений вниз, де знаходиться худоба. Після нагріву свіжого повітря та змішування з повітрям приміщення, частково забрудненим аміаком, вуглекислим газом та бактеріями, піднімається в верхню частину приміщення. По мірі забруднення та підігріву повітря піднімається вгору під дією різниці тиску при різниці температур шарів згаданого повітря. Природна тяга, що виникає в повітропроводах 12,13 і в вентиляційній башті 7, сприяє проходженню забрудненого повітря через фільтри очистки від аміаку, вуглекислого газу 15 та через устаткування для дезінфекції повітря 16. Якщо розміри приміщення і кількість худоби призводять до того, що тяги для винесення забрудненого повітря зовні приміщення недостатньо, то в цьому випадку повітровід 13 перекривається за допомогою клапана 18, при цьому включається повітровід 14 за допомогою осьового вентилятора 17. Після очищення забрудненого повітря останнє проходить через вентиляційну башту 7 зовні в атмосферу. В холодну пору року, наприклад при температурі зовні приміщення - 25 °С, поворотна фрамуга 27 перекриває площину отвору 6 приблизно в 4 рази; теплообмінники 9 підігрівають припливне чисте повітря завдяки поглинанню теплової енергії від ґрунтових теплоакумуляторів 8, а теплообмінники 20 підігрівають припливне повітря завдяки поглинанню енергії викидного забрудненого повітря. В обох зазначених випадках примусовий теплообмін відбувається за допомогою теплоізольованих трубопроводів 10, 21 та насосів 11 і 22 або теплових труб, які насосів не потребують. Ефективність теплообміну залежить від спроможності теплового агента передавати теплову енергію при малому перепаді температур, а саме: 10 °С...50 °С. Так, з вітчизняної літератури відомо, що теплообмін за допомогою фреонових трубок дає можливість одержати коефіцієнт корисної дії   45 %. Значно менший к.к.д. можна отримати, якщо в якості теплового агента використовується вода, як найбільш дешевий агент. Крім того, вирішальну роль в загальному енергозбереженні відігріє термоізоляція елементів приміщення: даху, стін, воріт і таке інше, причому це важливо як в холодну так і в спекотну погоду; теплоізолятор повинен мати м2  С , а також Вт мати гідроізоляцію, то якщо волога попадає в теплоізолятор, то останній втрачає свої властивості. В якості теплоізолятора можуть бути використані, наприклад мінеральна або скловата, запаяна в поліетиленові мішки або інші подібні матеріали. В жарку спекотну погоду при температурі +35°С,..., + 45°С фрамуги 27 відкривають на максимальний кут, а припливне повітря навпаки охолоджують, тому теплообмін використовують тільки з ґрунтовим теплоакумулятором 8, а теплообмін на другій гілці (теплообмінник 13, насос 22) перекривають. Ґрунтовий теплоакумулятор 8 повинен бути заглиблений (наприклад, вібратором) на глибину 6 м або більше; ефективність теплообміну може бути значно більшою, якщо він (акумулятор) потрапляє в водоносний шар ґрунту, тоді теплоо значення термічного опору R  20 7 58088 бмін з «природним холодильником» захватує не тільки ґрунт, але і водяний шар на кілька десятків метрів. Таким чином заявлений спосіб дозволяє: 1) для приміщень, наприклад ферми на 200 корів можна одержати економію потужності електричної або іншої енергії на 3-х місяцях холодної і 3-х місяцях спекотної погоди 400,...,500 кВт,годин; 2) підвищити продуктивність надоїв молока корів за 6-ть місяців, згаданих вище, 60%   3000[ л]  200[корів]   360000 л молока 100% при тих же витратах на корми, поїння, прибирання гною і т. і., де продуктивність однієї корови прийнято 6000 л на рік, а виконання зоотехнічних норм Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 8 дає можливість підвищити продуктивність надоїв молока не менш як на 60 %. Джерела інформації: 1. Авторське свідоцтво СРСР № 678166 М кл2. Е 04D 13/16. 2. Карпис Е.Е. Строительство и архитектура. Серия 9. Инженерное обеспечение объектов строительства. Обзорная информация. Выпуск 1. Аккумулирование теплоты и холода для систем отопления и вентиляции. М, 1986, с. 13-16 и с. 3336. 3. Л.И. Шпаков и др. Водоснабжение, канализация и вентиляция на животноводческих фермах. М., ВО Агропромиздат, 1987, с. 198, рис.94 (найближчий аналог способу). Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601