PL240150B1 - Układ do odzysku i powtórnego wykorzystania ciepła w brojlerni i sposób odzysku i powtórnego wykorzystania ciepła w brojlerni - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do odzysku i powtórnego wykorzystania ciepła w brojlerni i sposób odzysku i powtórnego wykorzystania ciepła w brojlerni.

Produkcja kurcząt brojlerów odbywa się w 45-cio dniowych cyklach, pomiędzy którymi występuje przerwa technologiczna, trwająca zazwyczaj 14 dni. W czasie przerwy technologicznej usuwa się obornik, dezynfekuje się i wietrzy budynek brojlerni. W ostatnich dniach przerwy technologicznej podłogę pokrywa się ściółką ze świeżej słomy.

Na początku cyklu, jeszcze przed umieszczeniem piskląt, uzyskuje się we wnętrzu budynku temperaturę na poziomie około 30°C. W miarę wzrostu masy ptaków obniża się temperaturę powietrza sukcesywnie w ciągu 28 dni do około 20°C i taką temperaturę utrzymuje się do końca cyklu. Ptaki w miarę przyrostu masy ciała wydzielają coraz więcej ciepła, które jest również emitowane przez ściółkę, w której zachodzą procesy fermentacyjne. Pod koniec cyklu dodatkowa emisja ciepła wynosi około 60 W na metr kwadratowy powietrzni, na której przebywają zwierzęta. W efekcie, w okresie letnim, a nawet w warunkach łagodnej zimy często dochodzi do przegrzewania pomieszczeń brojlerni.

W ostatnim czasie dużą popularnością cieszy się ogrzewanie podłogowe, które w przypadku hodowli drobiu okazało się bardzo korzystne. Dzięki ogrzewaniu podłogi uzyskuje się równomierny rozkład temperatury na całej powierzchni, a strefa pobytu ptaków ma zawsze optymalną temperaturę. Podłoga w tym przypadku nie stanowi przegrody chłodzącej tylko grzejną, co ma pozytywny efekt dla ekonomii produkcji. Ponadto ogrzewanie podłogowe redukuje ilość wilgoci poprzez wygrzewanie i wysuszanie samej ściółki. Dzięki temu ograniczeniu ulega powstawanie szkodliwych gazów takich jak amoniak czy gazów fermentacyjnych, mających swoje źródło w mokrym środowisku ściółki.

Stosowanie ogrzewania podłogowego przekłada się również na zmniejszenie o 53% ilości ptaków cierpiących z powodu zapalenia skóry podeszwy stopy (Foot Pad Dermatitis - FPD). Co więcej, w badaniach przeprowadzonych przez Nawalany i in. (2010) zaobserwowano, że poprawa warunków termicznych w strefie życiowej kurcząt brojlerów skutkuje przyrostem masy ciała o ok. 3%, zmniejszeniem zużycia paszy o 3% i zmniejszeniem śmiertelności kurcząt o około 50%.

Ogrzewanie podłogowe wpływa także na wydatne zmniejszenie ilości stosowanej ściółki, co ma zarówno wymiar ekonomiczny jak i ten związany z ochroną środowiska.

Ze zgłoszenia CN107549039 znane jest rozwiązanie dotyczące ogrzewania pomieszczeń, przeznaczonych do hodowli drobiu na dwóch poziomach. Dach budynku wyposażony jest w panele solarne połączone z zespołem zbiornika wody za pomocą pompy obiegowej. W podłodze pomieszczeń do hodowli drobiu rozmieszczona jest sieć przewodów rurowych, którymi dostarczana jest ciepła woda.

W zgłoszeniu patentowym GB2516320 ujawniony został system grzewczy dla budynku przeznaczonego do hodowli drobiu. W budynku tym przewidziano ogrzewanie podłogowe, przy czym system przewodów rurowych umieszczonych w podłodze połączony jest z urządzeniem grzewczym za pomocą pompy, która przesyła określoną ilość ciepłej wody, na podstawie odczytów dokonywanych przez czujniki temperatury mierzące temperaturę przewodów, podłogi i powietrza w budynku.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że układ składa się ze zbiornika wody o ścianach izolowanych termicznie, wyposażonego w wymiennik ciepła, połączony poprzez sieć rur i zaworów z pompą ciepła i dwoma pompami wodnymi oraz czujników do pomiaru temperatury wody w zbiorniku wody oraz temperatury podłogi w brojlerni. Wewnątrz układu znajdują się zawory:

- na rurze łączącej skraplacz pompy ciepła z rurą zasilania obwodu podłogowego,

- na rurze łączącej skraplacz pompy ciepła ze zbiornikiem wody,

- na rurze powrotnej łączącej obwód podłogowy ze skraplaczem pompy ciepła,

- na rurze łączącej skraplacz pompy ciepła z rurą zasilania zbiornika wody,

- na rurze łączącej odpływ ze zbiornika wody i zasilanie obwodu podłogowego,

- na rurze powrotnej z obwodu podłogowego i zasilania zbiornika wody,

- na rurze łączącej parownik pompy ciepła z rurą łączącą zbiornik wody i zasilanie podłogowe,

- na łączniku rury łączącej parownik pompy ciepła oraz zbiornik wody oraz rury zwrotnej z obwodu podłogowego i zbiornika,

- na rurze ze zbiornika wody do zasilania obwodu podłogowego, znajdujący się przed rozgałęzieniem do parownika pompy ciepła,

- na rurze powrotnej z obwodu podłogowego do zbiornika wody znajdujący się za odgałęzieniem do parownika pompy ciepła,

PL 240 150 B1

- na rurze łączącej skraplacz pompy ciepła i zasilanie zbiornika wody, znajdujący się przed połączeniem z rurą powrotną z obwodu podłogowego.

Korzystnie układ wyposażony jest w zbiorniki wyrównawcze w obwodzie zasilania obwodu podłogowego oraz powrotu z pompy ciepła do zbiornika.

Korzystnie układ wyposażony jest w zawory dwudrogowe.

Korzystnie układ wyposażony jest w zawory trójdrogowe.

Korzystnie układ połączony jest z komputerem, sterującym pracą układu w oparciu o parametry mierzone przez czujniki temperatury.

Wynalazek w zakresie sposobu polega na tym, że układ stanowiący przedmiot wynalazku jest skonfigurowany w taki sposób, że możliwe są trzy tryby pracy:

- ogrzewanie podłogi z wykorzystaniem ciepła zmagazynowanego w zbiorniku wody w trakcie poprzedniego cyklu hodowlanego, gdy zawory na rurach łączących obwód podłogowy ze skraplaczem pompy ciepła oraz zawory na rurach łączących zbiornik wody z parownikiem pompy ciepła są otwarte, a pozostałe zamknięte,

- chłodzenie podłogi z wykorzystaniem chłodu ze zbiornika wody, gdy zawory na rurach łączących obwód podłogowy i parownik pompy ciepła oraz zawory na rurach łączących zbiornik wody ze skraplaczem pompy ciepła są otwarte, a pozostałe zamknięte,

- bezpośredni obieg wody pomiędzy zbiornikiem wody a przewodami zainstalowanymi pod podłogą, gdy zawory na rurach łączących obwód podłogowy ze zbiornikiem wody (zasilanie i powrót) są otwarte, a pozostałe zamknięte.

Podstawowymi zaletami rozwiązania według wynalazku są stworzenie korzystnych parametrów temperatury, wilgotności podłoża i jakości atmosfery wewnątrz brojlerni. Zastosowanie wynalazku umożliwia uzyskanie równego rozkładu temperatury nawet w czasie intensywnej wentylacji pomieszczeń. Wyżej wymienione cechy korzystnie wpływają na poprawę kondycji zdrowotnej hodowanych ptaków. Ponadto uzyskuje się znaczne oszczędności energii do ogrzewania brojlerni na początku chowu poprzez odzysk ciepła z posadzki w końcowej fazie cyklu produkcyjnego.

Zastosowanie sterowania za pomocą mikrokomputera wyposażonego w dostosowany do potrzeb program komputerowy pozwala na precyzyjne dopasowanie warunków panujących w brojlerni do rodzaju, kategorii, masy i wieku zwierząt.

Rozwiązanie według wynalazku zilustrowane jest przykładem wykonania przedstawionym na rysunku, gdzie Fig. 1 - przedstawia układ, Fig. 2 - schemat trybu pracy układu na początku cyklu produkcyjnego, Fig. 3 - schemat trybu pracy układu pod koniec cyklu produkcyjnego, Fig. 4 - schemat dotyczący bezpośredniego obiegu pomiędzy zbiornikiem a podłogą.

Układ składa się ze zbiornika wody ZW o ścianach izolowanych termicznie, wyposażonego w wymiennik ciepła WC, połączony poprzez sieć zaworów Z-1 do Z-11 z pompą ciepła PC i dwoma pompami wodnymi PW-1 i PW-2 oraz czujnikami PT-2 do pomiaru temperatury wody w zbiorniku wody ZW oraz PT-1 do pomiaru temperatury podłogi w brojlerni. Pompa ciepła PC wyposażona jest w skraplacz S, parownik P, kompresor K i zawór rozprężny ZR, natomiast wewnątrz układu znajdują się zawory:

- Z-1 na rurze łączącej skraplacz pompy ciepła z rurą zasilania obwodu podłogowego OP,

- Z-2 na rurze łączącej skraplacz S pompy ciepła PC ze zbiornikiem wody ZW,

- Z-3 na rurze powrotnej łączącej obwód podłogowy OP ze skraplaczem S pompy ciepła PC,

- Z-4 na rurze łączącej skraplacz S pompy ciepła PC z rurą zasilania zbiornika wody ZW,

- Z-5 na rurze łączącej odpływ ze zbiornika wody ZW i zasilanie obwodu podłogowego OP,

- Z-6 na rurze powrotnej z obwodu podłogowego OP i zasilania zbiornika wody ZW,

- Z-7 na łączniku rury łączącej pompę ciepła PC z rurą łączącą odpływ ze zbiornika wody ZW i zasilania podłogowego,

- Z-8 na łączniku rury łączącej parownik P pompy ciepła PC oraz zbiornik wody ZW,

- Z-9 na rurze ze zbiornika wody ZW do zasilania obwodu podłogowego OP, znajdujący się przed rozgałęzieniem do parownika P pompy ciepła PC,

- Z-10 na rurze powrotnej z obwodu podłogowego OP do zbiornika wody ZW znajdujący się za odgałęzieniem do parownika P pompy ciepła PC,

- Z-11 na rurze łączącej skraplacz S pompy ciepła PC i zasilanie zbiornika wody ZW, znajdujący się przed połączeniem z rurą powrotną z obwodu podłogowego OP.

Układ wyposażony jest w naczynia wyrównawcze NW-1 i NW-2 w obwodzie zasilania obwodu podłogowego oraz powrotu z pompy ciepła PC do zbiornika wody ZW.

Opisany układ jest skonfigurowany w taki sposób, że możliwe są trzy tryby pracy:

PL 240 150 B1

- ogrzewanie podłogi z wykorzystaniem ciepła zmagazynowanego w zbiorniku wody ZW w trakcie poprzedniego cyklu hodowlanego, gdy zawory Z-1 i Z-3 na rurach łączących obwód podłogowy ze skraplaczem S pompy ciepła PC oraz zawory Z-7, Z-8, Z-9 i Z-11 na rurach łączących zbiornik wody ZW z parownikiem P pompy ciepła PC są otwarte, a pozostałe zamknięte,

- chłodzenie podłogi z wykorzystaniem chłodu ze zbiornika wody ZW, gdy zawory Z-5, Z-6 i Z-7 na rurach łączących obwód podłogowy i parownik P pompy ciepła PC oraz zawory Z-2, Z-4 i Z-11 na rurach łączących zbiornik wody ZW ze skraplaczem S pompy ciepła PC są otwarte, a pozostałe zamknięte,

- bezpośredni obieg wody pomiędzy zbiornikiem wody ZW a przewodami zainstalowanymi pod podłogą, gdy zawory Z-5, Z-6, Z-9, Z-10 na rurach łączących obwód podłogowy ze zbiornikiem wody ZW (zasilanie i powrót) są otwarte, a pozostałe zamknięte.

Układ działa w taki sposób, że drugiej połowie cyklu produkcyjnego odbiór ciepła czy chłodzenie posadzki brojlerni odbywa się początkowo w bezpośrednim obiegu, w którym pracuje pompa wodna PW-1, zawory Z-5, Z- 6, Z-9 i Z-10 są otwarte a pozostałe zamknięte, pompa ciepła PC jest wyłączona. Woda krąży pomiędzy podłogą i zbiornikiem wody ZW. Ciepło z podłogi przekazuje się do zbiornika wody ZW, wychłodzonego na początku cyklu. Po wyrównaniu temperatury w podłodze i zbiorniku wody ZW włącza się pompę ciepła PC, która odbiera ciepło z obiegu podłogowego OP i przekazuje go do zbiornika wody ZW. Podłogę nadal się chłodzi a ciepło magazynuje się w zbiorniku wody ZW. W tym trybie oprócz pompy ciepła pracują obie pompy wodne WP-1 i WP-2, zawory Z-2, Z-4, Z-5, Z-6, Z-7 i Z-11 są otwarte, a pozostałe zawory są zamknięte. Po zakończeniu cyklu hodowlanego następuje około dwutygodniowa przerwa, w czasie której system jest wyłączony, co oznacza wszystkie zawory od Z-1 do Z-11 zamknięte, pompa ciepła PC i pompy wodne PW-1 i PW-2 wyłączone. Utrzymanie wysokiej temperatury w zbiorniku wody ZW możliwe jest poprzez dobrą izolację termiczną ścian zewnętrznych zbiornika wody ZW. Na początku kolejnego cyklu włącza się ponownie tryb bezpośredni poprzez uruchomienie pompy PW-1 i otwarcie zaworów Z-5, Z-6, Z-9 i Z-10. Tym razem ciepło przepływa bezpośrednio ze zbiornika wody ZW do podłogi, wygrzewając posadzkę i ściółkę. Po obniżeniu temperatury zbiornika wody ZW włącza się pompę ciepła PC. Zawory Z-1, Z-3, Z-7, Z-8, Z-9 i Z-11 są otwarte i obie pompy wodne PW-1 i PW-2 pracują. Woda z obiegu podłogowego OP przepływa przez skraplacz S pompy ciepła PC co powoduje dalsze ogrzewanie podłogi. Ciepło do skraplacza S dostarcza się z parownika P, przez który woda jest cyrkulowana przez wymiennik ciepła WC w zbiorniku wody ZW. Wodę w zbiorniku wody ZW w dalszym ciągu się schładza. Proces ten trwa tak długo jak możliwy jest odzysk ciepła ze zbiornika i występuje zapotrzebowanie na ciepło w brojlerni. Dla podniesienia efektywności procesu możliwe jest częściowe zamrożenie wody w zbiorniku wody ZW do powstania wody lodowej. Niską temperaturę wody w zbiorniku oraz ciepło przemiany fazowej lód-woda wykorzystuje się do schłodzenia podłogi w drugiej połowie cyklu. Tym razem wysoka izolacja termiczna zbiornika wody ZW pozwala na utrzymanie niskiej temperatury do drugiej połowy cyklu.

Claims (6)

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ do odzysku i powtórnego wykorzystania ciepła w brojlerni, znamienny tym, że składa się ze zbiornika wody (ZW) o ścianach izolowanych termicznie, wyposażonego w wymiennik ciepła (WC), połączony poprzez sieć rur i zaworów z pompą ciepła (PC) i dwoma pompami wodnymi (PW-1 i PW-2) oraz czujników (PT02) do pomiaru temperatury wody w zbiorniku (ZW) oraz (PT-1) do pomiaru temperatury podłogi w brojlerni, a wewnątrz układu znajdują się zawory:

- (Z1) - na rurze łączącej skraplacz pompy ciepła z rurą zasilania obwodu podłogowego (OP),

- (Z2) - na rurze łączącej skraplacz (S) pompy ciepła (PC) ze zbiornikiem wody (ZW),

- (Z3) - na rurze powrotnej łączącej obwód podłogowy (OP) ze skraplaczem (S) pompy ciepła (PC),

- (Z4) - na rurze łączącej skraplacz (S) pompy ciepła (PC) z rurą zasilania zbiornika wody (ZW),

- (Z5) - na rurze łączącej odpływ ze zbiornika wody (ZW) i zasilanie obwodu podłogowego (OP),

- (Z6) - na rurze powrotnej z obwodu podłogowego (OP) i zasilania zbiornika wody (ZW),

PL 240 150 B1

- (Z7) - na łączniku rury łączącej pompę ciepła (PC) z rurą łączącą odpływ ze zbiornika wody (ZW) i zasilania podłogowego,

- (Z8) - na łączniku rury łączącej parownik (P) pompy ciepła (PC) oraz zbiornik wody (ZW),

- (Z9) - na rurze ze zbiornika wody (ZW) do zasilania obwodu podłogowego, (OP) znajdujący się przed rozgałęzieniem do parownika (P) pompy ciepła (PC),

- (Z10) - na rurze powrotnej z obwodu podłogowego (OP) do zbiornika wody (PW) znajdujący się za odgałęzieniem do parownika (P) pompy ciepła (PC),

- (Z11) - na rurze łączącej skraplacz (S) pompy (PC) ciepła i zasilanie zbiornika wody (ZW), znajdujący się przed połączeniem z rurą zwrotną z obwodu podłogowego (OP).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wyposażony jest w naczynia wyrównawcze (NW-1, NW-2) w obwodzie zasilania obwodu podłogowego (OP) oraz powrotu z pompy ciepła (PC) do zbiornika wody (ZW).

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawory (Z1 do Z11) są dwudrogowe.

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawory (Z1 do Z11) są trójdrogowe.

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że połączony jest z komputerem, sterującym jego pracą w oparciu o parametry mierzone przez czujniki temperatury (PT-1 i PT-2).

6. Sposób odzysku i powtórnego wykorzystania ciepła w brojlerni, znamienny tym, że układ według zastrz. 1 skonfigurowany jest w taki sposób, że możliwe są trzy tryby pracy:

- ogrzewanie podłogi z wykorzystaniem ciepła zmagazynowanego w zbiorniku wody (ZW) w trakcie poprzedniego cyklu pracy, gdy zawory (Z-1, Z-3) na rurach łączących obwód podłogowy (OP) ze skraplaczem (S) pompy ciepła (PC) oraz zawory (Z-7, Z-8, Z-9, Z-11) na rurach łączących zbiornik wody (ZW) z parownikiem (P) pompy ciepła (PC) są otwarte, a pozostałe zamknięte,

- chłodzenie podłogi z wykorzystaniem chłodu pochodzącego ze zbiornika wody (ZW), gdy zawory (Z-5, Z-6, Z-7), na rurach łączących obwód podłogowy (OP) i parownik (P) pompy ciepła (PC) oraz zawory (Z-2, Z-4, Z-11) na rurach łączących zbiornik wody (ZW) ze skraplaczem (S) pompy ciepła (PC) są otwarte, a pozostałe zamknięte,

- bezpośredni obieg wody pomiędzy zbiornikiem wody (ZW) a przewodami zainstalowanymi pod podłogą, gdy zawory (Z-5, Z-6, Z-9 Z-10) na rurach łączących obwód podłogowy (OP) ze zbiornikiem wody (ZW) w trakcie zasilania i powrotu są otwarte, a pozostałe zamknięte.