一种畜禽舍太阳能供热通风除湿系统

技术领域

本发明涉及一种通风除湿系统，具体涉及一种太阳能供热通风除湿系统，属于房屋通风除湿技术领域。

背景技术

北方寒冷地区的畜禽舍(如牛舍)以坐北朝南居多，由于采光不足，舍内温度不高，甚至低于-15℃以下，为了保持室内温度，一般不对牛舍通风，导致内空气湿度增加，加之牛生长过程中排出的二氧化碳、甲烷得不到有效稀释，使得牛舍内冬季呈现“温度低、湿度大、污染重”的现状，影响牛的越冬育肥和连续产奶，严重阻碍肉乳牛养殖产业高质量发展。

传统牛舍供热与通风在能量利用上是互斥的，同时也存在如下问题：①牛舍属于封闭大空间，难以做到供热均匀，需要考虑防火防爆措施；②对流通风过程受到环境温度影响，容易出现牛舍内结冰、冷风倒灌、牛冷应激反应等现象；③供热过程所释放的温室气体与牛舍内温室气体叠加，增加了环境污染和碳排放。

为了缓解上述技术瓶颈，亟待研发一种绿色低碳供能、除湿供热耦合、利用效率适宜、有害气体吸附与畜禽舍集成度高的供热通风除湿系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种畜禽舍太阳能供热通风除湿系统，排气单元中的潮湿低温空气能够与进气单元中的干冷新鲜空气进行逆向换热，既实现了排出气体对进风气体的预热，也实现了排出气体的热回收和凝结水的再利用；预热后的新鲜空气经太阳能聚光器加热后进入畜禽舍，加热舍内顶部潮湿空气，由此实现了畜禽舍冬季供热的太阳能驱动、舍内空气热能的回收利用、气水高效分离收集、通风过程不失热，从而能够提高舍内舒适度，保持舍内热湿均衡，改善舍内养殖空气质量。

本发明所采用的技术方案是：一种畜禽舍太阳能供热通风除湿系统，包括：用于排出畜禽舍内空气的排气单元；

用于向畜禽舍内输送新鲜空气的进气单元；

用于通过太阳能聚光加热进气单元中新鲜空气的太阳能聚光器；

所述排气单元中的空气能够与所述进气单元中的新鲜空气逆向换热，逆向换热后的新鲜空气经太阳能聚光器加热后进入畜禽舍。

作为本发明的一种优选方式，所述排气单元包括排风管；所述排风管一端伸入畜禽舍内，另一端伸出畜禽舍；

所述进气单元包括伸入所述畜禽舍内的送风管以及同轴嵌套在所述排风管内部的进风管，所述进风管的下端伸出所述畜禽舍作为进风口。

作为本发明的一种优选方式，所述进风管外表面布置螺旋排水板，所述螺旋排水板的下端设置有与排水箱的放水管。

作为本发明的一种优选方式，所述太阳能聚光器为安装在所述进风管与送风管之间的槽式太阳能聚光器。

作为本发明的一种优选方式，所述槽式太阳能聚光器包括入光口处的玻璃盖板、底部聚光板和前后两端的侧板；

所述底部聚光板由渐开线反射面、平板反射面A、平板反射面B和抛物线反射面依次连接而成；

在所述顶部玻璃盖板底部聚光板和前后两端的侧板所包围的空间内部沿纵向放置筒状的接收体，其中所述渐开线反射面和抛物线反射面各横截面焦点所连成的直线与接收体的轴线重合；

所述接收体的一端与进气单元中的进风管连通，另一端与送风管连通。

所述槽式太阳能聚光器包括入光口处的玻璃盖板、底部聚光板和前后两端的侧板；

所述底部聚光板由渐开线反射面、平板反射面A、平板反射面B和抛物线反射面依次连接而成；

在所述顶部玻璃盖板底部聚光板和前后两端的侧板所包围的空间内部沿纵向放置筒状的接收体，其中所述渐开线反射面和抛物线反射面各横截面曲线焦点所连成的直线与接收体的轴线重合；

所述接收体的一端与进气单元中的进风管连通，另一端与送风管连通。

作为本发明的一种优选方式，所述排风管伸入畜禽舍内的端部安装有喇叭状的排风管头。

作为本发明的一种优选方式，所述排气单元中设置有风机。

作为本发明的一种优选方式，所述排气单元中设置有甲烷吸附板。

作为本发明的一种优选方式，在所述进气单元的进气口处设置柔性单向阀，所述柔性单向阀为弹性挡片，上端与进气口内壁面相连；当系统不工作时，所述柔性单向阀自然垂落堵住进风口；当系统开启时，在舍内负压驱动下，所述柔性单向阀飘起，打开进风口。

作为本发明的一种优选方式，安装时，所述槽式太阳能聚光器的玻璃盖板与畜禽舍的屋面一体。

有益效果：

(1)本发明的畜禽舍太阳能供热通风除湿系统，通过结构设计使排气单元中的潮湿低温空气(通常为0℃左右)能够与进气单元中的干冷新鲜空气(温度通常在零下20℃左右)进行逆向换热，由此能够完成排出气体所含显热的回收以及进气的预热；预热后的新鲜空气经太阳能聚光器加热后进入畜禽舍，加热舍内顶部潮湿空气，由此实现了畜禽舍冬季供热的太阳能独立驱动、舍内热能的回收利用、通风过程不失热，从而能够提高舍内舒适度，保持舍内热湿均衡，改善舍内养殖空气质量。

(2)本发明中，在进风管外表面设置有螺旋排水板，在增大气体逆流换热面积的同时，能够凝结并回收排出气体所含水分，吸收气体中部分氨气，减小通风过程中的散热损失，实现气水分离、回收、吸附了排出气体中的水分和氨气，实现气水高效分离收集。

(3)本发明中，设计了新型槽式太阳能聚光器，通过渐开线反射面、抛物线反射面以及平面反射面的组合集成，能够在太阳接收角为15°-80°范围内捕获入射辐射，无需跟踪装置，可与建筑围护高效集成，通过串并联提供输出热能品质。

(4)本发明中，喇叭状排风口与螺旋排水板的组合，能够实现畜禽舍内排出空气在排风管内形成“旋风”，促使排出空气高效、快速流动，提高通风流量，降低系统空气强制流动所需能耗。

(5)本发明中，利用风机通风所形成的空间负压抽吸新鲜空气，减少系统中供热驱动用能。

(6)本发明中，进风管中柔性单向阀的使用，可以防止系统停止时，环境冷风倒灌及沙尘侵袭。

附图说明

图1为本发明的太阳能供热通风除湿系统整体结构示意图；

图2为本发明中太阳能聚光器工作时的太阳光入射光路图，其中a、b、c、d为入射太阳光；

图3为本发明中柔性单向阀停止和运行对比图；

图4为本发明的太阳能供热通风除湿系统在牛舍上的实施例图。

其中：1-供热口；2-送风管；3-渐开线反射面；4-抛物线反射面；5-玻璃盖板；6-接收体；7-侧板；8-进风管；9-螺旋排水板；10-甲烷吸附板；11-风机；12-排风口；13-进风口；14-柔性单向阀；15-排污管；16-放水管；17-排水箱；18-排水管；19-排风管；20-排风管头；21-平板反射面A；22-平板反射面B；23-牛舍。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1：

为了满足冬季畜禽舍(如牛舍)供热不排碳、通风不失热、除湿不结冰的使用要求，提高畜禽舍(如牛舍)供热通风过程中热能利用效率，有效回收舍内空气中水分，实现太阳能绿色低碳供能，本实施例提供一种畜禽舍太阳能供热通风除湿系统，通过对气水换热传输过程及太阳能聚光器的设计，满足畜禽舍供热通风除湿的实际需求。

该畜禽舍太阳能供热通风除湿系统包括：太阳能聚光器、进气单元和排气单元。

其中排气单元用于排出畜禽舍内的潮湿低温有害空气，进气单元用于向畜禽舍内输送干冷新鲜空气；排气单元中的潮湿低温空气能够与进气单元中的干冷新鲜空气逆向换热，在回收排出气体所含显热进行预热的同时，能够完成排出气体的除湿排水。

太阳能聚光器用于进气单元中干冷新鲜空气的加热，具体的，吸收了排出气体热能的干冷新鲜空气(即预热后的干冷新鲜空气)进入太阳能聚光器内继续光热转化温升，最终进入畜禽舍顶部，对舍内空气供热，由此实现畜禽舍的供热通风除湿。

如图1所示，排气单元包括：风机11、排风管19和排风管头20；排风管19一端设置排风管头20并伸入畜禽舍内，另一端安装风机11并伸出畜禽舍。具体的，本实施例中，为方便安装，排风管19包括竖直段和设置在竖直段顶部的弯折段；其中排风管19竖直段的下端设置有风机11(为方便安装，通常在竖直段的下端设置水平段，水平段伸出畜禽舍，并在其内部安装风机11)，弯折段的端部设置有喇叭状的排风管头20。使用时，排风管19风机11所在端的端部开口作为排风口12，畜禽舍内潮湿低温空气通过排风管头20进入排风管19。排风管19内风机11的前方(朝向排风管头20的一侧)设置有甲烷吸附板10。

进气单元包括：进风管8、送风管2和螺旋排水板9；其中进风管8同轴嵌套在排风管19内部，二者之间形成排风环形通道。通过进风管8与排风管19的同轴嵌套布置，能够促使潮湿低温有害气体与干冷新鲜空气的逆向换热，在回收排出气体所含显热的同时，完成了排出气体的除湿排水，吸收部分氨气。具体的，本实施例中，进风管8同轴嵌套与排风管19竖直段内部，在进风管8外表面布置螺旋排水板9(即螺旋排水板9凸起于进风管8外表面)，螺旋排水板9的下端设置有放水管16，放水管16与排水箱17连通。排水箱17上设置有排水管18和排污管15。此外，进风管8的下端伸出排风管19作为进风口13。

进风管8的顶部伸出排风管19后通过太阳能聚光器与送风管2相连，使用时，送风管2伸入畜禽舍内，其端部开口作为供热口1，用于向畜禽舍内输送干热新鲜空气。

如图2所示，太阳能聚光器为槽式太阳能聚光器，包括入光口处玻璃盖板5、底部聚光板和前后两端的侧板7；其中底部聚光板由渐开线反射面3(即该反射面的横截面为渐开线)、平板反射面A21、平板反射面B22(如采用平面镜)和抛物线反射面4(即该反射面的横截面为抛物线)依次连接而成，即渐开线反射面3的一端与水平设置的玻璃盖板5的一端相连，渐开线反射面3的另一端依次连接平板反射面A21、平板反射面B22和抛物线反射面4的一端，抛物线反射面4的另一端与玻璃盖板5的另一端相连。其中平板反射面A21和平板反射面B22之间具有外凸的弯折角。在顶部玻璃盖板5、底部聚光板和前后两端的侧板7所包围的空间内部沿纵向放置筒状的接收体6，其中渐开线反射面3和抛物线反射面4各横截面曲线焦点所连成的直线与接收体6的轴线重合或平行接近。接收体6的一端在后端的侧板7处与进风管8连通，另一端在前端的侧板7处与送风管2连通。

太阳能聚光器运行原理如图2所示：

本例中，槽式太阳能聚光器横截面的轮廓线是由抛物线AB、直线BC和直线CD、渐开线DE顺次连接而成，接收体6对应横截面的圆心位于抛物线AB和渐开线DE的焦点位置附近。令太阳光线a和太阳光线b分别为入射到抛物线AB的端点A和端点B的边界光线，经反射后汇聚于接收体6上，则位于太阳光线a和太阳光线b之间光线均会汇聚于接收体6上；同理，令太阳光线c和太阳光线d分别为入射到渐开线DE的端点D和端点E的边界光线，经反射后汇聚于接收体6上，则位于太阳光线c和太阳光线d之间光线均会汇聚于接收体6上。而太阳光线b和太阳光线c之间的光线直接入射到接收体6上或经平板反射面A21、平板反射面B22反射后汇聚于接收体6上。

该太阳能供热通风除湿系统工作原理为：

该通风除湿系统运行时，启动风机11，畜禽舍内潮湿低温气体经排风管头20进入排风管19中，在同心内嵌于排风管19中的外壁设置有螺旋排水板9的进风管8表面形成环绕“旋风”，并通过甲烷吸附板10后排出舍外；畜禽舍内负压使得舍外干燥新鲜空气经进风口13进入竖直进风管8中，与排风管19中排气逆向换热，同时排气中的水分由于温度降低在进风管8外表面凝结，沿螺旋排水板9向下流，经放水管16进入排水箱17中。换热后的新鲜空气进入槽式太阳能聚光器的接收体6中，与汇聚的高密度太阳辐射能换热后生成高温空气，经送风管2通过供热口1进入畜禽舍顶部，对舍内空气供热，提高舍内温度。该太阳能供热通风除湿系统利用环境中低温新鲜干冷空气实现了对畜禽舍内空气的除湿、回热，完成了气水分离，提高了系统的热能利用效率，解决了封闭畜禽舍内冬季湿度大、温度低、有害气体多的实际问题。

图4为该通风除湿系统在牛舍23上的具体安装示意图，该通风除湿系统安装在牛舍23南墙内侧，槽式太阳能聚光器布置在牛舍23朝南屋顶，太阳能聚光器的玻璃盖板5与屋面一体，排风口12和进风口13伸出牛舍23。晴天，风机11启动，牛舍23内潮湿低温有害气体经排风管头20进入排风管19中，在同轴内嵌于排风管19中的外壁设置有螺旋排水板9的进风管8表面形成环绕“旋风”，并通过甲烷吸附板10后排出舍外；牛舍23内负压使得舍外干燥新鲜空气经进风口13进入进风管8中，与排风管19中排气逆向换热，同时排气中的水分由于温度降低在进风管8外表面凝结，沿螺旋排水板9向下流，经放水管16进入排水箱17中，换热后的新鲜空气进入槽式太阳能聚光器接收体6中，与汇聚的高密度太阳辐射能换热后生成高温空气，通过供热口1进入牛舍23顶部，提高舍内空气温度，阻止舍内顶部湿空气凝结，实现牛舍23供热通风除湿。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，在进气口13处设置如图3所示的柔性单向阀14，柔性单向阀14为弹性挡片，上端与进气口13内壁面相连，其余部分为自由状态；当系统不工作时，由于本身柔性特征，柔性单向阀14处于自然垂落状态，堵住进风口13，防止冷空气倒灌。当系统开启时，在舍内负压驱动下，柔性单向阀14水平飘起，打开进风口13，新鲜空气可以经进风口13进入进风管8中。

采用柔性单向阀14在系统不工作时，既能堵住进风口13，防止冷空气倒灌，又不影响进风管8积水的排出(一般情况下进风管8内不会出现液态水，这样设置的目的在于一旦在应用中出现漏水，可以直接排出，而不会聚焦结冰，堵塞进风口13)。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。