ES2949837B2 - Instalación de climatización para granjas - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
Instalación de climatización para granjas
La presente memoria descriptiva se refiere, como su título indica, a una instalación de climatización para granjas. Idónea para utilizar en granjas de maternidad porcina, aunque utilizable también para otros tipos de ganadería, permite generar de manera eficiente dos focos de climatización contrapuestos, de manera simultánea con un mismo equipo. Implementando una instalación de aire acondicionado en la sala o salas, se aporta confort para las madres y/o animales adultos en general, y mediante la recuperación de calor a través de una unidad frigorífica se genera otro foco caliente, para aportar confort a los animales recién nacidos. El calor robado en el proceso de refrigeración del equipo propuesto, se aporta al foco caliente de calefacción, redundando en un mejor aprovechamiento energético.
Con la recirculación del aire en la sala o salas mediante unidades de enfriamiento, se reduce la cantidad de humedad en el ambiente, mejorando las condiciones sanitarias del aire. Además, el intercambio de calor, mediante la única unidad frigorífica tiene la gran ventaja de la reducción de las necesidades de ventilación, minimizando las pérdidas y reduciendo notablemente el consumo de agua asociada a la refrigeración de la sala o salas, lo cual obviamente redunda en una clara mejora de la rentabilidad económica de la explotación porcina.
Campo de la invención
La invención se refiere al campo de las instalaciones de climatización y ventilación para granjas, especialmente de ganado porcino, y más concretamente para explotaciones de maternidad porcinas.
Estado actual de la técnica
En la actualidad, en granjas para la cría y engorde de ganado, especialmente para ganado porcino, existen diferentes necesidades de climatización. Esto es particularmente notable en las explotaciones de maternidad de cría porcina. Así, mientras los cerdos adultos, entre los que se encuentran las cerdas madres, necesitan de unas temperaturas frescas, los lechones, especialmente los más jóvenes, necesitan de calor, por encima de la temperatura ambiente, en sus primeras semanas de vida. Dado que es práctica normal que los lechones estén en la misma sala que la madre, para facilitar su alimentación, se crea un problema: en la misma sala es necesario disponer de una zona caliente, para los lechones, aportando un calor focal que pasa al ambiente, mientras que la temperatura ambiente general de la sala se requiere baja para las madres, que obliga a una continua sobreventilación.
Tradicionalmente, la necesidad de calor se ha solucionado disponiendo de una zona caliente para los lechones, mediante lámparas de infrarrojos ubicadas sobre ella, mediante un suelo calefactado (eléctrico o hidráulico) y/o por conductos por los que se hace circular un fluido calentado (agua por lo general) por una caldera externa, que puede ser de gas, biomasa, gasoil, etc.... Ejemplos de estas soluciones prácticas los podemos encontrar descritos por ejemplo en las patentes ES-0447982“Sistema de calefacción para ganado porcino, extensible a otros animales”,ES-1066791“Placa de calefacción para suelos de granjas de ganado porcino”,CN211458408U“Heat preservation pig house with hot water heating system”y CN201401244Y“A biogas generator set circulating water waste heat recycling system”.
Por otro lado, las necesidades de refrigeración y de ambiente fresco para las madres se suelen solventar mediante la instalación de ventiladores o extractores que originan una corriente de aire de refresco en el interior de la sala, que, en ambientes o zonas de clima más caluroso, tienen que ser complementada por evaporadores o pulverizadores de agua que refrescan el aire entrante, aunque con un notable incremento de humedad. Este tipo de elementos se pueden encontrar descritos en las patentes ES0439647“Perfeccionamientos en los sistemas de ventilación de cuadras o porquerizas para engorde de cerdos”y ES0325407“Mejoras introducidas en los cebaderos de animales, especialmente cerdos”.
Estas soluciones combinadas originan una alta demanda energética en la explotación, dado que por un lado estamos aportando calor a una sala, y al mismo tiempo, ventilando y refrigerando esa misma sala o una contigua, con un gran desperdicio de energía y baja eficiencia, que causa un elevado coste económico para la operación de estas instalaciones, siendo especialmente grave y preocupante en países o zonas climáticamente cálidas, donde conseguir el enfriamiento es energética y económicamente más costoso.
Este problema se ha intentado solventar en algún caso mediante el uso de bombas o intercambiadores de calor para la generación de las zonas cálidas para lechones, que proporcionan mejor rendimiento energético que las calderas convencionales, como por ejemplo se describe en las patentes CN112088780A“Pig farm temperature and humidity automatic adjusting system applying ground source heat pump technologyy RU2743814C1“Installation of local heating of piglets using a thermoelectric heat pump”.Sin embargo estas soluciones recuperan el calor de ventilación para meterlo en la calefacción, tirando el frío al exterior, por tanto para funcionar el sistema siempre debe estar sacando aire al exterior, lo cual también es un desperdicio energético, además de no proporcionar ningún tipo de recirculación del aire interno. Este tipo de soluciones pueden ser aplicables en países de climas fríos, pero no en países más cálidos donde, especialmente en verano, las altas temperaturas originan un problema energético para conseguir el frío interno necesario, no pudiendo bajarse las temperaturas internas lo que se desearía.
Vemos que no se conoce en el estado de la técnica ninguna instalación en la que se recupere calor del ambiente donde hay animales adultos (sala de maternidad, gestación, cubricontrol...), dejando dentro el frío obtenido mediante la recirculación del aire de la propia sala, para refrigeración y eliminación de humedad, mejorando las condiciones sanitarias del aire en la sala sin necesidad de ventilar todo el tiempo, reduciendo así la ventilación y el consumo de agua, asociados a la refrigeración.
Descripción de la invención
Para solventar la problemática existente en la actualidad para generar de una manera eficiente dos focos de climatización contrapuestos en la misma sala, o en naves próximas, con el mismo equipo, uno frío para el ambiente que aporta confort para las madres y cerdos adultos en general, y otro caliente para confort de los lechones recién nacidos, se ha ideado la instalación de climatización objeto de la presente invención, el cual implementa un sistema de aire acondicionado en la sala, con recuperación de calor. Para ello comprende - al menos una unidad frigorífica asociada con al menos un dispositivo de calefacción, preferentemente un circuito de suelo radiante, emisor similar o sistema de distribución general de calefacción destinada a los lechones, mediante una conducción de líquido caliente, y con una o varias unidades de enfriamiento por aire, preferentemente de tipo preferentemente de tipo aerotermo, unidad de tratamiento de aire, conducciones de aire, sistema de distribución general de frío, o una combinación de ellas, mediante una conducción de líquido frío, obtenidos dichos líquidos caliente y frío mediante el intercambio de temperatura producido en la unidad frigorífica, comprendiendo cada unidad frigorífica al menos un compresor dotado de un circuito de gas refrigerante dispuesto entre un intercambiador de foco caliente, asociado a la conducción de líquido caliente, y un intercambiador de foco frío, asociado a la conducción de líquido frío,
- al menos una bomba de circulación dispuesta en cada uno de las conducciones de líquido,
- sensores de temperatura y presión dispuestos al menos en cada una de las conducciones de líquido, así como en la sala,
- al menos una entrada de aire del exterior,
- uno o varios extractores de salida al exterior, y
- al menos un módulo electrónico de control, asociado con los sensores de temperatura y presión, y dotado de medios para regular la operación del compresor , las bombas de circulación de líquido, y opcionalmente los extractores de salida para la ventilación del aire.
Está previsto que, opcionalmente, la unidad frigorífica pueda llevar asociada al menos una unidad exterior, preferentemente un radiador de frío/calor con ventilador asociado, conectado, mediante una válvula de cuatro vías al circuito de gas refrigerante, pudiendo realizar de esta forma, junto con la unidad frigorífica, una operación en modo bomba de calor cuando sea necesario.. Esto será especialmente útil como ayuda complementaria en caso de que la instalación de climatización sea independiente, sin una instalación ya existente, y se produzcan situaciones de exceso de calor o de frío a compensar con el aire exterior.
El calor robado en el proceso de refrigeración del equipo propuesto, se aporta al foco caliente de calefacción, redundando en un mejor aprovechamiento energético.
Está previsto que, opcionalmente, pueda incorporar depósitos acumuladores inerciales de líquido, tanto frío como caliente, intercalados en las respectivas conducciones.
El líquido utilizado en las conducciones, tanto frías como calientes, es preferentemente agua, bien sola o combinada con productos desinfectantes, anti moho, anti heladas, etc...
Está previsto que esta instalación puede realizarse de manera independiente, o bien de forma combinada con una instalación convencional preexistente, en cuyo caso la conexión de la conducción de líquido caliente con el sistema existente individual o general de calefacción, se realiza mediante una válvula de tres vías. En este caso además, se mantiene la entrada existente de aire con su dispositivo evaporativo o pulverizador existente para el enfriamiento del aire de entrada.
En el procedimiento característico de funcionamiento de esta instalación, la o las unidades de enfriamiento originan una corriente de recirculación de aire de enfriamiento y deshumidificación, recuperando el calor emitido por el circuito de suelo radiante y/o calor latente de los propios animales, mediante el intercambio de calor en la unidad frigorífica. Además de esto, el o los extractores de salida, combinados con la entrada o entradas de aire originan en caso necesario una corriente de ventilación entre el aire de entrada y el aire de salida. Opcionalmente, como hemos visto, el enfriamiento producido por la recirculación de aire originada por la o las unidades de enfriamiento se puede complementar con la pulverización de agua sobre el aire de entrada o mediante el dispositivo evaporativo. También opcionalmente el calentamiento del circuito de suelo radiante desde la unidad frigorífica se puede complementar con un dispositivo de calefacción existente.
Ventajas de la invención
Esta instalación de climatización que se presenta aporta múltiples ventajas sobre los sistemas disponibles en la actualidad siendo la más importante que permite incorporar un sistema de aire acondicionado en las explotaciones de maternidad de cría porcina, con recuperación de calor mediante la unidad frigorífica, aprovechando tanto el frío generado por dicha unidad frigorífica, para el ambiente que aporta confort para las madres, como el calor obtenido en la misma unidad frigorífica, para el confort de los lechones recién nacidos, todo ello con el mismo equipo.
Las mismas conclusiones y apreciación de ventajas serán de aplicación al respecto de granjas distintas de las de cría porcina; así, en el caso de la cría ovina es igualmente provechoso establecer una temperatura óptima de confort a las ovejas adultas inferior a la aplicable a corderas.
Este aprovechamiento del intercambio de calor en una única unidad frigorífica, en lugar de los dos dispositivos diferentes utilizados convencionalmente para frío y calor, tiene la gran ventaja de la optimización del consumo energético, minimizando pérdidas y reduciendo notablemente el consumo energético de la explotación, lo cual obviamente redunda en una clara mejora de la rentabilidad económica de la explotación porcina.
También debemos destacar que esta instalación realiza una recirculación de aire en la sala mediante las unidades de tratamiento de aire o aerotermos. Esta recirculación de aire tiene la ventaja añadida de que permite realizar el proceso de refrigeración y, a la vez, reducir la humedad en el ambiente, mejorando las condiciones sanitarias del aire en la sala.
No debemos dejar de señalar que esta recirculación de aire se puede combinar con cualquier instalación convencional existente, que únicamente proporcionan frío aportando aire proveniente del exterior, añadiendo agua en verano mediante evaporadores o pulverizadores de agua para bajar su temperatura. También es posible utilizarla de manera independiente.
Otra importante ventaja es que permiten tanto su aplicación en salas de maternidad compartidas por cerdos adultos y lechones, en las que el circuito de suelo radiante y las unidades de enfriamiento por aire están dispuestas en la misma sala de la granja, como su aplicación alternativa, en caso de que existan también salas o naves separadas únicamente para cerdos adultos, además de las salas de maternidad, en la que algunas de las unidades de enfriamiento por aire asociadas estén dispuestas en otras salas de la granja sin circuito de suelo radiante, conectadas a la misma unidad frigorífica para refrigerar dichas salas únicamente para cerdos adultos.
Es importante hacer notar que, frente a las instalaciones convencionales, esta instalación reduce el consumo de agua, y el volumen de aire de ventilación requerido, evitando la sobreventilación que se realiza actualmente respecto a las necesidades biológicas de los animales, para favorecer la refrigeración.
Descripción de las figuras
Para comprender mejor el objeto de la presente invención, en el plano anexo se ha representado una realización práctica preferencial de una instalación de climatización para granjas.
En dicho plano la figura -1- muestra una vista esquemática simplificada de una instalación de climatización convencional, combinando una instalación de calefacción por suelo radiante con una ventilación con un dispositivo evaporativo para refrigerar el aire.
La figura -2- muestra una vista esquemática simplificada de una instalación de climatización para granjas según la invención, combinada con la instalación existente convencional.
La figura -3- muestra una vista esquemática simplificada de una instalación de climatización para granjas según la invención únicamente.
La figura -4- muestra una vista esquemática simplificada de los elementos básicos de la unidad frigorífica y sus circuitos y elementos asociados.
Realización preferente de la invención
La constitución y características de la invención podrán comprenderse mejor con la siguiente descripción hecha con referencia a las figuras adjuntas.
La figura 1 ilustra una instalación de climatización convencional, según el estado de la técnica actual, de una sala de maternidad porcina, en el que coexisten cerdos adultos (16) y lechones (17), y que combina por un lado una caldera de calefacción (14), que puede ser eléctrica, de gas, de biomasa, etc., y puede ser asimismo individual por sala o central para su posterior distribución por todo la explotación, con un dispositivo de calefacción (7) para los lechones (17), y por otro lado una ventilación separada e independiente, mediante un dispositivo evaporativo (15) en la entrada de aire (21) del exterior, para refrigerar un poco el aire de entrada (18), y extractores de salida (22) para el aire de salida (19), con una única circulación de aire.
Según puede apreciarse en las figuras 2, 3 y 4, se ilustra como la instalación de climatización para granjas propuesta, idónea para utilizar en salas de maternidad porcina, comprende
- al menos una unidad frigorífica (1) asociada con al menos un dispositivo de calefacción (7) mediante una conducción (6) de líquido caliente, y con una o varias unidades de enfriamiento (12) por aire mediante una conducción (8) de líquido frío, obtenidos dichos líquidos caliente y frío mediante el intercambio de temperatura producido en la unidad frigorífica (1), comprendiendo cada unidad frigorífica (1) al menos un compresor (2) dotado de un circuito de gas refrigerante (3) dispuesto entre un intercambiador de foco caliente (4), asociado a la conducción (6) de líquido caliente, y un intercambiador de foco frío (5), asociado a la conducción (8) de líquido frío,
- al menos una bomba de circulación (9) dispuesta en cada uno de las conducciones (6,8) de líquido,
- sensores de temperatura y presión dispuestos al menos en cada una de las conducciones (6,8) de líquido,
- al menos una entrada de aire (21) del exterior,
- uno o varios extractores de salida (22) al exterior, y
- al menos un módulo electrónico de control (13), asociado con los sensores de temperatura y presión, y dotado de medios para regular la operación del compresor (2), las bombas de circulación (9), y los extractores de salida (22),
estando el dispositivo o dispositivos de calefacción (7) ubicados en una zona de la sala de maternidad porcina destinada a los lechones (17), y estando la o las unidades de enfriamiento (12) por aire ubicadas en una zona o zonas para cerdos adultos (16), y
conformando estos elementos, mediante una única instalación, una zona refrigerada para cerdos adultos (16), mediante las unidades de enfriamiento (12) por aire, y una zona caliente para lechones (17), mediante el dispositivo de calefacción (7).
Está previsto que la unidad frigorífica (1) pueda llevar opcionalmente asociada al menos una unidad exterior (23), preferentemente es un radiador de frío/calor con ventilador asociado, conectado mediante una válvula de cuatro vías (24) al circuito de gas refrigerante (3), pudiendo realizar de esta forma, junto con la unidad frigorífica (1), una operación en modo bomba de calor cuando sea necesario. Esto será especialmente útil como ayuda complementaria en caso de que la instalación de climatización sea independiente, sin una instalación ya existente, y se produzcan situaciones de exceso de calor o de frío, aunque nada impide conectarla en todas las posibles combinaciones. Tanto la operación de la unidad exterior (23) como la operación de la válvula de cuatro vías (24) son reguladas asimismo por el módulo electrónico de control (13).
Está previsto que, opcionalmente, pueda comprender también al menos un depósito depósito acumulador (10) de líquido frío, intercalado en la conducción (8) de líquido frío. También opcionalmente puede comprender al menos un depósito acumulador (11) de líquido caliente intercalado en la conducción (6) de líquido caliente.
El líquido utilizado en la conducción (8) de líquido frío y en la conducción (6) de líquido caliente es preferentemente agua, bien sola o combinada con productos desinfectantes, anti moho, anti heladas, etc...
Está previsto que, en una realización alternativa en el que se combina con una instalación convencional preexistente, la conexión de la conducción (6) de líquido caliente con el dispositivo de calefacción (7) se realiza mediante una válvula de tres vías (23) y es apta para asociarse a un sistema de calefacción (14) existente, tanto de tipo individual por sala como de tipo central para su posterior distribución por todo la explotación. En este caso además, opcionalmente, la entrada de aire (21) comprende un dispositivo evaporativo (15) existente de enfriamiento del aire de entrada (18).
En la realización preferente, para salas de maternidad compartidas por cerdos adultos (16) y lechones (17), el dispositivo de calefacción (7) y las unidades de enfriamiento (12) por aire o sus conducciones de aire están dispuestas en la misma sala de la granja. Está previsto que, alternativamente, en caso de que existan también salas o naves separadas únicamente para cerdos adultos (16), además de las salas de maternidad, algunas de las unidades de enfriamiento (12) por aire estén dispuestas en otras salas de la granja sin dispositivo de calefacción (7), únicamente para cerdos adultos (16), para refrigerar dichas salas.
En el procedimiento característico de funcionamiento de esta instalación, la o las unidades de enfriamiento (12), o sus conducciones de aire, originan una corriente de recirculación de aire (20) de enfriamiento y deshumidificación, recuperando el calor emitido por el dispositivo de calefacción (7) y por el propio calor latente de los animales, mediante el intercambio de calor en la unidad frigorífica (1). Además de esto, el o los extractores de salida (22), combinados con la entrada o entradas de aire (21) originan una corriente de ventilación entre el aire de entrada (18) y el aire de salida (19).
Opcionalmente, como hemos visto, el enfriamiento producido por la recirculación de aire (20) originada por la o las unidades de enfriamiento (12) se puede complementar con la pulverización de agua sobre el aire de entrada (18) o mediante el dispositivo evaporativo (15). También opcionalmente el calentamiento del dispositivo de calefacción (7) desde la unidad frigorífica (1) se puede complementar con un dispositivo de calefacción (14) existente.
Dependiendo de la demanda dentro de la sala, en caso de instalación combinada con una instalación existente, sin unidad exterior opcional en este caso, se contemplan inicialmente tres situaciones diferentes, con sus respectivas opciones de gestión mediante el módulo electrónico de control (13), sin impedimento de otras combinaciones que puedan darse o requerirse por el usuario:
- Equilibrio entre frío aportado (calor robado) = demanda calefacción (calor entregado). El compresor (2) funciona al 100% y todo el frío y calor generado, se aporta al conjunto.
- Exceso de calor en sala. La demanda de frío (calor robado) > demanda calefacción (calor entregado), por tanto, intercambiador de foco caliente (4) subirá de temperatura. El compresor (2) sigue funcionado al 100% y se incrementa el aporte de ventilación para refrigeración mediante los extractores de salida (22), incluso aportando humedad adicional mediante el dispositivo evaporativo (15) de la instalación convencional, que ayude a bajar la temperatura si es necesario.
- Exceso de frío en sala. La demanda de frío (calor robado) < demanda calefacción (calor entregado). El compresor (2) comienza a modular, para generar menos frío. Se comprueba la temperatura de entrada de calefacción a la sala, y en caso de ser menor de la deseada, se actúa sobre la válvula de tres vías (23) para dar entrada al dispositivo de calefacción (14) existente de la granja.
La persona experta en la técnica comprenderá fácilmente que puede combinar características de diferentes realizaciones con características de otras posibles realizaciones, siempre que esa combinación sea técnicamente posible.
Toda la información referida a ejemplos o modos de realización forma parte de la descripción de la invención.
Claims (1)
- REIVINDICACIONES1 - Instalación de climatización para granjas, idónea para utilizar en salas de maternidad porcina,caracterizada porquecomprende- al menos una unidad frigorífica (1) asociada con al menos un dispositivo de calefacción (7)Tmediante una conducción (6) de líquido caliente, y con una o varias unidades de enfriamiento (12) por aire mediante una conducción (8) de líquido frío, obtenidos dichos líquidos caliente y frío mediante el intercambio de temperatura producido en la unidad frigorífica (1), comprendiendo cada unidad frigorífica (1) al menos un compresor (2) dotado de un circuito de gas refrigerante (3) dispuesto entre un intercambiador de foco caliente (4), asociado a la conducción (6) de líquido caliente, y un intercambiador de foco frío (5), asociado a la conducción (8) de líquido frío,- al menos una bomba de circulación (9) dispuesta en cada uno de las conducciones (6,8) de líquido,- sensores de temperatura y presión dispuestos al menos en cada una de las conducciones (6,8) de líquido,- al menos una entrada de aire (21) del exterior,- uno o varios extractores de salida (22) al exterior, y- al menos un módulo electrónico de control (13), asociado con los sensores de temperatura y presión, y dotado de medios para regular la operación del compresor (2), las bombas de circulación (9), y los extractores de salida (22),estando el dispositivo o dispositivos de calefacción (7) ubicados en una zona de la sala de maternidad porcina destinada a los lechones (17), y estando la o las unidades de enfriamiento (12) por aire ubicadas en una zona o zonas para cerdos adultos (16), yconformando estos elementos, mediante una única instalación, una zona refrigerada para cerdos adultos (16), mediante las unidades de enfriamiento (12) por aire, y una zona caliente para lechones (17), mediante el dispositivo de calefacción (7).2 - Instalación de climatización, según la anterior reivindicación,caracterizada porquela unidad frigorífica (1) lleva asociada al menos una unidad exterior (23) conectada, mediante una válvula de cuatro vías (24) al circuito de gas refrigerante (3).3 - Instalación de climatización, según la reivindicación 2,caracterizada porquela unidad exterior (23) es un radiador de frío/calor con ventilador asociado.4 - Instalación de climatización, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones,caracterizada porqueel dispositivo de calefacción (7) es un circuito de suelo radiante.5 - Instalación de climatización, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones,caracterizada porquecomprende al menos un depósito depósito acumulador (10) de líquido frío, intercalado en la conducción (8) de líquido frío.6 - Instalación de climatización, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones,caracterizada porquecomprende al menos un depósito acumulador (11) de líquido caliente intercalado en la conducción (6) de líquido caliente.7 - Instalación de climatización, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones,caracterizada porqueel líquido utilizado en la conducción (8) de líquido frío y en la conducción (6) de líquido caliente es agua.8 - Instalación de climatización, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones,caracterizada porquelas unidades de enfriamiento (12) son elegidas del grupo formado por aerotermos, unidades de tratamiento de aire, conducciones de aire, o una combinación de ellas.9 - Instalación de climatización, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones,caracterizada porquela conexión de la conducción (6) de líquido caliente con el dispositivo de calefacción (7) se realiza mediante una válvula de tres vías (23) y es apta para asociarse a un dispositivo de calefacción (14) existente.10 - Instalación de climatización, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones,caracterizada porquela entrada de aire (21) comprende un dispositivo evaporativo (15) de enfriamiento del aire de entrada (18).11 - Instalación de climatización, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones,caracterizada porqueel dispositivo de calefacción (7) y las unidades de enfriamiento (12) por aire están dispuestas en la misma sala de la granja, en caso de que dicha sala sea compartida por cerdos adultos (16) y lechones (17).12 - Instalación de climatización, según la reivindicación 11,caracterizada porquealgunas de las unidades de enfriamiento (12) por aire están dispuestas en otras salas de la granja sin dispositivo de calefacción (7), en caso de que existan también salas separadas únicamente para cerdos adultos (16).
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| BA2A | Patent application published |
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