СПОСОБ КЛИМАТИЗАЦИИ ПОМЕЩЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК F24F5/00 

Изобретение относится к технике кондиционирования и вентиляции воздуха и может быть использовано для климатизации помещений, преимущественно в учреждениях, предприятиях, небольших офисах, квартирах или коттеджах.

Сама по себе климатизация направлена на создание искусственного климата в помещениях или на рабочих местах и осуществляется с помощью отопления, конверторного охлаждения, кондиционирования воздуха и т.п. Эффект действия климатизации определяется в основном такими параметрами, как температура, влажность, давление, скорость и чистота воздуха, содержание в нем кислорода и др.

Назначение объекта и конкретные условия его применения предопределяют требуемые кондиции воздушной среды и поэтому на практике во многих случаях ограничиваются только частью указанных параметров.

Климатизация, по необходимым в каждом конкретном случае параметрам, обеспечивается адекватными средствами и благодаря созданию искусственного микроклимата повышает эффективность производственных процессов (см., например, Литвинов A.M., Четверухин Б.М. и др. "Автоконтроль микроклимата при производстве химических волокон", Киев, издательство Института автоматики Миноборонпрома СССР, 1972 г.).

Анализ уровня техники, по имеющейся информации в области климатизации, показал, что до недавнего времени большинство известных технических решений были направлены на обеспечение параметров воздушной среды, исходя из условий выполнения тех или иных технологических процессов без учета воздействия этих параметров на организм человека.

Как правило, климатизация производится в замкнутых объемах камер, помещений, рабочих пространствах технологических аппаратов.

Имеет место соблюдение так называемых технологически комфортных условий. В этом случае для соответствующих технических решений характерно достижение и поддержание таких параметров воздушной среды, которые одновременно способствуют соблюдению требований проведения технологического процесса и достаточно комфортны для обслуживающего персонала.

В последнее время уделяется внимание и созданию с помощью систем кондиционирования воздуха среды, благоприятным образом влияющей на организм человека, способствующей не только повышению производительности труда, но и улучшению самочувствия. В основу таких систем положен тот факт, что для здорового человека комфортность среды во многом определяется результирующей температурой, имеющей место в помещении, устанавливаемой с учетом температуры, влажности и подвижности воздуха, а также радиационного теплообмена организма человека с окружающими поверхностями (см., например, Примак А.В., Щербань А.Н. "Методы и средства контроля загрязнения атмосферы, Киев, Наукова думка, 1980 г.).

Ниже приведены, на основании анализа уровня техники, сведения по объектам, предназначенным для осуществления климатизации помещений.

Известно техническое решение (см., например, авторское свидетельство №1312333, МПК F 42 F 5/00, опубликованное 23.05.1987г.), разработанное для применения в производствах с технологическими процессами, требующих постоянства линейных размеров обрабатываемых изделий, обеспечивающее технический результат, заключающийся в снижении подвижности внутреннего воздуха в замкнутом объеме помещения.

Результирующий эффект достигается за счет использования теплообменных секций, которые нагревают до требуемой температуры, причем нагрев осуществляют от источника энергии, включаемого или выключаемого регулятором, соединенным с датчиком температуры, обеспечивая тем самым компенсацию теплопотерь помещения через ограждающие конструкции и постоянство температуры поверхностей всех секций с заданной точностью.

Известно техническое решение (см., например, СССР авторское свидетельство №694739, МПК F 24 F 5/00, опубликованное 23.08.91 г.) для создания искусственного климата.

Оно основано на принудительной циркуляции по циркуляционному контуру и термостатирующей рубашке рабочей камеры теплоносителя, который всасывается из жидкостной зоны увлажнителя нагнетателем.

После нагнетания теплоноситель направляют под давлением через теплообменник в воздушную зону увлажнителя.

Воздух из рабочей камеры забирают по всасывающей ветви вентилятором, а затем по нагнетательной ветви воздушного контура он поступает в четырехходовой клапан. В зависимости от требуемого процесса отработки воздуха производят переключение четырехходового клапана, при этом воздух может подаваться в рабочую камеру через осушитель или увлажнитель.

Для создания равномерного поля температур по всему объему рабочей камеры используют дополнительный вентилятор.

Известно техническое решение (см., например, СССР, авторское свидетельство №1386806 МПК Р 24 Р 5/00, опубликованное 07.04.88 г.), дающее возможность проведения имитации параметров окружающей среды в широких пределах и способное тем самым помимо экстремальных условий обеспечить параметры по температуре, относительной влажности воздуха, которые необходимы для комфортного пребывания в помещении людей. Оно основано на нагнетании в герметизированное помещение и отводе из него соответственно через входной и выходной патрубки атмосферного воздуха, регулировании его температуры и влажности. Воздух, являясь термостатирующей средой, охлаждается с помощью испарителя холодильного агрегата или подогревается электрическим нагревателем во внешнем циркуляционном контуре. Всесторонний энергообмен производится через стенки с термостатирующей средой внутреннего циркуляционного контура, а перемещение среды обеспечивается вентиляторами. Преимуществом данного технического решения является то, что два разделительных контура циркуляции термостатирующей среды - воздуха во внешнем и внутреннем циркуляционных контурах реализуются направленно, и они могут быть соединены друг с другом. Это позволяет имитировать параметры окружающей среды (температуру и влажность) в широком диапазоне и с высокой точностью. Описанные выше технические решения, а также известные автономные кондиционеры (см., например, О.Я.Кокорин "Установки кондиционирования воздуха", М. Машиностроение", 1978 г., стр.253, 7.2.), не обеспечивают комфортные условия по таким важным параметрам климатизации, как давление и скорость воздуха в помещении (см., например, Б.М.Четверухин "Контроль и управление искусственным микроклиматом, М. Стройиздат, 1984 г., стр.95, 96).

Кроме того, в представленных технических решениях, за исключением последнего, отсутствуют средства по обеспечению доступа в помещения и поэтому их реализация связана с проведением дополнительных проектных разработок.

Давление воздуха в помещении и его значение относится к параметрам, определяющим уровень комфортности в связи с тем, что, как известно, основное биологическое значение имеет не процентное содержание кислорода в воздухе, а парциальное давление, и переход кислорода из воздуха, содержащегося в альвеалах легких, в кровь и ткани наиболее полно осуществляется при парциальном давлении кислорода в атмосферном воздухе, равном 150-159 мм рт.ст., которое соответствует нормальному атмосферному, то есть 760 мм рт.ст. (см., например, "Популярная медицинская энциклопедия", М., издательство "Советская энциклопедия", стр. 139, 140, статья "Воздух").

При климатизации, особенно в учреждениях, предприятиях, офисах, где имеет место периодическое перемещение людей из одного помещения в другое, возникает задача, помимо поддержания давления, равном нормальному атмосферному при циркуляции воздуха в помещении, обеспечить восстановление этого уровня давления при открывании входной двери, учитывая способность воздуха сравнительно с другими параметрами комфортности к наиболее быстрому изменению своего состояния из-за способности расширения при сообщении замкнутого объема помещения с внешней средой, в том числе, и с внутренним объемом здания.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является техническое решение, представленное в описании к авторскому свидетельству №1597501 (см. авторское свидетельство СССР №1597501, МПК F 24 F 5/00, опубликованное 07.10.90 г.).

Известное техническое решение позволяет улучшить микроклимат помещения путем регулирования содержания в приточном воздухе кислорода. Это достигается подачей приточного воздуха из атмосферы в воздуховод газо-селективной мембраны, обладающей свойствами избирательного пропускания содержащегося в атмосферном воздухе кислорода в помещение и использованием на выходном из помещения патрубке регулируемого дросселя.

Количественное регулирование поступления кислорода в помещение осуществляют соответствующим изменением давления в воздуховоде путем регулируемого переключения степени открытия дросселя.

Целью изобретения является создание в помещении благоприятного для физического состояния людей, особенно с диагнозом сердечно-сосудистых заболеваний, давления воздушной среды и обеспечение восстановления уровня этого давления при сообщении помещения с внешней средой через дверной проем.

Для достижения заявленной цели в известном способе климатизации помещений, основанном на нагнетании в герметизированное помещение и отводе из него соответственно через входной и выходной патрубки атмосферного воздуха, регулировании температуры и влажности воздуха, в процессе климатизации замеряют давление воздуха в помещении и вне его и регулируют расходы нагнетаемого и отводимого воздуха до установления в помещении давления, равного атмосферному давлению, а при ограниченно прочности помещения к избыточному давлению до достижения предельно допустимого значения перепада давления;

при открывании двери с последующим ее закрытием при давлении воздуха в помещении меньшим наружного прерывают нагнетание воздуха и перекрывают входной патрубок, после чего увеличивают расход отводимого воздуха, а при давлении воздуха в помещении большем наружного прекращают отвод воздуха, перекрывают выходной патрубок, а затем повышают расход нагнетаемого воздуха;

во всех случаях нагнетания осуществляют замер и регулирование скорости поступления воздуха в помещение до значения, соответствующего условиям комфортности.

Предложенный способ климатизации позволяет находиться в комфортных условиях, что особенно важно для людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, для которых атмосферное давление является одним из существенных факторов, влияющих на работоспособность.

Использование предложенного изобретения не может вызвать каких-либо затруднений в связи с возможностью применения для его реализации известных и апробированных на практике технических средств, в том числе в области кондиционирования и вентиляции воздуха.

Нагнетание и одновременный отвод воздуха могут быть осуществлены, например, центробежными вентиляторами, совмещенными с входным и выходным патрубками, благодаря чему обеспечивается приточно-вытяжная вентиляция помещения, с помощью которой достигается регулируемый воздухообмен (см., например, А.Д.Брук, Т.И.Матикашвили и др. "Центробежные вентиляторы", М., Машиностроение, 1975 г., 416 стр.). Нагнетаемая ветвь воздуховода, как правило, снабжается фильтром очистки воздуха, испарителями холодильного агента, электронагревателями соответственно для удаления из воздуха загрязнений, охлаждения или его нагрева. В этом же воздуховоде может быть установлен увлажнитель, а в самом помещении размещен измеритель относительной влажности воздуха в виде термометров сопротивления, позволяющих синтезировать достаточно широкодиапазонные и точные схемы измерения данного параметра воздушной среды (см., например, Б.М.Четверухин "Контроль и управление искусственным микроклиматом", М., Стройиздат, 1984 г., стр.30-47).

Для замера давления в помещении и вне его устанавливают измерительные преобразователи давления (датчики), например, манометры с электрическими выходными сигналами. В зависимости от вида объекта, в котором осуществляется климатизация, замер давления производится внутри него и снаружи или дополнительно внутри здания в пространстве между помещениями с искусственным микроклиматом.

Для установления температуры соответствующей комфортным условиям нахождения в помещении используется термоэлектрический измерительный преобразователь, электрически через регулятор соединенный с испарителем холодильного агента и электронагревателем.

Поддержание давления в помещении на заданном уровне может быть осуществлено, в основном, двумя путями, а именно:

- установкой дросселей за вентиляторами в наг нетаемой и отводной магистралях;

- изменением частоты вращения лопаток вентиляторов, что осуществляют при помощи электродвигателей с плавно регулируемой частотой вращения (см., например, "Центробежные вентиляторы", М., Машиностроение, 1975 г., стр.209, Глава 9 "Регулирование вентилятора").

Использование перечисленных средств дает возможность регулирования расходами нагнетаемого и отводимого воздуха в широких пределах и тем самым поддерживать комфортные условия по уровню давления в помещении.

Изменение расходов нагнетаемого или отводимого воздуха производится электрически последовательно соединенной системой: измерительный преобразователь давления, компаратор, исполнительный орган - дроссель или электродвигатель. Замер скорости потока атмосферного воздуха перед выходным сечением нагнетаемого воздуховода производится, например, анемометром (см. "Политехнический словарь". Издательство "Советская Энциклопедия", М., 1980 г., стр.26, соответствующая статья), соединенным с установленным в нагнетаемом воздуховоде за анемометром жалюзями (см. предыдущий источник информации стр.164), с помощью которых производят регулирование доступа и интенсивности потока нагнетаемого в помещение атмосферного воздуха. Данная система может быть использована в качестве дросселя или совместно с регулированием числа оборотов электродвигателя для более точного выдерживания скорости нагнетаемого атмосферного воздуха.

Для перекрытия отводного газовода и нагнетаемого вполне применимы задвижки с электрическим приводом срабатывающие по сигналу от соответствующего регулятора (см., например, Д.Ф.Гуревич, О.Н.Шпаков "Справочник конструктора трубопроводной арматуры, Л., Машиностроение, Ленинградское отделение, 1987-518 стр.).

Для доступа в помещение и выхода из него наиболее целесообразно применить раздвижные одно- или двухстворчатые двери, аналогичные тем, которые используются в лифтовых шахтах, позволяющих иметь постоянную площадь для поступления в помещение или выхода из него воздуха, а также постоянный временной промежуток между открыванием и закрыванием дверного проема, что положительным образом скажется на стабильности климатизации помещения по уровню давления и освобождает входящего или выходящего от прикладывания усилия для открытия и закрытия дверей.

Степень комфортности условий определяется степенью соответствия давления в помещении нормальному атмосферному давлению. Однако решение задачи поддержания в помещении давления, равного нормальному атмосферному давлению, не всегда рационально (различные прочностные свойства помещений, различные его функциональные назначения, различные физиологические данные у обитателей помещения и пр). Определение допустимых значений отклонений давления в помещении от нормального атмосферного давления осуществляется на стадии проектирования. Оцениваются затраты на дооборудование помещения по повышению его стойкости к перепаду давлений и стоимость оборудования и аппаратуры стабилизации давления. Затраты сопоставляются с физическими данными обитателями помещения (степень влияния самочувствия от значений отклонения давления от нормального), назначением помещения (лечебное учреждение, санаторий, офис, жилое помещение и т.д.), финансовыми возможностями и пр. данными, используемыми в известных методах проектирования.

С точки зрения практического использования предпочтительное применение автономной вентиляции, преимущество которой заключается в компактности, так как все ее составляющие части могут быть размещены за подвесным потолком, в стене или дальнем углу помещения. Как следует из вышеизложенного, в приточную систему входит несколько основных элементов оборудования, каждый их которых подбирается отдельно. Прежде всего, сам вентилятор, производительность которого должна соответствовать потребностям помещения по условиям климатизации, в том числе по уровню создаваемого в нем давления воздушной среды. Шведская фирма "Капфлект", осваивающая Российский рынок, имеет в ассортименте вентиляторы всех типов (для круглых, прямоугольных воздуховодов, изолированные и с выносными электродвигателями, взрывобезопасные для вредных производств, крышные всех типоразмеров) производительностью от 100 до 1400 кубометров в час. Хорошо известно также оборудование финской фирмы "ABB", выпускающей вентиляторы большой производительности (до 1000 кубометров в секунду).

В качестве воздушных фильтров могут быть применены простые матерчатые, электромагнитные или даже угольные.

Нагревательные элементы, без которых невозможно функционирование оборудования зимой, бывают электрическими или водными (на основе горячей воды из системы отопления) и их выбор в каждом конкретном случае основан исходя из экономических предпосылок.

Одним из важнейших элементов любой системы вентиляции являются воздуховоды. Основные каналы всегда делаются жесткими, а для боковых и местных отводов рекомендуется применять гибкие гофрированные трубы, они в два раза дешевле металлических, проще в монтаже и легко помещаются за подвесным потолком или даже за декоративной обшивкой стен.

Чтобы не нарушать общий комфорт помещений, целесообразно устанавливать в составе вентиляционной системы шумо- и теплоизолированные воздуховоды.

Французская фирма "Air-France" поставляет в Россию не только широкий диапазон вентиляторов производительностью до 40 тысяч кубометров в час, но и гибкие воздуховоды, нагреватели, фильтры и т.д.

Как показали разработки немецкой компании Maico для повышения эффективности приточно-вытяжной вентиляции наиболее выгодно применять установки, в которых каждый воздушный канал (нагнетательный и отводной) имеет свой отдельный вентилятор (см., например, "Комсомольская правда" специальный выпуск для потребителей от 1.11.1996 г., статья, П.Пименов "Обзор рынка систем вентиляции").

Вытяжка (отвод воздуха из помещения имеет более простое выполнение и обычно состоит из вентилятора, клапана, не пропускающего воздух в обратном направлении, и шумоглушителя.

Следует отметить, что в современных системах часто используется специальное тепловозвращающее устройство-рекуператор, который позволяет сэкономить до 80% уходящего с воздухом тепла.

Для реализации предложенного способа климатизации помещения систему отвода воздуха необходимо снабдить компаратором и электрически его подключить к датчику давления и к электродвигателю вентилятора для того, чтобы согласовать между собой расходы нагнетаемого и отводимого воздуха с целью достижения вентиляции помещения и одновременного поддержания в нем давления, равного нормальному атмосферному.

Перед выходом из помещения целесообразно постепенно (монотонно), например перед окончанием работы, уровнять давление в помещении с наружным давлением. Для чего при открытых сечениях выходного и входного патрубков прекращают подачу тока на вентиляторы и естественным притоком или оттоком воздуха из помещения через некоторое время произойдет выравнивание давления воздушной среды в помещении с наружным давлением окружающей среды. В случае необходимости замедления такого выравнивания по медицинским показателям в систему могут быть введены дроссели, устанавливаемые на выходных и входных патрубках и изменением их проходных сечений обеспечить завершение указанного процесса в требуемое время.

В частном случае, когда наружное атмосферное давление соответствует нормальному атмосферному и совпадает с давлением воздушной среды в помещении, система вентиляции работает в режиме одинакового расхода нагнетаемого и отводимого воздуха, осуществляя таким образом вентиляцию помещения при поддержании в нем давления воздушной среды, равного нормальному атмосферному.

Источники информации (см., например, "Комсомольская правда", Специальный выпуск для потребителей от 1.11.1996 г., статья П.Пименова "Продуйте свою квартиру". Обзор рынка систем вентиляции свидетельствуют о том, что системам вентиляции уделяется в последнее время все большее внимание и предложенное техническое решение, несомненно, будет в какой-то степени способствовать дальнейшему развитию этой жизненно важной отрасли техники.

Исходя из выше изложенного, можно сделать заключение о том, что выявленные сравнительно с прототипом существенные признаки в совокупности с известными позволяют простыми средствами, не требующими больших экономических затрат, создать в помещении благоприятное для физического состояния людей, особенно с диагнозом сердечно-сосудистых заболеваний, давление воздушной среды и обеспечить восстановления уровня этого давления при сообщении помещения с внешней средой через дверной проем.

Способ предназначен для климатизации помещений. Способ основан на нагнетании в герметизированное помещение и отводе из него соответственно через входной и выходной патрубки атмосферного воздуха, регулировании температуры и влажности воздуха, при этом в процессе климатизации замеряют давление воздуха в помещении и вне его и регулируют расходы нагнетаемого и отводимого воздуха до установления в помещении давления, равного атмосферному давлению, а при ограниченной прочности помещения к избыточному давлению до достижения предельно допустимого значения перепада давления. Технический результат - повышение комфортности. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ климатизации помещения, основанный на нагнетании в герметизированное помещение и отводе из него соответственно через входной и выходной патрубки атмосферного воздуха, регулировании температуры и влажности воздуха, отличающийся тем, что в процессе климатизации замеряют давление воздуха в помещении и вне его и регулируют расходы нагнетаемого и отводимого воздуха до установления в помещении давления, равного атмосферному давлению, а при ограниченной прочности помещения к избыточному давлению - до достижения предельно допустимого значения перепада давления.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при открывании двери с последующим ее закрытием при давлении воздуха в помещении, меньшем наружного, прерывают нагнетание воздуха и перекрывают входной патрубок, после чего увеличивают расход отводимого воздуха, а при давлении воздуха в помещении, большем наружного, прекращают отвод воздуха, перекрывают выходной патрубок, а затем повышают расход нагнетаемого воздуха.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что во всех случаях нагнетания осуществляют замер и регулирование скорости поступления воздуха в помещение до значения, соответствующего условиям комфортности.