СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ И ЕЁ КОМБИНАЦИЯ С ФАСАДОМ И ВНУТРЕННЕЙ ЧАСТЬЮ КОМНАТЫ, РАСПОЛОЖЕННОЙ РЯДОМ С ФАСАДОМ Российский патент 2008 года по МПК F24F12/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системе вентиляции, предназначенной для обмена воздуха комнаты с наружным воздухом.

Уровень техники

Современные новые и обновленные здания так хорошо изолированы и воздухонепроницаемы, что естественная вентиляция практически равна нулю. Поскольку люди выдыхают пары воды и двуокись углерода, необходимо обеспечивать искусственную вентиляцию для исключения конденсации воды на изоляции и для поддержания концентрации СО₂ и других газов, испускаемых строительными материалами на безопасном уровне. Здания настолько хорошо изолированы, что потеря тепла, которая происходит с такой необходимой вентиляцией, представляет собой наибольшие потери тепла в здании, когда снаружи холодно. Поэтому необходимо установить систему возврата тепла.

Для восстановления тепла с достаточной эффективностью необходимо сбалансировать входной и выходной потоки.

Большая часть систем вентиляции снабжена теплообменником, который выполняет обмен тепла между поступающим потоком свежего воздуха и выходящим потоком застоявшегося воздуха. Такой теплообменник установлен центрально, в большинстве случаев на чердаке или на верхнем этаже. Несвежий воздух отбирают из кухонь, туалетов и ванных комнат с помощью воздуховодов, и свежий воздух распределяют в спальни и гостиные или офисы здания. Эти системы имеют ряд недостатков. Стоимость воздуховодов для подачи воздуха в несколько комнат и отвода воздуха из них высока. Воздуховоды занимают определенное пространство в здании, что обычно приводит к увеличению высоты этажей. Все окна в здании с такой центральной системой должны оставаться закрытыми, поскольку, если они будут открыты, возникает дисбаланс входящего и выходящего потоков, что отрицательно влияет на эффективность.

Известные системы, например, описанные в ЕР 1153250, могут быть установлены в дверных и оконных коробках, но они не имеют механизма балансирования.

Во всех таких известных вентиляционных системах с возвратом тепла используются пластинчатые или сотовые теплообменники, в которых два потока воздуха протекают либо в поперечном потоке или в противотоке с обеих сторон тонкого бумажного или пластмассового листа, через который проходит тепло. Такая компоновка с учетом скорости потока воздуха устанавливает энергетическое требование для достижения теплообмена, поскольку эффективность и падение давления связаны уравнениями физического состояния, которые при экономически оптимальной конструкции требуют затрат электричества для балансировки сберегаемого тепла в локальных системах. В случае центральной установки количество используемой электроэнергии значительно превышает экономию тепла из-за дополнительного падения давления в воздуховодах.

В условиях холодного климата, например в Канаде и Скандинавии, где использование вентиляции с восстановлением тепла является особенно предпочтительным, при использовании такого пластинчатого теплообменника возникают проблемы замерзания. Теплый и влажный несвежий воздух охлаждается ниже точки росы и внутри стопки пластин ниже точки замерзания. Образующийся в результате лед забивает каналы, что требует частого размораживания. В результате этого в холодную погоду такие системы вентиляции нельзя надежно использовать. Таким образом возникает парадоксальная ситуация, в случае, когда они больше всего требуются, такие системы вентиляции нельзя так просто использовать.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в устранении или, по меньшей мере, в уменьшении описанных выше недостатков.

Эта задача решается с помощью системы вентиляции в соответствии с изобретением, причем эта система содержит:

- тонкопроволочный теплообменник, имеющий первый канал и второй канал, находящиеся в теплообменном контакте, причем первый канал имеет входное отверстие, соединенное с наружным воздухом, и выходное отверстие, соединенное с воздухом комнаты, второй канал имеет входное отверстие, соединенное с воздухом комнаты, и выходное отверстие, соединенное с наружным воздухом;

- средство балансировки, предназначенное для уравновешивания потоков в обоих каналах, что обеспечивает максимальную передачу тепла.

Сам по себе тонкопроволочный теплообменник известен из NL 9301439. Такой теплообменник имеет очень высокую эффективность.

Было обнаружено, что в случае, когда тонкопроволочный теплообменник используют для системы вентиляции, система вентиляции не имеет таких серьезных недостатков, в частности, при использовании в холодном климате. Предварительные испытания показали, что система вентиляции в соответствии с изобретением замерзает только через длительный период времени, тогда как обычные системы вентиляции с теплообменниками пластинчатого типа замерзают в течение нескольких минут.

В предпочтительном варианте выполнения системы вентиляции в соответствии с изобретением средство балансировки содержит:

- вентилятор, установленный в первом канале;

- вентилятор, установленный во втором канале;

- по меньшей мере, четыре датчика температуры, установленные в выходных отверстиях и входных отверстиях первого и второго каналов; и

- контроллер, предназначенный для сравнения показаний датчиков температуры и для управления вентиляторами в первом и втором каналах, так чтобы разность температур между входным и выходным отверстиями первого канала соответствовала разности температур между входным и выходным отверстиями второго канала.

Такое средство балансировки позволяет построить систему с малой стоимостью, которая позволяет обеспечить максимальную эффективность тонкопроволочного теплообменника и таким образом обеспечить максимальное восстановление тепла.

В другом предпочтительном варианте выполнения системы вентиляции в соответствии с изобретением средство балансировки содержит:

- первый цилиндр, способный двигаться в двух направлениях, в котором поршень образует первую камеру и вторую камеру;

- второй цилиндр, способный двигаться в двух направлениях, в котором поршень образует третью камеру и четвертую камеру, причем поршень первого цилиндра соединен с поршнем второго цилиндра так, что, когда первая камера увеличивается в результате перемещения поршней, третья камера также увеличивается;

- выходное отверстие средства балансировки и входное отверстие средства балансировки; и

- средство управления, предназначенное для поочередного соединения выходного отверстия средства балансировки с первой камерой или с четвертой камерой, входного отверстия средства балансировки со второй камерой или с третьей камерой, первого канала с четвертой камерой или с первой камерой и второго канала с третьей камерой или со второй камерой.

Такая система балансировки в особенности пригодна для окружающей среды, в которой между наружным воздухом и воздухом в комнате возникает значительный перепад давления. Такой перепад давления может возникать в ветреную погоду, например, на побережье или в горных районах или в высотных зданиях. При использовании вентиляторов значительная электрическая мощность потребовалась бы только для преодоления такого перепада давления.

Два цилиндра, способные двигаться в двух направлениях, образуют полностью механическую систему балансировки, которая требует только минимальной электрической энергии. Такая система может работать практически без технического обслуживания.

В другом варианте выполнения системы в соответствии с изобретением средство балансировки содержит, по меньшей мере, один вентилятор, установленный во входном отверстии средства балансировки, в выходном отверстии средства балансировки, в первом канале или втором канале.

Вентилятор обеспечивает энергию для преодоления трения и обеспечивает возможность постоянной реверсивной работы средства механической балансировки.

Вентилятор также обеспечивает возможность работы системы механической балансировки также, когда отсутствует перепад давлений между наружным воздухом и внутренним воздухом. Вентилятор всегда обеспечивает избыточное давление, которое приводит в действие цилиндры с движением в двух направлениях.

Вместо вентилятора двойной поршень также может иметь непосредственный привод, например, от линейного двигателя.

В еще одном варианте выполнения основные размеры теплообменника адаптированы к внутренним основным размерам посудомоечной машины. Это позволяет пользователю разбирать систему вентиляции и чистить теплообменник, просто поместив теплообменник в посудомоечную машину.

Обычно стандартная домашняя посудомоечная машина имеет основные внутренние размеры несколько меньше чем 0,6 м. Поэтому основные размеры теплообменника предпочтительно меньше чем 0,55 м.

Изобретение также относится к комбинации фасада, внутренней части комнаты, расположенной рядом с фасадом, и системы вентиляции по любому из предыдущих пунктов, в которой входное отверстие первого канала системы соединено с наружным воздухом снаружи фасада и выходное отверстие соединено с воздухом комнаты, и в которой входное отверстие второго канала соединено с воздухом комнаты и выходное отверстие соединено с наружным воздухом.

Благодаря высокой эффективности и низкому потреблению энергии система вентиляции в соответствии с изобретением хорошо подходит для использования в комнате. Это устраняет необходимость использования воздуховодов значительной длины и позволяет пользователям самостоятельно определять, требуется ли открывать окно или нет. Это не оказывает никакого влияния на баланс других систем вентиляции в других комнатах.

В предпочтительном варианте выполнения система вентиляции расположена, по существу, внутри фасада. Таким образом, она не требует значительного пространства и не требует использования дополнительных воздуховодов.

Краткое описание чертежей

Эти и другие свойства изобретения будут описаны со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 показан вид в разрезе первого варианта выполнения системы вентиляции, встроенной внутрь фасада, в соответствии с изобретением;

на фиг.2 показан вид в разрезе теплообменника системы вентиляции по фиг.1;

на фиг.3 показан в увеличенном масштабе фрагмент теплообменника, выделенный окружностью на фиг.2;

на фиг.4 и 5 схематично изображен второй вариант выполнения системы вентиляции в двух положениях.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показана система 1 вентиляции, встроенная в фасад, содержащий стену 2 и раму 3 окна.

Система 1 вентиляции содержит тонкопроволочный теплообменник 4. На фигурах 2 и 3 показан вид в поперечном разрезе такого теплообменника 4. Теплообменник 4 имеет первые каналы 5 и вторые каналы 6. Обмен теплом происходит между первыми каналами 5 и вторыми каналами 6 с использованием тонких проводов 7.

Воздух AI из внутренней части комнаты, которая расположена рядом с фасадом, поступает в первый канал 5 через отверстие 8. В этом отверстии 8 установлен вентилятор 9, который всасывает воздух AI. Воздух AI затем направляется через теплообменник 4 и выходит из системы вентиляции через отверстие 10.

Свежий наружный воздух АО поступает в теплообменник через отверстие 11 во вторые каналы 6, в которых он отбирает тепло от внутреннего воздуха AI. Нагретый свежий воздух АО затем выдувается из системы 1 вентиляции с помощью вентилятора 12.

Для уравновешивания потоков внутреннего воздуха AI и наружного воздуха АО управляют вентиляторами 8, 12. Измеряют температуру внутреннего воздуха AI, поступающего в теплообменник, и температуру воздуха, выходящего из теплообменника 4. Кроме того, измеряют температуру наружного воздуха АО, поступающего в теплообменник 4, и измеряют температуру наружного воздуха АО, когда он выходит из теплообменника. Падение температуры внутреннего воздуха AI должно быть таким же, как и повышение температуры наружного воздуха АО. Если такое состояние достигается, теплопроволочный теплообменник 4 имеет наибольшую эффективность. Это состояние может быть обеспечено путем управления обоими вентиляторами 8 и 12.

На фигурах 4 и 5 показан второй вариант выполнения системы 20 вентиляции в соответствии с изобретением. Система 20 вентиляции содержит первый цилиндр 21 двухпозиционного действия с поршнем 22. Поршень разделяет цилиндр 21 на первую камеру 23 и вторую камеру 24.

Система 20 вентиляции, кроме того, имеет второй цилиндр 25 двухпозиционного действия с поршнем 26. Этот поршень разделяет цилиндр 25 на третью камеру 27 и четвертую камеру 28. Оба поршня 22 и 26 соединены друг с другом. Четыре камеры 23, 24, 27, 28 сообщены посредством набора трубок 29, 30, потоки через которые управляются тремя клапанами 31, 32, 33. На фиг.4 эти три клапана 31, 32, 33 установлены в первом положении.

Внутренний воздух AI отбирается с помощью вентилятора 9. Наружный воздух АО протекает через теплообменник 4 и поступает в первую камеру 23. Благодаря движущей силе вентилятора и из-за перепада давления между наружным воздухом АО и внутренним воздухом AI оба поршня 22, 26 перемещаются вправо. В результате этого движения воздух из четвертой камеры 28 вытесняется через отверстие 36 в комнату. Воздух из второй камеры 24 пропускают через теплообменник 4 и выводят наружу. Когда поршни 22, 26 перемещаются в крайнее правое положение, клапаны 31, 32, 33 устанавливаются в свое второе положение, показанное на фиг.5. Внутренний воздух AI теперь пропускают через вторую камеру 24, а наружный воздух АО отбирают из четвертой камеры 28. И снова в результате перепада давлений поршни 22, 26 теперь перемещаются влево. Внутренний воздух AI, который находился в третьей камере 27, теперь пропускают через теплообменник 4. Наружный воздух АО, который находился в первой камере 23, теперь выталкивается через отверстие 36 наружу.

Этот механизм обеспечивает уравновешивание обоих потоков воздуха.

Изобретение относится к системе вентиляции, предназначенной для обмена воздуха комнаты и наружного воздуха. Система содержит тонкопроволочный теплообменник, имеющий первый канал и второй канал, которые находятся в контакте с обменом тепла друг с другом. Первый канал имеет входное отверстие, соединенное с наружным воздухом, и выходное отверстие, соединенное с воздухом комнаты. Второй канал имеет входное отверстие, соединенное с воздухом комнаты, и выходное отверстие, соединенное с наружным воздухом, средство балансировки, предназначенное для уравновешивания потоков в обоих каналах, что обеспечивает максимальную передачу тепла. Кроме того, изобретение относится к комбинации фасада, комнаты, прилегающей к фасаду, и системы вентиляции, в которой входное отверстие первого канала системы соединено с наружным воздухом снаружи фасада и выходное отверстие соединено с воздухом комнаты, а входное отверстие второго канала соединено с воздухом комнаты и выходное отверстие соединено с наружным воздухом. Технический результат - восстановление тепла с достаточной эффективностью. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система вентиляции, предназначенная для обмена воздуха комнаты и наружного воздуха, содержащая тонкопроволочный теплообменник, имеющий первый канал и второй канал, причем эти каналы находятся в контакте с обменом тепла друг с другом, первый канал имеет входное отверстие, сообщенное с наружным воздухом, и выходное отверстие, сообщенное с воздухом комнаты, и в которой второй канал имеет входное отверстие, сообщенное с воздухом комнаты, и выходное отверстие, сообщенное с наружным воздухом,

средство балансировки, предназначенное для уравновешивания потоков в обоих каналах, что обеспечивает максимальную передачу тепла.

вентилятор, установленный в первом канале, вентилятор, установленный во втором канале, по меньшей мере, четыре датчика температуры, установленные в выходных отверстиях и входных отверстиях первого и второго каналов, и контроллер, предназначенный для сравнения показаний датчиков температуры и для управления вентиляторами в первом и втором каналах так, чтобы разность температур между входным и выходным отверстиями первого канала соответствовала разности температур между входным и выходным отверстиями второго канала.

первый цилиндр двухпозиционного действия, в котором поршень образует первую камеру и вторую камеру, второй цилиндр двухпозиционного действия, в котором поршень образует третью камеру и четвертую камеру, причем поршень первого цилиндра соединен с поршнем второго цилиндра, так, что, когда первая камера увеличивается в результате перемещения поршней, третья камера также увеличивается, выходное отверстие средства балансировки и входное отверстие средства балансировки, и средство управления, предназначенное для поочередного соединения выходного отверстия средства балансировки с первой камерой или с четвертой камерой, входного отверстия средства балансировки со второй камерой или с третьей камерой, первого канала с четвертой камерой или с первой камерой и второго канала с третьей камерой или со второй камерой.