СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ С УДАЛЕНИЕМ ПРОДУКТОВ ВЫДОХА Российский патент 2016 года по МПК F24F7/00 

Изобретение относится к области промышленного и жилищного строительства и может использоваться для создания селективных, «интеллектуальных» систем кондиционирования и вентиляции помещений. Кроме того, изобретение применимо к любым объектам, внутри которых временно или постоянно находятся и перемещаются люди, например, наземным и воздушным транспортным средствам, судовым помещениям, кабинам лифтов, киноконцертным и тренажерным залам и т.п.

Известно устройство по патенту JPS 5938536 (A), F24F 11/00, 1984-03-02, в котором датчик СО₂ через контроллер управляет скоростью вращения лопастей вентиляторных установок в гараже с целью минимизации энергозатрат. Однако дальнейшему снижению энергозатрат и повышению эффективности работы системы вентиляции препятствует отсутствие селективного контроля распределения загрязнений в помещении.

В патенте США №2014370796 (A1), B61D 27/00; F24F 7/04, 2014-12-18 описана селективная система подачи кондиционированного воздуха в купе и иные помещения движущегося железнодорожного вагона или автомобиля, однако назначение установки препятствует решению поставленной выше задачи, поскольку подача воздуха в известном решении зависит не от условий в той или иной точке обитаемого помещения, а от априорных данных и установок.

Известны также попытки повысить эффективность работы системы вентиляции и кондиционирования за счет приближения вентиляционных отверстий к человеку, в частности размещения их на руле автомобиля (см. пат. Тайваня №201429757 (А), В60Н 1/32, 2014-08-01).

Понятно, что этим достигается лишь некоторое увеличение комфорта, тогда как эффективность не увеличивается, а выдыхаемые массы рассеиваются; кроме того, назначение отличается от рассматриваемого.

В патенте США US 5775987 (А), А47В 13/00, 1998-07-07 описана система, обеспечивающая быстрое удаление табачного дыма из помещения казино. В этом устройстве воздух с высокой скоростью втягивается в щели, защищенные экраном от попадания посторонних предметов, и заменяется регенерированным или наружным воздухом.

Система обладает эффективностью для дыма, однако не экономична и не может найти широкое применение для жилых помещений с ограничением по шумовым характеристикам и диаметрам вентиляционных отверстий.

В CN 203757946 (U), F24F 11/02, 2014-08-06 описана интеллектуальная энергосберегающая система вентиляции для машзала, содержащая впускное и выпускное отверстия, сенсорный элемент в виде группы датчиков (наружной температуры, наружной влажности, внутренней температуры и влажности), контроллер, подключенный к сенсорному элементу и аксиальному вентилятору, а также узел рекуперации.

Основным недостатком данной системы является ее неспособность регистрировать продукты выдоха в помещении и обусловленное этим отсутствие селективности, что требует больших объемов перекачки, снижает эффективность системы и увеличивает энергозатраты.

Наиболее близкой к предложенной является комнатная система вентиляции, содержащая вытяжной колпак, который может быть выполнен с фильтром, настенный вытяжной вентилятор, сенсорный элемент в виде группы датчиков, расположенных в различных точках помещения и контролирующих характерные параметры газов в комнате, а также соответствующие средства управления, подключенные к выходу сенсорного элемента и управляющему входу вытяжного колпака, который также через средства управления подключен к настенному вентилятору, что позволяет удерживать его включенным до момента достижения характерными параметрами пороговых значений (см. WO 2014174415 (A1), F24C 15/20, 2014-10-30).

Таким образом, известная система обеспечивает адаптивную работу средств удаления загрязненного воздуха, в зависимости от концентрации загрязняющих примесей и газов. Однако и в этом устройстве отсутствует возможность селективного удаления порции выдыхаемого обитателями помещения воздуха, что обуславливает необходимость удаления и замещения больших объемов воздуха для достижения тех же параметров по концентрации загрязнений. Это снижает эффективность работы и повышает энергозатраты известной системы, не позволяет использовать воздуховоды малого диаметра, повышает уровень шума, создаваемого известной системой.

Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение эффективности работы и экономичности системы вентиляции, а также улучшение экологии городских построек.

Указанный результат достигается тем, что в известной системе вентиляции, содержащей сенсорный элемент, подключенный к входу средства управления средствами удаления или средствами удаления и очистки воздуха в помещении, система может быть выполнена также только со средствами очистки воздуха, причем сенсорный элемент выполнен с возможностью регистрации наличия, в известной точке помещения, или положения людей и животных, а средства удаления и/или очистки воздуха и/или соответствующие им средства управления средствами удаления или очистки воздуха выполнены с возможностью удаления и очистки преимущественно порций воздуха с наибольшим содержанием продуктов выдоха людей и животных, находящихся в помещении.

Далее, система вентиляции может дополнительно включать средства подачи воздуха в помещение со средствами управления ими.

Целесообразно также выполнить средства удаления и/или средства удаления и очистки воздуха в помещении, и/или средства подачи воздуха в помещение с возможностью учета ритма дыхания находящихся в нем людей или животных и/или задержки распространения выдыхаемой и вдыхаемой ими порции воздуха.

Кроме того, средства подачи воздуха в помещение могут быть выполнены в виде элементов формирования для последующего удаления выдыхаемой струи воздуха к средствам удаления и/или очистки воздуха.

При этом средства подачи воздуха в помещение могут быть выполнены с возможностью замены только удаленной средствами удаления воздуха из помещения порции воздуха.

Кроме того, средства подачи воздуха в помещение могут быть выполнены с входным анализатором состава наружного воздуха, подключенным к средствам управления средствами подачи воздуха в помещение.

Далее, впускные воздуховоды средств подачи воздуха в помещение могут быть размещены с возможностью забора наименее загрязненного воздуха.

Здесь имеется ввиду вывод достаточно тонкого заборного воздуховода в зону, свободную от загрязняющих примесей, что существенно для низких строений. В этом случае воздуховод может быть поднят на достаточную высоту, например, по стене соседнего более высокого здания.

При этом сенсорный элемент может быть выполнен в виде группы датчиков контроля содержания или парциального давления газов и паров в помещении.

Целесообразно также сенсорный элемент выполнить в виде группы датчиков СО₂ и/или О₂, и/или влажности, и/или давления, и/или инфракрасного излучения, и/или ультразвуковых волн, а также в виде одной или группы видеокамер и/или датчиков движения.

Таким образом, существо предложения заключается в регистрации, улавливании и удалении не примесей, газов или паров вообще, а именно тех, что являются продуктами жизнедеятельности. И прежде, чем продолжить изложение существа предложения, особо остановимся на смысле и границах использованных выше терминов.

Итак, сенсорный элемент выполнен таким образом, что позволяет зарегистрировать, определить присутствие людей (или животных) в помещении (персонала в офисе, пассажиров в транспортном средстве и т.д.), точнее не только их наличие, но и расположение в помещении и положение в пространстве, что необходимо для более эффективного последующего улавливания порции воздуха, поступившей из их органов дыхания. Для случая автомобиля, например, может использоваться сигнал от ключа зажигания или замка пристегнутого ремня. Разумеется, факт наличия людей может быть зафиксирован и в средстве управления средствами удаления или очистки воздуха в помещении по информации, полученной от сенсорного элемента (для автомобиля - кнопка включения режима внутренней циркуляции, например). Проще всего выполнить универсальный сенсорный элемент в виде видеокамеры (видеокамер), регистрирующей положение и движение или иных датчиков движения. Кроме того, наличие людей может регистрироваться непосредственно по превышению в помещении или его локальных зонах парциальной концентрации продуктов выдоха. В этом случае датчики, составляющие сенсорный элемент, в отличие от известных решений, размещены и настроены на регистрацию содержания двуокиси углерода и паров воды в воздухе. Информация от датчиков о содержании и/или распределении СО₂ и паров Н₂О поступает на соответствующее(ие) средство(а) управления средствами удаления воздуха из помещения, например контроллер, и с этой целью выходы датчиков подключены ко входам контроллера. Выходы последнего соединены с управляющими входами средств удаления или очистки воздуха, причем алгоритм работы контроллера и конструкция упомянутых средств выполнены таким образом, чтобы либо формировать и улавливать для последующего удаления порции воздуха с наибольшей концентрацией продуктов выдоха, то есть выдыхаемый воздух, или воздух из тех зон помещения, в которых произвольно или с использованием указанных средств удаления парциальное давление или содержание продуктов выдоха оказалось максимальным (выше порогового значения), либо очищать (от СО₂ и паров Н₂О) порции выдыхаемого воздуха или воздух из указанных выше зон помещения. При этом очистка может производиться как в пределах помещения (фильтрация, поглощающие элементы, регенерация), так и за его пределами. Кроме того, следует понимать, что описанная система может работать как самостоятельно, так и в качестве части более сложной системы вентиляции, может быть дополнена средствами подачи воздуха в помещение, а может работать и в условиях естественного притока воздуха.

Одним из важных возможных применений заявленного устройства являются помещения тренажерных залов. Для них точки и направления интенсивного выделения двуокиси углерода известны, определены априорно и сенсорный элемент в данном случае может быть выполнен просто в виде датчика включения соответствующего тренажера (им может служить тумблер питания тренажера) и сигнального проводника, соединяющего выход датчика со средствами управления локальными средствами удаления воздуха, также по интерфейсу Bluetooth или иным способом. При этом может быть целесообразна доработка самих тренажеров (например, оснащение передней панели беговой дорожки или велотренажера воздухозабором) для придания им функций элементов системы вентиляции.

Это же касается читальных залов, залов ожидания и киноконцертных залов, где индивидуальные места оснащены подъемными сидениями с контактными датчиками или панелями индивидуального управления освещения, звука и пр., сигналы которых могут служить целям определения наличия человека, а положение его фигуры в таком случае априорно известно.

Если сформулировать существо предложения еще короче, то средства удаления в предложении ориентированы на отслеживание и удаление прежде всего воздуха, который уже побывал в легких людей, на избирательное, локальное удаление продуктов выдоха в противовес известным средствам очистки не избирательной, не селективной, интегральной вентиляции.

При этом датчики группы могут выполняться с выходным фильтром, настроенным на полосу частот дыхания.

Кроме того, средства удаления воздуха из помещения могут быть выполнены с элементами формирования для последующего удаления выдыхаемой находящимися в нем людьми струи воздуха.

Далее, средства управления средствами удаления и/или очистки воздуха в помещении и/или средства управления средствами подачи воздуха в помещение, и/или средства учета ритма дыхания людей и животных и/или задержки распространения выдыхаемой и вдыхаемой ими порции воздуха, и/или средства управления элементами формирования и последующего удаления выдыхаемой порции воздуха, и/или средства выбора и анализа информации от группы датчиков, и/или средства фильтрации выходной информации группы датчиков, и/или средства обработки информации от анализатора состава наружного воздуха могут быть объединены в контроллер или являться частью (входить в состав) контроллера, управляющего работой системы вентиляции.

Кроме того, сенсорный элемент и контроллер могут быть выполнены с возможностью определения отсутствия людей и животных в помещении, а контроллер - с возможностью выработки на это время команды на средства удаления или очистки воздуха в помещении и/или средства подачи воздуха в помещение на ступенчатое увеличение интенсивности вентиляции.

Выше отмечалось, что датчики совместно с контроллером регистрируют наличие людей в помещении, производится это с учетом топологии помещения по изменению различных характеристик, в том числе по звуку шагов, датчику движения на входе и т.п., либо по анализу видеосигнала. Соответственно в контроллере есть вся необходимая информация, чтобы по отсутствию этих признаков принять решение об отсутствии людей.

При этом сенсорный элемент и контроллер могут быть выполнены с возможностью определения отсутствия людей и животных в помещении, а контроллер - с возможностью выработки на это время команды на средства удаления или очистки воздуха в помещении и/или средства подачи воздуха в помещение на ступенчатое увеличение интенсивности вентиляции.

При этом контроллер может быть выполнен с возможностью принятия решения о присутствии людей или животных в случае поступления от соответствующего датчика сигнала об увеличении содержания CO2 в помещении независимо от содержания, наличия или отсутствия информации от остальных датчиков и источников информации и с возможностью принятия решения об отсутствии людей и животных в помещении в случае поступления от соответствующего датчика сигнала о снижении содержания CO2 в помещении независимо от содержания, наличия или отсутствия информации от остальных датчиков и источников информации.

Более того, система вентиляции может быть дополнительно снабжена средствами регистрации и анализа звукового фона и выполнена с возможностью пассивного и/или активного подавления шума от средств удаления и/или подачи воздуха в помещение с использованием информации о зарегистрированной звуковой картине.

Целесообразно также располагать средства удаления воздуха из помещения с учетом расположения мест постоянного пребывания людей в помещении, их перемещения и направления их дыхания.

При этом средства подачи воздуха в помещение могут располагаться также с учетом расположения мест постоянного пребывания и/или перемещения людей в помещении и исходя из условия неперекрытия струй удаляемого воздуха.

Дополнительно к этому средства удаления воздуха и/или средства подачи воздуха могут быть выполнены полностью или частично в виде элементов спортивных тренажеров и/или мебели, находящихся в помещении (т.е. быть интегрированы или размещаться в передних панелях тренажеров, упорах для рук, подголовниках, несущих конструктивных элементах, для мебели - в столешнице, подголовнике или подлокотниках кресел и пр.), что дополнительно улучшает условия для удаления выдыхаемых порций воздуха.

Кроме того, воздуховоды средств удаления и подачи воздуха в помещение могут быть выполнены с элементами рекуперации, что дополнительно повышает экономичность.

И, наконец, средства удаления воздуха из помещения и/или средства подачи воздуха в помещение могут быть выполнены полностью или частично в виде элементов оконного блока (рамы окна или обрамляющего профиля или подоконника, выполненных с отверстиями, воздуховодами, элементами системы рекуперации и т.п.).

Использование современных пластиковых и металлических оконных блоков обеспечивает хорошую звукоизоляцию и герметичность, препятствует попаданию городской пыли в помещение. Но это же препятствует естественной вентиляции, так что проблема должна решаться специальными системами приточной вентиляции. Интеллектуальное управление такой системой позволяет оптимизировать такие параметры, как эффективность, экономичность, уровень шума и пр. Однако отдельных технических решений требует проблема обеспечения качества воздуха в помещении в условиях внешних загрязнений.

В условиях городской экологии и замкнутых помещений часты случаи, когда представляется целесообразным достаточно длительное нахождение вентиляции в режиме изолированной от внешней среды системы (т.е. почти без притока внешнего воздуха). Такой причиной может быть многочасовая автомобильная пробка прямо перед окнами низкоэтажного строения, направление ветра от близко расположенных труб производства и др. (в таких случаях люди как минимум стараются закрыть форточки на время и улучшить этим изоляцию).

Несмотря на то, что запаса кислорода в помещении для нескольких человек может хватить на десятки часов, эффект духоты, а затем и отравления проявляется гораздо раньше (через 0,5-1 ч) из-за недопустимого повышения концентрации СО₂. Происходит это ввиду того, что в окружающем воздухе концентрация СО₂ составляет 0,04…0,1%, а вредным, например, для внимания и работоспособности является уже значение 0,5%, тогда как выдыхаемый человеком (животными) воздух содержит до 4% углекислого газа.

Предлагаемое устройство селективной вентиляции помещения основано на обнаружении и отборе только (преимущественно) локальной порции выдыхаемой струи (направленной из носовой и ротовой полости человека или животного, далее - человека) с последующей заменой именно этого воздуха (порцией, взятой извне или полученной в результате регенерации). Такая селективность многократно снижает требования к необходимым объемам приточной вентиляции или производительности устройств регенерации и очистки (мембранные фильтры, кислородные генераторы и т.п.), что позволяет, помимо других преимуществ, с гораздо лучшим качеством решить проблемы очистки поступающего внешнего воздуха (включая возможность использования бактерицидных фильтров, термосифонов и др.).

Говоря о размещении впускных воздуховодов в экологически чистой зоне, мы имеем в виду, что в предложении обеспечивается минимизация потока подаваемого в помещение воздуха. Это позволяет минимизировать также и сечение впускного воздуховода и выполнить его, например, в виде гибкого шланга малого сечения, с возможностью протянуть его в ту зону, где воздух наименее загрязнен, в частности, в зону свободного перемещения воздушных масс. Это особенно актуально для полуподвальных помещений и малоэтажной застройки, где входы индивидуальной вентиляции вынужденно размещены на низких крышах и стенах, обращенных к проезжей части, автостоянкам, мусорным контейнерам и другим источникам загрязнений.

Кроме того, предлагаемое устройство не только решает задачу непроникновения внешнего шума в помещение (например, специальной конструкцией входного воздуховода малого сечения, использованием активного шумоподавления в пространствах и выпускной трубе), но и, в отличие от аналогов, адаптирует собственные шумовые характеристики и эффективность (в зависимости от присутствия и поведения людей в окружающем пространстве, времени суток и другой информации).

Преимущественное удаление выдыхаемой порции воздуха означает, что систему настраивают на удаление именно выдыхаемого воздуха, что объем удаляемого воздуха стараются приблизить к объему выдоха. Тем не менее, не следует понимать это выражение как удаление выдыхаемого воздуха полностью и при каждом выдохе или невозможность удалить несколько больший объем. Иными словами, в предложенное техническое решение включаются случаи настройки системы вентиляции на удаление стандартного объема, равного усредненному объему выдоха, либо удаление объема, несколько превышающего или несколько меньшего среднего объема выдоха или определенного датчиками объема или полученного расчетным путем или иным образом определенного как выдыхаемая человеком или людьми порция воздуха.

Важно подчеркнуть, что предлагаемая система вентиляции может заменять удаленный из помещения воздух наружным и/или регенерированным в любой пропорции, определяемой упомянутыми средствами управления, которые в этой части выполнены также, как и в известных системах вентиляции (климатических установках) для жилых или производственных помещений. При этом надо отметить, что создание даже минимального избыточного давления внутри за счет подкачки очищенного внешнего притока решает проблему паразитного засасывания неконтролируемого наружного воздуха через негерметичные щели и улучшает экологию помещения.

Как отмечено выше, система может иметь емкость для резервного объема очищенного воздуха или кислорода. Средства управления средствами подачи воздуха в помещение осуществляют пополнение запаса, хранящегося в емкости (используя, разумеется, соответствующую систему клапанов и средства управления ими).

Необходимо понимать также, что упомянутое выше обнаружение (регистрация наличия) людей в помещении и/или определение их положения, способствующее удалению выдыхаемого воздуха, может осуществляться любыми известными средствами, в том числе, и это также является особенностью предложенного технического решения, по обнаружению в помещении или в потоке удаляемого воздуха порции выдыхаемого воздуха с ее характерным превышением парциального давления (содержания) СО₂ и паров воды, либо просто продуктов выдоха в определенной концентрации. Оно может производиться также и априорно, как в описанном случае использования системы вентиляции в тренажерном зале или автомобиле.

Далее, так же точно и удаление продуктов выдоха может производиться любым известным образом, в частности, контроллер средств управления может осуществлять управление механизмами, меняющими расположение и направление одного или нескольких воздухозаборных средств и/или фильтрующих элементов, а может производить коммутацию множества стационарных, возможны и различные комбинации указанных подходов.

Таким образом, предлагаемая система вентиляции содержит:

сенсорный элемент, обеспечивающий распознавание факта наличия и выдоха одного обитателя помещения или нескольких,

средства удаления (отведения) воздуха из помещения, выполненные с возможностью удаления только (преимущественно) выдыхаемой (выдыхаемых) порций воздуха,

при необходимости, средства подачи воздуха в помещение,

а также средства управления упомянутыми средствами удаления и подачи воздуха (как правило, совмещенные со средствами распознавания).

При этом, говоря о средствах управления, мы имеем в виду любые их разновидности и модификации, в том числе единый контроллер, несколько контроллеров, обменивающихся сигналами и информацией, отдельные схемы, узлы и блоки управления и т.д.

Особенностью сенсорного элемента в предложении является то, что он предназначен для регистрации выдоха тем или иным образом. При этом средства фиксации наличия людей в помещении также являются не чем иным, как частью средств регистрации выдоха, именно с целью обнаружения и последующего удаления порции выдыхаемого воздуха в средства управления должна поступить информация о наличии людей в помещении, так как в этом случае сигналы от прочих датчиков могут быть интерпретированы иным образом, более достоверно и однозначно.

Выходной сигнал сенсорного элемента используется непосредственно, или после анализа и обработки, с задержкой или без нее, - для запуска средств удаления выдыхаемой одним или несколькими людьми в помещении порции (струи) воздуха с повышенным содержанием СО₂ и паров воды.

При этом предполагается, что если между средствами удаления (подачи) воздуха, например, вентиляционными отверстиями, раструбами, жалюзи или соплами и органами дыхания людей имеется некоторое расстояние, априорно определенное, например, расположением кресла или рабочим местом, то в контроллере есть вся необходимая информация для отбора выдыхаемой порции или подачи заменяющей ее новой порции воздуха в нужный момент времени, с нужной фазой, с тем расчетом, чтобы в тот момент, когда выдыхаемый воздух достигнет воздухозаборных отверстий, включался отсасывающий вентилятор, а нагнетающий вентилятор наоборот включался с опережением, необходимым для прохождения струи заменяющего воздуха от отверстий подачи воздуха до органов дыхания человека. Именно в этом смысле следует понимать упомянутый выше учет ритма дыхания, - как возможность и средства синхронизации работы средств удаления и средств подачи воздуха с дыханием, его периодом, изменениями этого периода, задержкой распространения, что осуществляется с целью удаления преимущественно выдыхаемого воздуха и замены преимущественно только удаленной порции наружным воздухом и/или регенерированным климатической установкой.

Разумеется, при этом струи выдыхаемого и вдыхаемого воздуха должны быть разнесены пространственно или во времени, если только струи вдыхаемого воздуха не используются для формирования струй выдыхаемого воздуха (см. ниже). В самом деле, поскольку на вход контроллера подаются выходные сигналы от группы датчиков, уже через несколько секунд после включения, измеряя период выходных сигналов датчиков, можно его фиксировать или определить, что увеличение концентрации СО₂ отсутствует или носит постоянный характер и, соответственно, продолжить поиск направления, в котором будет зафиксирован факт выдоха (например, управляя углом поворота вентиляционных отверстий средств удаления воздуха с размещенными в них датчиками СО₂ и/или влажности, либо перевести эти средства в режим «постоянно включено»).

Кроме того, как отмечено выше, положение человека в помещении относительно вентиляционных отверстий удаления воздуха или задержка между сигналами различных датчиков группы (например, акселерометра или ультразвукового датчика, фиксирующего границу раздела воздушных слоев с различной концентрацией влаги, и датчика концентрации СО₂) позволяют определить или рассчитать интервал времени, необходимый для распространения выдыхаемой порции воздуха до вентиляционных отверстий удаления воздуха и от вентиляционных отверстий подачи воздуха до органов дыхания. Все описанные здесь расчеты, операции, действия, разумеется, производятся упомянутыми выше средствами управления, в частности, контроллером или иными средствами автоматизации и управления, относящимися к рассматриваемой системе вентиляции и/или входящими в состав климатической установки.

Выполнение сенсорного элемента с использованием видеокамер и датчиков движения означает, помимо прочего, что анализ видеокартинки позволяет судить не только о положении людей или животных и их движении, но и по отклонениям и колебаниям легких предметов (шторы, матерчатая бахрома, различные предметы на подвесе и пр.) судить о перемещении воздушных масс в помещении и корректности выбранных контроллером режимов вентиляции с точки зрения интенсивности и направленности струй. Той же цели могут служить датчики движения различных типов, регистрирующие не только перемещения людей или животных вблизи них, но и аналогичные колебания свободно подвешенных предметов интерьера, например, в зонах, не доступных для видеообзора (в том числе под или над предметами мебели, в узких проемах, и т.п.). При этом, если датчик движения выполнен в виде акселерометра на подвесе, то будут регистрироваться его собственные колебания под действием воздушных потоков для получения косвенной информации о них; а если в виде датчика движения потока воздуха (крыльчатка с измерителем частоты вращения, и др.) - то могут быть получены непосредственные данные о скорости потока для интеллектуального и оптимального управления вентиляцией помещения.

Далее, особенностью заявленного устройства является наличие средств формирования струи или порции выдыхаемого воздуха с тем, чтобы она не распространялась по помещению, а транспортировалась наиболее компактным образом от органов дыхания к вентиляционным отверстиям удаления воздуха. К таким средствам могут относиться дефлекторы дутьевого типа или механические, закручивающие поток выдыхаемого воздуха, ограничивающие его распространение. Причем в первом случае удобно использовать потоки находящегося в помещении воздуха для закручивания струи выдыхаемого воздуха, ускорения и доставки очередной порции к вентиляционным отверстиям удаления воздуха, а забираемый извне и подаваемый в помещение на замену выдыхаемого воздуха - для отсечения очередной порции выдыхаемого воздуха, ограничения ее снаружи, то есть ограничения распространения. Например, формирующие потоки воздуха на удаление направляются в ту же сторону или под острым углом, что и выдыхаемый человеком воздух, а входные потоки извне - навстречу или под тупым углом.

Настройка выходных полосовых фильтров датчиков, входящих в группу, на частоту дыхания означает, что эти фильтры пропускают сигнал в диапазоне частот, характерных для частоты дыхания, и отсекают сигналы прочих частот, прежде всего, более высоких, что способствует повышению помехоустойчивости системы в целом, или иным алгоритмическим способом в контроллере отфильтровывают (выделяют) информацию о событиях вдоха и выдоха.

Следующей особенностью предложения является выполнение средств подачи воздуха в салон транспортного средства с входным анализатором состава наружного воздуха, подключенным к средствам управления средствами подачи воздуха в салон транспортного средства. В результате указанные средства управления получают возможность принять решение о том, забрать ли очередную порцию наружного воздуха в данный момент или отложить до момента, когда воздух снаружи окажется менее «загазованным», забрать ли полную порцию или ее часть и т.п. В простейшем случае такое решение может приниматься просто по факту превышения содержания СО или СО₂ в наружном воздухе.

Упомянутое выше выполнение контроллера с возможностью определения отсутствия людей в помещении или их наличия подразумевает алгоритмическую или аппаратную возможность формирования в нем соответствующего сигнала, построение программы или схемы таким образом, чтобы в случае отсутствия людей на его выходных шинах формировался один информационных сигнал (код, команда), а при наличии - другой. Разумеется, обе этих возможности могут быть совмещены в одном контроллере и, так же, как и все другие упомянутые выше особенности и отличия, могут использоваться в любых сочетаниях.

Средства регистрации звукового фона, звуковой картины и активные или пассивные средства подавления шума широко известны и также широко применяются, поэтому здесь мы не будем их описывать, отметим лишь, что их использование совместно с или в составе селективной системы вентиляции позволяет достичь практически полной тишины в помещении, поскольку из сказанного выше явствует, что средства удаления и подачи воздуха в предлагаемом решении перекачивают меньший объем, чем традиционные, и могут работать в непрерывном и импульсном режиме (вдох-выдох), который формируется средствами управления. Это, в свою очередь, позволяет более эффективно приглушить шум пассивными средствами, так и подавлять активно, в том числе за счет синхронизации с работой шумоизлучающих элементов системы (с этой целью средства активного шумоподавления могут по синхронизирующему входу подключаться к соответствующему выходу контроллера средств управления), эффективно подавлять шум, возникающий в вентиляционных отверстиях и воздуховодах при интенсивном импульсном удалении или подаче порции воздуха, активными средствами. Активное подавление также эффективно для устранения внешних (уличных) шумов, проникающих, например, по воздуховодам в помещение.

Расположение средств удаления с учетом размещения мест постоянного пребывания людей или животных означает, что воздухозаборные отверстия располагают, скажем, на рабочем столе в офисе, в том месте, куда естественным образом направлена струя воздуха, выдыхаемая сидящим за столом человеком. Точно также, если после изучения траекторий привычного движения персонала будут выявлены некоторые постоянные траектории, на них, с учетом направления выдоха, могут располагаться средства удаления его продуктов. Далее, все то же может осуществляться и в динамике, если на контроллер от группы датчиков поступает информация, позволяющая отследить текущее положение и параметры движения персонала. Фиксируя положение и параметры движения, средства управления (контроллер) получают возможность прогнозировать оптимальное расположение и направление точек отбора (или подачи) порций воздуха и, путем выдачи соответствующих управляющих сигналов на исполнительные механизмы, осуществляющие переключение клапанов в воздуховодах или изменение угла поворота соответствующего направляющего раструба, осуществлять в динамике избирательный отбор продуктов выдоха и подачу заменяющих порций наименее загрязненного воздуха.

Кроме того, как уже отмечалось, такие элементы системы, как воздухо-заборы для удаления продуктов выдоха, воздуховоды, формирующие сопла и пр., целесообразно интегрировать в рабочие места, кресла, спортивные тренажеры и другой инвентарь или мебель, части которых стационарно или подвижно находятся вблизи органов дыхания пользующегося ими человека. Так, воздухозаборные отверстия в случае тренажеров могут находиться на их передней панели, вблизи упоров для рук, подголовников и пр., тогда как воздуховоды должны быть интегрированы в полые части конструкций с соответствующим размещением точек подключения и разъемов на их нижней или задней части. Аналогичные доработки позволяют из предмета мебели (особенно, стационарной) сделать функциональный элемент рассматриваемой системы вентиляции, чем также улучшить экологию помещений.

Элементы рекуперации энергии, например теплообменные камеры, располагают между близко расположенными воздуховодами подачи и удаления воздуха. Учитывая малый объем удаляемых и подаваемых порций в предложении, а следовательно, наличие времени на теплообмен, рекуперация позволяет исключить калориферы, обычно осуществляющие подогрев наружного воздуха в холодное время года.

По тем же причинам предложение открывает возможности встраивания средств удаления и подачи воздуха в оконные блоки (подоконник, например). Это становится возможным благодаря малым объемам перекачиваемого воздуха.

На фиг. 1-4 показаны примеры реализации избирательной системы вентиляции.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства (на примере рабочего места), которое содержит сенсорный элемент 1, средства удаления воздуха 2 из помещения, средства подачи воздуха 3 в помещение, средства управления (контроллер) 4, при этом офисный работник располагается в кресле 5, позицией 6 обозначена порция выдыхаемого человеком воздуха, а позицией 7 - вдыхаемого. Элементы 1-3 расположены (в показанном на фиг. 1 варианте) на столешнице 8 (условно показана пунктиром).

На фиг. 2 изображена временная диаграмма работы системы вентиляции по фиг. 1, здесь Т1 - момент, в который порция 6 выдыхаемого человеком воздуха достигает сенсорный элемент 1, сигнал которого анализируется контроллером 4, который практически в тот же момент Т1 включает средство удаления воздуха 2. Позицией Т2 обозначен момент, в который контроллер 4 включает средства подачи воздуха 3 для отсечения и замещения порции 6 выдыхаемого человеком воздуха порцией 7 - вдыхаемого.

В системе вентиляции, изображенной на фиг. 3, сенсорный элемент 1 выполнен в виде группы датчиков, инфракрасного или ультразвукового датчика 9, размещенного, например, над креслом 5 и фиксирующего момент выдоха, и датчика 10 концентрации СО₂, расположенного на столешнице 8 и срабатывающего в момент, когда порция 6 выдыхаемого работником воздуха достигает его чувствительной поверхности. Блок 11 измерения интервала фиксирует текущее значение интервала времени между сигналами датчиков 9 и 10, а блок 12 измерения частоты - частоту сигнала датчика 10 (частоту дыхания, при этом возможно усреднение в данном блоке за несколько периодов). Информация о значениях указанного интервала и частоты поступает в блок 13 управления впуском, который, суммируя интервал времени между сигналами датчиков 9 и 10 и интервал между срабатываниями датчика 10 (обратный частоте дыхания), включает средства подачи воздуха 3 в помещение, установленные, в данном примере, в боковинах кресла 5. Как показано на фиг. 3, выход датчика 9 соединен с первым входом блока 11, выходы датчиков 9, 10 соединены соответственно со вторым входом блока 11 и входом блока 12, выходы блоков 11 и 12 подключены ко входам блока 13, выходы которого соединены с управляющими входами средств подачи воздуха 3, а блоки 11-13 образуют контроллер 4.

Как отмечено выше, средства удаления воздуха из помещения могут быть выполнены с элементами формирования для последующего удаления выдыхаемой людьми струи воздуха. Процесс формирования поясняется фиг. 4, на которой показано выполнение средств удаления воздуха из помещения при использовании в зале 14 кинотеатра, когда кресла 5 установлены друг за другом. Правые нагнетательные сопла 15 расположены в боковинах кресел 5, нагнетательные сопла 16 с противоположной стороны кресел могут, как показано на фиг. 4, быть установлены на стене зала 14, при этом сопла 15 и 16 направлены таким образом, чтобы закручивать поток 17 выдыхаемого зрителями воздуха и направлять его к отверстию 18, за которым установлен вытяжной вентилятор (не показан). Направление выхода воздуха из сопел 15, 16 показано на фиг. 4 стрелками 19, направления закручивания (формирования) потока 17 - стрелками 20.

При этом, если в сопла 15, 16 подается воздух из зала 14, то подачу воздуха в зал 14 осуществляют другие, отдельно предусмотренные средства. Однако, если совместить средства подачи воздуха в зал 14 с элементами формирования для последующего удаления выдыхаемой зрителями струи воздуха, то будет достигнута дополнительная экономия энергии. Какой именно из двух указанных вариантов исполнения или режимов, когда в зале 14 предусмотрена реализация обоих, выбрать, зависит от условий эксплуатации, состава наружного воздуха в данный момент. Решение принимают либо конструкторы, либо контроллер 4, причем последнему нужно лишь определить достаточно ли объема подаваемого наружного воздуха для замещения выдыхаемого количества в данный момент. Если достаточно, то контроллер 4, регулируя потоки воздуха путем изменения режима приточных вентиляторов и положение заслонок (на фиг. 4 не показаны), подает в сопла 15, 16 наружный воздух, если нет - смесь наружного и воздуха из зала 14, либо только из зала 14. Отметим, что средства для этого широко известны и применяются в системах вентиляции и кондиционирования. Более того, известные алгоритмы и средства построения систем вентиляции позволяют без труда синтезировать средства управления в предложении применительно к любому из описанных выше алгоритмов работы (вариантов построения системы), а также их сочетаний. Тем не менее ниже рассмотрим более подробную блок-схему (фиг. 5) реализации предлагаемой системы.

В данном варианте выдох фиксируется по совпадению выходных сигналов датчика 10 и акустического датчика 21. С этой целью выходы указанных датчиков через соответствующие полосовые фильтры 22 и 23, настроенные на пропускание полосы частот дыхания и формирование потенциальных выходных сигналов, поступают на схему совпадения 24, выход которой через схемы задержки 25 и 28 (τ₂₈<τ₂₅, где τ - задержка соответствующего элемента) управляет соответствующими клапанами 26 и 29. Первый клапан установлен на воздуховоде вакуумного блока 27, а второй - на воздуховодах блока 30 нагнетания. Давление воздуха в блоке 27 ниже атмосферного, а в блоке 30 - выше, так что сначала, с задержкой τ₂₈ порция свежего воздуха начинает поступать из блока 30 через сопла 15, 16 в зал 14, а затем, с задержкой τ₂₅ блок 27 через отверстие 18 начинает засасывать порцию 6 выдыхаемого зрителем воздуха.

На фиг. 6 показан вариант применения предлагаемой системы в малоэтажном здании, обращенном окнами на автостраду. Отверстие воздухозабора 31 вынесено по стене соседнего дома воздуховодом малого сечения 32 на максимальную дистанцию, в зону свободного перемещения воздушных масс и оказывается существенно выше стандартного воздухозабора большого сечения 33, расположенного на крыше над помещением, в области, загрязненной выхлопными газами.

Таким образом, устройство содержит систему формирования засасывающей струи, действующую в направлении выдоха или корректирующую соответствующим образом направление потока, для избирательного поглощения выдыхаемых человеком воздушных масс. Эти элементы устройства могут быть расположены на любых поверхностях, в том числе подвижных элементах. При этом их работа может носить как непрерывный, так и пульсирующий характер, ориентированный на факт вдоха/выдоха (что легко измеряется дистанционно различными датчиками) и/или ритм дыхания. Тогда на вдохе обеспечивается свежий приток и оптимизируется засасывание струи выдоха (организация разряжения в окрестностях ближайшего заборного отверстия, например).

Приточная часть системы вентиляции также может быть ориентирована не только на обеспечение комфорта, но и на правильное формирование струй (вихрей) для улучшения поглощения выдыхаемых масс (т.е. элементы системы вентиляции располагаются с учетом этого, причем также может использоваться пульсирующий режим подачи воздуха на прогнозе вдоха).

Даже в случае отсутствия элементов регенерации воздуха и пополнения запасов кислорода, позволяющих совсем исключить общение с внешней средой на некоторое время, т.е. при использовании упрощенной системы с подкачкой, например, отфильтрованного внешнего воздуха, техническим результатом является существенное сокращение поступающего извне воздуха со всеми его вредными составляющими и увеличение комфорта дыхания. При этом необходимый комплект датчиков (имеются в виду датчики состава наружного воздуха, определяющие концентрацию в нем CO₂, O₂, СО и др.) может использоваться как для правильной регулировки воздухозабора при изменяющихся внешних условиях (при ухудшении экологической обстановки может оказаться целесообразным временно переходить на внутреннюю циркуляцию или запасные источники (сжатый воздух или кислород) нежели потреблять чрезмерно загрязненный наружный воздух) для обеспечения безопасности. Разумеется, все вышесказанное не исключает наличия в системе дополнительных воздухозаборов, сечения которых позволяют осуществлять режим интенсивной вентиляции с минимальным временем очистки загрязненного помещения.

Ввиду существенного сокращения объемов подкачиваемого извне воздуха в штатном режиме работы даже для простых вариантов предложенной системы (до нескольких литров в секунду при малонаселенных помещениях) для притока воздуха можно использовать воздухозаборы малого сечения и располагать их отверстия как можно выше. Таким образом, для воздухозабора может использоваться тонкая трубка, проложенная по ближайшей стене стоящего рядом высокого здания и не нарушающая при этом его внешний вид, полый высокий громоотвод или другой элемент, расположенный высоко над поверхностью крыши здания, в области свободного перемещения воздушных масс - чего трудно добиться при обычных объемах обмена и режимах вентиляции помещений.

Изобретение относится к области промышленного и жилищного строительства и может использоваться для создания систем кондиционирования и вентиляции помещений. Система вентиляции с удалением продуктов выдоха, содержащая сенсорный элемент, подключенный к входу средства управления средствами удаления или средствами удаления и очистки воздуха в помещении, при этом она может быть выполнена также только со средствами очистки воздуха, причем сенсорный элемент выполнен с возможностью регистрации наличия, в известной точке помещения, или положения людей и животных, а средства удаления и/или очистки воздуха и/или соответствующие им средства управления средствами удаления или очистки воздуха выполнены с возможностью удаления и очистки преимущественно порций воздуха с наибольшим содержанием продуктов выдоха людей и животных, находящихся в помещении. Техническим результатом является повышение эффективности работы и экономичности системы вентиляции, а также улучшение экологии городских построек. 27 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система вентиляции с удалением продуктов выдоха, содержащая сенсорный элемент, подключенный к входу средства управления средствами удаления или средствами удаления и очистки воздуха в помещении, отличающаяся тем, что она может быть выполнена также только со средствами очистки воздуха, причем сенсорный элемент выполнен с возможностью регистрации наличия, в известной точке помещения, или положения людей и животных, а средства удаления и/или очистки воздуха и/или соответствующие им средства управления средствами удаления или очистки воздуха выполнены с возможностью удаления и очистки преимущественно порций воздуха с наибольшим содержанием продуктов выдоха людей и животных, находящихся в помещении.

2. Система вентиляции по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно включает средства подачи воздуха в помещение со средствами управления ими.

3. Система вентиляции по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что средства удаления или средства удаления и очистки воздуха из помещения и/или средства подачи воздуха в помещение выполнены с возможностью учета ритма дыхания находящихся в нем людей или животных и/или задержки распространения выдыхаемой и вдыхаемой ими порции воздуха.

4. Система вентиляции по п. 2, отличающаяся тем, что средства подачи воздуха в помещение выполнены в виде элементов формирования для последующего удаления выдыхаемой струи воздуха к средствам удаления и/или очистки воздуха.

5. Система вентиляции по п. 2, отличающаяся тем, что средства подачи воздуха в помещение выполнены с возможностью замены только удаленной средствами удаления воздуха из помещения порции воздуха.

6. Система вентиляции по п. 2, отличающаяся тем, что средства подачи воздуха в помещение могут быть выполнены с входным анализатором состава наружного воздуха, подключенным к средствам управления средствами подачи воздуха в помещение.

7. Система вентиляции по п. 2, отличающаяся тем, что впускные воздуховоды средств подачи воздуха в помещение размещены с возможностью забора наименее загрязненного наружного воздуха.

8. Система вентиляции по п. 1, отличающаяся тем, что сенсорный элемент выполнен в виде группы датчиков контроля содержания или парциального давления газов и паров в помещении.

9. Система вентиляции по п. 1, отличающаяся тем, что сенсорный элемент выполнен в виде группы датчиков CO₂ и/или O₂, и/или влажности, и/или давления, и/или инфракрасного излучения, и/или звуковых или ультразвуковых волн, а также в виде одной или группы видеокамер и/или датчиков движения.

10. Система вентиляции по п. 8 или 9, отличающаяся тем, что датчики группы выполнены с выходным фильтром, настроенным на полосу частот дыхания.

11. Система вентиляции по п. 1, отличающаяся тем, что средства удаления воздуха из помещения выполнены с элементами формирования для последующего удаления выдыхаемой находящимися в нем людьми и животными струи воздуха.

12. Система вентиляции по пп. 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8 или 9, отличающаяся тем, что средства управления средствами удаления и/или очистки воздуха в помещении и/или средства управления средствами подачи воздуха в помещение, и/или средства учета ритма дыхания людей и животных и/или задержки распространения выдыхаемой и вдыхаемой ими порции воздуха, и/или средства управления элементами формирования и последующего удаления выдыхаемой порции воздуха, и/или средства выбора и анализа информации от группы датчиков, и/или средства фильтрации выходной информации группы датчиков, и/или средства обработки информации от анализатора состава наружного воздуха могут быть объединены в контроллер или являться частью контроллера, управляющего работой системы вентиляции.

13. Система вентиляции по п. 3, отличающаяся тем, что средства управления средствами удаления и/или очистки воздуха в помещении и/или средства управления средствами подачи воздуха в помещение, и/или средства учета ритма дыхания людей и животных, и/или задержки распространения выдыхаемой и вдыхаемой ими порции воздуха, и/или средства управления элементами формирования и последующего удаления выдыхаемой порции воздуха, и/или средства выбора и анализа информации от группы датчиков, и/или средства фильтрации выходной информации группы датчиков, и/или средства обработки информации от анализатора состава наружного воздуха могут быть объединены в контроллер или являться частью контроллера, управляющего работой системы вентиляции.

14. Система вентиляции по п. 10, отличающаяся тем, что средства управления средствами удаления и/или очистки воздуха в помещении и/или средства управления средствами подачи воздуха в помещение, и/или средства учета ритма дыхания людей и животных и/или задержки распространения выдыхаемой и вдыхаемой ими порции воздуха, и/или средства управления элементами формирования и последующего удаления выдыхаемой порции воздуха, и/или средства выбора и анализа информации от группы датчиков, и/или средства фильтрации выходной информации группы датчиков, и/или средства обработки информации от анализатора состава наружного воздуха могут быть объединены в контроллер или являться частью контроллера, управляющего работой системы вентиляции.

15. Система вентиляции по п. 12, отличающаяся тем, что сенсорный элемент и контроллер выполнены с возможностью определения отсутствия людей и животных в помещении, а контроллер - с возможностью выработки на это время команды на средства удаления или очистки воздуха в помещении и/или средства подачи воздуха в помещение на ступенчатое увеличение интенсивности вентиляции.

16. Система вентиляции по п. 13, отличающаяся тем, что сенсорный элемент и контроллер выполнены с возможностью определения отсутствия людей и животных в помещении, а контроллер - с возможностью выработки на это время команды на средства удаления или очистки воздуха в помещении и/или средства подачи воздуха в помещение на ступенчатое увеличение интенсивности вентиляции.

17. Система вентиляции по п. 14, отличающаяся тем, что сенсорный элемент и контроллер выполнены с возможностью определения отсутствия людей и животных в помещении, а контроллер - с возможностью выработки на это время команды на средства удаления или очистки воздуха в помещении и/или средства подачи воздуха в помещение на ступенчатое увеличение интенсивности вентиляции.

18. Система вентиляции по п. 12, отличающаяся тем, что контроллер может быть выполнен с возможностью принятия решения о присутствии людей или животных в случае поступления от соответствующего датчика сигнала об увеличении содержания СО₂ в помещении независимо от содержания, наличия или отсутствия информации от остальных датчиков и источников информации и с возможностью принятия решения об отсутствии людей и животных в помещении в случае поступления от соответствующего датчика сигнала о снижении содержания CO₂ в помещении независимо от содержания, наличия или отсутствия информации от остальных датчиков и источников информации.

19. Система вентиляции по п. 13, отличающаяся тем, что контроллер может быть выполнен с возможностью принятия решения о присутствии людей или животных в случае поступления от соответствующего датчика сигнала об увеличении содержания CO₂ в помещении независимо от содержания, наличия или отсутствия информации от остальных датчиков и источников информации и с возможностью принятия решения об отсутствии людей и животных в помещении в случае поступления от соответствующего датчика сигнала о снижении содержания CO₂ в помещении независимо от содержания, наличия или отсутствия информации от остальных датчиков и источников информации.

20. Система вентиляции по п. 14, отличающаяся тем, что контроллер может быть выполнен с возможностью принятия решения о присутствии людей или животных в случае поступления от соответствующего датчика сигнала об увеличении содержания CO₂ в помещении независимо от содержания, наличия или отсутствия информации от остальных датчиков и источников информации и с возможностью принятия решения об отсутствии людей и животных в помещении в случае поступления от соответствующего датчика сигнала о снижении содержания CO₂ в помещении независимо от содержания, наличия или отсутствия информации от остальных датчиков и источников информации.

21. Система вентиляции по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена средствами регистрации и анализа звукового фона и выполнена с возможностью пассивного и/или активного подавления шума от средств удаления и/или подачи воздуха в помещение с использованием информации о зарегистрированной звуковой картине.

22. Система вентиляции по п. 1, отличающаяся тем, что средства удаления воздуха из помещения расположены с учетом размещения мест постоянного пребывания людей и животных в помещении, их перемещения и направления их дыхания.

23. Система вентиляции по п. 2 или 22, отличающаяся тем, что средства подачи воздуха в помещение также размещены с учетом расположения мест постоянного пребывания и/или перемещения людей и животных в помещении и исходя из условия неперекрытия струй удаляемого воздуха.

24. Система вентиляции по пп. 1, 2 или 22, отличающаяся тем, что средства удаления воздуха и/или средства подачи воздуха выполнены полностью или частично в виде элементов спортивных тренажеров и/или мебели, находящихся в помещении.

25. Система вентиляции по п. 23, отличающаяся тем, что средства удаления воздуха и/или средства подачи воздуха выполнены полностью или частично в виде элементов спортивных тренажеров и/или мебели, находящихся в помещении.

26. Система вентиляции по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что воздуховоды средств удаления и подачи воздуха в помещение выполнены с элементами рекуперации.

27. Система вентиляции по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что средства удаления воздуха из помещения и/или средства подачи воздуха в помещение выполнены полностью или частично в виде элементов оконного блока.

28. Система вентиляции по п. 26, отличающаяся тем, что средства удаления воздуха из помещения и/или средства подачи воздуха в помещение выполнены полностью или частично в виде элементов оконного блока.