Приточно-вытяжная установка для вентиляции по крайней мере одного помещения Российский патент 2022 года по МПК F24F7/06 

Изобретение может быть использовано для создания климата в жилых, административных и общественных, а также производственных помещениях, в которых существующей нормативной базой допускается применение частичной или полной рециркуляции воздуха.

Известна система вентиляции и кондиционирования воздуха, включающая приточные и вытяжные воздуховоды для подачи приточного наружного и отвода вытяжного воздуха, центральную станцию, соединенную посредством указанных воздуховодов с объектом обслуживания и с атмосферой, и содержащую, по меньшей мере, одну камеру фильтрования, размещенную по ходу приточного наружного воздуха, камеры приточного и вытяжного вентиляторов, камеру теплообмена с пластинчатым рекуперативным теплообменником, средство для подвода и передачи дополнительной тепловой или охлаждающей энергии в приточный наружный воздух, датчики контроля температуры приточного наружного и вытяжного воздуха и запорно-регулирующие средства, и систему управления, выполненную с возможностью регулирования направления хода, расхода и температуры приточного наружного и вытяжного воздуха (патент RU №65620). Центральная станция указанной системы вентиляции дополнительно содержит камеры шумопоглощения, камеры коллекторы, одна из которых оборудована приводным воздушным многостворчатым клапаном для управления ходом вытяжного воздуха, а также средства для измерения расхода приточного наружного и вытяжного воздуха. Средство для подвода и передачи дополнительной тепловой или охлаждающей энергии в приточный наружный воздух расположено в камере теплообмена и выполнено в виде многоконтурного теплообменника, который включает последовательно связанные по теплообмену контур теплоносителя с жидкостью, контур теплоносителя с антифризом и контур теплоносителя с хладагентом. К недостаткам данной системы относятся ее большие габариты, массу, сложность и дороговизну, делающие неприменимой на жилых и коммерческих объектах с площадями до 500 квадратных метров.

Из патента RU №98544 известна вентиляционная установка, содержащая корпус, установленный на опорной раме, и размещенные в корпусе на раме вентилятор с приводным электродвигателем, воздушную заслонку, воздушный фильтр, при этом корпус выполнен в виде каркасно-панельной конструкции из металлического профиля, к которому закреплены стенки из теплозвукоизоляционного материала, отличающаяся тем, что стенки выполнены двухслойными из наружных и внутренних панелей, заполненных разнородными материалами, причем одна из панелей заполнена шумоизоляционным, а другая - теплоизоляционным материалом. В указанной установке отсутствует устройство, обеспечивающее теплообмен между входным и выходным потоками воздуха. Это приводит к повышенным затратам энергии на подогрев и/или охлаждение воздуха, поступающего в вентилируемое помещение. Прототип

В патенте RU №2678811 описана приточно-вытяжная установка для вентиляции по меньшей мере одного помещения, содержащая камеру с регенеративным теплоутилизатором, внешний впускной патрубок, выполненный с возможностью впуска атмосферного наружного воздуха через регенеративный теплоутилизатор во внутренний патрубок напорного воздуховода и содержащий в своей полости клапанное устройство, внутренний патрубок напорного воздуховода, выполненный с возможностью впуска наружного атмосферного воздуха по меньшей мере в одно помещение и содержащий в своей полости клапанное устройство, внутренний патрубок вытяжного воздуховода, внешний выпускной патрубок, по меньшей мере один электровентилятор. В этой приточно-вытяжной установке внешний выпускной патрубок соединен с внутренним патрубком напорного воздуховода, внешний впускной патрубок соединен с внутренним патрубком вытяжного воздуховода, а упомянутая камера с регенеративным теплоутилизатором образует промежуточный воздуховод, который соединяет внутренний патрубок напорного воздуховода и внешний выпускной патрубок с внутренним патрубком вытяжного воздуховода и внешним впускным патрубком. Дополнительно приточно-вытяжная установка содержит по меньшей мере одно реле и/или контроллер, который обеспечивает работу установки в трех фазах: «Приток», «Выпуск», «Рециркуляция». При этом, контроллер принимает сигналы или команды, от задатчика интервала интервала времени, а также одного или нескольких датчиков давления, температуры, влажности, оценки уровня загрязнения и состава окружающего воздуха, которыми может быть оснащена указанная установка.

Указанная установка является наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению и выбрана в качестве прототипа. К недостаткам прототипа относятся:

- Использование однонаправленного рекуператора, что приводит к повышенному энергопотреблению, низкой энергоэффективности, невозможности работы в одном установленном режиме в течение даже небольшого времени, возможному накоплению конденсата в теплоутилизаторе при существенной разнице в температурах наружного и внутреннего воздуха.

- Невозможность, в процессе работы установки, плавной автоматической регулировки объемов рециркуляции и воздуха, забрасываемого в вентилируемое помещение из окружающей среды. Установка работает в одной из трех фаз, либо фаза притока, либо фаза вытяжки, либо фаза рециркуляции. Это приводит к повышенному выбросу в атмосферу подогретого воздуха из вентилируемого помещения и значительно снижает общую теплоэффективность установки.

Технической проблемой, существующей в настоящее время, является недостаточная эффективность и высокое энергопотребление существующих систем вентиляции помещения. Предлагаемое изобретение направлено на решение этой проблемы, а именно, на создание приточно-вытяжной установки для вентиляции по крайней мере одного помещения с повышенной эффективностью и низким энергопотреблением.

Технический результат заключается в существенном повышении эффективности вентиляции помещения, энергоэффективности установки вентиляции, возможности многоступенчатеной фильтрации и очистки воздуха внутри помещения.

Для достижения заявляемого технического результата предлагается приточно-вытяжная установка для вентиляции и кондиционирования воздуха в, по крайней мере, одном помещении, содержащая:

- рекуператор

- внешний впускной патрубок, служащий для впуска наружного атмосферного воздуха, прошедшего рекуператор, во внутренний патрубок напорного воздуховода и содержащий в своей полости клапанное устройство и по крайней мере один фильтр,

- внутренний патрубок напорного воздуховода, служащий для впуска воздуха в помещение и содержащий по крайней мере один электровентилятор,

- внутренний патрубок вытяжного воздуховода, выполненный с возможностью выброса воздуха из помещения и содержащий по крайней мере один электровентилятор и один фильтр,

- внешний выпускной патрубок, выполненный с возможностью выброса в атмосферу воздуха из помещения, прошедшего рекуператор, в атмосферу и содержащий в своей полости клапанное устройство,

- управляющий контроллер, задающий режим работы установки.

В качестве рекуператора в заявляемой приточно-вытяжной установке предлагается использовать противоточный пластинчатый, или роторный, или мембранный, или энтальпийный. Дополнительно, между напорным воздуховодом и вытяжным воздуховодом предлагается устанавливать воздуховод системы рециркуляции, содержащий в своей полости клапанное устройство. В качестве клапанных устройств в заявляемой приточно-вытяжной установке используются ирисовые или диафрагмальные клапаны. Для централизованного управления и синхронизации работы клапанных устройств они напрямую или через редуктор подключаются к приводу регулировки клапанных устройств, приводящемуся в действие управляющим контроллером. В качестве привода регулировки клапанных устройств, может использоваться, например, ременной или шестеренчатый привод. Напорный воздуховод содержит, по меньшей мере, одно нагревательное и, по меньшей мере, одно охладительное устройство для, соответственно, нагревания или охлаждения проходящего потока воздуха. По меньшей мере, одно нагревательное и, по меньшей мере, одно охладительное устройство соединены последовательно и управляются автоматически с помощью управляющего контроллера. Во внешнем впускном патрубке и внутреннем патрубке вытяжного воздуховода установлен блок контроля параметров воздуха, который соединен с управляющим контроллером. Блок контроля параметров воздуха содержит датчик температуры воздуха. Кроме датчика температуры воздуха блок контроля параметров воздуха может содержать любую комбинацию датчиков влажности воздуха, углекислого газа, частиц pm2.5 и летучих органических соединений. Управляющий контроллер задает режимы работы всех электрических элементов установки в том числе и всех клапанных устройств, которые регулируются синхронно. Клапанные устройства внешних впускного и выпускного патрубков находятся в одной фазе, тогда как клапанное устройство воздуховода системы рециркуляции находится в противофазе по отношению к клапанным устройствам внешних впускного и выпускного патрубков. Степень открытия/закрытия клапанного устройства внешнего впускного патрубка и клапанного устройства внешнего выпускного патрубка зависит от показаний датчиков температуры и влажности воздуха и определяется заданными параметрами воздуха в вентилируемом помещении.

На фиг. 1 представлена блок-схема приточно-вытяжной установки для вентиляции и кондиционирования воздуха в соответствии с настоящим изобретением. Цифрами обозначены:

1 – рекуператор

2 – внешний впускной патрубок

3 – внешний выпускной патрубок

4 – блок контроля параметров воздуха

5 – клапанное устройство внешнего выпускного патрубка

6 – клапанное устройство внешнего впускного патрубка

7 – клапанное устройство воздуховода системы рециркуляции

8 – воздуховод системы рециркуляции

9 – нагревательное устройство

10 – электровентилятор внутреннего патрубка вытяжного воздуховода

11 – электровентилятор внутреннего патрубка напорного воздуховода

12 – внутренний патрубок напорного воздуховода

13 – внутренний патрубок вытяжного воздуховода

14 – фильтр внешнего впускного патрубка

15 – фильтр внутреннего патрубка вытяжного воздуховода

16 – охладительное устройство

17 – управляющий контроллер

18 – привод регулировки клапанных устройств

Загрязненный воздух, с помощью электровентилятора 10 внутреннего патрубка вытяжного воздуховода вытягивается из обслуживаемых помещений во внутренний патрубок вытяжного воздуховода 13, проходит через систему фильтрации, которая состоит минимум из одного фильтра 15 внутреннего патрубка вытяжного воздуховода. Далее, отфильтрованный воздух, в зависимости от режима работы установки, поступает либо на рекуператор 1, либо полностью или частично в воздуховод 8 системы рециркуляции. Воздух, поступивший в рекуператор 1, нагревает его для передачи тепловой энергии потоку воздуха, поступающему в установку из внешней среды. В качестве рекуператора 1 используется противоточный пластинчатый, роторный, мембранный, энтальпийный либо иной вид рекуператора. После передачи тепловой энергии рекуператору воздух выбрасывается во внешнюю среду через внешний выпускной патрубок 3, проходя при этом через клапанное устройство 5 внешнего выпускного патрубка. Воздух, проходящий через воздуховод 8 системы рециркуляции и клапанное устройство 7 воздуховода системы рециркуляции, поступает во внутренний патрубок напорного воздуховода и проходит через нагревательное устройство 9 и охладительное устройство 16. В качестве нагревательного устройства может использоваться нагреватель электрический, водяной, гликолевый или иной. Дальше воздух с помощью электровентилятора 11 внутреннего патрубка напорного воздуховода подается в вентилируемое помещение. В установке, внутри замкнутого кольца, использованы два сбалансированных электровентилятора 10 и 11, которые позволяют в зависимости от настроек установки и необходимого баланса воздуха в помещениях делать установку либо полностью сбалансированной, т.е. настроить их на одинаковые обороты на производительность, на расход, либо сделать установку разбалансированной в зависимости от расчетов конкретных помещений.

В процессе работы установки одновременно с выбросом воздуха во внешнюю среду происходит забор свежего воздуха подмеса из внешней среды. Воздух подмеса поступает на вход внешнего впускного патрубка 2, проходит через клапанное устройство 6 внешнего впускного патрубка и подается на фильтр 14 внешнего впускного патрубка для очищения воздуха подмеса и удаления из него пыли и других примесей. Далее воздух подмеса поступает в рекуператор 1, где происходит его нагрев. Подогретый воздух подмеса поступает во внутренний патрубок 12 напорного воздуховода, где он перемешивается с потоком воздуха из воздуховода 8 системы рециркуляции и подается в вентилируемое помещение, как было описано выше.

Отличительной особенностью заявляемой установки является ее сбалансированность в процессе работы. Клапанные устройства 5, 6 и 7, соответственно, внешнего выпускного патрубка, внешнего впускного патрубка и воздуховода системы рециркуляции регулируются синхронно. Клапанные устройства 5 и 6, соответственно, внешнего выпускного патрубка, внешнего впускного патрубка находятся в одной фазе, в одном положении. Клапанное устройство 7 воздуховода системы рециркуляции находится в противофазе. Когда клапанные устройства 5 и 6, соответственно, внешнего выпускного патрубка и внешнего впускного патрубка полностью открыты, клапанное устройство 7 воздуховода системы рециркуляции, полностью закрыто. И наоборот. Когда клапанные устройства 5 и 6, соответственно, внешнего выпускного патрубка и внешнего впускного патрубка полностью закрыты, клапанное устройство 7 воздуховода системы рециркуляции, полностью открыто. Для синхронной регулировки клапанные устройства 5, 6 и 7, соответственно, внешнего выпускного патрубка, внешнего впускного патрубка и воздуховода системы рециркуляции связаны между собой. Связь клапанных устройств может быть реализована любым способом, с помощью механической передачи, ременной, шестеренчатой и т.д. В качестве одного из возможных вариантов в настоящем описании приведена связь клапанных устройств с помощью привода регулировки клапанных устройств 18. Установка позволяет с точностью до 1% дозировать процент подаваемого в установку воздуха путем поворота связанных между собой клапанных устройств. При этом в установке присутствует всего один электрический привод, который вращает все клапанные устройства, тем самым дозируя необходимое количество воздуха на подмес. Управление приводом регулировки клапанных устройств 18 выполняется с помощью управляющего контроллера 17, который получает данные от блоков контроля параметров воздуха 4, расположенных во внешнем впускном патрубке и внутреннем патрубке вытяжного воздуховода. На основании полученных данных в процессе функционирования установки управляющий контроллер 17 с помощью привода регулировки клапанных устройств 18 регулирует степень открытия/закрытия клапанных устройств 5, 6 и 7, соответственно, внешнего выпускного патрубка, внешнего впускного патрубка и воздуховода системы рециркуляции.

В качестве фильтров 14 и 15 внешнего впускного патрубка и внутреннего патрубка вытяжного воздуховода могут использоваться фильтры грубой очистки G3, G4, фильтры тонкой очистки F5, F7, а также hepa-фильтры H10, H12 любой конфигурации.

В качестве клапанных устройств 5, 6 и 7 могут использоваться клапаны любого исполнения. Вместе с тем, наибольшая эффективность установки достигается при использовании ирисовых или диафрагмальных клапанов, т.к. такие клапаны имеют линейную характеристику зависимости расхода воздуха от степени открытия. Регулировка ирисового клапана через привод регулировки клапанных устройств 18 в рассматриваемой модели позволяет очень точно, с точностью до 1%, организовывать подмес свежего воздуха согласно нормативным требованиям в нормативной документации для вентилируемого помещения, в котором установлена заявляемая установка.

Использование в помещении приточно-вытяжной установки для вентиляции и кондиционирования, реализованной в соответствии с заявляемым изобретением, позволяет соблюсти все нормативные документы по воздухообмену, как для помещения, так и для людей. Больший воздухообмен организуется за счет использования воздуховода системы рециркуляции. С помощью управляющего контроллера 1 установка автоматически или вручную позволяет подмешивать от 0 до 100% воздуха по контуру рециркуляции, позволяя тем самым создавать необходимую среду в вентилируемом помещении. Этим самым достигается очень высокая теплоэффективность, т.к. в атмосферу выбрасывается минимум подогретого воздуха из помещения. Большая часть времени работы установки – это рециркуляция с очисткой вытяжного воздуха от пыли, грязи и микроорганизмов, пыльцы.

Дополнительной отличительной особенностью установки является возможность рекуперировать не только тепло, а также холод, т.е. в то время, когда на улице температура воздуха превышает, а также существенно превышает температуру воздуха в помещениях, рекуператор 1 позволяет подмешивать в помещение воздух, который будет охлаждаться от выбрасываемого, тем самым установка позволяет уменьшить количество нежелательных теплопритоков в помещение и сократить количество затрачиваемой электроэнергии на кондиционирование помещения.

Также использование рециркуляции воздуха в помещении делает работу централизованого кондиционирования (с единым испарителем на приточном воздуховоде) технически высокоэффективной. Таким образом, заявленная установка технически реализует основополагающий принцип работы кондиционирования помещения, при котором охлаждается рециркулируемый воздух, с каждым циклом становясь холоднее. Так обеспечивается плавное понижение воздуха в помещении вплоть до требуемого значения без затрат лишней электрической энергии и минимальным отведением конденсата.

Аналогичным образом заявленная установка позволяет эффективно установить необходимые параметры влажности в помещении. За счет рециркуляции части воздуха необходимая влага возвращается в помещение, а не выбрасывается на улицу, не попадает в рекуператор, что при использовании, например, пластинчатого рекуператора могло бы вызвать его обледенение зимой.

Технический результат заключается в существенном повышении эффективности вентиляции помещения, высочайшей энергоэффективности вентиляционной установки, возможности многоступенчатой фильтрации и очистки воздуха внутри помещения

Таким образом, в процессе работы заявляемой приточно-вытяжной установки для вентиляции помещений блок контроля параметров воздуха производит постоянный мониторинг параметров воздушного потока, поступающего в установку как из внешней среды, так и из вентилируемого помещения. Управляющий контроллер, на основании параметров воздушного потока, в реальном времени осуществляет централизованное управление всеми клапанными устройствами, с большой точностью дозируя процент воздуха, подаваемого в контур рециркуляции и воздуха подмеса, поступающего из внешней среды, а также охладительными и нагревательными устройствами. Применение установки позволяет значительно повысить эффективность вентиляции и снизить энергозатраты на поддержание требуемого температурного режима в вентилируемом помещении.

Изобретение относится к установке вентиляции и кондиционирования воздуха. Изобретение может быть использовано для создания климата в жилых, административных и общественных, а также производственных помещениях, в которых существующей нормативной базой допускается применение частичной или полной рециркуляции воздуха. Установка содержит рекуператор; внешний впускной патрубок, служащий для впуска наружного атмосферного воздуха, прошедшего рекуператор, во внутренний патрубок напорного воздуховода и содержащий в своей полости клапанное устройство и по крайне мере один фильтр; внутренний патрубок напорного воздуховода, служащий для впуска воздуха в помещение и содержащий по крайней мере один электровентилятор; внутренний патрубок вытяжного воздуховода, выполненный с возможностью выброса воздуха из помещения и содержащий по крайней мере один электровентилятор и один фильтр; внешний выпускной патрубок, выполненный с возможностью выброса в атмосферу воздуха из помещения, прошедшего рекуператор, в атмосферу и содержащий в своей полости клапанное устройство; управляющий контроллер, задающий режим работы установки. Для централизованного управления и синхронизации работы клапанных устройств они напрямую или через редуктор подключаются к приводу, приводящемуся в действие управляющим контроллером. Напорный воздуховод содержит по меньшей мере одно нагревательное и по меньшей мере одно охладительное устройство. Во внешнем впускном патрубке и внутреннем патрубке вытяжного воздуховода установлен блок контроля параметров воздуха, который соединен с управляющим контроллером. Технический результат заключается в существенном повышении эффективности вентиляции помещения, энергоэффективности установки вентиляции, возможности многоступенчатой фильтрации и очистки воздуха внутри помещения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Приточно-вытяжная установка для вентиляции по крайней мере одного помещения, включающая:

- рекуператор,

- внешний впускной патрубок, служащий для впуска наружного атмосферного воздуха, прошедшего рекуператор, во внутренний патрубок напорного воздуховода и содержащий в своей полости клапанное устройство и по крайне мере один фильтр,

- внутренний патрубок напорного воздуховода, служащий для впуска воздуха в помещение и содержащий по крайней мере один электровентилятор,

- внутренний патрубок вытяжного воздуховода, выполненный с возможностью выброса воздуха из помещения и содержащий по крайней мере один электровентилятор и один фильтр,

- внешний выпускной патрубок, выполненный с возможностью выброса в атмосферу воздуха из помещения, прошедшего рекуператор, в атмосферу и содержащий в своей полости клапанное устройство,

- управляющий контроллер, задающий режим работы установки,

отличающаяся тем, что

- в качестве рекуператора используют противоточный пластинчатый, или роторный, или мембранный, или энтальпийный рекуператор,

- между напорным воздуховодом и вытяжным воздуховодом установлен воздуховод системы рециркуляции, содержащий в своей полости клапанное устройство,

- используют в качестве всех клапанных устройств ирисовые диафрагмальные воздушные клапаны, подключенные напрямую или через редуктор к приводу регулировки клапанных устройств, приводящемуся в движение управляющим контроллером,

- напорный воздуховод содержит по крайне мере одно нагревательное и одно охладительное устройства,

- во внешнем впускном патрубке и внутреннем патрубке вытяжного воздуховода установлен блок контроля параметров воздуха, который соединен с управляющим контроллером и содержит датчик температуры воздуха,

- причем управляющий контроллер задает режимы работы всех электрических элементов установки, в том числе и всех клапанных устройств, которые регулируются синхронно, клапанные устройства внешних впускного и выпускного патрубков находятся в одной фазе, тогда как клапанное устройство воздуховода системы рециркуляции в противофазе, при этом их степень открытия/закрытия зависит от показаний блока контроля параметров воздуха и определяется заданными параметрами воздуха в вентилируемом помещении.

2. Приточно-вытяжная установка для вентиляции по крайней мере одного помещения по п. 1, отличающаяся тем, что блок контроля параметров воздуха дополнительно содержит любую комбинацию датчиков влажности воздуха, углекислого газа, частиц pm2.5 и летучих органических соединений.

3. Приточно-вытяжная установка для вентиляции по крайней мере одного помещения по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве нагревательного устройства используют электрический, водяной или гликолевый нагреватель.

4. Приточно-вытяжная установка для вентиляции по крайней мере одного помещения по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве привода регулировки клапанных устройств используют ременной или шестеренчатый привод.