Способ управления параметрами климата в отдельных помещениях посредством воздушных климатических систем и систем вентиляции с механической подвижкой воздуха Российский патент 2024 года по МПК F24F7/00 F24F7/08 

Изобретение относится к технике кондиционирования воздуха и вентиляции и может быть использовано для создания индивидуальных комфортных условий и микроклимата в отдельных помещениях.

Известен способ поддержания параметров климата в индивидуальных зонах в соответствии с описанием [1], по которому приточный воздух подают в систему, подогревают до требуемой температуры, фильтруют и подают в общий воздуховод, далее направляют в отдельные помещения, при этом в воздуховоде отдельного помещения дополнительно подогревают воздух для компенсации потери тепла, причем управление дополнительным подогревом, а, следовательно, температурным режимом в помещении, производится с пульта управления, установленного в каждом помещении.

Известен способ поддержания параметров воздуха в индивидуальных зонах в системе вентиляции в соответствии с описанием [2], по которому приточный воздух подают в систему, подогревают до требуемой температуры, фильтруют и подают в общий воздуховод, далее направляют в отдельные помещения. При этом поддержание требуемого уровня концентрации СО₂ в отдельных помещениях осуществляется путем прямого регулирования количества подаваемого в них приточного воздуха посредством регулирующих клапанов. Управление клапанами производится пропорционально отклонению от заданного значения СО₂ в соответствующей индивидуальной зоне.

Наиболее близким техническим решением является способ поддержания параметров климата в индивидуальных зонах, при котором воздух предварительно подготавливают (очищают, подогревают и при необходимости, увлажняют) после чего его распределяют по индивидуальным зонам. При этом поддержание параметров климата в индивидуальных зонах осуществляется путем прямого регулирования количества подаваемого в них воздуха посредством регулирующих клапанов. Управление клапанами производится пропорционально отклонению от заданного значения параметра климата в соответствующей индивидуальной зоне [3].

Указанные известные способы предусматривают прямое регулирование подачи подготовленного воздуха в контролируемые помещения (зоны) с помощью канальных дроссельных заслонок с электрическим приводом, представляющим собой специальный электродвигатель с редуктором. Заслонка дросселя может занимать различные положения (промежуточные между «закрыто» и «открыто») в зависимости от того сколько воздуха необходимо подать в зону. Управление приводами дроссельных заслонок зон в системе осуществляет специальный контроллер, который в автоматическом режиме, обрабатывает по заложенному в него алгоритму информацию от термостатов зон или контроллеров СО₂.

Известные способы управления климатом в индивидуальных зонах имеют следующие недостатки.

- Значительное время отработки команды приводом (до нескольких десятков секунд) и, соответственно, высокая инерционность управления системы.

- Высокая шумность работы приводов дроссельных заслонок, что крайне нежелательно для жилых помещений и требует применения специальных мер (максимальное удаление дроссельного клапана от подающей решетки, применение канальных шумоглушителей, дополнительная шумоизоляция места расположения привода);

- Необходимость доступа к приводам в процессе монтажа воздуховодов и пуско-наладочных работ значительно затягивает сроки начала отделочных работ при строительстве и требует устройства специальных ревизионных люков для доступа при эксплуатации, что не всегда положительно сказывается на дизайне интерьера и удорожает отделку;

- Несовершенная конструкция самих заслонок, приводящая к возникновению акустического шума (турбулентностей) в определенных положениях заслонки в канале, что также требует либо максимального удаления дроссельных заслонок от подающих решеток, либо применения канальных шумоглушителей или шумоглушащих воздуховодов;

- Относительно высокая цена реализации каждой зоны управления параметрами климата и системы в целом, что, естественно, весьма ограничивает применение этого способа для обеспечения климатического комфорта и энергосбережения.

Предлагаемый способ управления зонами позволяет устранить указанные выше недостатки известных решений, повысить надежность, упростить оборудование и алгоритмы управления, а также значительно снизить цену реализации.

В основе предлагаемого способа управления зонами лежат следующие принципы:

- Управление потоком воздуха в каждую зону по принципу «открыто/закрыто» с помощью канального гравитационного клапана;

- Цикличность работы всей системы с кратковременной остановкой системного вентилятора в конце каждого цикла;

- Автоматическое определение (на основе обработки информации от датчиков температуры, влажности и СО₂ каждой зоны, а также с учетом заданных пользователем значений этих параметров) какая зона должна быть «открыта», а какая «закрыта» в предстоящий цикл;

- Автоматическое управление длительностью каждого цикла на основе достигнутого результата по каждой зоне, заданных пользователем допустимых отклонений и технических ограничений для оборудования;

- Использование в качестве системного вентилятора - высоконапорного вентилятора с электронно-коммутируемым многополюсным приводом (ЕС-приводом), обладающим встроенной возможностью плавной регулировки оборотов, плавным пуском и остановкой, а также значительным моторесурсом.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

1. Задают уставки, необходимые для поддержания желаемых параметров климата. Дальнейшее изложение произведем на примере температуры в режиме отопления. Значение уставки для каждой индивидуальной зоны, а также значение допустимого отклонения температуры от значения уставки заносят в память управляющего системой контроллера;

2. Запускают систему в режим отопления. Контроллер запускает вентилятор и включает воздухонагреватель;

3. Под воздействием давления воздуха, создаваемого вентилятором в воздуховодах, открываются заслонки всех канальных гравитационных клапанов подачи воздуха в индивидуальные зоны и нагретый воздух поступает в них.

4. С определенной частотой контроллер автоматически измеряет температуру в каждой индивидуальной зоне и сравнивает полученное значение со значением уставки для этой зоны, записанной в его память;

5. При достижении температуры в одной или нескольких индивидуальных зонах значения уставки, контроллер выдает команду на остановку вентилятора и выключение воздухонагревателя;

6. При остановке вентилятора давление воздуха в распределяющих воздуховодах падает и заслонки всех гравитационных канальных клапанов подачи воздуха в индивидуальные зоны закрываются;

7. Для зоны, где значение температуры достигло значения уставки и нет больше необходимости в отоплении (подаче нагретого воздуха), контроллер формирует команду на блокировку заслонки гравитационного канального клапана подачи воздуха в закрытом состоянии в эту зону;

8. Далее автоматически контроллер запускает вентилятор и включает воздухонагреватель;

9. Под воздействием давления воздуха, создаваемого вентилятором в воздуховодах, открываются заслонки только тех канальных гравитационных клапанов подачи воздуха в зоны, где требуется отопление и нагретый воздух поступает в эти зоны;

10. Далее выполняются действия начиная с п. 4 и по п. 9 до тех пор пока значение температуры во всех зонах не достигнет значений уставок для этих зон, записанных в память контроллера. В этом случае автоматический запуск вентилятора и включение воздухонагревателя контроллер не производит и отключает блокировки удержания заслонок гравитационных канальных клапанов подачи воздуха всех зон;

11. С определенной частотой контроллер автоматически измеряет температуру в каждой зоне и сравнивает полученное значение со значением уставки для этой зоны, записанной в его память;

12. При падении температуры в одной или нескольких зонах ниже значения уставки на величину, превышающую допустимое отклонение, контроллер выдает команду на блокировку удержания заслонок гравитационных канальных клапанов подачи воздуха в закрытом состоянии в те зоны, где необходимости в отоплении нет;

13. Далее автоматически контроллер запускает вентилятор и включает воздухонагреватель;

14. Под воздействием давления воздуха, создаваемого вентилятором в воздуховодах, открываются заслонки только тех канальных гравитационных клапанов подачи воздуха в зоны, где требуется отопление и нагретый воздух поступает в эти зоны;

15. Далее автоматически выполняются действия начиная с п. 10 по 15 до внесения изменений в соответствии с п. 1

Предлагаемый способ может быть реализован при помощи устройства, описываемого далее.

Устройство содержит (фиг.1) воздуховод 1, в котором расположен регулятор потока 2 двухпозиционного типа, включающий в себя заслонку 3 со смещенной осью вращения 4. Для удержания в закрытом состоянии заслонки 3 предусмотрен блокиратор 5, включаемый путем подачи напряжения. При наличии давления воздуха в воздуховоде 1 и выключенном блокираторе 5 заслонка 3 находится в «открытом» положении и не препятствует движению воздуха в воздуховоде 1 (фиг.1а). При отсутствии давления воздуха в воздуховоде 1 заслонка 3 под действием своего веса поворачивается вокруг оси 4 и приходит в положение, перекрывающее воздуховод 1 (фиг.16). В случае необходимости оставить регулятор потока 2 в закрытом положении перед началом очередного цикла работы системы, на блокиратор 5 подается напряжение, и заслонка 3 удерживается в положении, перекрывающем воздуховод 1. При появлении давления воздуха в воздуховоде 1 заслонка 3 препятствует движению воздуха (фиг.1в). Для открытия регулятора потока 2 напряжение с блокиратора 5 снимается, и заслонка 3 под воздействием давления воздуха в воздуховоде 1 приходит в открытое состояние (фиг.1а). Если применить регулируемый упор, позволяющий изменять угол открытия заслонки 3, то это можно использовать для точной балансировки системы.

Использование такого регулятора потока 2 двухпозиционного типа вместо стандартного дросселя с электроприводом дает значительный выигрыш по надежности, энергопотреблению и существенно уменьшает затраты на регулирующее оборудование системы. Плавное изменение давления в воздуховоде 1, а также применение демпфирующих упоров исключают на практике «хлопанье» заслонки 3 в воздуховоде 1 в процессе регулирования. Отсутствие острых углов атаки в открытом положении заслонки 3 обеспечивает ламинарный характер движения воздуха в воздуховоде 1 и делает маловероятным появление шума во время работы системы. Таким образом, предлагаемый регулятор потока 2 может располагаться в воздуховоде 1 в непосредственной близости к подающей решетке помещения, поскольку не является источником дополнительного шума. Расположение регулятора потока 2 в воздуховоде 1 рядом с подающей решеткой решает проблему его установки при монтаже и доступа к нему во время эксплуатации без применения каких-либо ревизионных люков. Это позволяет приступить к отделке помещений сразу же после монтажа воздуховодов и прокладки соответствующих проводов, не дожидаясь пуско-наладки системы, что значительно сокращает сроки и стоимость строительства.

Система, реализующая предлагаемый способ управления зонами, дополнительно содержит следующие элементы по количеству зон (фиг.2): подающие воздуховоды 1, регуляторы потока 2, блоки датчиков 6, которые установлены в обратных воздуховодах 7.

Обратные воздуховоды 7 подсоединены к обратному коллектору 8, ближе к выходу которого к нему подключен приточный воздуховод 9 (вытяжные воздуховоды на фиг.2 условно не показаны). Выход обратного коллектора 8 подсоединен к входу фильтра 10. С выхода фильтра 10 воздух поступает на вход вентилятора 11. Далее по ходу движения воздуха вентилятор 11 нагнетает воздух в нагреватель 12 и охладитель 13. С выхода охладителя 13 поток воздуха через подающий коллектор 14 распределяется по зонам посредством подающих воздуховодов 1. Управление системой осуществляется посредством интерфейсного устройства 15, контроллера 16, устройства ввода данных 17, устройства вывода 18, блока автоматики 19 и датчика давления 20.

Система функционирует следующим образом. Пользователь через интерфейсное устройство 15 вводит в энергонезависимую память контроллера 16 желаемые значения температуры для каждого помещения (зоны) (в дальнейшем - уставки). Контроллер 16 обрабатывает информацию о реальном значении температур, поступающую с блоков датчиков 6 из каждой зоны через устройство ввода данных 17, сравнивает с соответствующими уставками и формирует команду на устройство вывода 18 на удержание в закрытом состоянии заслонок регуляторов 2 тех зон, где нет необходимости в отоплении. Например, в i-той зоне. Одновременно контроллер формирует команду на блок автоматики 19 для остановки вентилятора 11. Давление в подающем коллекторе 14 и во всех подающих воздуховодах 1 падает. Заслонки всех регуляторов 2 всех зон приходят в закрытое состояние. По истечении короткого промежутка времени, достаточного для выбега колеса вентилятора 11 до его полной остановки, контроллер дает команду на блок автоматики 19 на запуск вентилятора 11 и включение нагревателя воздуха 12. После запуска вентилятор 11, очищенный в фильтре 10 воздух, нагнетает через нагреватель воздуха 12 и охладитель воздуха 13 в коллектор подающих воздуховодов 14. Из коллектора 14 воздух, через воздуховоды 1 и открытые регуляторы потока 2, подается в соответствующее помещения (зоны), как показано на фиг.2б за исключением «выключенной» для примера зоны i. По достижению уставок в одной или нескольких зонах цикл работы вентилятора заканчивается, и он останавливается по команде контроллера 16. Контроллер 16, на основе собранной текущей информации от датчиков 6 всех зон, формирует новую конфигурацию открытых и закрытых зон и запускает вентилятор 11 в новый цикл. Поскольку одновременно несколько зон могут быть закрыты, то для сохранения заложенного в проекте системы воздушного отопления или вентиляции объемного распределения воздуха по помещениям, используется управление производительностью вентилятора 11 с учетом показаний канального датчика давления 20, установленного в коллекторе 14 и подключенного к блоку автоматики 19. Для этих целей возможно также использование иных решений, например, системы байпасов, при которой не требуется управление производительностью вентилятора 11. Длительность циклов работы в предлагаемой системе управления зонированием может меняться самим пользователем в зависимости от необходимой точности поддержания параметров климата и с учетом известной инерционности климатических процессов. Эта длительность может меняться также с программированием параметров климата (уставок) отдельно по зонам в зависимости от времени суток и дня недели с целью экономии энергоресурсов с сохранением максимально возможного климатического комфорта для отдыха и работы.

Учитывая относительно высокое «быстродействие» предлагаемого способа управления зонами по сравнению с известными решениями, можно утверждать, что предлагаемый способ способен обеспечить более высокую точность поддержания параметров климата в зонах без присутствия шума при значительно меньших первоначальных затратах на оборудование и строительство, а также при более высокой надежности и ремонтопригодности.

[1] Патент РФ №2375642, кл. F24F 7/08 от 21.07.2008;

[2] Breezart. Каталог 2020. VAV-системы на базе оборудования Breezart. Стр. 8; [3] Carrier. Каталог бытовых и полупромышленных кондиционеров 2019. Система зонального регулирования Comfort Zone II. Стр.42.

Способ управления параметрами климата в отдельных помещениях посредством воздушных климатических систем и систем вентиляции с механической подвижкой воздуха, при котором параметры климата в каждом помещении отслеживают до достижения желаемых значений. Для уменьшения стоимости реализации системы и экономии энергоресурсов при обеспечении комфортных условий в заданных помещениях в предлагаемом способе используются простые гравитационные клапаны с управляемыми удерживающими устройствами, при помощи которых воздух в помещение подается или нет. Для переключения клапанов производится остановка системного вентилятора и автоматически выбираются помещения, в которых в дальнейшем необходимо будет изменять параметры климата подачей воздуха. Длительность циклов работы в предлагаемой системе управления зонированием может меняться пользователем в зависимости от необходимой точности поддержания параметров климата и с учетом известной инерционности климатических процессов. Эта длительность может меняться также с программированием параметров климата отдельно по зонам в зависимости от временных параметров с целью экономии энергоресурсов с сохранением максимально возможного климатического комфорта для отдыха и работы. 2 ил.

Способ управления параметрами климата в отдельных помещениях посредством воздушных климатических систем и систем вентиляции с механической подвижкой воздуха, в соответствии с которым задают желаемые значения параметров климата в каждом помещении, воздействуют на подаваемый в помещения воздух, отслеживают параметры климата в каждом помещении до достижения желаемых значений параметров климата во всех помещениях, отличающийся тем, при достижении желаемых значений параметров климата в первом отдельном помещении прекращается воздействие на подаваемый во все помещения воздух и его подача в них, первое отдельное помещение отключается от подачи воздуха и система перезапускается до достижения во втором отдельном помещении желаемых значений параметров климата, прекращается воздействие на подаваемый во все помещения воздух и его подача в них, второе отдельное помещение отключается от подачи воздуха и система перезапускается до достижения в следующем отдельном помещении желаемых значений параметров климата, после чего указанные циклы повторяются до достижения желаемых значений параметров климата во всех отдельных помещениях.