Оконная климатическая установка Российский патент 2025 года по МПК E06B7/02 F24F3/00 

Заявляемое изобретение относится к строительству и предназначено для использования при возведении и реконструкции гражданских зданий, расположенных в различных климатических районах.

Для обеспечения комфортных микроклиматических условий в жилых помещениях в настоящее время в основном используются энергосберегающие окна со стеклопакетами. Как правило, такое окно содержит оконный блок, включающий параллельно установленные с зазором стекла, закрепленные в прямоугольной оконной коробке, снабженной уплотнительными элементами (F.с. СССР №487224, МПК Е06В 5/20). Такое окно обеспечивает хорошую теплоизоляцию, что существенно при прохладной погоде и предотвращает переохлаждение помещения. Кроме того, обеспечивается шумоизоляция и предотвращается поступление пыли в помещение. К недостатку такого окна относится отсутствие системы вентиляции, обеспечивающей в помещении эффективный воздухообмен при условии минимальных тепловых потерь при проветривании в прохладную погоду. Кроме того, невозможно обеспечить комфорт в жаркую погоду, т.к. при закрытом окне создается духота, а при открывании окна в помещение поступает горячий и пыльный воздух с улицы, а также в помещение проникает шум.

В последнее время для решения задачи проветривания помещений без открывания окон и обеспечения минимальных тепловых потерь при проветривании в холодную и прохладную погоду применяются компактные рекуператоры, представляющие собой настенную в виде навесного ящика или встраиваемую в стену трубчатую конструкцию. В частности, известна приточно-вытяжная установка VL-100 EUS-E Mitsubishi Elektric (проспект фирмы «On Климат», СПб), обеспечивающая бесшумное обновление воздуха в помещении с обогревом наружного воздуха и охлаждением теплого воздуха, выходящего из помещения, с использованием рекуператора. В устройстве используется теплообменник Lossnay, изготовленный из ультратонкой бумаги, имеющей специальную пропитку. Гофрированные слои склеены перпендикулярно друг другу и образуют каналы для приточного и вытяжного воздуха. Через стенки теплообменника происходит теплообмен между воздушными потоками, а также диффузия водяного пара из более влажного воздуха к менее влажному.

Использование рекуператора позволяет экономить тепло в отапливаемом помещении при проветривании в холодную погоду. Однако в прохладную погоду в «межсезонье», когда квартиры еще не отапливаются, рекуператор малоэффективен и не обеспечивает необходимый подогрев поступающего в помещение наружного воздуха. В жаркую погоду рекуператор также не позволяет создать комфортные условия в помещении, т.к. при его работе в помещение поступает теплый воздух, зачастую с более высокой температурой, чем воздух в помещении, что приводит к избыточному повышению температуры в помещении.

Дополнительно необходимо отметить, что к общему недостатку компактных рекуператоров относится необходимость выполнения отверстий в капитальной (наружной) стене дома, выполняемой в основном из твердых строительных материалов (железобетон, кирпич) толщиной от 400 до 600 и более мм. Выполнение таких отверстий вызывает нарушение художественного единства отделки стены многоквартирного дома, а также ведет к нарушению удобства проживания при монтаже рекуператора.

Для создания комфортных условий в помещении в жаркую погоду используются кондиционеры, которые, как правило представляют собой сплит-системы, включающие в свой состав внутренний и наружный блоки, соединяемые каналом в стене. К их недостаткам, как и компактных рекуператоров, относится необходимость выполнения отверстий в капитальной (наружной) стене дома. Выполнение таких отверстий и установка на наружной стене многоквартирного здания разнотипных наружных блоков сплит-систем требует предварительного согласования с эксплуатирующей здание организацией, вызывает нарушение художественного единства отделки стены многоквартирного дома, а также ведет к нарушению удобства проживания при монтаже кондиционера.

Не лишено недостатков и наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству выбранное за прототип окно по патенту на изобретение RU 2787510 С1. Указанное окно содержит оконную коробку со створками с остеклением и вентиляционную камеру в виде короба, имеющего на одном конце отверстие наружу, при этом внутри короба установлен воздушный фильтр и электрический вентилятор, отличающееся тем, что короб расположен внутри и вдоль нижнего пустотелого горизонтального профиля оконной коробки, его отверстие наружу совмещено с соответствующим отверстием в наружной поверхности профиля оконной коробки, причем на другом конце короба имеется отверстие, направленное внутрь помещения, совмещенное с соответствующим отверстием во внутренней поверхности профиля оконной коробки, а внутри короба расположен теплообменник (рекуператор).

К недостатку прототипа относится невозможность при изменении внешних погодных условий в широком диапазоне обеспечения комфортного микроклиматического режима в помещении.

Целью создания изобретения является устранение указанного недостатка прототипа, а именно, обеспечение комфортных микроклиматических условий в помещении при широком диапазоне изменения внешних условий и управления микроклиматом в помещении.

Указанная цель достигается тем, что внутри короба установлены разделяющие короб на отсеки продольная и поперечная перегородки с отверстиями, отверстия в стенках короба и перегородках снабжены заслонками, имеются фильтры грубой и тонкой очистки, вентилятор, бактерицидные лампы, озонаторы, нагреватель, увлажнители, теплообменник-рекуператор, входящие в состав кондиционера связанные между собой компрессор, конденсатор с вентилятором и испаритель с вентилятором, причем в первом отсеке, расположенном между соответствующими отверстиями в наружной и внутренней стенках короба, установлены бактерицидные лампы, фильтр грубой очистки, вентилятор, фильтр тонкой очистки, озонатор, нагреватель и увлажнитель, во втором отсеке, имеющем отверстие в наружной стенке короба, установлены компрессор и конденсатор, в третьем отсеке, связанном отверстием с первым отсеком и снабженном отверстиями во внутренней стенке короба, установлены рекуператор-теплообменник, бактерицидные лампы, фильтры грубой и тонкой очистки, озонатор, увлажнитель и испаритель, при этом имеются блоки измерения параметров микроклимата в помещении и задания микроклимата, выходы которых через вычисли! ель связаны с вентилятором, озонаторами, нагревателем, увлажнителями, компрессором кондиционера и теплообменником-рекуператором, при этом короб оборудован одним или несколькими устройствами крепления в оконном проеме с оконной коробкой и уплотнением для герметичного сопряжения с оконным проемом и оконной коробкой, причем на наружной и внутренней поверхностях короба установлены декоративные решетки.

Построение заявляемой оконной климатической установки показано на фигурах 1 и 2. При этом на фигуре 1 показано построение устройства и схематическое размещение его блоков, при этом на сечении А-А декоративные решетки с целью упрощения не показаны. На фигуре 2 приведена схема электрических соединений блоков устройства. При этом на фигуре 1 показан один из возможных вариантов расположения составных частей устройства в коробе.

При реализации цели создания полезной модели оконная климатическая установка содержит короб 1 с отверстиями на наружной и внутренней стенках, установленный в оконный проем с оконной коробкой 2 с оконными створками. При этом короб 1 не входит в состав оконной коробки 2 и является составной частью устройства. Внутри короба 1 установлены разделяющие его на отсеки продольные и поперечные перегородки 3 с отверстиями. Отверстия в стенках короба 1 и перегородках 3 снабжены заслонками 4. Имеются фильтры грубой очистки 5 и тонкой очистки 6, вентилятор 7, бактерицидные лампы 8, озонаторы 9, нагреватель 10, увлажнители 11, теплообменник-рекуператор 12, а также входящие в состав кондиционера связанные между собой компрессор 13, конденсатор 14 со своим вентилятором и испаритель 15 со своим вентилятором. Также имеются блоки измерения параметров микроклимата в помещении 16 и задания микроклимата 17, выходы которых через вычислитель 18 связаны с вентилятором 7, озонатором 9, нагревателем 10, увлажнителем 11, компрессором 13 кондиционера и теплообменником-рекуператором 12, при этом короб 1 оборудован одним или несколькими устройствами (на фигуре 1 не показаны в связи с традиционностью их конструкции) крепления в оконном проеме с оконной коробкой 2 и уплотнением для герметичного сопряжения с оконным проемом и оконной коробкой 2, а на наружной и внутренней поверхностях короба 1 установлены декоративные решетки 19. Мри этом короб 1 расположен вне горизонтального (верхнего или нижнего) профиля оконной коробки 2, как это имеет место в прототипе.

Перечисленное выше оборудование размещено в коробе 1 следующим образом. В первом отсеке, связанном отверстием I с улицей, а отверстием II - с помещением, установлены бактерицидные лампы 8, фильтр грубой очистки 5, вентилятор 7, фильтр тонкой очистки 6, озонатор 9, нагреватель 10 и увлажнитель 11. Во втором отсеке, имеющем отверстие IV в наружной стенке короба 1, установлены компрессор 13 и конденсатор 14, причем конденсатор 14 установлен напротив отверстия IV. В третьем отсеке, связанном отверстием III с первым отсеком и снабженном отверстиями IV и V во внутренней стенке короба 1, установлены рекуператор-теплообменник 12, бактерицидные лампы 8, фильтры грубой и тонкой очистки 5 и 6, озонатор 9, увлажнитель 11 и испаритель 15 кондиционера, при этом испаритель 15 установлен перед отверстием V.

При реализации заявляемого изобретения могут быть использованы следующие современные технические решения. Горизонтальный вентиляционный короб 1 имеет прямоугольную форму, может быть выполнен из листового материала, преимущественно пластика или металла с порошковым покрытием. Аналогичным образом выполняются декоративные решетки 19. Кроме того, декоративные решетки 19 могут быть выполнены на основе солнечных панелей, что при условии высокоинтенсивного солнечного излучения (днем) и яркого внутреннего освещения помещения (вечером) позволит обеспечить некоторую экономию электроэнергии. Оконная коробка 2 выполняется в виде серийно выпускаемой трубчатой металлопластиковой конструкции. Оконные створки с остеклением также выполняются из армированного металлопластика и снабжаются стеклопакетами. Количество камер в стеклопакете определяется климатическими условиями. Продольные и поперечные перегородки 3 с отверстиями с заслонками 4 могут быть выполнены из листового материала, преимущественно пластика или металла с порошковым покрытием. Заслонки 4 могут открываться и закрываться вручную. Кроме того, возможна реализация устройства с электроприводом заслонок 4. При этом будут обеспечены следующие потребительские преимущества:

- заслонки 4 можно открывать и закрывать с пульта управления при помощи тумблеров, переводя их в положение «ОТКРЫТО» или «ЗАКРЫТО» в зависимости от внешних погодных условий;

- приводы заслонок 4 могут управляться от вычислителя 18 в зависимости от установившегося в помещении микроклимата, заданных установок и погодных условий. При этом требуется соответствующее программное обеспечение вычислителя 18.

В качестве фильтров грубой и тонкой очистки 5 и 6 можно использовать бытовые очистители воздуха GAUSS серии Guard GR 001. Кроме того, фильтр грубой очистки 5 может быть реализован на основе мелкоячеистой сетки, а тонкой очистки 6 - на основе сменной набивки из нетканого материала. Вентилятор 7 может быть реализован на основе электродвигателя с крыльчаткой на его валу. Для очистки воздуха от микроорганизмов в устройстве могут быть использованы бактерицидные лампы 8 типа LUXE Т8 30WG13. В качестве озонаторов воздуха 9 можно использовать приборы Tronkin-A370. Нагреватель 10 может быть реализован на основе электрической спирали, выполненной из провода с высоким удельным сопротивлением (нихром, манганин и др.). Увлажнители воздуха 11, например, типа Arctic Air Ultra. Теплообменник-рекуператор 12 имеет типовое исполнение, например, как в приточно-вытяжной установке VL-100 EUS-E Mitsubishi Elektric. В устройстве могут быть использованы компрессор 13, конденсатор с вентилятором 14 и испаритель с вентилятором 15 мобильных кондиционеров Hisense AR-09CR4GKWS00, либо BALLU ВРАС-09CE17Y. При этом блоки кондиционера соединяются трубопроводами по штатной схеме (на фигуре 1 с целью упрощения и в связи с их традиционностью указанные соединения не показаны). В качестве блоков измерения параметров микроклимата 16 можно использовать датчиковую систему мониторинга микроклимата "ГИГРОТЕРМОН", разработанную инжиниринговой компанией «ООО «Инженерные технологии», г. Челябинск. Блоки 17 задания микроклимата могут быть реализованы на потенциометрах, нагруженных на аналого-цифровые преобразователи-АЦП, например, на микросхеме НХ711 фирмы «Avia Semicondactors» (проспект группы компаний «Промэлектроника»). Вычислитель 18 может быть реализован на основе микроконтроллера с соответствующим программным обеспечением. В частности, могут быть использованы блоки управления микроклиматом STS-3028-220, SHT-2000, ЕТС-974. Блоки 16, 17 и 18 могут быть установлены как в коробе 1 (блок 16 и 17 на его поверхности со стороны помещения, блок 18 внутри короба 1), так и выполнены выносными, расположенными в помещении. В последнем случае блок вычислителя 18 связывается с установленным в коробе 1 оборудованием (вентилятор 7, озонаторы 9, нагреватель 10, увлажнители 11, теплообменник-рекуператор 12 и компрессор 13 кондиционера) соответствующими линиями связи. Соединение вычислителя 18 с указанным оборудованием должно преимущественно осуществляться через соответствующие коммутирующие элементы-реле, электронные ключи и т.п. Устройство (или несколько устройств) крепления короба 1 может быть произвольным и реализовано, например, в виде подпружиненной защелки (преимущественно нескольких защелок), винтовых креплений, например с гайками-барашками или декоративными гайками, либо прижимных планок или рамки по периметру короба 1, прижимающей его к оконному проему и оконной коробке 2. Уплотнение изготавливается из пористой резины, вспененного полиэтилен или силикона.

При реализации цели создания изобретения работа оконной климатической установки осуществляется следующим образом.

При работе устройства проживающие в помещении при помощи органов управления блока задания микроклимата 17 задают значения температуры, влажности, уровня СО² и степени озонирования воздуха. Указанные значения в вычислителе 18 сопоставляются с их фактическими значениями для воздуха в помещении, получаемыми с датчиков блока измерения параметров микроклимата 16, в результате чего на выходах вычислителя 18 формируются управляющие сигналы, обеспечивающие необходимые режимы работы вентилятора 7, озонаторов 9, нагревателя 10, увлажнителей 11, теплообменника-рекуператора 12 и блоков кондиционера.

При комфортной температуре наружного воздуха проветривание помещений осуществляется с использованием оборудования, установленного в первом отсеке, следующим образом.

Наружный воздух через отверстие I (заслонка 4.5 открыта) в наружной стенке короба 1 всасывается вентилятором 7, обеззараживается бактерицидной лампой 8, очищается от пыли в фильтрах 5 и 6, озонируется в озонаторе 9, увлажняется в увлажнителе 11 и через открытое отверстие II во внутренней стенке короба 1 (заслонка 4.1 открыта) подается в помещение. При этом нагреватель 10, теплообменник-рекуператор 12 и кондиционер не используются. Заслонки 4.2, 4.3, 4.4 и 4.6 закрыты.

При небольшом понижении температуры наружного воздуха в межсезонье, когда квартиры еще не отапливаются, также используется оборудование, установленное в первом отсеке, а также теплообменник - рекуператор 12, установленный в третьем отсеке. При этом воздух нагревается в теплообменнике-рекуператоре 12 и в дополнение к нему - в нагревателе 10. В этом случае заслонки 4.1,4.4 и 4.6 закрыты, а заслонки 4.2,4.3 и 4.5 открыты.

При низкой температуре наружного воздуха и централизованном отоплении помещений в дополнение к теплообменнику-рекуператору 12 при необходимости также подключается нагреватель 10. В этом случае заслонки 4.1, 4.4 и 4.6 также закрыты, а заслонки 4.2, 4.3 и 4.5 открыты.

В жаркие дни необходимо использование кондиционера для охлаждения воздуха. При этом воздух для охлаждения забирается через отверстие IV (заслонка 4.3 открыта) и после охлаждения в испарителе 15, установленном в третьем отсеке, через отверстие V (заслонки 4.4 и 4.6 открыты) возвращается в помещение. На входе испарителя 15 могут быть установлены фильтры грубой и тонкой очистки 5 и 6, бактерицидные лампы 8, озонатор 9, а в ряде случаен (когда в помещении слишком сухой воздух) и увлажнитель 11, аналогичные установленным в левой части короба 1 (на фигуре 1 показаны пунктиром). Теплообмен конденсатора 14 кондиционера с наружным воздухом осуществляется через отверстие в наружной стенке второго отсека (заслонка 4.6 открыта).

Необходимый при этом приток очищенного от пыли свежего воздуха обеспечивается тем, что одновременно с работой кондиционера воздух через отверстие I (заслонка 4.5 открыта) всасывается вентилятором 7, обеззараживается бактерицидной лампой 8, очищается от пыли в фильтрах 5 и 6, озонируется в озонаторе 9, увлажняется в увлажнителе 11 (при необходимости) и через отверстие III (заслонка 4.2 открыта) подается на испаритель 15, в котором охлаждается и через отверстие V (заслонка 4.4 открыта) поступает в помещение. При этом нагреватель 10 и теплообменник-рекуператор 12 не работают, а заслонка 4.1 закрыта.

При отсутствии необходимости в работе устройства (помещение не используется) отверстия I-VI закрываются соответствующими заслонками. Аналогично при ремонте отдельных частей устройства обеспечивающие их работу отверстия закрываются, а на место демонтируемого оборудования устанавливаются теплоизолирующие вставки. Кроме того, такие вставки могут быть использованы при постепенном укомплектовании устройства.

Таким образом, как описано выше, обеспечивается возможность обеспечения комфортных микроклиматических условий в помещении в широком диапазоне внешних погодных условий. Что и является целью заявляемого технического решения.

Для удобства монтажа оборудования в коробе 1 он может быть демонтирован, а затем установлен на место за счет использования устройств его крепления (замковых устройств) и уплотнения по периметру (на фигурах не показаны).

Необходимо подчеркнуть, что оконная коробка 2 и короб 1 с установленным в нем оборудованием являются единым целым, т.к. обеспечивают микроклиматические условия в помещении при любой погоде и условиях эксплуатации, в том числе и при перебоях с подачей электроэнергии за счет типового проветривания при открывании оконных створок. Кроме того, застекленные оконные створки обеспечивают необходимый уровень соляризации помещения, а уровень соляризации является важнейшей характеристикой условий обитаемости в помещении.

Дополнительными преимуществами описанной оконной климатической установки являются:

- исполнение вентиляционного короба 1 в виде не входящего в состав оконной коробкой 2 устройства обеспечивает его интеграцию с любым типом серийно выпускаемых окон, подходящих по ширине к оконному проему;

- использование оконного проема для размещения вентиляционного короба 1, учитывая реальную ширину окна (1000 мм и более), позволяет свободно разместить теплообменник-рекуператор 12 со значительной длиной каналов для прохода воздуха, что обеспечивает глубокий теплообмен и заметный прогрев поступающего наружного воздуха, а также разместить в коробе 1 узлы кондиционера, причем их компоновка может быть различной в зависимости от массогабаритных характеристик узлов;

- не требуется выполнение трудоемких работ по проходке канала в наружной стене здания, как это имеет место при установке кондиционеров-с плит-систем;

- при отсутствии необходимости в рекуперации, нагреве и кондиционировании воздуха при закрытых оконных створках обеспечивается воздухообмен с очисткой наружного воздуха от пыли, микробов и снижением уровня уличного шума;

- сборка окна и установка в верхнюю или нижнюю часть оконного проема вентиляционного короба 1 производится без дополнительных работ по расширению оконного проема, что позволяет обеспечить высокое качество работы, соблюдение чистоты при выполнении работ и необходимые эстетические характеристики;

- при установке во всем доме одинаковых окон и одинаковых вентиляционных коробов 1, не требующих выполнения в стенах специальных вентиляционных каналов, а также использовании унифицированных декоративных решеток 19 обеспечивается единообразный внешний вид дома без каких-либо изменений его фасада, связанных с необходимостью обеспечения дополнительной вентиляции;

- возможность установки во всем доме при его сдаче одинаковых коробов 1 без «начинки» с соответствующими теплоизолирующими вставками. При этом жильцы могут произвольно, в соответствии со своими возможностями, выбрать комплектующие для своей оконной климатической установки без нарушения общего вида фасада здания;

- возможность проветривания помещения в любую погоду без открытия оконных створок позволяет значительно упростить и удешевить оконную фурнитуру за счет исключения необходимости частого открывания и запирания окон. При этом потенциально возможно открывать окна только два раза в год - весной и осенью - для мытья наружных стекол, либо для проветривания в случае выхода из строя блоков описанной климатической установки или отключения электроэнергии.

Отмеченные выше достоинства заявляемой оконной климатической установки, наряду с реализацией цели изобретения, существенно повышают се потребительские свойства и увеличивают коммерческую привлекательность.

Изобретение предназначено для использования при возведении и реконструкции гражданских зданий, расположенных в различных климатических районах. Оконная климатическая установка содержит короб с наружным и внутренним отверстиями, установленный в оконный проем с оконными створками, при этом короб расположен вне нижнего/верхнего горизонтального профиля оконной коробки, выполнен съемным, на наружной и внутренней поверхностях короба установлены декоративные решетки, а внутри - продольные и поперечные перегородки с отверстиями с заслонками, разделяющие короб на отсеки, в которых установлены съемные фильтры грубой и тонкой очистки, вентилятор, бактерицидные лампы, озонаторы, нагреватель, увлажнители, теплообменник-рекуператор, а также входящие в состав кондиционера связанные между собой компрессор, конденсатор с вентилятором и испаритель с вентилятором, при этом имеются блоки измерения параметров микроклимата в помещении и блок задания микроклимата, выходы которых через вычислитель связаны с озонаторами, нагревателем, увлажнителями, кондиционером и теплообменником-рекуператором, при этом короб оборудован устройством его крепления и уплотнением для герметичного сопряжения с оконным проемом и оконной коробкой. Использование изобретения позволяет круглогодично обеспечивать комфортные микроклиматические условия в помещении. Дополнительным достоинством оконной климатической установки является гибкость изменения потребительских качеств установки в зависимости от желаний жильцов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Оконная климатическая установка, содержащая короб с отверстиями на наружной и внутренней стенках, установленный в оконный проем с оконной коробкой с оконными створками, отличающаяся тем, что внутри короба установлены разделяющие короб на отсеки продольная и поперечная перегородки с отверстиями, отверстия в стенках короба и перегородках снабжены заслонками, имеются фильтры грубой и тонкой очистки, вентилятор, бактерицидные лампы, озонаторы, нагреватель, увлажнители, теплообменник-рекуператор, входящие в состав кондиционера связанные между собой компрессор, конденсатор с вентилятором и испаритель с вентилятором, причем в первом отсеке, расположенном между соответствующими отверстиями в наружной и внутренней стенках короба, установлены бактерицидные лампы, фильтр грубой очистки, вентилятор, фильтр тонкой очистки, озонатор, нагреватель и увлажнитель, во втором отсеке, имеющем отверстие в наружной стенке короба, установлены компрессор и конденсатор, в третьем отсеке, связанном отверстием с первым отсеком и снабженном соответствующими отверстиями во внутренней стенке короба, установлены рекуператор-теплообменник, бактерицидные лампы, фильтры грубой и тонкой очистки, озонатор, увлажнитель и испаритель, при этом имеются блоки измерения параметров микроклимата в помещении и задания микроклимата, выходы которых через вычислитель связаны с вентилятором, озонаторами, нагревателем, увлажнителями, компрессором кондиционера и теплообменником-рекуператором, при этом короб оборудован одним или несколькими устройствами крепления в оконном проеме с оконной коробкой и уплотнением для герметичного сопряжения с оконным проемом и оконной коробкой, причем на наружной и внутренней поверхностях короба установлены декоративные решетки.

2. Оконная климатическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве декоративных решеток могут быть использованы солнечные панели.

3. Оконная климатическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что вычислитель связан с вентилятором, озонаторами, нагревателем, увлажнителями, компрессором кондиционера и теплообменником-рекуператором через коммутирующие устройства.