ПРИТОЧНАЯ ВЕНТИЛЯЦИОННАЯ УСТАНОВКА
SUPPLY VENTILATION UNIT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Техническое решение относится к области вентиляции помещений. Более конкретно, техническое решение относится к устройству приточной вентиляционной установки, предназначенной главным образом для размещения внутри вентилируемого помещения с монтажом на стене внутри помещения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из публикации патента RU 2708105 от 04.12.2019 известна вентиляционная установка, содержащая корпус, выполненный с возможностью установки вдоль стены внутри помещения, входной канал для воздуха, пролегающий через сторону корпуса, в установленном положении расположенную вдоль стены помещения, а предпочтительно - прилегающую к стене помещения, и выходной канал. При этом известная установка содержит фильтр, выполненный с возможностью очистки воздуха, проходящего через входной канал. При этом установка включает в себя центробежный вентилятор типа «улитка», входной отверстие корпуса которого пневматически соединено с входным каналом для воздуха.
Недостатком известного решения является то, что при увеличении производительности (расхода или скорости вращения рабочего колеса) вентилятора значительно растёт уровень шума и снижается эффективность очистки подаваемого в помещение воздуха. Для увеличения производительности вентиляционной установки известной конструкции необходимо либо увеличивать скорость вращения рабочего колеса вентилятора (это увеличивает уровень шума и снижает эффективность очистки воздуха); либо увеличивать размер вентилятора и площадь поперечного сечения каналов, что приведёт к увеличению габаритов всей вентиляционной установки и, соответственно, площади помещения, занимаемого установкой в помещении, а этой крайне нежелательно в случае применения её в жилых помещениях.
Необходимо понимать, что создаваемый в воздуховоде шум тем выше, чем выше скорость движения воздуха в воздуховоде. При этом для обеспечения необходимого качества воздуха в помещении требуется создавать поток свежего воздуха, производительность которого главным образом определяется объёмом помещения. Такой производительности при некотором размере площади поперечного сечения выходного отверстия воздуховода соответствует некоторая скорость воздуха и шум некоторого уровня, создаваемый в воздуховоде за счёт движения в нём воздуха.
Наиболее подходящая методика определения уровня шума, генерируемого воздуховодом, представлена в источнике [2] (Engineering ToolBox, (2008). Noise Generated in Air Ducts. [online] Available at: https://www.engineeringtoolbox.com/ducts-noise-generation-d_1405.html [доступно 03.26.2020]), она также соответствует методике в источнике [3] (пункт 6.4.3 «Системы шумоглушения воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха», свод правил СП 271.1325800.2016, утверждён приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от «16» декабря 2016 г. № 959/пр) и вычисляется следующим образом:
Lw = 10 + 50 log(v) + 10 log( A ), где
Lw = уровень звуковой мощности, дБ; v = скорость воздуха, м/с; A = площадь поперечного сечения воздуховода, м2.
То есть в круглом воздуховоде диаметром 0,2 метра при скорости воздуха 20 м/с воздуховодом будет генерироваться шум на уровне 60 дБ, а при скорости 10 м/с в том же воздуховоде - 45 дБ. Скорость движения воздуха в воздуховоде пропорциональна объёму воздуха, проходящему через него в единицу времени. То есть эта скорость диктуется требуемой производительностью системы вентиляции.
Для того чтобы снизить уровень шума, создаваемого в воздуховоде потоком такой производительности, можно прибегнуть к увеличению площади поперечного сечения воздуховода, в который осуществляется нагнетание воздуха центробежным вентилятором. Этот путь увеличивает габариты воздуховода, что является критичным параметром при размещении воздуховода внутри помещения.
При этом увеличение скорости движения воздуха через блок очистки негативно влияет на эффективность фильтрации воздуха. Это подтверждается зависимостью, представленной в источнике [Биргер М.И., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. Справочник по пыле и золоулавливанию. Опубл. в 1983 году; Стр. 150. Формула(5.1).]:
Эффективность диффузионного осаждения частиц в случае применения волокнистых (или пористых, ситовых) фильтров может быть представлена в виде зависимости:
в
ч
где d - диаметр волокна, зерна или другого элемента, образующего пористую перегородку, м; ω - скорость газа, м/с; d - диаметр частиц; A - коэффициент пропорциональности.
Таким образом, увеличение скорости движения воздуха через фильтр снижает эффективность фильтрации в случае применения пористых фильтров.
Случай применения электростатических пылеуловителей и фильтрующих материалов проанализирован в источнике: [Богословский В.Н., Новожилов В.И., Симаков Б.Д., Титов В.П. Вентиляция. Часть II., опубл. в 1976 году, Стр. 227-229, 234-237]. В этих случаях также при увеличении скорости движения воздуха через блок очистки эффективность фильтрации снижается.
Кроме того, в блоках очистки воздуха часто применяются ультрафиолетовые излучатели. Очевидно, что их эффективность также зависит от времени воздействия излучения на проходящие через облучаемую область частицы, и, следовательно, от скорости движения этих частиц через облучаемую область. Соответственно, скорость движения воздуха также негативно влияет и на эффективность работы обеззараживающих облучателей.
Отрицательное влияние скорости движения воздуха на энергопотребление описано в источнике [Штокман Е.А. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности. Опубл. в 2001 году; Стр. 196-197. Формула(6.15).].
Гидравлическое сопротивление имеет важное значение, так как от его величины зависит требуемое давление вентилятора, и, следовательно, расход электроэнергии. Гидравлическое сопротивление аппарата определяют по формуле:
где v - скорость движения воздуха через аппарат, м/с; A, n - коэффициенты, определяемые экспериментальным путём и зависящие от конструкции аппарата.
Расход электрической энергии в значительной степени зависит от гидравлического сопротивления аппарата, которое в свою очередь нелинейно зависит от скорости движения воздуха через аппарат и конструкции самого аппарата.
То есть увеличение производительности устройства для очистки воздуха путём увеличения скорости движения воздуха приводит к тому, что повышается уровень шума, снижается качество очистки и увеличивается потребление электроэнергии.
С другой стороны, увеличение площади поперечного сечения каналов для воздуха значительно увеличивает требуемые габариты установки. А при размещении вентилятора внутри помещения его габариты имеют большое значение: чем компактнее будет устройство, тем лучше.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача, стоявшая перед разработчиками раскрытого технического решения, заключалась в создании конструкции приточной вентиляционной установки, позволяющей увеличить производительность установки при сохранении низкого уровня шума, эффективности очистки подаваемого воздуха, энергопотребления и небольшой площади, занимаемой установкой в помещении.
Поставленная задача была решена путём создания приточной вентиляционной установки, включающей в себя
корпус, выполненный с возможностью монтажа внутри помещения;
входной канал для воздуха;
по меньшей мере два выходных канала; и
по меньшей мере два блока очистки, выполненных с возможностью очистки воздуха, проходящего через соответствующий выходной канал;
при этом установка включает в себя
центробежный вентилятор, по меньшей мере частично размещённый в корпусе, и содержащий
центральную часть, в которой размещено рабочее колесо вентилятора;
по меньшей мере два выпускных отверстия, каждое из которых пневматически соединено с центральной частью вентилятора и с соответствующим выходным каналом; и
общее входное отверстие, пневматически соединённое с центральной частью вентилятора и входным каналом для воздуха.
Технический результат, достигаемый раскрытым техническим решением, заключается в обеспечении возможности повышения производительности приточной вентиляционной установки при сохранении низкого уровня шума, эффективности очистки подаваемого воздуха, энергопотребления и небольшой площади, занимаемой установкой в помещении.
Фактически, раскрытая конструкция установки позволяет увеличить производительность установки, изменяя её габаритные размеры, пролегающие вдоль осей, по существу параллельных стене помещения, к которой прилегает в установленном положении приточная вентиляционная установка, при этом не изменяя её размеры вдоль оси, по существу перпендикулярной стене. Таким образом, конструкция позволяет увеличить производительность приточной вентиляционной установки, не изменяя площадь, занимаемую установкой в помещении.
Далее в настоящем описании раскрытое техническое решение будет описано более детально со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - схематичное изображение корпуса приточной вентиляционной установки в одном из вариантов осуществления технического решения.
Фиг.2 - схематичное изображение корпуса приточной вентиляционной установки с установленными блоками очистки в одном из вариантов осуществления технического решения.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с раскрытым техническим решением приточная вентиляционная установка 1 включает в себя корпус 2, выполненный с возможностью монтажа (установки) внутри помещения. В предпочтительном варианта осуществления корпус вентиляционной установки монтируется (устанавливается) вдоль стены внутри помещения на стену. Установка предназначена для монтажа главным образом внутри помещения на стене, разделяющей помещение и улицу. Возможность монтажа внутри помещения предполагает, что вентиляционная установка с одной стороны выполнена с возможностью закрепления внутри помещения, с другой - выполнена с возможностью забора воздуха из внешней среды для нагнетания его внутрь помещения. Варианты осуществления этой возможности раскрыты ниже. Возможность забора воздуха из внешней среды может обеспечиваться благодаря тому, что вентиляционная установка выполнена с возможностью пневматического соединения с воздуховодом, пролегающим сквозь стену помещения. В предпочтительном варианте такой воздуховод выполняется в виде трубчатого воздуховода, расположенного по существу перпендикулярно стороне установки, в установленном состоянии расположенной вдоль стены помещения; при этом воздуховод пневматически соединён с входным каналом для воздуха.
Возможность монтажа корпуса на стене помещения внутри помещения может быть реализована за счёт наличия средств закрепления установки на стене помещения, включающих в себя проушины или отверстия для анкеров, и/или другие средства закрепления установки (не показаны). В качестве одного из таких средств закрепления может быть использовано устройство крепления вентиляционного оборудования, аналогичное по своему принципу решению, раскрытому в патенте RU 154823 (опубл. 10.09.2015). В указанной публикации предполагается, что вентиляционная установка монтируется снаружи помещения (например, на фасаде здания). Очевидно, что аналогичным образом можно закрепить вентиляционную установку посредством вентиляционного отверстия (через воздуховод), проходящего через стену здания. Так, средства закрепления установки на стене помещения могут содержать шпильку, проходящую вдоль воздуховода, проходящего сквозь стену здания наружу, а также средства фиксации соответствующих концов шпильки с внутренней и наружной стороны. Установка в соответствии с настоящим техническим решением может включать в себя иные средства закрепления установки на стене помещения, что не ограничивает объём настоящего технического решения.
В соответствии с настоящим техническим решением приточная вентиляционная установка включает в себя входной канал 3 для воздуха, а также по меньшей мере два выходных канала 4а и 4б. Настоящее техническое решение не требует установки во входном канале каких-либо очищающих или нагревательных узлов, однако, в отдельных вариантах осуществления вентиляционная установка может быть снабжена дополнительными приспособлениями во входном канале 3.
При этом вентиляционная установка включает в себя центробежный вентилятор, содержащий
центральную часть 6, в которой размещено рабочее колесо 7 вентилятора,
по меньшей мере два выпускных отверстия, каждое из которых пневматически соединено с центральной частью кожуха и с соответствующим выходным каналом (4а и 4б); и
общее входное отверстие, пневматически соединённое с центральной частью вентилятора и входным каналом 3 для воздуха. Центробежный вентилятор в предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере частично размещается в корпусе 2. В отдельных вариантах осуществления части вентилятора (например, входное отверстие и/или одно или несколько выпускных отверстий могут выступать за пределы корпуса 2. При этом необходимо понимать, что в некоторых вариантах осуществления центробежный вентилятор содержит кожух 5, вмещающий в себя рабочее колесо 7 вентилятора и, в некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере два выпускных отверстия, а также возможны варианты осуществления, в которых корпус 2 вентиляционной установки 1 выполняет функцию кожуха 5 центробежного вентилятора, а части вентилятора размещаются в корпусе 2 установки 1. Под центральной частью 6 центробежного вентилятора необходимо понимать ограниченный объём внутри корпуса 2 вентиляционной установки 1, в котором рабочее колесо 7 центробежного вентилятора своим вращением создаёт избыточное давление; благодаря этому из центральной части 6 воздух выходит через соответствующие выпускные отверстия в соответствующий выходной канал 4а и 4б.
При этом входной канал 3 для воздуха пролегает через сторону корпуса 2, в установленном положении вентиляционной установки 1 расположенную вдоль стены помещения. В одном из вариантов осуществления технического решения входной канал 3 для воздуха представляет собой отверстие в стенке корпуса 2, выполненное с возможностью пневматического соединения внешней среды с внутренней частью корпуса 2, а именно - с центральной частью кожуха 5 центробежного вентилятора, в которой размещено рабочее колесо 7 центробежного вентилятора. Под внешней средой для целей настоящего описания необходимо понимать пространство, из которого в помещение нагнетается воздух; в предпочтительном варианте осуществления под внешней средой понимается улица.
Рабочее колесо 7 центробежного вентилятора в предпочтительных вариантах осуществления выполнено в виде рабочего колеса с лопатками, расположенными радиально, либо загнутыми и/или наклоненными назад по отношению к направлению вращения рабочего колеса 7 вентилятора.
Входной канал 3 для воздуха включает в себя отверстие в корпусе, которое пневматически соединено с входным отверстием кожуха центробежного вентилятора. Также вентиляционная установка для воздуха может включать в себя воздуховод, который выступает за пределы габаритов корпуса 2, в установленном положении вентиляционной установки 1 проходит через стену помещения, а также выполнен с возможностью обеспечения пневматического соединения внешней среды с входным каналом 3 для воздуха при размещении воздуховода в сквозном отверстии в стене помещения. Фактически, в этом случае воздуховод может формировать собой продолжение входного канала 3. Можно считать, что упомянутый воздуховод входит в состав входного канала 3. В предпочтительном варианте осуществления технического решения упомянутый воздуховод выполнен с возможностью размещения в сквозном отверстии в стене помещения, то есть в установленном положении проходит сквозь стену помещения перпендикулярно её поверхности и пневматически соединён с внешней средой. В предпочтительном варианте осуществления воздуховод располагается по существу соосно с входным каналом 3 для воздуха, в наиболее предпочтительном варианте воздуховод и входной канал 3 для воздуха также расположены по существу соосно с рабочим колесом 7 центробежного вентилятора.
В предпочтительном варианте осуществления раскрытого технического решения вентиляционная установка 1 монтируется (устанавливается) на стене внутри помещения таким образом, что её входной канал 3 в рабочем состоянии совмещён с отверстием в стене помещения. В соответствии с настоящим техническим решением вентиляционная установка 1 также включает в себя по меньшей мере два выходных канала 4а и 4б. При этом центробежный вентилятор при вращении рабочего колеса 7 всасывает воздух через входной канал 3 и входное отверстие кожуха 5 центробежного вентилятора в центральную часть 6 кожуха 5 центробежного вентилятора и далее - нагнетает воздух в помещение через по меньшей мере два выпускных отверстия и соответствующие по меньшей мере два выходных канала 4а и 4б.
Для целей настоящего описания под термином «канал» необходимо понимать искусственно созданный путь, по которому может перемещаться воздух. При этом канал может включать в себя как воздуховоды, отверстия и/или полости, так и функциональные блоки, которые выполнены с возможностью, пропуская через себя воздух, дополнительно каким-либо образом обрабатывать и/или преобразовывать этот воздух; например, очищать, изменять его температуру, направление его движения, скорость его движения и/или давление.
В соответствии с настоящим техническим решением вентиляционная установка включает в себя по меньшей мере два блока 8а и 8б очистки, выполненных с возможностью очистки воздуха, проходящего через соответствующий выходной канал 4а и 4б. В варианте осуществления технического решения, представленном на фигурах чертежей, блоки 8а и 8б очистки выполнены как отдельные узлы, установленные снаружи корпуса 2, однако, в иных вариантах осуществления блоки 8а и 8б очистки могут быть по меньшей мере частично заключены внутрь корпуса 2. При этом в варианте осуществления, представленном на фигурах чертежей, блок 8а очистки (условно - первый блок очистки) выполнен с возможностью очистки воздуха, проходящего через выходной канал 4а (условно - первый выходной канал), а блок 8б очистки (условно - второй блок очистки) выполнен с возможностью очистки воздуха, проходящего через выходной канал 4б (условно - второй выходной канал).
Блоки 8а и 8б очистки могут включать в себя по меньшей мере один из следующих узлов: пылевой фильтр, фотокаталитический фильтр, адсорбционный фильтр, электростатический пылеуловитель, волокнистый фильтр (напр. ситовый и/или пористый) ультрафиолетовый облучатель или любые другие узлы и приспособления, выполненные с возможностью фильтрации, обеззараживания и/или иной очистки воздуха от различных нежелательных включений.
В одном из вариантов осуществления настоящего технического решения приточная вентиляционная установка включает в себя по меньшей мере один блок нагревания воздуха, выполненный с возможностью нагревания воздуха, проходящего через соответствующий выходной канал. В предпочтительном варианте осуществления настоящего технического решения, представленном на фигурах чертежей, приточная вентиляционная установка 1 включает в себя по меньшей мере два блока 9а и 9б нагревания воздуха, выполненных с возможностью нагревания воздуха, проходящего через соответствующие по меньшей мере два выходных канала 4а и 4б. То есть блок 9а нагревания воздуха (условно - первый блок нагревания воздуха) может быть выполнен с возможностью нагревания воздуха, проходящего через первый (нижний) выходной канал 4а, а блок 9б нагревания воздуха (условно - второй блок нагревания воздуха) выполнен с возможностью нагревания воздуха, проходящего через второй (верхний) выходной канал 4б.
По меньшей мере один блок 9а и 9б нагревания воздуха может включать в себя любой из известных нагревательных элементов, например, керамический нагреватель.
В вариантах осуществления раскрытого технического решения, в которых приточная вентиляционная установка 1 содержит один блок нагревания воздуха, он предпочтительно выполняется с возможностью нагревания воздуха, проходящего через выходной канал, нагнетающий воздух в нижнюю часть помещения. В вариантах осуществления раскрытого технического решения, в которых приточная вентиляционная установка 1 содержит по меньшей мере два блока 9а и 9б нагревания воздуха, установка 1 предпочтительно выполняется с возможностью раздельного регулирования температуры (или мощности нагревания) воздуха в различных выходных каналах. Так, в целях создания наиболее комфортного микроклимата в помещении, воздух, нагнетаемый через выходные каналы в нижнюю часть помещения может нагреваться до 22-24°C, а воздух, нагнетаемый через выходные каналы в верхнюю часть помещения может при этом нагреваться только до 15-19°C, либо не нагреваться совсем в зависимости от температуры воздуха внешней среды и целевого микроклимата в помещении. Такое раздельное регулирование позволяет повысить качество воздуха, комфортность микроклимата в помещении, снизив при этом энергопотребление вентиляционной установки 1.
В раскрытом техническом решении за счёт увеличения количества выходных каналов и увеличения суммарной площади поперечного сечения выходных каналов 4а и 4б удалось обеспечить возможность увеличения производительности вентиляционной установки 1 при сохранении скорости движения воздуха внутри установки, шума, генерируемого за счёт движения воздуха в каналах установки, эффективности очистки нагнетаемого воздуха, при этом не увеличивается место, занимаемое установкой внутри помещения. Вместе с тем, увеличение совокупной площади выходных каналов снижает гидравлическое сопротивление установки (это также снижает давление в кожухе центробежного вентилятора, необходимое для нагнетания им воздуха в установку), что снижает энергопотребление вентиляционной установки. При этом, что в случае, когда установка работает на таком же уровне производительности, как установка в соответствии с прототипом, скорость движения воздуха в установке, в соответствии с раскрытым техническим решением, ниже, чем в прототипе, а также снижен уровень шума, энергопотребления, а также повышена эффективность очистки воздуха.
Также снижение скорости воздуха позволяет снизить мощность блоков 9а и 9б нагревания воздуха. В отдельных вариантах осуществления, в которых выполняется раздельное регулирование температуры нагревания воздуха блоками 9а и 9б нагревания воздуха, достигается возможность более эффективного распределения тёплого воздуха в помещении при улучшении микроклимата, что также дополнительно снижает энергопотребление без ущерба другим характеристикам установки.
В других вариантах осуществления технического решения вентиляционная установка 1 может включать в себя и большее количество выходных каналов 4а и 4б и блоков очистки, что позволит дополнительно увеличить производительность вентиляционной установки без ущерба перечисленным характеристикам.
Настоящее техническое решение было подробно описано со ссылкой на отдельные варианты его осуществления, однако очевидно, что оно может быть осуществлено в различных вариантах, не выходя за рамки заявленного объёма правовой охраны, определяемого формулой изобретения.