ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯТОР
INTELLIGENT EXHAUST FAN

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к вытяжному вентилятору с усовершенствованным электронным управлением, которое позволяет оптимизировать потребление электроэнергии вытяжным вентилятором в зависимости от условий окружающей среды и степени занятости замкнутого пространства, в котором установлен данный вытяжной вентилятор.
Уровень техники
Для обновления застоявшегося или загрязненного воздуха в закрытых помещениях, таких как ванные комнаты или кухни, применяются вытяжные вентиляторы, которые вытягивают воздух из закрытого помещения и направляют его наружу по вытяжному каналу, к которому подсоединены вытяжные вентиляторы.
Вытяжные вентиляторы содержат крыльчатку для всасывания воздуха из замкнутого пространства и приводной двигатель для вращения крыльчатки, управление которым осуществляется управляющим устройством.
Простейшее управляющее устройство представляет собой ручной переключатель, который осуществляет включение и выключение двигателя, вращающего крыльчатку с заданной фиксированной скоростью. Обычно такой переключатель является тем же самым переключателем, который используется для включения и выключения электрического света в закрытом помещении, в котором установлен вытяжной вентилятор. Таким образом, вытяжной вентилятор работает только тогда, когда в закрытом помещении включено освещение, при этом он работает с заданной фиксированной скоростью вращения без учета степени занятости и влажности закрытого помещения, что не обеспечивает оптимальной работы вытяжного вентилятора, поскольку, например, освещение может оставаться включенным, когда в закрытом помещении никого нет, или может быть выключено, и, таким образом, будет выключен вытяжкой вентилятор, хотя в помещении имеется повышенная влажность. Кроме того, при установке необходимо создать канал для прокладки проводки от имеющегося в помещении выключателя к вытяжному вентилятору.
Известны также вытяжные вентиляторы, снабженные "средствами обнаружения присутствия", служащими для определения степени занятости закрытого помещения, или вытяжные вентиляторы, снабженные средствами определения влажности для определения условий по влажности внутри закрытого помещения. Работа этих вытяжных вентиляторов является оптимизированной по сравнению с работой описанных выше вытяжных вентиляторов, однако у них есть некоторые ограничения, которые необходимо устранить.
Основным элементом средств обнаружения присутствия обычно является датчик инфракрасного излучения, который генерирует сигнал для включения двигателя вытяжного вентилятора при обнаружении наличия пользователя внутри закрытого помещения. Когда пользователь покидает закрытое помещение, вытяжной вентилятор с определенной временной задержкой выключается, что возможно, например, в случае, если физические условия среды внутри закрытого помещения не соответствуют требуемым, например, если пользователь после приема душа не проветрил помещение полностью для удаления влаги.
Основными элементами средств определения влажности обычно являются датчики влажности, которые генерируют сигнал для включения двигателя вытяжного вентилятора при обнаружении влажности внутри закрытого помещения. В этом случае вытяжной вентилятор включается только тогда, когда возникают определенные условия по влажности, однако даже при отсутствии влажности могут иметь место неприемлемые физические условия среды внутри закрытого помещения, при которых требуется вентиляция, например, наличие неприятного запаха. Кроме того, в определенных географических местах, например, в районах с чрезмерно высокой влажностью, таких как вблизи моря, условия по влажности могут быть такими, что вытяжной вентилятор будет работать постоянно, что повлечет за собой перерасход электроэнергии.
Таким образом, существует необходимость создания вытяжного вентилятора с усовершенствованным управляющим устройством, обеспечивающим возможность оптимизации работы вытяжного вентилятора в зависимости от физических условий среды внутри помещения и степени занятости помещения, в котором он установлен.
Раскрытие сущности изобретения
Согласно настоящему изобретению, предлагается вытяжной вентилятор, обеспечивающий оптимизацию расхода электроэнергии в зависимости от физических условий среды и степени занятости закрытого помещения, в котором он установлен.
Предлагаемый вытяжной вентилятор содержит:
- крыльчатку для всасывания воздуха из закрытого помещения;
- двигатель для вращения крыльчатки;
- средства обнаружения присутствия, служащие для генерирования первого управляющего сигнала при наличии пользователя в закрытом помещении;
- средства измерения качества воздуха, служащие для генерирования второго управляющего сигнала, когда значение параметра среды закрытого помещения превышает заданное значение параметра среды; и
- управляющее устройство, выполненное с возможностью подачи команд на включение и выключение двигателя и регулирования частоты вращения крыльчатки в зависимости от управляющих сигналов, генерируемых средствами обнаружения присутствия и средствами измерения качества воздуха.
Таким образом, управляющее устройство позволяет управлять включением и выключением двигателя, а также регулировать его частоту вращения в зависимости от управляющих сигналов, генерируемых средствами обнаружения присутствия и средствами измерения качества воздуха, оптимизируя, тем самым, потребление электроэнергии вытяжным вентилятором, поскольку параметры его работы соответствуют конкретным требованиям по вентиляции закрытого помещения, в котором он установлен, в соответствии с конкретными физическими условиями среды и степенью занятости данного закрытого помещения.
Таким образом, вытяжной вентилятор, являющийся объектом настоящего изобретения, обладает очень выгодными отличительными признаками для выполнения функции, для которой он предназначен, и поэтому приобретает свою собственную жизнь и является предпочтительным по отношению к обычным используемым для этого вытяжным вентиляторам.
Основными преимуществами вытяжного вентилятора согласно настоящему изобретению являются:
- не слишком малое, не чрезмерно большое удаление воздуха из закрытого помещения, которое в любой момент соответствует требованиям по вентиляции в соответствии со степенью загрязненности воздуха внутри закрытого помещения;
- пониженный средний уровень шума, поскольку вытяжной вентилятор работает на промежуточной частоте вращения большую часть времени по сравнению с обычными вытяжными вентиляторами, которые всегда работают на максимальной частоте вращения;
- повышенный комфорт, совместно обеспечиваемый требуемой степенью вентиляции в любой момент времени и пониженным уровнем шума;
- экономия электроэнергии за счет предотвращения чрезмерного удаления воздуха из помещения, обеспечиваемая как пониженным расходом удаляемого воздуха самим вытяжным вентилятором, так и, прежде всего, за счет экономии на кондиционировании воздуха всасываемого воздуха;
- использование двух электрических проводов, что является особенно важным в случае замены устаревшего вытяжного вентилятора, поскольку обычные вытяжные вентиляторы требуют наличия трех электрических проводов.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан график изменения по времени относительной влажности в ванной комнате, на котором производится сравнение длительного скользящего среднего значения влажности и краткосрочного скользящего среднего значения влажности с целью обнаружения события в ванной комнате.
Осуществление изобретения
Вытяжной вентилятор согласно настоящему изобретению содержит крыльчатку для всасывания воздуха из закрытого помещения, в котором установлен вытяжной вентилятор, такого, например, как ванная комната или кухня, и двигатель для вращения крыльчатки, с валом которого соединена крыльчатка.
Данный вытяжной вентилятор содержит средства обнаружения присутствия, служащие для генерирования первого управляющего сигнала, когда пользователь находится в данном закрытом помещении, средства измерения качества воздуха, служащие для генерирования второго управляющего сигнала, когда значение параметра среды закрытого помещения превышает заданное значение параметра, и управляющее устройство, выполненное с возможностью подачи команд на включение и выключение двигателя и регулирования частоты вращения крыльчатки двигателя в зависимости от управляющих сигналов, генерируемых средствами обнаружения присутствия и средствами измерения качества воздуха.
Предпочтительно, средства измерения качества воздуха включают в себя один или более датчиков для измерения содержания в воздухе летучих органических соединений (ЛОС), влажности воздуха или содержания углекислого газа, так что могут измеряться различные параметры, характеризующие физические условия среды закрытого помещения, в котором установлен данный вытяжной вентилятор.
Измеряемыми параметрами среды являются, например, относительная влажность воздуха в закрытом помещении, концентрация углекислого газа и/или концентрация летучих органических соединений.
Вытяжной вентилятор дополнительно содержит таймер, при этом управляющее устройство может поддерживать двигатель во включенном состоянии в течение определенного периода времени, задаваемого таймером.
Управляющее устройство содержит программу управления, которая позволяет регулировать работу двигателя в соответствии с четырьмя рабочими режимами, которые включаются в зависимости от управляющих сигналов, генерируемых средствами обнаружения присутствия и средствами измерения качества воздуха.
Первым рабочим режимом является режим, в котором двигатель вытяжного вентилятора выключен, поэтому в данном режиме двигатель вытяжного вентилятора не потребляет электроэнергию и не создает шума; этот режим включается, когда физические условия среды и степень занятости закрытого помещения таковы, что его вентиляция не требуется.
Первый рабочий режим включается тогда, когда средства обнаружения присутствия не обнаруживают присутствия пользователя в закрытом помещении и когда величина параметра среды, измеряемого средствами измерения качества воздуха, ниже заданного значения параметра. В этом случае двигатель остается в выключенном состоянии.
В некоторых закрытых помещениях обычные условия по степени занятости и использованию данного закрытого помещения являются такими, что желательно, чтобы вытяжной вентилятор работал непрерывно. Если существует такая необходимость, двигатель в указанном первом рабочем режиме может работать с минимальной частотой вращения крыльчатки. Минимальная частота вращения крыльчатки может составлять, например, примерно 30% от ее максимальной частоты вращения. Таким образом, в первом рабочем режиме двигатель вытяжного вентилятора может быть выключен или может работать с минимальной частотой вращения крыльчатки.
Во втором рабочем режиме двигатель работает с изменяемой частотой вращения крыльчатки, которая зависит от качества воздуха в закрытом помещении.
Второй рабочий режим включается тогда, когда средства обнаружения присутствия не обнаруживают присутствия пользователя в закрытом помещении и когда величина параметра среды, измеряемого средствами измерения качества воздуха, выше заданного значения параметра. В этом случае частота вращения крыльчатки будет зависеть от величины измеряемого параметра среды. Это может быть в случае, если пользователь после приема душа оставил закрытое помещение без проветривания, в этом случае частота вращения крыльчатки будет зависеть от величины относительной влажности в закрытом помещении.
Третий рабочий режим включается тогда, когда средства обнаружения присутствия обнаруживают присутствие пользователя в помещении.
В третьем рабочем режиме вытяжной вентилятор может работать с постоянной частотой вращения крыльчатки, которая может составлять, например, примерно 70% от максимальной частоты вращения крыльчатки. Третий рабочий режим поддерживается в течение периода времени, начинающегося с момента последнего обнаружения, выполненного датчиком присутствия.
Четвертый рабочий режим включается тогда, когда величина параметра среды, измеряемого средствами измерения качества воздуха, выше заданного значения параметра и достигла этой точки при быстром изменении краткосрочного среднего значения (см. ниже).
В четвертом рабочем режиме вытяжной вентилятор может работать с максимальной частотой вращения крыльчатки. Это может быть в случае, когда пользователь принимает душ и необходимо, чтобы вытяжной вентилятор работал на полную мощность. Четвертый рабочий режим поддерживается до тех пор, пока средства измерения качества воздуха продолжают указывать на то, что измеряемый параметр среды выше заданного значения параметра.
Управляющее устройство со средствами обнаружения и средствами измерения качества воздуха позволяет определять как медленные изменения условий среды (например, из-за дождя или тумана), так и быстрые изменения условий среды (например, вследствие использования закрытого помещения пользователем, например, при использовании душа или ванной), что обеспечивает оптимальное потребление электроэнергии вытяжным вентилятором.
Кроме того, управляющее устройство содержит запоминающее устройство для сохранения значений параметров среды закрытого помещения, измеряемых средствами измерения качества воздуха, при этом управляющее устройство выполнено с возможностью получения заданного значения параметра по замеренным значениям параметров среды закрытого помещения, полученным с помощью средств измерения качества воздуха.
Например, заданное значение параметра может изменяться в зависимости от среднего значения суммы значений параметров среды, замеренных в течение определенного периода времени.
Таким образом, вытяжной вентилятор может обнаруживать длительные изменения среды в закрытом помещении, например, находящемся рядом с морем или в засушливых районах, изменяя заданное значение параметра, чтобы адаптировать работу вытяжного вентилятора к закрытому помещению, в котором он установлен.
При этом программа управляющего устройства позволяет определять, связано ли повышение влажности с изменением влажности в окружающей среды в целом, или, наоборот, связано ли оно с событием, происходящим только в закрытом помещении или ванной комнате.
Программа собирает данные по влажности в ванной комнате, сохраняет их, а затем рассчитывает длительное скользящее среднее значение и краткосрочное скользящее среднее значение.
Краткосрочное скользящее среднее значение рассчитывается по значениям параметра среды в течение краткосрочного периода времени (нескольких минут), предшествующего текущему моменту, а длительное скользящее среднее значение рассчитывается по значениям параметра среды в течение длительного периода времени (нескольких часов), предшествующего текущему моменту. Таким образом, длительное скользящее среднее значение соответствует изменению заданного значения параметра, а краткосрочное скользящее среднее значение по существу соответствует значениям измерений датчика качества воздуха в реальном масштабе времени.
Длительное скользящее среднее значение помогает программе определить экологический "климат", в котором находится вытяжной вентилятор, и адаптироваться к данному климату. Длительное скользящее среднее значение соответствует "базовой" влажности и представляет собой значение влажности, принимаемое в качестве заданного значения, являясь, таким образом, адаптивным значением. Это адаптивное значение изменяется не только в зависимости от климата области, в которой установлен вытяжной вентилятор, но и в зависимости от сезонных изменений климата в течение года. Наличие этого адаптивного значения предотвращает возможность непрерывной работы вытяжного вентилятора в областях с высокой влажностью, т.е. программа, таким образом, автоматически повышает заданное значение влажности для таких областей.
На фиг. 1 приведен график изменения по времени длительного скользящего среднего значения (пунктирная линия) и краткосрочного скользящего среднего значения (сплошная линия).
Сравнивая изменение по времени длительного и краткосрочного скользящих средних значений, программа может идентифицировать события, происходящие в ванной комнате. Проще говоря, быстрое увеличение краткосрочного скользящего среднего значения относительно длительного скользящего среднего значения будет идентифицировано как событие, в то время как медленные изменения краткосрочного скользящего среднего значения относительно длительного скользящего среднего значения будут идентифицироваться не как событие, а как изменение параметра окружающей среды (климата).
Реакция программы (т.е. изменение частоты вращения вытяжного вентилятора) будет одним или другим в зависимости от того, идентифицируется ли это изменение как событие или как изменение внешней среды.
Приведенная ниже таблица демонстрирует реакцию программы на обнаружения, сделанные датчиком присутствия, и обнаружения изменений качества воздуха, сделанные датчиком качества воздуха, в зависимости от того, являются ли эти изменения медленными или быстрыми изменениями краткосрочного скользящего среднего значения.
Датчик
Статус датчика
Частота вращения (ЧВ)
Рабочий режим
Присутствия
Активирован
60% < Максимальная ЧВ < 100%
3-й рабочий режим
Деактивирован
ЧВ = 0 или минимальная ЧВ
1-й рабочий режим
Качества воздуха
Деактивирован
ЧВ = 0 или минимальная ЧВ
1-й рабочий режим
Активирован (МИ)
Изменяемая ЧВ
2-й рабочий режим
Активирован (БИ)
Максимальная ЧВ (событие)
4-й рабочий режим
МИ – медленное изменение краткосрочного скользящего среднего значения, превышающее заданное значение;
БИ – быстрое изменение краткосрочного скользящего среднего значения.
Частота вращения двигателя вытяжного вентилятора всегда будет максимально высокой между значением, требуемым датчиком присутствия, и значением, требуемым датчиком качества воздуха.