СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИИ
INDOOR AIR VENTILATION SYSTEM

Изобретение относится к области вентиляции и может применяться в помещениях, оборудованных системами естественной вентиляции со значительной долей воздухообмена за счет инфильтрации в периоды увеличения скорости ветра, например в зимний период в животноводческих помещениях.
Известно устройство для вентиляции, содержащее вытяжную шахту (см. Установки для создания микроклимата на животноводческих фермах / Д.Н.Мурусидзе, А.М.Зайцев, Н.А.Степанова и др. - Изд. - 2-е. - М.: Колос, 1979. - 327 с. Стр.39). Недостатком данного устройства является то, что при изменении перепада давления на входе и выходе шахты регулирование расхода воздуха осуществляется вручную. Перепад давлений зависит не только от высоты шахты, но и от разности плотностей воздуха, обусловленной разностью температуры и относительной влажности воздуха. Кроме того, при открытии дверей и ворот происходит прорыв больших масс холодного воздуха, а соответственно и удаление теплого воздуха из помещения через вытяжные шахты, что ведет к переохлаждению помещения и к увеличению энергозатрат на подержание температурного режима, т.к. возможно замерзание воды в каналах и емкостях, а также снижение продуктивности животных. Также при повышении скорости ветра через неплотности в ограждающих конструкциях происходит поступление и удаление воздуха, т.е. неорганизованный воздухообмен за счет инфильтрации, что также, в зимний период, ведет к повышению энергозатрат на обеспечение микроклимата. И если регулирование производительности шахт по разности температур вручную, хотя и с большими трудозатратами и низким качеством, производят, то регулирование производительности с учетом инфильтрации вручную осуществить не возможно. Это обусловлено тем, что влияние скорости ветра не прогнозируемо.
Наиболее близким по своей технической сущности является система вентиляции воздуха в помещении, содержащая шахту, на нижнем конце которой установлен регулятор расхода воздуха, выполненный в виде корпуса, одна из стенок которого имеет криволинейную перфорированную поверхность, с установленным внутри клапаном в виде створки и рычагом с грузом, ось которых закреплена на стенки корпуса, противоположной стенке с криволинейной поверхностью, поверхность стенок корпуса в рабочей зоне створки клапана выполнена перфорированной, а рычаг кинематически связан с нескольким силовыми элементами (см., например, Патент РФ 2277206, опубл. в БИ 2006. №15. - 3 с.).
Данное устройство обеспечивает автоматическое регулирование расхода воздуха (производительности) при изменении перепада давления на входе и выходе вытяжной шахты. Однако также не способно регулировать производительность с учетом инфильтрации от влияния скорости ветра, что ведет к увеличению воздухообмена против нормированного, а соответственно к увеличению энергозатрат на вентиляцию в зимний период при низких температурах наружного воздуха.
Технической сущностью настоящего изобретения является снижение энергозатрат в зимний период на вентиляцию помещений, оборудованных шахтами естественной вытяжки воздуха.
Техническая сущность достигается тем, что в системе вентиляции воздуха в помещении, содержащей шахту, на нижней части которой установлен регулятор расхода воздуха, выполненный в виде корпуса, одна из стенок которого имеет перфорированную криволинейную поверхность, с установленным внутри клапаном в виде створки, на верхней части шахты установлен двухлопастной флюгер, обе лопасти которого выполнены в виде пластин и расположены в вертикальной плоскости, под прямым углом друг к другу, одна из них шарнирно закреплена и кинематически связана посредством гибкой тяги, двуплечего рычага, пружины и рычага уравновешивания со створкой, при этом двуплечий рычаг установлен с возможностью ограничения хода упорами, со стороны крепления к нему гибкой тяги подпружинен к корпусу регулятора и соединен эластичной тягой со створкой клапана, причем пружина, связывающая рычаг с корпусом регулятора, выполнена с возможностью регулирования жесткости.
На чертеже показана система для вентиляции воздуха в помещении.
Система состоит из вытяжной шахты, на нижней части которой закреплен корпус 1, одна стенка 2 которого выполнена с криволинейной перфорированной поверхностью, в корпусе 1 установлен клапан в виде створки 3 и рычага уравновешивания 4 с грузом 5, ось 6 которых закреплена на стенке корпуса 1, противоположной стенке 2 с криволинейной перфорированной поверхностью, поверхность стенок корпуса 1 в рабочей зоне створки 3 клапана имеет перфорацию, а рычаг уравновешивания 4 имеет возможность взаимодействия с одним концом пружины 7, другой конец которой закреплен на одном конце шарнирного установленного на стойке 8 двуплечего рычага 9. Другой конец двуплечего рычага 9 имеет возможность взаимодействия с упорами 10, 11, пружиной 12 с винтом 13, проходящим через жестко установленную скобу 14 и снабженным гайкой 15. Причем этот же конец двуплечего рычага 9 эластичной тягой 16 соединен со створкой 3, а гибкой тягой 17 по трубе 18 соединен через блок 19 с пластиной 20 двухлопастного флюгера, закрепленной с возможностью поворота на оси 21. Двухлопастной флюгер имеет также пластину 22 на одной из сторон штанги 23. Грузовой противовес 24 установлен на другой из сторон штанги 23, причем последняя жестко закреплена на имеющей возможность поворота в ступице 25, выше названной трубы 18 с упором 26. Ступица 25 установлена на зонте 27, расположенном над жалюзийной решеткой 28 вытяжной шахты.
Устройство работает следующим образом. При разности плотности воздуха внутри и снаружи помещения создается перепад давлений на входе и выходе вытяжной шахты. При достижении перепада давлений величины, достаточной для перемещения створки 3 (преодоление порога чувствительности), последняя поворачивается на определенный угол до уравновешивания крутящих моментов, с одной стороны, от сил, воздействующих на створку 3, и груза 5 на уравновешивающем рычаге 4, установленном на оси 6, а с другой стороны, от массы створки 3.
Общая площадь перфорации на стенках корпуса 1 для прохода воздуха уменьшается, поэтому при увеличении скорости движения воздуха через перфорацию, обусловленную увеличением перепада давлений, обеспечивается постоянный (заданный) расход воздуха. Учитывая, что давление воздуха и скорость связаны степенной зависимостью, а реакция уравновешивающих элементов створки 3 и груза 5 на уравновешивающем рычаге 4 имеет тригонометрическую зависимость, то на начальном участке регулирования погрешность в регулировании небольшая.
При увеличении перепада давлений и отклонении створки 3 на больший угол поворачивается и уравновешивающий рычаг 4 на оси 6, вступая во взаимодействие с одним из концов пружины 7, которая имеет линейную характеристику. При этом также обеспечивается уравновешивание крутящих моментов, с одной стороны, от сил, воздействующих на створку 3, и груза 5 на уравновешивающем рычаге 4, закрепленном на оси 6, а с другой стороны, от массы створки 3 и силы от пружины 7.
Заданный диапазон регулирования определяется в зависимости от перепадов давлений, характерных для условий эксплуатации вытяжной шахты, и задается характеристикой пружины 7, закрепленной на одном из концов двуплечего рычага 9, установленного на стойке 8. При этом конец двуплечего рычага 9, на котором закреплена пружина 7, находится в крайнем наиболее удаленном положении (верхнем) от уравновешивающего рычага 4. Удержание и фиксация уравновешивающего рычага 4 в этом положении обеспечивается пружиной 12 и упором 10. Причем минимальное первоначальное усилие, создаваемое пружиной 12, больше максимального усилия, создаваемого пружиной 7, при максимальном заданном угле поворота уравновешивающего рычага 4. Первоначальное усилие пружины 12 задается осевым перемещением винта 13 в жестко закрепленной скобе 14 при вращении гайки 15. Порог чувствительности зависит от сопротивления в опорах оси 6, задается массой груза 5 на уравновешивающем рычаге 4. Чем меньше разница в создаваемых крутящих моментах на оси 6 от массы створки 3, с одной стороны, и массы груза 5 с другой стороны, тем выше чувствительность, т.е. при меньшем перепаде давлений начинается регулирование расхода.
Порог чувствительности ограничен началом взаимодействия уравновешивающего рычага 4 с одним из концов пружины 7 и является минимальным при максимальном удалении ее второго конца на двуплечем рычаге 9 при отсутствии ветра или скорости его, незначительно влияющей на инфильтрацию, т.е. на неорганизованный воздухообмен.
При усилении скорости ветра до величины, достаточной для ориентации двухлопастного флюгера по направлению ветра, динамическое давление от скорости воздействует на пластину 22, которая поворачивает штангу 23 с трубой 18. Труба 8, удерживаемая от осевого перемещения упором 26, поворачивается в ступице 25, жестко закрепленной на зонте 27, закрывающем верхнее основание вытяжной шахты. Порог чувствительности датчика скорости ветра в виде пластины 20 двухлопастного флюгера задается характеристикой пружины 12. При усилении скорости ветра до величины, когда величина динамического давления на пластину 20 двухлопастного флюгера достаточна для ее поворота на оси 21, через тягу (например, трос) 17, блок 19, плечо двуплечего рычага 9 двуплечий рычаг 9 поворачивается на стойке 8, и тяга 16 поворачивает створку 3, уменьшая общую площадь перфорации на криволинейной стенке 2 и плоских стенках корпуса 1. Одновременно одно плечо двуплечего рычага 9, на котором закреплена пружина 7, приближается к оси 6, компенсируя тем самым изменение расстояния до уравновешивающего рычага 4, т.е. сохраняя или задавая новый диапазон регулирования и порог чувствительности.
При максимальной скорости ветра, характерной для данной местности, второе плечо двуплечего рычага 9 доходит до упора 11, что определяет максимальное прикрытие перфорации, а соответственно обеспечивает минимальный расход воздуха через шахту при максимальном неорганизованном воздухообмене. Уравновешивание штанги 23 на трубе 18 обеспечивается грузом 24.
В целом работа устройства с коррекцией производительности по скорости ветра позволяет стабилизировать воздухообмен с учетом инфильтрации, а соответственно снизить энергозатраты на обеспечение микроклимата в помещении в зимний период.