ДЕФЛЕКТОР СТАТОДИНАМИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к области инженерного оборудования зданий и может быть использована при оснащении корпусов жилых домов статодинамическим дефлектором непрерывного действия с осевым вентилятором для обеспечения проектного воздухообмена в течение всего года при любых погодных условиях путем поддержания постоянного разрежения в вытяжной шахте независимо от наличия сил гравитации и силы ветрового давления.
В системах естественной вентиляции на устье вытяжных шахт устанавливают насадки - дефлекторы.
Известен дефлектор типа ЦАГИ, выполненный в виде цилиндрической обечайки и имеющий плавное расширение (диффузор) для усиления тяги при любом направлении ветра (Ханжонков В.И. «Вентиляционные дефлекторы», Л.: Стройиздат, 1947, с. 11, рис. 4).
Усиление тяги происходит благодаря разрежению, возникающему при обтекании дефлектора ЦАГИ. Разрежение, создаваемое дефлектором, и количество удаляемого воздуха зависят от скорости ветра и могут быть определены с помощью номограмм. Недостаток известного дефлектора заключается в том, что при отсутствии ветра и разницы температур внутреннего и наружного воздуха тяга в дефлекторе отсутствует. Область его применения ограничена следующим образом: дефлектор неприменим для зданий, попадающих в аэродинамическую тень других зданий; дефлектор неприменим для районов с низкой скоростью ветра.
Известен дефлектор, содержащий цилиндрический патрубок с насаженным на него коническим диффузором, снабженным снаружи конусным щитком-козырьком и установленным над выходным отверстием конического диффузора конусным зонтом-колпаком, причем верхняя часть диффузора, щиток-козырек и зонт-колпак охвачены цилиндрическим кожухом, все эти детали соединены между собой лапками, причем для оптимизации габаритных размеров и металлоемкости дефлектора без снижения его производительности, он имеет определенные соотношения размеров диаметров, длин и высот конструктивных частей (РФ №2087809, МПК F24F 7/06, публ. 20.08.97 г.).
Недостаток известного дефлектора заключается в том, что при отсутствии ветра тяга в дефлекторе отсутствует.
Статодинамический дефлектор становится более надежным решением по сравнению со статическим дефлектором, применяемым для естественной вентиляции. В тоже время статодинамический дефлектор является менее энергоемким, менее шумным и более простым решением по сравнению с механической системой вентиляции.
Известен статодинамический дефлектор серии DYN-ASTATO, оснащенный датчиком давления дифференциального типа, встроенным двухскоростным вентилятором и состоящий из конических дисков, соединенных друг с другом стойками, два из которых выполнены усеченными, смещены по оси дефлектора друг относительно друга и обращены друг к другу малыми основаниями с образованием канала, напоминающего сопло Вентури, причем нижний диск имеет центральное отверстие, равное диаметру трубы вентиляционного канала, а в нижней части верхнего диска смонтирован вентилятор с непосредственным приводом от электродвигателя переменного тока (Дефлектор динамический DYN производства ASTATO, Франция, http://www.v-s-m.ru/deflektor-dyn.html).
Дефлектор применяют для усиления тяги в системах естественной вытяжной вентиляции за счет использования силы ветра, работы встроенного вентилятора и монтируют на верхней части вентиляционного канала. Дифференциальный датчик давления и электродвигатель переменного тока при понижении тяги ниже порогового значения обеспечивают включение вентилятора на максимальную мощность (без плавного регулирования оборотов), что одновременно приводит к превышению допустимого уровня шума и превышению проектного расхода воздуха. Конструкция корпуса обеспечивает использование сил ветрового давления с меньшей эффективностью. Таким образом, не обеспечивается оптимальное соотношение между энергопотреблением и аэродинамическими параметрами при работе дефлектора.
Известна система вентиляции, включающая датчики для измерения температуры и скорости ветра на улице, контроллер, вентилятор, частотный преобразователь для изменения скорости привода вентилятора (ЕР 1597523, F24F 11/0001, публ. 23.11.2005 г.).
Датчики измеряют температуру и скорость ветра на улице, после чего передают сигнал на контроллер, который передает сигнал на частотный преобразователь для того, чтобы он задавал определенную частоту вращения вентилятора. Применение двух датчиков для измерения температуры и скорости ветра на улице (вне вытяжной шахты дома) усложняет систему и снижает ее надежность. Наличие преобразователя частоты привода вентилятора не позволяет эксплуатировать вентилятор на низких скоростях вращения относительно номинальных оборотов двигателя, так как при этом значительно снижается коэффициент полезного действия двигателя.
Известно устройство автоматизированной вентиляции зданий, включающее вентилятор, датчик контроля вращения вентилятора, блок управления (FR 2892499, МПК F23L 17/16; F24F 11/00; F24F 7/06, публ. 27.04.2007 г.).
В известном устройстве за счет естественной тяги происходит вращение лопастей вентилятора. При отсутствии тяги лопасти останавливаются. Датчик фиксирует остановку лопастей и включает двигатель, который начинает вращать лопасти. Вентилятор включается на определенное фиксированное время. В устройстве датчик не фиксирует непосредственно разрежение в вентиляционной шахте, а только факт вращения лопастей вентилятора. Отсутствие плавного изменения количества оборотов вентилятора и наличие режима максимального вращения в течение фиксированного времени не позволяют в это время получить проектные аэродинамические параметры.
Наиболее близким к предлагаемому дефлектору является дефлектор статодинамический, состоящий из корпуса с конической нижней частью, диаметр которой больше диаметра вытяжной шахты для установки над вытяжной шахтой, вентилятора с асинхронным двигателем с осевым вращением лопастей, размещенным в канале вытяжной шахты, и низконапорного дискретного датчика перепада давления, закрепляемого на внешней поверхности вытяжной шахты с установкой измерительной трубки внутри шахты, причем указанные двухскоростной вентилятор и дискретный датчик перепада давления соединены с блоком управления для включения в работу вентилятора только при малой величине гравитационного давления («Естественная вентиляция с побуждением», В.П. Харитонов, доктор техн. наук, профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана, лектор мастер-класса АВОК, опубликовано в журнале АВОК №3/2006, рис. 7, http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=3201 - прототип).
При выключенном электродвигателе известный дефлектор статодинамический обладает техническими характеристиками статического дефлектора того же номинального диаметра и создает разрежение, равное сумме гравитационного и ветрового давлений. Количество электроэнергии, потребляемой статодинамическим дефлектором, незначительно. Электродвигатель вентилятора включается в работу только в случае необходимости, не более 40% всего времени в году. Датчик перепада давления измеряет давление и при его понижении (уменьшении тяги) ниже определенного предела (заданное давление) контроллер посылает сигнал на включение вентилятора, вентилятор работает в максимальном режиме фиксированное время. Кроме того, применяются вентиляторы с сечением меньшим, чем сечение воздуховода, чтобы они вращались с большой скоростью (так как возможность изменения скорости вращения вентилятора отсутствует).
Известный дефлектор статодинамический не обеспечивает постоянного точного поддержания давления в вытяжной шахте, так как вентилятор при определенных условиях включается на полную мощность. При включении вентилятора на полную мощность происходит повышенное энергопотребление. Вентилятор в прототипе применен эжектирующиего типа, что создает повышенный шум (более 40 дБ). Недостаток прототипа также в низкой оперативности и сложности установки дефлектора и датчика в вытяжной шахте. Работа вентилятора в максимальном режиме вращения лопастей снижает срок его службы, создает дополнительный шум и не позволяет получить проектные аэродинамические параметры.
Технический результат полезной модели заключается в непрерывном поддержании качества вытяжки за счет обеспечения в вытяжной шахте постоянного отрицательного давления, и, как следствие, постоянного расхода воздуха в вентиляционной шахте вне зависимости от погодных условий, в обеспечении высоких показателей энергоэффективности за счет применения электронно-коммутируемого двигателя для вращения лопастей вентилятора. Кроме того, обеспечен низкий уровень шума (менее 40 дБ) путем применения вентилятора, размеры которого занимают не менее 90% поперечного сечения вытяжной шахты, что предполагает низкую скорость вращения лопастей вентилятора. Дополнительно обеспечена оперативность монтажа дефлектора на высотных жилых зданиях и непрерывная работа вентилятора с исключением предельно возможных режимов его работы, что снижает вероятность выхода его из строя в пределах срока службы.
Сущность полезной модели заключается в постоянном (в непрерывном рабочем режиме) точном поддержании давления в вытяжной шахте за счет применения аналогового датчика давления, позволяющего точно измерить величину отрицательного давления в вытяжной шахте и передать эту информацию на блок управления (контроллер), в котором примененный алгоритм управления позволяет анализировать результаты измерения величины давления в вытяжной шахте и подбирать необходимую плавную скорость вращения вентилятора для достижения требуемых аэродинамических параметров.
Технический результат достигается тем, что в дефлекторе статодинамическом, состоящем из корпуса, вентилятора с осевым вращением лопастей и датчика перепада давления, соединенных с блоком управления, датчик давления установлен с внешней стороны корпуса и выполнен аналоговым выходом для соединения с блоком управления, вентилятор выполнен с электронно-коммутируемым двигателем с возможностью изменения скорости вращения лопастей вентилятора в непрерывном рабочем режиме.
Корпус предпочтительно выполнить в виде ступенчато соединенных между собой полых цилиндров, верхний из которых имеет диаметр больше, чем нижний полый цилиндр, вентилятор размещен в нижнем полом цилиндре и имеет площадь размаха лопастей в нем не менее 90% площади поперечного сечения нижнего цилиндра.
Нижний цилиндр корпуса целесообразно выполнить с возможностью крепления над вытяжной шахтой здания.
Блок управления предпочтительно выполнить в виде контроллера.
При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а, следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».
На фиг. 1 изображен статодинамический дефлектор. На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1 - корпус;
2 - верхний полый цилиндр корпуса 1;
3 - нижний полый цилиндр корпуса 1;
4 - вентилятор (с осевым вращением);
5 - лопасти (вентилятора 4);
6 - электронно-коммутируемый двигатель;
7 - выход электронно-коммутируемого двигателя 6;
8 - датчик перепада давления;
9 - аналоговый выход (датчика 8 перепада давления);
10 - измерительная трубка (датчика 8 перепада давления);
11 - контроллер;
12 - средство коммутации (в контроллере 11);
13 - вытяжная шахта;
14 - зона соединения (нижнего полого цилиндра 3 к вытяжной шахте 13).
Дефлектор статодинамический содержит корпус 1, образованный ступенчато соединенными между собой верхним и нижним полыми цилиндрами 2, 3, вентилятор 4 с осевым вращением лопастей 5, оснащенный электронно-коммутируемым двигателем 6, выполненным с возможностью непрерывной работы и плавного изменения скорости вращения лопастей 5 вентилятора 4 и имеющим выход 7, датчик 8 перепада давления с аналоговым выходом 9 и измерительной трубкой 10, выходной конец которой встроен в полость нижнего цилиндра 3 корпуса 1, причем указанные датчик 8 и вентилятор 4 соединены с блоком управления, выполненным в виде контроллера 11, включающего средство 12 коммутации подключения датчика 8 перепада давления и электронно-коммутируемого двигателя 6 вентилятора 4. В корпусе 1 верхний полый цилиндр 2 имеет диаметр больше, чем нижний полый цилиндр 3, вентилятор 4 размещен в нижнем полом цилиндре 3 в средней его части и имеет площадь размаха лопастей 5 в нем не менее 90% от площади поперечного сечения нижнего цилиндра 3. Нижний цилиндр 3 корпуса 1 имеет диаметр (D), соответствующий внутреннему диаметру вытяжной шахты 13, и выполнен с возможностью крепления над вытяжной шахтой 13 строительного сооружения в зоне 14 соединения, образуя общий канал с вытяжной шахтой 13. Статодинамический дефлектор может быть выполнен на базе доступных серийно выпускаемых комплектующих: в качестве вентилятора 4 с электронно-коммутируемым двигателем 6 может быть применена, например, модель S3G 710-АО85-21 производства компании EBM-Papst (Германия), а в качестве аналогового датчика 8 перепада давления может быть применена, в частности, модель QBM2030-1U фирмы «Сименс».
Дефлектор также предохраняет вытяжную шахту 13 от попадания дождя и снега, а также всевозможного мусора включением в его состав решеток (на фиг. не показаны).
Назначение статодинамического дефлектора - создавать движение воздуха (тягу) в воздуховоде за счет гравитационных сил, ветрового давления и вращения вентилятора. При наличии гравитационных сил, возникающих из-за разности плотностей внутреннего и наружного воздуха, создается разрежение в вытяжной шахте 13 (тяга) и, как следствие, движение воздуха. Движению воздуха способствует ветровое давление, которое также преобразуется в разрежение в шахте 13 за счет конструкции дефлектора. Аналоговый датчик 8 перепада давления фиксирует значение разрежения в шахте 13 и передает информацию на контроллер 11. При недостаточном разрежении контроллер 11 посылает сигнал на включение вентилятора 4. Вентилятор 4 плавно изменяет обороты, создавая тем самым необходимое дополнительное разрежение в шахте 13.
Дефлектор работает следующим образом. Датчик 8 перепада давления измеряет давление. При понижении давления (уменьшении тяги) ниже определенного предела (заданное давление) контроллер 11 определяет разницу между заданным давлением и фактическим давлением на данный момент и посылает сигнал на электронно-коммутируемый двигатель 6 для вращения вентилятора 4 с той скоростью, которая необходима для компенсации этой разницы. Сигналы передаются через средство 12 коммутации.
Таким образом, контроллер 11 позволяет анализировать поступающий сигнал от датчика 8 перепада давления и подбирает нужную скорость вращения вентилятора 4 для поддержания заданного давления в нижнем цилиндре 3 корпуса 1. Вентилятор 4 находится в рабочем режиме постоянно во время эксплуатации статодинамического дефлектора, при этом плавно изменяется скорость его вращения.
Благодаря дефлектору статодинамическому обеспечивается точное поддержание аэродинамических параметров (отклонение от проектных не более 10%).
Дефлектор статодинамический по сравнению с прототипом постоянно поддерживает отрицательное давление вне зависимости от погодных условий, имеет низкий уровень шума (менее 40 дБ) и высокие показатели энергоэффективности.