ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ ПРИБОР

Изобретение относится к области вентиляции с рекуперацией тепла. Особо оно касается вентиляционных установок для небольших помещений, таких как жилье, офисы, врачебные кабинеты, палаты и др.
Проблема вентиляции таких помещений стала особенно актуальной в связи с внедрением технологий плотного строительства, включающего установку герметичных окон и дверей. В настоящее время для вентиляции небольших помещений чаще всего находят применение приточные вентиляционные приборы - клапаны (см., например, клапан КИВ, www.eneq.ru). Удаление загрязненного воздуха производится традиционными вытяжными системами, расположенными в кухне или подсобных помещениях. Главным недостатком такой вентиляции является то, что подаваемый в помещение зимой воздух холоден, а удаляемый воздух подогрет и уносит большое количество тепла. В современных многоэтажных жилых зданиях доля тепла, приходящаяся на нагрев вентиляционного воздуха, превышает 50°.
Для снижения этих потерь применяется рекуперативные вентиляционные приборы, из которых наиболее распространены приточно-вытяжные приборы с утилизацией тепла вытяжного воздуха в перекрестно-точном или в противо-перекрестно-точном рекуперативном теплообменнике (см. например, www.meltem.de; www.datakrat-ks.ru/news/detail/88). Эти приборы компактны и приспособлены именно для монтажа в комнате обычной квартиры. Они одновременно осуществляют подачу свежего воздуха в помещение и удаление из него загрязненного. За счет теплообмена между свежим и удаляемым воздухом в рекуперативном теплообменнике свежий воздух подогревается практически без затрат энергии. Приборы имеют достаточно высокую энергетическую эффективность, но обладают рядом недостатков. В процессе охлаждения удаляемого воздуха в теплообменнике происходит конденсация и замерзание влаги, сопровождающееся перекрыванием каналов инеем. В большинстве из приборов минимальная рабочая температура ограничена -10С (см., например, Lossney (Mitsubishi, www.rusklimat.ru/catalog/household-fans-vortice/influx-and-extract-system/9442.html). То есть при низких наружных температурах, когда использование рекуперации тепла наиболее обосновано и с точки зрения сохранения энергии, и с точки зрения комфорта, приборы просто не работают.
Более эффективны приточно-вытяжные вентиляционные приборы, оснащенные неподвижным регенератором. В этих приборах подачу свежего и удаление комнатного воздуха осуществляют через один и тот же вентиляционный канал, соединяющий помещение и улицу. В канале установлен теплоемкий регенератор, реверсивный осевой вентилятор, фильтр и внутреннее воздухораспределительное устройство. Снаружи канал прикрывают герметичным козырьком, препятствующим попаданию в канал осадков, снижающим проникающий снаружи шум и защищающим от порывов ветра. Козырек имеет окно для входа свежего и выхода удаляемого воздуха наружу. Окно, как правило, расположено с нижней стороны козырька. Теплообмен и массообмен между свежим и удаляемым воздухом осуществляется посредством регенератора: при удалении комнатного воздуха тепло отдается от него к регенератору, регенератор нагревается. При последующей подаче холодного свежего воздуха он нагревается, забирая тепло от регенератора. Теплопередача в регенераторе эффективнее, чем в рекуперативных теплообменниках, а конструктивно он проще и дешевле. Благодаря массообмену, сопровождающему теплообмен в регенераторе, такие приборы меньше склонны к перемезанию и лучше приспособлены для работы в суровом климате, где энергосбережение имеет наибольшее значение и смысл. Описанный принцип реализован в разработках различных фирм, число которых и объемы производства последние годы резко возросли. К ним относятся, в частности, немецкие Inventer (www.inventer.de), Lunos (www.lunos.de), Ventomaxx WRG Plus (www.ventomaxx.de), украинские Вентс (http://vents.ua/cat/619/) и Ревента (www.reventa.com.ua). Наиболее совершенной конструкцией из известных в настоящее время обладает выпускаемый в России прибор УВРК-50 (www.luftquelle.com, www.homevent.ru).
Прототип и все приборы этой группы имеют общие особенности. Основные функциональные элементы размещены в канале, полностью скрытом в стене. С внутренней стороны все приборы имеют только компактное воздухораспределительное устройство: вентиляционную решетку или диффузор. С наружной стороны канал с элементами прибора прикрыт объемным козырьком, защищающим его от атмосферных осадков и ветра. Он присутствует и в прототипе, и в других приборах группы, но особенно хорошо виден на фото прибора ТвинФреш Р-50-2 фирмы ВЕНТС по ссылке (http://vents.ua/cat/619/). Конструкции прототипа и всей группы аналогичных приборов присущи три существенных недостатка. Главным недостатком прототипа является большой поперечный размер прибора и внутристенного канала для него и связанная с этим сложность и дороговизна монтажа. Уменьшению диаметра прибора препятствуют физические принципы его действия. Так уменьшению диаметра вдвое соответствует четырехкратное уменьшение сечения канала и соответствующее увеличение скорости потока. Вследствие этого более чем 4 раза возрастают потери давления в регенераторе. Одновременно теплообменная поверхность и общая теплоемкость регенератора уменьшаются в четыре раза, а, следовательно, падает эффективность энергосбережения. Для сохранения приемлемой поверхности и теплоемкости приходится увеличивать длину регенератора вдоль потока. Это приводит к дальнейшему пропорциональному росту потерь давления. Для их преодоления необходим мощный высоконапорный осевой вентилятор. Такие вентиляторы плохо работают при реверсировании и весьма шумны. Вентиляторы же других типов (центробежные, диагональные) вообще не подлежат реверсированию. В целом попытки уменьшить поперечный размер прибора для упрощения и удешевления монтажа, делают прибор либо неэффективным, либо неприемлемо шумным, либо вообще технически неосуществимым.
Вторым недостатком, присущим прототипу является генерируемый им аэродинамический, электродинамический и механический шум, проникающий в помещение при его работе. Во всех описанных компактных приборах, полностью размещаемых в стене, место для шумоглушителей и других устройств шумоподавления просто отсутствует. Это в свою очередь вынуждает применять малошумные вентиляторы, которые обладают и малым напором. А это усугубляет первый недостаток: вынуждает строить приборы большого диаметра.
Третий недостаток состоит в том, что и прототип, и все перечисленные аналоги плохо приспособлены к современным технологиям строительства и архитектурным требованиям. Они разрабатывались и выпускаются, в основном, как дополнительное оборудование помещения. Их конструктивные решения формировались как независимые от устройства ограждающих конструкций здания, планировки помещений и архитектуры. Отсутствие такой проектно-конструкторской увязки, приспособленности к требованиям внешнего дизайна здания тормозит использование приборов в индустриальном строительстве. Вместе с тем требования повышения энергоэффективности диктует именно такое применение.
Для подобных приборов существует еще одно важное ограничение: они, по сути, бытовые приборы и их конструкция должна допускать возможность простого обслуживания. Поэтому основные элементы прибора должны быть доступны для обслуживания без привлечения специалистов, промышленных альпинистов и подъемных устройств.
Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, уменьшение сечения вентиляционного канала в стене, упрощение и удешевление монтажа прибора, снижение шума, достигающего помещения, улучшение внешнего архитектурного дизайна и эксплуатационных свойств прибора.
Поставленная цель достигается тем, что в известном энергосберегающем вентиляционном приборе для монтажа на наружной стене вентилируемого помещения, содержащем стенной канал с установленным в нем реверсивным вентилятором и присоединенным внутренним воздухораспределительным устройством, регенератор и наружный козырек, выполненный в виде герметичного корпуса, имеющего с одной из сторон окно для входа и выхода воздуха, регенератор размещен внутри наружного козырька, стенки наружного козырька выполнены теплоизолированными, а в стенном канале между реверсивным вентилятором и внутренним воздухораспределительным устройством размещено дополнительное оборудование для обработки воздуха, причем наружный козырек имеет доступ из вентилируемого помещения для обслуживания регенератора.
В стенном канале между реверсивным вентилятором и внутренним воздухораспределительным устройством в качестве дополнительного оборудования установлено, в частности, оборудование для подавления шума.
Стенной канал с присоединенным внутренним воздухораспределительным устройством выполнен легкосъемным и обеспечивает доступ к внутренней полости наружного козырька для обслуживания регенератора через отверстие в стене вентилируемого помещения. Наружный козырек размещен сбоку от оконного проема на поверхности стены или внутри слоя наружной теплоизоляции, таким образом, что окно для входа и выхода воздуха наружного козырька обращено к оконному проему помещения, находится в плоскости боковой поверхности оконного проема и доступно для обслуживания из окна вентилируемого помещения. Для такого обслуживания регенератор выполнен легкосъемным с возможностью извлечения его через окно козырька. При этом окно для входа и выхода воздуха наружного козырька имеет крепежные элементы для установки дополнительных сменных устройств, в качестве которых используется, в частности, защитная решетка, дополнительный фильтр наружного воздуха или заглушка, устанавливаемая на период длительного отключения прибора.
Размещение регенератора в наружном козырьке разрывает взаимосвязь между сечением стенного канала и размерами регенератора. Причем это практически не ведет к увеличению размеров козырька по сравнению с аналогами и прототипом, так как полость козырька, в которую установлен регенератор, в известных конструкциях просто пустовала. Увеличение поперечных размеров регенератора снижает аэродинамические потери в нем. Это позволяет применить менее мощные, менее шумные и более компактные вентиляторы, дополнительно уменьшить сечение стенного канала, а значит удешевить и упростить монтаж. Освободившееся место между реверсивным вентилятором и внутренним воздухораспределительным устройством в стенном канале использовано для размещения дополнительных устройств для обработки воздуха, в первую очередь, устройств, снижающих шум, проникающий в помещение. Предложенный вариант исполнения прибора делает его невидимым с фасада и улучшает архитектурные возможности применения энергосберегающих вентиляционных приборов.
Конструкции отдельных элементов энергосберегающего вентиляционного прибора на момент настоящей разработки известны. Однако перечисленное сочетание признаков, характеризующих предлагаемый вентиляционный прибор, конструктивно-монтажные схемы его размещения в стене в доступной информации отсутствует. Именно это, ранее не встречавшееся, сочетание признаков и схем позволяет получить новые, не известные из доступной информации технические характеристики энергосберегающего вентиляционного прибора, изложенные в настоящем описании полезной модели: упрощенный монтаж, пониженный уровень шума, проникающего в помещение, улучшенные архитектурные и эксплуатационные свойства. Этим, по мнению автора, обеспечена новизна и промышленная применимость предлагаемого технического решения.
Техническое решение полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 приведена конструкционно-монтажная схема энергосберегающего вентиляционного прибора с традиционным размещением наружного козырька на наружной поверхности стены.
На фиг.2 приведена компоновка и частичный разрез наружного козырька со встроенным регенератором.
На фиг.3 приведен частичный разрез стенного канала с присоединенным внутренним воздухораспределительным устройством.
Фиг.4 иллюстрирует конструктцонно-монтажную схему энергосберегающего вентиляционного прибора с размещением наружного козырька в теплоизоляции наружной стены.
На фиг.5 показано исполнение крепежных элементов в окне наружного козырька для крепления дополнительного оборудования.
Энергосберегающий вентиляционный прибор (фиг.1), включает в себя наружный козырек 1 и стенной канал 2 с присоединенным внутренним воздухораспределительным устройством 3.
Наружный козырек 1 (фиг.2) состоит из выполненных из листовой стали или пластика основания 4 и крышки 5, герметично соединенных между собой с образованием полости. Основание 4 с задней стороны имеет соединитель 6 для герметичного соединения наружного козырька 1 со стенным каналом 2. С одной из сторон наружный козырек 1 имеет окно 10 для входа и выхода воздуха. На краях окна 10 предусмотрены элементы крепления 16 для установки дополнительного оборудования, выполненные, например, в виде направляющих пазов. Стенки основания 4 и крышки 5 наружного козырька 1 с внутренней стороны оклеены теплоизоляцией 9. Она выполнена из листового самоклеющегося пористого материала и кроме теплоизоляции обеспечивает изоляцию от наружного шума и герметизацию стыков основания 4 и крышки 5. Внутри полости наружного козырька 1 размещен регенератор 7. Регенератор 7 выполнен из теплоемкого воздухопроницаемого материала. Один торец регенератора 7 открывается непосредственно в окно 10 наружного козырька 1, а второй торец находится в полости наружного козырька 1. Этот торец регенератора 7 сопряжен с дефлектором 8, равномерно распределяющим подаваемый воздух по сечению регенератора 7.
Стенной канал 2 с внутренним воздухораспределительным устройством 3. (фиг.1 и 3) установлен в отверстии наружной стены 19 вентилируемого помещения. Его наружный конец соединен с полостью наружного козырька 1. В стенном канале 3 вблизи его внешнего конца размещен реверсивный вентилятор 11. В пространстве между реверсивным вентилятором 11 и внутренним воздухораспределительным устройством 3 установлено дополнительное воздухообрабатывающее оборудование 13. Прежде всего, это различного типа шумоглушители и устройства активного шумоподавления. Однако при необходимости в качестве дополнительного воздухообрабатывающего оборудования 13 может быть установлен антиаллергенный фильтр, фотокаталитический или электростатический фильтр, электрокалорифер итд. В состав внутреннего воздухораспределительного устройства 3 входит собственно воздухораспределитель, образованный декоративной решеткой 12, а также находящийся под декоративной решеткой 12 фильтр, клапан и контроллер, управляющий работой прибора. Последние элементы не отличаются от применяемых в прототипе и на рисунках не показаны. Стенной канал 2 с внутренним воздухораспределительным устройством 3 (фиг.3), выполнены легкосъемными и могут быть при необходимости извлечены из отверстия стены 19. При этом предоставляется возможность очитки и обслуживания реверсивного вентилятора 11 - единственного подвижного элемента прибора и дополнительного оборудования 13. Через отверстие в стене очистка регенератора 7 осуществляется помощью пылесоса, либо продувкой сжатого воздуха или воздушно-водяной смеси под давлением.
Приведенная на фиг.1 конструктивно-монтажная схема энергосберегающего вентиляционного прибора, демонстрирует его размещение на наружной стене 19 вентилируемого помещения. Такая схема является традиционной и может быть реализована в любом произвольном удобном для монтажа месте стены. Эта конструктивно-монтажная схема по своему внешнему виду, наружным размерам и конфигурациям прибора мало отличается от схемы прототипа. Ее основное применение - при ремонте и дооснащении помещений. Окно для входа и выхода воздуха 10 наружного козырька 1 в этой конструктивно-монтажной схеме расположено внизу наружного козырька 1, что предотвращает попадание в регенератор 7 осадков.
На фиг.4 показана конструктивно-монтажная схема вентиляционного прибора, согласно которой он установлен вблизи от окна 14 вентилируемого помещения, около боковой стороны оконного проема 15. При этом окно 10 наружного козырька 1 ориентировано в сторону оконного проема, расположено вертикально и находится в плоскости боковой стороны оконного проема 15 окна 14 вентилируемого помещения. Расположенный в окне 10 наружного козырька 1 торец регенератора 7 доступен для периодического обслуживания (очистки) из окна 14 вентилируемого помещения. Такая очистка может быть выполнена с помощью пылесоса. Элементы крепления 16 окна 10 также доступны из окна 14 для установки дополнительных сменных устройств. В качестве таких устройств (см. фиг.5) могут использоваться защитная решетка 18, предохраняющая регенератор от попадания осадков и обеспечивающая отвод конденсата и дополнительный фильтр 17 для очистки свежего воздуха от пыли в зонах сильной запыленности. Монтаж дополнительного фильтра может быть выполнен потребителем в теплое время года. Зимой, когда запыленность воздуха уменьшается, а намокание дополнительного фильтра 17 конденсатом и замерзание может приводить к прекращению подачи воздуха, фильтр демонтируется. В переходный климатический период и период холодов потребитель может через окно наблюдать появления инея на торце регенератора 7 и выполнять оттайку только по мере необходимости в ручном режиме. При длительном отключении прибора, при аномальных холодах, сильном ветре итп. вместо фильтра может быть установлена заглушка из воздухонепроницаемого материала. Все эти операции выполняются из вентилируемого помещения через его открытое окно 14. Для данной конструктивно-монтажной схемы вентиляционного прибора (фиг.4) регенератор 7 может быть выполнен легкосъемным с возможностью простого, не требующего инструментов извлечения из полости козырька 1 через его окно 10. Для этого лишь требуется предварительно демонтировать защитную решетку 18 и дополнительный фильтр 17. Очистка регенератора 7 при этом производится уже в помещении. Наружный козырек 1 согласно описанной конструктивно-монтажной схемы может быть размещен около окна 14 как на поверхности стены 19, по аналогии с фиг.1, так и под наружной отделкой фасада, например, в слое утеплителя 20, как показано на фиг.4.
Конструктивно-монтажная схема энергосберегающего вентиляционного прибора (фиг.4) предназначена для зданий с внешним утеплением стен, вентилируемыми фасадами, отделанными сайдингом, декоративными панелями из керамогранита, алюкобонда итп, которые широко применяются в современном строительстве. Эта конструктивно-монтажная схема предпочтительна в капитальном строительстве и при реконструкции зданий. Она исключает дополнительные элементы на фасаде, нарушающие его архитектурный облик и открывает возможности использования приборов в индустриальном строительстве.
Принцип работы энергосберегающего вентиляционного прибора не отличается от работы прототипа. При включении реверсивный вентилятор 11 удаляет порцию загрязненного комнатного воздуха, всасывая его через воздухораспределительное устройство 3 со встроенным фильтром и клапаном. Далее воздух через стенной канал 2 проходит в размещенный в теплоизолированной полости наружного козырька 1 регенератор 7, прогревает его и через окно 10 наружного козырька 1 выбрасывается на улицу. Дефлектор 8 способствует равномерному распределению воздуха по сечению регенератора 7. Затем происходит реверс реверсивного вентилятора 11. Порция холодного наружного воздуха всасывается через окно 10 наружного козырька 1, проходит через регенератор 7, нагревается, и через стенной канал 2 и воздухораспределительное устройство 1 подается в помещение. Дополнительное оборудование 13 препятствует проникновению шума работающего реверсивного вентилятора 7 в помещение, обеспечивает дополнительную очистку воздуха или его дополнительный подогрев. Периодическое обслуживание (очистка от пыли) элементов вентиляционного прибора осуществляется после демонтажа его легкосъемных частей непосредственно из помещения.
Вентиляционные приборы, полностью соответствующие предлагаемым техническим решениям, созданы и готовятся в настоящее время к производству.