СПОСОБ РЕГУЛИРОВКИ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO CONTROL INDOORS AIR PRESSURE AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к области принудительной вентиляции обитаемых помещений и предназначено для повышения комфортности помещения путем поддержания в нем регулируемого режима давления воздуха.
Для оценки новизны и изобретательского уровня первого независимого объекта заявленного технического решения рассмотрим ряд известных из уровня техники решений аналогичного назначения.
Известен способ принудительной вентиляции помещений путем подачи наружного и удаления отработавшего воздуха, согласно которому рабочий движитель воздуха, снабженный подающим и отводящим воздуховодами, работает в паре с дублирующим с целью повышения надежности воздухообмена (см. а.с. СССР №1691673).
6
5
Известен способ поддержания давления воздуха в помещении, включающий нагнетание воздуха в помещение и откачку воздуха из помещения посредством движителя воздуха, отличающийся тем, что при превышении давлением воздуха внутри помещения значения 1,1×10 Па включают движитель воздуха, который осуществляет откачку воздуха из помещения, а при давлении воздуха в помещении, меньшем 0,9×10 Па, включают движитель воздуха, который осуществляет нагнетание воздуха в помещение. Второй вариант способа поддержания давления воздуха в помещении, включающий нагнетание воздуха в помещение и откачку воздуха из помещения, отличается тем, что к моменту входа или выхода из помещения выравнивают внутреннее давление воздуха в помещении до величины наружного атмосферного давления (см. патент РФ на изобретение №2258872). Устройство для поддержания давления воздуха в помещении, реализующее вышеописанный способ, включает движитель воздуха и снабжено датчиком наружного атмосферного давления, датчиком давления внутри помещения, а также блоком управления, связанным с приводом движителя воздуха.
В настоящее время актуальным является обеспечение повышения комфортности обитаемого помещения за счет создания управляемого режима поддержания воздушного давления в помещении. Возможность управления воздушным давлением в помещении означает независимость находящегося в помещении обитателя от перепадов атмосферного давления, связанных с изменением метеорологических условий. Естественный суточный ход давления, составляющий 1-2 ГПа, для человека практически незаметен. Опасны быстродвижущиеся активные циклоны, частота которых различается и порой достигает 3-4 в неделю. Перепады давления воздуха при этом могут достигать 15 ГПа за 3 часа и до 50 ГПа за сутки.
Эта задача решается в известном способе регулировки давления воздуха в помещении, включающем нагнетание воздуха в помещение и откачку воздуха из помещения посредством движителя воздуха, который характеризуется тем, что измеряют давление воздуха внутри помещения и сравнивают с заранее заданной пользователем помещения величиной давления воздуха в нем в соответствии со своими индивидуальными пожеланиями, при этом в случав падения давления воздуха в помещении ниже заданного пользователем помещения значения устанавливают для движителя воздуха режим нагнетания воздуха в помещение и повышают давление воздуха в помещении до заданной пользователем помещения величины, а в случае подъема давления воздуха в помещении выше заданного пользователем помещения значения устанавливают для движителя воздуха режим откачки воздуха из помещения и снижают давление воздуха в помещении до заданной пользователем помещения величины (см. патент РФ №2294491). Согласно этому способу величину давления воздуха и/или интенсивность воздухообмена в помещении изменяют в режиме, заданном пользователем помещения в соответствии со своими индивидуальными пожеланиями. Устройство для реализации данного способа включает движитель воздуха, датчик наружного давления, датчик внутреннего давления, систему воздуховодов с клапанами, а также блок управления, связанный с приводами движителя воздуха и клапанов воздуховодов. Система воздуховодов выполнена в виде двух сообщенных с атмосферой воздуховодов, конец одного из которых размещен внутри помещения и выполнен в виде воздухозабора, а конец другого также размещен внутри помещения и выполнен в виде воздуховыпуска, при этом входной патрубок движителя воздуха сообщен с атмосферой, а выходной посредством дополнительных воздуховодов сообщен с обоими воздуховодами, причем система клапанов выполнена в виде двух клапанов, установленных на воздуховодах со стороны их сообщенных с атмосферой концов, а также двух клапанов, установленных на дополнительных воздуховодах. Устройство может быть снабжено блоком воздухоподготовки, включающим средства для очистки, и/или нагрева, и/или охлаждения, и/или увлажнения, и/или ионизации воздуха в помещении, при этом блок воздухоподготовки установлен на трубопроводе, подающем воздух в помещение. Устройство может быть снабжено шлюзовой камерой, установленной в помещении так, что одна ее дверь является выходной дверью помещения, а другая - входной его дверью, кроме того, шлюзовая камера снабжена клапанами для выравнивания внутреннего и наружного давления воздуха. Клапаны для выравнивания внутреннего и наружного давления воздуха могут быть размещены на дверях шлюзовой камеры, выполнены в виде перепускных отверстий, перекрываемых заслонками, связанными с поворотными ручками для открывания дверей шлюзовой камеры.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату последнее техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Недостатком прототипа является то, что перепады давления в помещении приводят к нежелательным механическим воздействиям на конструкционные элементы здания, в котором оно находится, снижая его надежность и срок эксплуатации. При указанных выше возможных перепадах давления в 50 ГПа это воздействие может достигать нескольких тонн и более.
Задачей изобретения является устранение воздействия давления воздуха в помещении, выбираемого в соответствии с индивидуальными предпочтениями его обитателя, на конструкционные элементы здания.
Согласно первому независимому объекту изобретения способ регулировки давления воздуха в помещении, включающий нагнетание и откачку воздуха посредством движителя воздуха, характеризуется тем, что внутри помещения создают герметичную обитаемую оболочку, измеряют давление воздуха внутри этой оболочки и сравнивают с заранее заданной пользователем помещения величиной давления воздуха в нем в соответствии со своими индивидуальными пожеланиями, при этом в случае падения давления воздуха в оболочке ниже заданного пользователем помещения значения устанавливают для движителя воздуха режим нагнетания воздуха в оболочку и повышают давление воздуха в оболочке до заданной пользователем помещения величины, а в случае подъема давления воздуха в оболочке выше заданного пользователем помещения значения устанавливают для движителя воздуха режим откачки воздуха из оболочки и снижают давление воздуха в оболочке до заданной пользователем помещения величины, при этом в пространстве между наружной поверхностью оболочки и внутренней поверхностью помещения поддерживают давление внешней среды.
В этом заключается совокупность существенных признаков первого независимого объекта изобретения, обеспечивающая получение указанного выше технического результата.
Согласно второму независимому объекту заявленного изобретения устройство для реализации вышеописанного способа, включающее движитель воздуха, датчик наружного давления, датчик внутреннего давления, систему воздуховодов с клапанами, а также блок управления, связанный с приводами движителя воздуха и клапанов воздуховодов, характеризуется тем, что внутри помещения размещена совокупность силовых горизонтальных и вертикальных профильных элементов, соединенных между собой с образованием силового пространственного каркаса, на котором укреплены воздухонепроницаемые элементы, соединенные между собой с образованием герметичной оболочки, при этом герметичная оболочка установлена внутри помещения и выполнена с размерами, обеспечивающими отсутствие передачи механических воздействий, связанных с регулированием давления внутри оболочки, от ее силового каркаса и других элементов на конструкционные элементы помещения, при этом система воздуховодов выполнена в виде двух сообщенных с атмосферой воздуховодов, конец одного из которых размещен внутри образованной в помещении герметичной оболочки и выполнен в виде воздухозабора, а конец другого также размещен внутри герметичной оболочки и выполнен в виде воздуховыпуска, при этом входной патрубок движителя воздуха сообщен с атмосферой, а выходной посредством дополнительных воздуховодов сообщен с обоими воздуховодами, причем система клапанов выполнена в виде двух клапанов, установленных на воздуховодах со стороны их сообщенных с внешней средой концов, а также двух клапанов, установленных на дополнительных воздуховодах, при этом пространство между наружной поверхностью оболочки и внутренней поверхностью помещения сообщено с внешней средой, кроме того, устройство снабжено шлюзовой камерой, снабженной клапанами для выравнивания давления воздуха внутри герметичной оболочки и давления внешней среды, установленной в помещении так, что одна ее дверь является выходной дверью помещения, а другая - входной его дверью, при этом конструкционные элементы шлюзовой камеры входят в состав силового каркаса герметичной оболочки.
В этом заключается совокупность существенных признаков второго независимого объекта изобретения, обеспечивающая получение указанного выше технического результата.
Кроме того, второй независимый объект изобретения имеет ряд дополнительных факультативных признаков, а именно:
- устройство может быть снабжено блоком воздухоподготовки, включающим средства для очистки, и/или нагрева, и/или охлаждения, и/или увлажнения, и/или ионизации воздуха в помещении, при этом блок воздухоподготовки установлен на трубопроводе, подающем воздух внутрь герметичной оболочки;
- клапаны для выравнивания давления воздуха внутри герметичной оболочки и давления внешней среды могут быть размещены на дверях шлюзовой камеры и выполнены в виде перепускных отверстий, перекрываемых заслонками, связанными с поворотными ручками для открывания дверей шлюзовой камеры.
Заявленное техническое решение является новым, так как заявленные независимые объекты характеризуются единым изобретательским замыслом и наличием новых совокупностей признаков, отсутствующих в известных из уровня техники аналогичных решениях.
За счет реализации существенных признаков изобретения достигаются важные новые свойства объекта, заключающиеся в снижении механических воздействий на конструкционные элементы здания, в котором расположено помещение, давление в котором регулируется в соответствии с индивидуальными пожеланиями пользователя помещения.
Указанное позволяет признать заявляемое техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень".
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид заявленного устройства, установленного в помещении со шлюзовой камерой и герметичной оболочкой, на фиг.2 - разрез по двери шлюзовой камеры, на фиг.3 - разрез по помещению и элементам силового каркаса герметичной оболочки.
Устройство для регулировки давления воздуха в помещении включает движитель воздуха 1, блоком воздухоподготовки 2, воздуховоды 3, клапаны 4, 5, 6, 7, датчик наружного давления 8, датчик внутреннего давления 9, блок управления 10, воздухозабор 11, воздуховыпуск 12, шлюзовую камеру 13 с входной дверью 14 и выходной дверью 15. Поворотные ручки 16 дверей 14 и 15 связаны с заслонками, перекрывающими перепускные отверстия 17 для выравнивания давления воздуха. Внутри помещения размещена совокупность профильных элементов 18, соединенных между собой с образованием силового пространственного каркаса, на котором укреплены воздухонепроницаемые элементы, соединенные между собой с образованием герметичной оболочки 19, которая установлена внутри помещения и выполнена с размерами, обеспечивающими отсутствие передачи механических воздействий, связанных с регулированием давления внутри оболочки, от ее силового каркаса и других элементов на конструкционные элементы помещения.
Заявленный способ с помощью заявленного устройства осуществляют следующим образом.
Шлюзовая камера 13 используется с целью снятия воздушного давления на дверь помещения и обеспечения входа и выхода из герметичной оболочки при наличии перепада между наружным и внутренним давлениями. Герметичная шлюзовая камера 13 представляет собой тонкостенную конструкцию, входящую в состав силового каркаса герметичной оболочки, и имеет двери 14 и 15 с уплотнениями и перепускными отверстиями 17. При входе снаружи пользователь при повороте дверной ручки 16, связанной с заслонкой перепускного отверстия 17 наружной двери 15, открывает его и давление воздуха в шлюзовой камере 13 выравнивается с наружным. При этом наружная дверь 15 открывается без усилий, которые необходимо было бы приложить в случае наличия перепада давлений. При закрытии наружной двери 15 также с помощью дверной ручки 16 закрывается перепускное отверстие 17. При дальнейшем движении пользователь открывает дверной ручкой 16 перепускное отверстие 17 внутренней двери 14, что позволяет сравнять давление воздуха в шлюзовой камере 13 с давлением воздуха в герметичной оболочке 19. После этого внутренняя дверь 14 шлюзовой камеры 13 открывается также без усилий, которые необходимо было бы приложить в случае наличия перепада давлений. При входе пользователя в герметичную оболочку внутренняя дверь 14 шлюзовой камеры 13 закрывается, вслед за чем перепускное отверстие 17 в ней закрывается при повороте дверной ручки 16. Те же процессы происходят и при и выходе из герметичной оболочки.
Для одновременного обеспечение задаваемого пользователем режима поддержания давления внутри герметичной оболочки 19 и для обеспечения соответствующего санитарным нормам и/или желанию пользователя воздухообмена в герметичной оболочке 19 предусматривается регулируемая работа движителя воздуха 1. Режим его работы (в частности, время его работы, объемы подаваемого воздуха, создаваемое избыточное или пониженное давление и др.) задается блоком управления 10. Команды, вырабатываемые блоком управления 10, обеспечивают выполнение упомянутых требований с учетом величины наружного давления и с минимизацией энергозатрат на работу данной системы регулирования давления в целом. В частности, в зависимости от конкретных условий герметичной оболочки 19 возможна утилизация тепла откачиваемого из герметичной оболочки воздуха путем нагрева с его помощью воздуховода, по которому поступает нагнетаемый в герметичную оболочку воздух. Это же справедливо в случаях, когда температура воздуха в помещении специально понижается по сравнению с наружной. В таком случае нагнетаемый воздух может дополнительно охлаждаться воздухом, откачиваемым из герметичной оболочки.
Воздух, поступающий в герметичную оболочку 19, проходит стадии воздухоподготовки, предусмотренные используемыми в настоящее время стандартами кондиционирования. Эти стандарты обеспечиваются используемым блоком воздухоподготовки 2.
Если предлагаемая система регулирования давления распространена не на здание целиком, а на отдельное помещение, в этом помещении должна быть предусмотрена своя отдельная от остального здания система теплоснабжения, в частности подогрева (охлаждения) поступающего воздуха.
Датчики 8 и 9 передают свои сигналы на блок управления 10. Контроллер блока управления 10 с учетом заданной пользователем программы вырабатывает управляющие сигналы, посылаемые на все управляемые элементы системы.
Движитель воздуха 1 размещается, например, вне обслуживаемого помещения. Воздухозабор 9 и воздуховыпуск 12 устраиваются, например, таким образом, чтобы проходили в одном и том же оконном проеме либо были разнесены по специальным отверстиям в оконном проеме либо в наружной стене помещения. Нагнетаемый воздух через вентиль 5 подается в блок воздухоподготовки 2, проводящий очистку, нагрев (охлаждение) подаваемого воздуха, установление требуемой влажности подаваемого воздуха, ионизацию и другие возможные виды воздухоподготовки. Блок воздухоподготовки 2 располагается в канале подачи нагнетаемого воздуха за движителем 1.
Рассмотрим режим работы, когда величина давления воздуха в герметичной оболочке 19 задается пользователем с превышением величины наружного атмосферного давления. В этом случае движитель 1 работает на нагнетание воздуха в воздуховод 3. При этом клапаны 4 и 6 закрыты, а клапаны 5 и 7 открыты. Нагнетаемый воздух направляется через блок воздухоподготовки 2 в герметичную оболочку и повышает давление в нем до требуемой величины. Одновременно происходит контролируемый клапаном 7 отток воздуха из герметичной оболочки с целью обеспечения необходимого по санитарным нормам или желанию пользователя воздухообмена. Поддержание заданного режима давления воздуха обеспечивается блоком управления 10 путем согласования расхода подаваемого движителем 1 воздуха и расхода оттока, регулируемого клапаном 7.
Рассмотрим режим работы, когда величина давления в герметичной оболочке поддерживается ниже наружного (атмосферного) давления. В этом случае движитель 1 работает в обратном режиме, откачивая воздух из герметичной оболочки через внутренний воздухозабор 8. Клапаны 4 и 6 при этом открыты, а клапаны 5 и 7 закрыты. Режим работы движителя 1 должен обеспечивать требуемый режим поддержания давления в герметичной оболочке с учетом потерь давления воздуха, поступающего через клапан 4, на блоке воздухоподготовки 2.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения не вызывает сомнений, так оно в обоих вариантах может быть реализовано с использованием известных технических средств (движители воздуха, управляемые клапана и т.п.).
Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает устранение воздействия давления воздуха в герметичной оболочке, выбираемого в соответствии с индивидуальными предпочтениями ее обитателя, на конструкционные элементы здания, что увеличивает его надежность и срок службы, а возможность управления воздушным давлением в герметичной оболочке означает независимость находящегося в ней обитателя от перепадов атмосферного давления, связанных с изменением метеорологических условий. Изобретение позволит людям, чувствительным к перепадам атмосферного давления, при нахождении в оборудованном предлагаемым устройством помещении защититься от неблагоприятных воздействий резких перепадов атмосферного давления.