Фильтр в сборе для систем вентиляции, децентрализованная система вентиляции жилых помещений, содержащая фильтр в сборе данного типа, и вентиляционный блок
ASSEMBLED FILTER FOR VENTILATION SYSTEMS, A DECENTRALIZED RESIDENTIAL VENTILATION SYSTEM COMPRISING A FILTER ASSEMBLY OF THIS TYPE, AND A VENTILATION UNIT

Настоящее изобретение относится к фильтру в сборе для системы вентиляции, в частности, для децентрализованной системы вентиляции жилых помещений, к децентрализованной системе вентиляции жилых помещений, содержащей данный фильтр в сборе, и к вентиляционному блоку, в частности, для децентрализованных систем вентиляции жилых помещений.
Управляемые системы вентиляции жилых помещений составляют ключевой компонент слаженного управления зданиями, которые выполнены энергосберегающим и в значительной мере воздухонепроницаемым образом. Качество воздуха в жилых помещениях можно поддерживать с использованием управляемых систем вентиляции жилых помещений, при этом сводятся к минимуму тепловые потери, иначе возникающие при естественной вентиляции посредством окон. Как следствие, влажность воздуха также поддерживается на регулируемом уровне с тем результатом, что исключается образование плесени и других повреждений конструкции, вызываемых влагой.
Термин «жилое помещение» следует понимать в данном контексте как означающий то, что качество воздуха необходимо улучшать в присутствии людей. Такие системы также можно использовать, например, для офисных помещений с тем результатом, что термин «система вентиляции жилых помещений» не предназначен для обозначения какого-либо ограничения его использования относительно жилищного строительства.
В коммерческих условиях делается разграничение между централизованными и децентрализованными системами вентиляции жилых помещений.
В последнее время децентрализованные системы вентиляции становятся все больше и больше широко распространенными в области жилищного строительства по сравнению с централизованными системами вентиляции жилых помещений. Это можно отнести, с одной стороны, к наличию тенденции снижения производственных затрат, подразумевающему, что данные системы также являются пригодными для последующей установки в существующих строениях. Значительным преимуществом децентрализованных систем является то, что можно обойтись без воздуховодов, ведущих к центральному теплообменнику, которые имеют большую длину или являются труднодоступными или даже недоступными. Это составляет значительное преимущество относительно технического обслуживания и гигиены.
Для сведения к минимуму тепловых потерь для вышеупомянутых децентрализованных систем вентиляции жилых помещений обычно предусматривают тепловой резервуар, нагреваемый теплым внутренним воздухом, выводимым наружу посредством реверсивной работы средств вентиляции в режиме вентиляции, а затем после изменения режима работы на обратный поступающий, обычно относительно холодный внешний воздух предварительно нагревается. Таким образом, в известных системах достигаются коэффициенты рекуперации тепла >80%.
В дополнение, в таких системах вентиляции жилых помещений в Германии законом предписана фильтрация по меньшей мере воздуха, протекающего во внутреннее пространство. Данная фильтрация обычно происходит посредством плоских фильтров или т.п.
В последние несколько лет было признано, что присутствующие в воздухе частицы с аэродинамическим диаметром 10 мкм или менее, т.н. тонкодисперсная пыль, могут оказывать серьезное воздействие на здоровье человека. При вдыхании таких частиц тонкодисперсной пыли они проходят в верхние дыхательные пути или в легкие и, при некоторых обстоятельствах, оттуда в кровоток и в зависимости от формы и токсичности могут наносить серьезный ущерб здоровью организма. В современном исследовании Федерального министерства охраны окружающей среды Германии предполагается, что в Германии имеет место в среднем 47000 преждевременных смертей в год, вызванных загрязнением тонкодисперсной пылью, например, в результате острых респираторных заболеваний или рака легких. Во многих других больших городах по всему миру, особенно в Азии, ситуация является еще более серьезной, чем в Германии.
Традиционные фильтры, такие как, например, плоские фильтры, являются не очень эффективными относительно степени фильтрации, в частности, в случае относительно небольших частиц, таких как тонкодисперсная пыль, и определенно неэффективными, если необходимо избежать относительно больших потерь давления. Более того, такие фильтрующие среды не могут быть легко очищены, или их необходимо регулярно обновлять. Если этого не делать, то, с одной стороны, возникает проблема гигиены, а, с другой стороны, фильтр, «закупоренный» частицами, приводит к большим потерям давления и снижению производительности системы.
Альтернативой традиционным фильтрам являются
электростатические осадители, или электростатические фильтры (также называемые приспособлениями для электронного осаждения пыли), действующие под высокими напряжениями в несколько киловольт. В этом контексте частицы, присутствующие в воздухе, осаждаются посредством электрических зарядов.
В частности, для очистки воздуха жилых помещений известны двухступенчатые электростатические осадители, действующие согласно т.н. принципу Пенни. В данном контексте частицы, подлежащие осаждению, в первую очередь электрически заряжают посредством т.н. ионизатора. Это осуществляется посредством т.н. коронных разрядов с использованием тонких проволок коронного разряда, обычно заряженных положительно и расположенных между отрицательно заряженными пластинами. Воздух с заряженными частицами затем проходит в т.н. коллектор, состоящий из пластин, которые расположены параллельно одна другой и каждая из которых имеет противоположный заряд. Заряженные частицы осаждаются на пластины (в частности отрицательно заряженные пластины) с тем результатом, что воздух после прохождения пластин в значительной мере не содержит частиц.
Электростатические осадители согласно принципу Пенни действуют надежным образом с образованием небольшого количества озона. Однако такой электростатический осадитель имеет большую общую длину, с одной стороны, из-за двухступенчатой конструкции и, с другой стороны, из-за необходимого минимального расстояния, которое воздуху необходимо преодолеть в коллекторе, чтобы осаждение частиц могло произойти с хорошим выходом.
Поскольку обычная децентрализованная система вентиляции расположена непосредственно в сквозном отверстии стены, доступная общая длина ограничена доступной толщиной стены, и желательно избежать внутренних или внешних конструкций, не являющихся эстетически привлекательными или непрактичными относительно технологии строительных работ. Поэтому в традиционных системах вентиляции жилых помещений это уже составляет техническое требование к размещению необходимых компонентов, среди прочего, вентиляторов, традиционного фильтра, теплового резервуара для восстановления тепла и т.д., на доступной общей длине, в частности в случае небольшой толщины стены, как, например, предписано при реконструкции существующего жилищного фонда.
Дополнительным аспектом электростатических осадителей является их энергопотребление. Потребление мощности обычными электростатическими осадителями является не очень большим, однако из-за потерь при преобразовании в высоковольтных блоках питания и из-за непрерывно протекающих токов разряда в случае электростатических осадителей в области жилых помещений необходимы значения потребления мощности порядка приблизительно 10 Вт. При непрерывной работе и ввиду того, что в случае децентрализованных систем вентиляции жилых помещений обычно необходимо предусматривать несколько блоков (по меньшей мере два), эти значения потребления мощности не являются пренебрежимо малыми.
Соответственно, настоящее изобретение основано на цели обеспечения фильтра в сборе, децентрализованной системы вентиляции жилых помещений с таким фильтром в сборе и вентиляционного блока, которые обеспечивают возможность оптимальной фильтрации тонкодисперсной пыли энергосберегающим образом при условии компактных конструктивных размеров.
Вышеупомянутая цель достигается посредством фильтра в сборе, имеющего признаки пункта 1 формулы изобретения, посредством децентрализованной системы вентиляции жилых помещений, имеющей признаки пункта 8 формулы изобретения, и посредством вентиляционного блока, имеющего признаки пункта 12 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения разъяснены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
В фильтре для системы вентиляции, в частности для децентрализованной системы вентиляции жилых помещений, содержащей воздуховод, который содержит электростатический осадитель, через который принудительно протекает воздушный поток, подлежащий очистке, который проходит по предварительно определенной секции воздуховода, предусмотрено, что предварительно определенная секция электростатического осадителя воздуховода дополнительно содержит по меньшей мере один элемент теплового резервуара, в котором протекает воздушный поток.
Настоящее изобретение является подходящим, в частности, для децентрализованных систем вентиляции (жилых помещений), но также может быть применено для других систем вентиляции, в которых имеется потребность в фильтрации тогда, когда одновременно имеется разность температур воздуха с двух сторон, например, даже в случае централизованных систем вентиляции или систем кондиционирования воздуха транспортных средств и т.д.
Согласно одному из аспектов изобретения электростатические осадители и тепловые резервуары объединены. Несмотря на то, что компоненты традиционных электростатических осадителей естественным образом имеют некоторую собственную теплоаккумулирующую способность, эта способность сама по себе обычно является намного меньшей, чем таковая, необходимая для реализации теплоемкости, достаточной для достижения целевых коэффициентов рекуперации тепла в диапазоне от 80% до 90%. Согласно изобретению целью является создание дополнительных элементов теплового резервуара, теплоаккумулирующая способность которых значительно превышает собственную теплоаккумулирующую способность электродов электростатического осадителя (а также необходимых дополнительных приспособлений и т.д.).
По меньшей мере один элемент теплового резервуара может, в отличие от электродов электростатического осадителя, быть изготовлен из электроизоляционного материала или материала, являющегося плохим проводником электричества.
В дополнение к достаточной удельной теплоемкости и достаточным коэффициентам теплообмена между теплообменниками и воздушным потоком для эффективной рекуперации тепла необходима достаточная аккумулирующая масса, которую нельзя сделать доступной только за счет необходимых компонентов электростатического осадителя. Поэтому в одном предпочтительном варианте осуществления элементы теплового резервуара могут иметь общую массу по меньшей мере вплоть до 50%, предпочтительно 100%, массы компонентов, технически необходимых для электростатического осадителя.
Таким образом, согласно изобретению по меньшей мере значительная часть, предпочтительно большая часть, теплоаккумулирующей способности фильтра в сборе, как правило, 5-100%, особенно предпочтительно 25-100%, должна быть сделана доступной за счет объединенного блока тепловой резервуар/фильтр. При необходимости дополнительная теплоаккумулирующая способность может быть сделана дополнительно доступной посредством дополнительных специализированных тепловых резервуаров, расположенных выше или ниже по потоку относительно фильтра в сборе; и аналогично также возможным является использование дополнительных фильтров, таких как, например, традиционные фильтры на основе плоских фильтров.
Дополнительная теплоаккумулирующая способность, встроенная в фильтр, может быть предусмотрена, например, посредством дополнительных теплоаккумулирующих элементов, расположенных между пластинами конденсаторов. В качестве альтернативы или в дополнение пластины конденсаторов, которые, разумеется, являются хорошими проводниками из-за их металлического характера, также могут быть выполнены особенно теплоаккумулирующим образом, однако при определенных обстоятельствах это может неблагоприятно влиять на перенос тепла осажденными частицами. Поэтому последняя мера является предпочтительно подходящей для положительно заряженных пластин конденсаторов, поскольку положительно заряженные частицы осаждаются на отрицательные пластины коллектора в ходе положительной предварительной ионизации частиц, которая является предпочтительной в случае разрядов Пенни.
В целом по меньшей мере один элемент теплового резервуара и электростатический осадитель предпочтительно чередуются друг с другом таким образом, что осевая протяженность электростатического осадителя, который чередуется с по меньшей мере одним элементом теплового резервуара, меньше суммы осевых протяженностей отдельного электростатического осадителя соответствующей мощности и осевых протяженностей одного или нескольких отдельных элементов теплового резервуара соответствующей мощности.
Это приводит к эффективной экономии общей длины с тем результатом, что узел фильтра согласно изобретению является особенно подходящим для децентрализованных систем вентиляции, установленных в сквозных отверстиях стен, имеющих малую толщину, даже если применение изобретения этим не ограничивается.
Электростатический осадитель, используемый для фильтра в сборе согласно изобретению, предпочтительно выполнен в виде двухступенчатого электростатического осадителя с ионизатором и коллектором и действует согласно принципу Пенни.
По меньшей мере один элемент теплового резервуара предпочтительно может быть выполнен в виде гребня, при этом отдельные зубцы по меньшей мере одного гребенчатого элемента предпочтительно выступают в промежуточные пространства между электродами коллектора электростатического осадителя, предпочтительно имеющими форму пластин. Таким образом, эффективно используется пространство между электродами коллектора и пластинами коллектора. В соответствии с диэлектрическими свойствами теплоаккумулирующих элементов свойства поля в отношении осаждения частиц в остающихся промежутках между пластинами коллектора улучшаются или по меньшей мере не ухудшаются. Гребенчатые элементы могут быть предусмотрены в частичных зонах совместных пластин, а также проходить пластинчатым образом по относительно большим площадям между пластинами коллектора, и это также является вопросом аэродинамической оптимизации.
По меньшей мере один элемент теплового резервуара предпочтительно изготовлен по существу из материала с высокой теплопроводностью и высокой теплоаккумулирующей способностью, предпочтительно не являющегося электропроводным, в частности из пластмассового материала или керамического материала.
В дополнение предполагается, что в пределах объема изобретения находится децентрализованная система вентиляции жилых помещений с вышеописанным фильтром в сборе.
Выше или ниже по потоку относительно фильтра в сборе предпочтительно находится по меньшей мере один электрический вентилятор, управляемый устройством управления и приводимый в действие реверсивным образом в нормальном режиме работы системы вентиляции жилых помещений с тем результатом, что, когда имеется разность температур внутри и снаружи, по меньшей мере один элемент теплового резервуара может выполнять рекуперацию тепла.
Электростатический осадитель предпочтительно выполнен с возможностью фильтрации главным образом воздуха, протекающего во внутреннее пространство в режиме работы при впуске воздуха, и электростатический осадитель, в частности ионизатор, предпочтительно снабжается напряжением только в режиме работы при впуске воздуха системы вентиляции жилых помещений и выключается в режиме работы при выпуске воздуха.
2
В результате может быть достигнута значительная экономия энергии, поскольку по сравнению с непрерывной работой электростатический осадитель нуждается в энергии только 50% времени работы, если предположить 50% долю подаваемого внешнего воздуха. Если децентрализованная система вентиляции жилых помещений не действует в особых ситуациях - например, если это не является необходимым из-за сигнала датчика загрязнителей или датчика СО по причине качества внутреннего воздуха, электростатический осадитель может выключаться автоматически.
На этом фоне возможное альтернативное базовое описание настоящего изобретения также состоит в создании системы вентиляции с по меньшей мере одним вентилятором с реверсивным действием и необязательным тепловым резервуаром с электростатическим осадителем, приводимым в действие с возможностью, достаточной для полного осаждения, только в одном направлении работы по меньшей мере одного вентилятора.
Более того, в одном варианте осуществления контроллер может иметь режим очистки, который приводится в действие периодически и/или может быть приведен в действие вручную и в котором, когда электростатический осадитель выключен, воздух выдувается наружу с максимальной мощностью, и тем самым в максимально возможной степени удаляются осажденные частицы пыли.
В качестве альтернативы или в дополнение может быть предусмотрен привод (например, вибратор или молоток), вызывающий или способствующий удалению осажденных частиц пыли.
В одном предпочтительном варианте осуществления рабочее напряжение электростатического фильтра, в том числе рабочее напряжение ионизатора и рабочее напряжение коллектора, может меняться в зависимости от различных параметров, при этом данные параметры могут быть выбраны из группы, состоящей из направления подачи воздуха, показателя пропускной способности воздуха, рабочего уровня, календарной даты и времени, внутренней температуры, внешней температуры, зависимых от места объемов тонкодисперсной пыли, передаваемых по сети, влажности воздуха, предварительно определенного преобладающего среднего размера частиц (режим сельской местности/городской режим), а также сигнала датчика частиц и/или сигнала датчика пыленепроницаемости. Это приводит к разнообразию возможностей индивидуальной адаптации к соответствующим условиям работы. Например, потребление мощности электростатическим фильтром может быть уменьшено или исключено, если датчик частиц указывает лишь небольшую наполненность внешнего воздуха частицами, или если это определено на основании погодных данных или по сети (например, Интернет). Т.н. датчик пыленепроницаемости предоставляет информацию об удельном сопротивлении частиц пыли, подлежащих удалению, и позволяет оптимизировать параметры работы электростатического осадителя. В дополнение, текущая влажность воздуха также может быть использована для управления коронным разрядом и предотвращения искрения между электродами коллектора в случае чрезвычайно высоких уровней влажности воздуха.
Согласно дополнительному аспекту изобретения с целью достижения вышеупомянутой цели предлагается вентиляционный блок, в частности вентиляционный блок децентрализованной системы вентиляции жилых помещений, который содержит воздуховод, сконструированный для установки во внешней стене здания по существу в горизонтальной протяженности, по меньшей мере одно реверсивное средство вентиляции, расположенное в воздуховоде, и по меньшей мере один элемент теплового резервуара, расположенный в воздуховоде. Этот вентиляционный блок отличается тем, что в воздуховоде также расположен по меньшей мере один электростатический осадитель, через который принудительно протекает воздушный поток, подлежащий очистке.
Данный вентиляционный блок, таким образом, отличается от известных вентиляционных блоков для децентрализованных систем вентиляции жилых помещений тем, что в воздуховоде расположен по меньшей мере один дополнительный электростатический осадитель. С целью размещения этих элементов по длине воздуховода, которая обычно ограничена толщиной конструкции стены, элементы, в частности элементы теплового резервуара и электростатические осадители, могут чередоваться друг с другом, как описано выше. Однако если доступна достаточная общая длина, эти элементы могут также быть расположены один за другим без чередования.
Изобретение будет более подробно описано ниже со ссылками на примерные варианты осуществления, проиллюстрированные в графических материалах, на которых:
на фиг. 1 представлен схематический вид в разрезе децентрализованного вентиляционного блока жилых помещений согласно изобретению;
на фиг. 2 представлен схематический вид в перспективе объединенного блока электростатического осадителя/теплового резервуара;
на фиг. 3 представлена покомпонентная иллюстрация согласно фиг. 2;
на фиг. 4 представлена дополнительная иллюстрация объединенного блока электростатического осадителя/теплового резервуара с иллюстрацией подробностей геометрии пропуска воздуха, и
на фиг. 5 представлена иллюстрация, аналогичная фиг. 4, с альтернативной геометрией пропуска воздуха.
На фиг. 1 представлен децентрализованный вентиляционный блок для жилых помещений согласно изобретению, в целом обозначенный ссылочной позицией 10, который соединяет внешнюю часть здания, расположенную справа на фиг. 1, через внешнюю панель 14 с внутренним помещением через внутреннюю панель 12 в воздуховоде 30, расположенном в сквозном отверстии стены. Воздушный поток генерируется принудительно посредством реверсивного осевого вентилятора 16 с тем результатом, что внешний воздух 28 необязательно может известным образом подаваться внутрь или внутренний воздух - наружу. Это происходит, как известно, соответственно поочередно, предпочтительно попеременно с по меньшей мере одним дополнительным вентиляционным блоком для жилых помещений (не проиллюстрирован) с обратным направлением подачи воздуха, при этом оба вентиляционных блока для жилых помещений соединены друг с другом по потоку через внутренние помещения. Соответствующие электронные блоки управления, обычно представляющие собой блоки, управляемые микропроцессором и имеющие соответствующие элементы ручного управления пользователем, не проиллюстрированы. Элемент 24 теплового резервуара обеспечивает регенерацию тепла так, что он изначально нагревается (в той мере, насколько снаружи холоднее, чем внутри) в результате сброса внутреннего воздуха, а аккумулированное тепло снова выводится во внутренний воздух, подаваемый снаружи.
В пределах объема настоящего изобретения данный элемент 24 теплового резервуара чередуется с электростатическим осадителем с образованием единого общего блока 18. Электростатический осадитель действует на нескольких ступенях согласно принципу Пенни и состоит из ионизатора 26, образованного проволочным фильтром, к которому приложено положительное высокое напряжение, и коллектора, подключенного ниже по потоку в направлении действия и состоящего по существу из пластин 24 конденсаторов, попеременно заряженных положительно и отрицательно под высоким напряжением. Соответствующие высоковольтные линии питания и блоки питания не проиллюстрированы. Кроме того, выше по потоку относительно электростатического осадителя расположены механические средства предварительной фильтрации, воплощенные посредством традиционного плоского фильтра 20.
В целях технического обслуживания или чистки соответствующие компоненты могут быть извлечены из отверстия в стене после извлечения внутренней или внешней панелей 12, 14, при этом высоковольтное питание предпочтительно подключается и отключается автоматически посредством контактных шин и штырей (не проиллюстрированы). Дополнительные детали, такие как линии питания напряжением, элементы дополнительных приспособлений и высоковольтные блоки питания, на фигурах по отдельности не проиллюстрированы.
Чередование электростатического осадителя и теплового резервуара более подробно проиллюстрировано на фиг. 2-5. Согласно фиг. 2 и 3 плоские электроды 22а, b, с и т.д. коллектора, к которым попеременно приложено соответствующее высокое напряжение, в примерном варианте осуществления расположены вертикально и проникают с постоянными интервалами между горизонтальными гребенчатыми элементами 24а, b, с теплового резервуара. Электроды 22а-с выполнены менее длинными, чем гребенчатые элементы 24а-с теплового резервуара, с тем результатом, что в задней зоне, обращенной в сторону от ионизатора 26, элементы теплового резервуара выступают над электродами коллектора. Однако в зависимости от требований в отношении разряда конденсата и аккумуляции частиц, также возможна геометрия, повернутая на 90° (вертикальные элементы теплового резервуара и горизонтальные электроды коллектора), или геометрия, повернутая на 45°, или на любой другой угол, или с полностью отличающимся распределением между лицевыми поверхностями электродов и теплового резервуара, в том числе выполнение теплового резервуара как образующего единое целое с электродами.
В целом в данном иллюстративном варианте осуществления получается конструкция в форме поперечной сетки (см. также фиг. 4), которая соответствующим образом сделана доступной в воздуховодах приблизительно квадратного сечения. Элементы теплового резервуара выполнены из по существу непроводящего пластмассового материала или керамического материала с высокой теплоемкостью. В альтернативном варианте осуществления согласно фиг. 5 общий блок 18', состоящий из элементов теплового резервуара и электростатического осадителя, имеет такую форму, что воздуховоды имеют форму крыши на ее обращенной вниз стороне (относительно положения установки), с тем результатом, что обеспечивается улучшенный разряд возможного возникающего конденсата.
В альтернативном варианте (не проиллюстрирован) элемент теплового резервуара и электростатический осадитель расположены линейно один за другим (и при необходимости отделены друг от друга другими элементами, такими как вентилятор) в воздуховоде, проходящем через проход в стене, но не чередуются друг с другом.