Воздушная завеса

Полезная модель относится к области локализующей вентиляции, в частности, к воздушным завесам.
Согласно ГОСТ 32512-2013 «Воздушные завесы. Общие технические условия» [1], завеса, как инженерное сооружение, предназначена для уменьшения перемещения воздуха через проем (наружного внутрь помещения и внутреннего наружу) шиберующим струйным воздействием, либо для осуществления интенсивного струйного перемешивания втекающего наружного воздуха с подаваемым подготовленным (например, нагретым) внутренним, либо для комбинированной защиты с «мягким» шиберованием. В целом, завеса снижает воздействие контакта наружной атмосферы с внутренним пространством здания.
Завеса, как машиностроительное изделие (конструкция, устройство), предназначена для подготовки воздушного потока и формирования струи с достаточной величиной потока импульса для шиберования или перемешивания. Струя может быть подогретой, ненагретой и охлажденной. В общем случае, завеса состоит из одного или группы вентиляторов в воздушном тракте корпуса, при необходимости, теплообменного аппарата (воздухоподогревателя или воздухоохладителя), полости всасывания, огражденной всасывающими окнами, и воздуховыпускного устройства (сопла), формирующего струю. Вентиляторы могут быть тангенциальные, радиальные и осевые с электроприводами, допускающими регулирование изменением частоты вращения (изменением расхода воздуха).
В широком понимании, завеса представляет собой элемент общей системы кондиционирования воздуха, включающий средства воздействия на воздушный поток, генерируемый в завесе:
- тепловое (нагревание, охлаждение);
- аэродинамическое - ускорение потока в сопле для формирования высокоимпульсной струи;
- расходно-регулировочное.
Известна и широко применяется конструкция завес с упомянутыми средствами воздействия на воздушный поток, подразумевающая расположение внутри корпуса вентиляторов с электроприводами, допускающими изменение частоты вращения, теплообменных аппаратов (с водяным или электрическим источником, а также без источников тепла или холода), полости всасывания, огражденной всасывающими окнами, и воздуховыпускного устройства (сопла), ускоряющего поток и формирующего струю, например, завесы от 200-й до 500-й серии по каталогу «Воздушно-тепловые завесы. Тепловентиляторы». Тепломаш. 2020 [2]. В этой конструкции окна всасывания и сопла располагаются на разных стенках корпуса, например, всасывание на передней стенке, сопло на нижней, или всасывание на верхней стенке, сопло на нижней.
В инженерном сооружении по защите проемов отапливаемого помещения в холодное время года такие завесы устанавливаются вблизи верхней или боковых кромок ворот и дверей. Всасывая теплый внутренний воздух и подогревая его, завесы выпускают струю со скоростью от 4 до 10 м/с. Струя либо противодействует втеканию наружного холодного воздуха (шиберующее воздействие), либо просто перемешивает втекающий холодный воздух, доводя его до требуемой температуры (смесительное действие). Часто бывает комбинированное воздействие, состоящее из «мягкого» шиберования и перемешивания [3].
В теплое время года эти же завесы (без источника тепла или с выключенным источником тепла, а также с источником холода) могут защищать помещение с охлаждаемым внутренним воздухом от его вытекания наружу и затекания внутрь теплого наружного воздуха.
Через входные двери общественных помещений проходит поток людей, с которыми в помещение могут попадать патогенные микроорганизмы и вирусы. Омывая проходящих через двери людей, поток воздуха частично сносит с их поверхности и уносит вместе с выдыхаемым воздухом патогенны. Часть смеси после воздействия струи завесы проходит из тамбура или вестибюля внутрь помещения. Остальные массы рециркулируют в тамбуре или вестибюле через завесу. Многократная рециркуляция масс значительно повышает степень заражения воздуха. Поэтому поток воздуха, проходящий через тамбур или вестибюль внутрь здания, будет иметь повышенную концентрацию патогенных микроорганизмов и вирусов.
Как следствие, в помещении накапливается зараженный воздух, что создает опасность для присутствующих и посещающих людей. Недостаток описанных завес состоит в том, что в арсенал их средств воздействия на воздушный поток не входит обеззараживание внутреннего воздуха непосредственно на входе в помещение.
Известны устройства, предназначенные для обеззараживания воздуха от патогенных микроорганизмов и вирусов. Такие устройства обычно включают корпус с входным и выходным окнами, фильтр, встроенный или выносной вентилятор, камеру обеззараживания с источником ультрафиолетового излучения (УФИ), например, патенты RU 194640, RU 2280473 и RU 2232604 [4-6]. В качестве УФИ используются ртутные лампы низкого давления, амальгамные лампы и светодиоды. Длина волны излучения преимущественно близка к величине 254 нм, губительной для подавляющего большинства микроорганизмов и вирусов. Камера обеззараживания тщательно экранируется для предотвращения выхода лучей наружу и облучения людей. Вентилятор обеспечивает проток воздуха через камеру обеззараживания около источника УФИ. Воздух помещения рециркулирует через установку и очищается от патогенов и вирусов.
Недостаток таких устройств состоит в том, что расход воздуха и скорость движения в них относительно малы, поскольку допустимые скорости движения воздуха в помещениях в присутствии людей, находящихся на рабочих местах или в ожидании (например, приема врача или мастера), не должны превышать 0,2 м/с, согласно [7].
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является упомянутая выше конструкция завесы [2]. Даже «мягкое» шиберующее воздействие совместно с интенсивным струйным перемешиванием подтекающих воздушных масс требуют аэродинамического воздействия в части ускорения потока и формирования струи с достаточным потоком импульса (т.е. расходом и скоростью). Поскольку завесы устанавливаются непосредственно около проемов, т.е. в тамбурах или в вестибюлях, то ограничения активности движений воздушных масс отсутствуют. Большие расходы воздуха и относительно высокие скорости создают глобальную циркуляцию в пространстве тамбура или вестибюля. За исключением воздуха, проходящего после перемешивания сквозь проемы в здание, остальные массы рециркулируют через завесу.
Недостатком вышеприведенных устройств является отсутствие в их арсенале возможности обеспечения воздействия, позволяющего обеззараживать рециркулирующий через них воздух от патогенных микроорганизмов и вирусов.
Технической проблемой является необходимость разработки высокоэффективной воздушной завесы, лишенной вышеприведенного недостатка.
Технический результат состоит в обеспечении возможности эффективного обеззараживания воздуха.
Технический результат достигается тем, что в воздушной завесе, включающей корпус, в воздушном тракте которого расположены окно всасывания, вентилятор, воздуховыпускное сопло, а также средства воздействия на воздушный поток, согласно полезной модели, средства воздействия на воздушный поток содержат источник ультрафиолетового излучения.
Наличие в воздушном тракте завесы источника УФИ в диапазоне длин волн, губительных для подавляющего большинства патогенных микроорганизмов и вирусов, полностью решает поставленную техническую проблему (при условии обоснованного выбора бактерицидной мощности источника УФИ, соответствующей расходу воздуха завесы).
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез завесы, на фиг.2 показан поперечный разрез завесы.
В корпусе 1 завесы 2, имеющей окна всасывания 3 на верхней стенке корпуса, размещены последовательно полость всасывания 4, теплообменный аппарат 5 (при необходимости), вентилятор 6, например, тангенциального типа, с воздуховыпускным соплом 7. В воздушном тракте 8 корпуса 1 установлен источник УФИ 9 (предпочтительно источник УФИ в диапазоне длин волн 200-360 нм), например, амальгамная лампа, закрепленная в контактных стаканах 10. Вентилятор 6 имеет электропривод 11, например, допускающий изменение частоты вращения. Источник УФИ 9 защищен отражающими излучение экранами 12 так, чтобы поток излучения падал на внутренние стенки воздушного тракта 8, не выходя через окна всасывания 3 наружу. Экраны 12 выполнены, например, в виде решетки угловых профилей, не пропускающих излучение наружу через окна всасывания 3 и воздуховыпускное сопло 7. Выше описан предпочтительный вариант реализации заявляемой полезной модели, что не исключает возможные альтернативные варианты, например, расположение источника УФИ 9 в другом месте воздушного тракта 8 (например, после теплообменного аппарата). Также в предпочтительном варианте стенки воздушного тракта вокруг источника ультрафиолетового излучения выполнены из материала, отражающего излучение в рабочем диапазоне длин волн (например, алюминиевая фольга).
Заявляемое техническое решение работает следующим образом.
Воздух всасывается из помещения вентилятором 6 через окна всасывания 3 в полость всасывания 2. Пройдя сквозь решетку экранов 12 воздушного такта 8, воздух подвергается воздействию УФИ от источника 9 и отраженных экранами лучей. Обеззараженный воздух проходит далее через теплообменный аппарат 5 (если он имеется), который в холодное время года нагревает поток, а в теплое время отключен от сети или подключен к источнику холода. Далее воздух нагнетается вентилятором 6 через сборную камеру в воздуховыпускное сопло 7, где осуществляется аэродинамическое воздействие ускорения потока.
Сформированная соплом 7 струя вытекает в помещение вблизи проема и оказывает шиберующее и/или смесительное воздействие на контактирующие со струей воздушные массы. Омывая проходящих через двери людей, поток воздуха частично сносит с их поверхности и уносит вместе с выдыхаемым воздухом патогенные микроорганизмы и вирусы. Часть смеси после воздействия струи завесы проходит из тамбура или вестибюля внутрь помещения. Остальные массы рециркулируют в тамбуре или вестибюле через завесу. Многократное воздействие УФИ на рециркулирующие массы значительно повышает степень обеззараживания. Поэтому поток воздуха, проходящий через тамбур или вестибюль внутрь здания, очищен от патогенных микроорганизмов и вирусов.
Источники информации
1. ГОСТ 32512-2013 «Воздушные завесы. Общие технические условия».
2. Воздушно-тепловые завесы. Тепловентиляторы». Каталог Тепломаш.2020. URL: https://teplomash.ru/teplovye-zavesy, дата обращения - 18.08.2020.
3. Ю.Н. Марр. «Экономичная и комфортная защита входных дверей общественных зданий завесами с «мягким» шиберованием» // Инженерные системы. АВОК-Северо-Запад. №2. 2016.
4. Устройство для обеззараживания воздуха в помещении: патент RU 194640 на полезную модель, Российская Федерация, заявка RU 2019132694, заявл. 15.10.2019, опубл. 18.12.2019
5. Способ и устройство для очистки воздуха: патент RU2280473 на изобретение, Российская Федерация, заявка RU 2003103846, заявл. 11.07.2001, опубл. 27.07.2006
6. Способ обеззараживания воздуха помещений и устройство для его осуществления: патент RU 2232604 на изобретение, Российская Федерация, заявка RU 2002108662, заявл. 27.03.2002, опубл. 20.07.2002
7. СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».