СПОСОБ ОЧИСТКИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА В ЗАМКНУТЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO TREAT AND CONDITION AIR IN CLOSED ROOMS AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Настоящее изобретение относится к методам и средствам для вентиляции и кондиционирования атмосферного воздуха в состоянии, максимально пригодном, в санитарном отношении, для дыхания людей, и точнее - к способу очистки и кондиционирования атмосферного воздуха в замкнутых помещениях и к устройству для его осуществления. Помещениями могут быть: купе, каюты, отдельные комнаты, квартиры, офисы, залы, станции метро, цеха.
Как известно, санитарно-гигиенические нормы наряду с другими характеристиками воздуха регламентируют его температуру, влажность, процентное содержание кислорода, содержание аэроионов, а также содержание пыли, токсичных газов и паров веществ в воздухе, которым дышат люди в производственных и бытовых помещениях.
В настоящее время известны различные способы и устройства, предназначенные для очистки и кондиционирования воздуха в замкнутых помещениях, предназначенные обеспечить его соответствие принятым санитарно-гигиеническим нормам.
Один из них (SU 635352 А, 24.11.1975) предусматривает использование распылительного устройства. Распылительное устройство может быть установлено таким образом, чтобы впрыскивать воду внутрь трубопровода или воздушного канала. Основные принципы работы распылительного устройства заключаются в том, что фильтр захватывает загрязнения, которые находятся в воздухе, при помощи мелкодисперсных частиц жидкости и одновременно позволяет регулировать влажность.
Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является ограниченная область его применения, высокая энергоемкость и низкая эффективность очистки воздуха.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному изобретению является способ очистки и кондиционирования воздуха в помещениях, заключающийся в том, что из помещения отводят загрязненный воздух и направляют его в камеру увлажнения, где из него удаляют загрязнения путем обработки воздуха распыленной водой, после чего промытый воздух возвращают в помещение.
RU 2377052 С1, 27.12.2009.
Недостатками известного способа и устройства для его осуществления являются ограниченная область его применения - для закрытых помещений, занимающих большие площади. Другими недостатками способа и устройства являются большие габариты устройства, и при использовании в небольших помещениях устройство имеет невысокую степень очистки воздуха.
И наиболее близким устройством по своей технической сущности к заявленному изобретению является устройство для очистки и кондиционирования в замкнутых помещениях, содержащее корпус с окнами и воздуховодами для подачи воздуха в помещение через них, вентилятор для нагнетания воздуха, ультразвуковой увлажнитель с емкостью для хранения и кондиционирования запаса воды.
RU 2223203 С1, 10,02,2004.
Недостатками данного устройства являются то, что в основном оно рассчитано на вентиляцию, нагрев или охлаждение воздуха и в результате чего оно не экономично для очистки и кондиционирования атмосферного воздуха.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать более совершенный и экономичный способ и устройство для очистки и кондиционирования атмосферного воздуха, который соответствовал бы требованиям санитарно-гигиенических норм для дыхания людей и подавался в количестве, требуемом для поддержания этого соответствия в воздухе помещения.
Для разработки способа очистки воздуха в замкнутом помещении, проанализируем, как происходит процесс очистки атмосферного воздуха в природе.
Во-первых, в природе, постоянно идет процесс осаждения пыли из воздуха. В безветренную погоду, в воздухе, частицы пыли с размерами более 10 мкм отсутствуют.
Во-вторых, в природе постоянно происходят циклические изменения температуры и относительной влажности воздуха. Эти изменения имеют суточный период, сезонный период, годовой период и т.д.
Пусть сезон, - лето. Применительно к рассматриваемому вопросу необходимо и достаточно подробно описать суточный цикл изменения температуры и относительной влажности воздуха. Имеет значение и место, в котором все это происходит. Пусть это происходит вблизи водоема (реки, озера, моря), - неограниченного источника влаги.
С утра, с восходом Солнца, температура воздуха растет, а относительная влажность падает. Дневная температура воздуха достигает своего максимума к 14 часам и остается примерно постоянной, как правило, до ~16 часов. Все время, пока температура воздуха растет, растет и абсолютное содержание влаги в воздухе за счет испарения влаги из водоемов и из почвы. Абсолютное содержание влаги в воздухе растет до тех пор, пока относительная влажность воздуха не достигнет 100%. После этого, если температура растет, относительная влажность стремится к 100%. Если температура начинает падать, - выпадает роса. Минимум температуры воздуха, в течение суток, обычно наступает в 4-6 часов утра, когда остывает почва до своей естественной температуры. Если к моменту начала понижения температуры относительная влажность была близка к 100%, то до 4-6 часов утра непрерывно из воздуха выпадает роса и происходит процесс мойки воздуха, поскольку частицы пыли в воздухе являются центрами конденсации воды. Чем выше абсолютное содержание влаги в воздухе, тем более очищается воздух от пыли. Так происходит естественный процесс очистки воздуха от пыли и газов (не естественных компонентов воздуха).
Как правило, к 4-6 часам утра имеется очищенный (отмытый) от пыли и других газов воздух со 100% относительной влажностью и высоким содержанием кислорода. В зависимости от того, с какой скоростью растет утренняя температура и идет процесс испарения росы (как компенсатора относительной влажности), ощущение необыкновенной свежести воздуха длится не более 1-2 часов. Особенно долго это ощущение длится, если наблюдение производится посреди водоема (на реке, озере, море, например на рыбалке).
Очень важным параметром в ощущении комфортности является минимальная температура, при которой выпала роса, - точка росы, поскольку показывает реальное содержание воды в воздухе ("Relative Humidity…Relative to What? The Dew Point Temperature…a better approach". Steve Horstmeyer, Meteorologist, WKRC TV, Cincinnati, Ohio, USA., http://www.shorstmeyer.com/wxfaqs/humidity/humidity.html). [1], которое остается постоянным при всех температурах воздуха выше точки росы. Если взять санитарные нормы (СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений». ССБТ ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»). [2, 3], то оптимальные величины показателей микроклимата применительно к помещениям изменяются в пределах:
- по температуре от 18°C до 26°C, а с учетом информации представленной в [1], до 32°C,
- по относительной влажности от 40% до 60%, а с учетом информации представленной в [1], от 30%.
Если посмотреть зависимости относительной и абсолютной влажности от температуры (см. фиг.1), то кривая с точкой росы 10°C по существу является диагональю выше означенного диапазона по температуре и относительной влажности. Как показано в [1] воздух с точкой росы между 16°C и 18°C воспринимается как комфортный для большинства, но чрезмерно влажный, а воздух с точкой росы менее 10°C ощущается как «немного сухой для некоторых».
3
3
Таким образом, комфортной, по абсолютному содержанию воды в воздухе является точка росы в диапазоне от 10°C до 16°C (диапазон комфортных минимальных температур ночи), а абсолютное содержание воды в воздухе при этом будет изменяться от 10 г/м до 16 г/м. Все вышесказанное позволяет сформировать требования к устройству, позволяющему реализовать природный способ очистки воздуха.
Устройство должно увлажнять воздух до точки росы от 10°C до 16°C с одновременной его мойкой, затем повышать температуру до заданного значения, в пределах от 18°C до 26°C и при необходимости, обогащать его кислородом. При этом устройство должно в оперативном режиме контролировать температуру, относительную важность и содержание кислорода в воздухе на входе в устройство и поддерживать заданные значения параметров воздуха на выходе из него.
Воспроизвести природный процесс очистки воздуха при выпадении росы можно с помощью ультразвукового метода увлажнения, распространенного и широко используемого в настоящее время.
Ультразвуковой метод увлажнения обычно используется для прямого увлажнения воздуха с помощью высокодисперсного аэрозоля - "холодного пара". Из 1 мл. воды, получается аэрозоль, содержащий до 15 миллиардов водяных частиц, (водяной туман) размером менее 5 мкм, с суммарной поверхностью около 12000 кв.см. (1,2 кв.м). За счет контакта воздуха с большой поверхностью воды (водяным туманом) большинство механических, биологических и химических примесей, содержащихся в воздухе, намокает, коагулирует (укрупняется), растворяется во влаге и осаждается из воздуха, как и в ситуации с выпадением росы ночью.
Для того, чтобы нормировать увлажнение его необходимо производить в ограниченном объеме, - камере увлажнения, при известном расходе воздуха. Объем камеры увлажнения должен быть минимальным исходя, прежде всего, из компоновочных решений, - размещения основных элементов устройства для увлажнения воздуха и конструктивных элементов для сорбции загрязнений из воздуха.
Если в камере увлажнения, куда подается водный аэрозоль и воздух, внизу имеется большая площадь сорбирующей поверхности (влажные диски), например, как в классическом (традиционном) увлажнителе, то практически все примеси содержавшиеся в воздухе будут осаждаться на этой поверхности, омочатся (прилипнут на поверхности дисков) и утонут в воде, в поддоне.
Получить мытый воздух, с относительной влажностью около 100%, заданной температуры и точки росы, можно с помощью нагрева/охлаждения до требуемой температуры воды, распыляемой в устройстве через модули УУВ и такой же воды, размещаемой в поддоне.
В условиях крупных городов, низкого содержания кислорода в воздухе, в воздух необходимо добавлять кислород из концентраторов кислорода. Кислород из концентратора необходимо будет подавать (вдувать) на вход устройства. Необходимо осуществлять контроль процентного содержания кислорода в воздухе и если концентрация кислорода на входе в устройство будет превышать допустимую (например, 23%), то подачу кислорода из концентратора необходимо прекратить. Чтобы координировать работу всех частей такого устройства необходимо поставить микропроцессорную систему управления.
Технический результат предложенного способа и устройства состоит в создании максимально комфортных условий в замкнутых помещениях.
Поставленная задача решается и технический результат достигается за счет того, что способ очистки и кондиционирования воздуха в замкнутых помещениях, воспроизводящий природный процесс очистки воздуха при выпадении росы, заключается в том, что из помещения отводят загрязненный воздух и направляют его в камеру увлажнения, где из него удаляют загрязнения путем обработки воздуха распыленной водой, после чего промытый воздух возвращают в помещение, при этом новым является то, что в камеру увлажнения распыленную воду подают в виде высокодисперсного водяного аэрозоля заданной температуры в количестве необходимом для выпадения из воздуха росы, при этом полученную смесь направляют на сорбирующую поверхность.
А также тем, что воздух на выходе из устройства получают с заданной точкой росы.
А также тем, что воздух на выходе из устройства получают с заданной температурой.
А также тем, что воздух на выходе из устройства получают с заданным процентным содержанием кислорода.
А также тем, что сорбирующая поверхность выполнена в виде, по меньшей мере, одного пористого диска и/или поддона с водой.
Поставленная задача решается и технический результат достигается за счет того, что устройство для очистки и кондиционирования воздуха в замкнутых помещениях содержит корпус с окнами и воздуховодами для подачи воздуха в помещение через них, вентилятор для нагнетания воздуха, ультразвуковой увлажнитель с емкостью для хранения и кондиционирования запаса воды, при этом новым является то, что, оно снабжено кондиционером для термической обработки воды, камерой увлажнения воздуха, сорбирующими увлажненными дисками с приводом вращения и установочным ложементом, поддоном с водой и теплообменником для кондиционирования воды, с клапаном и насосом, при этом ультразвуковые увлажнители выполнены с эжекторами, выходящими в камеру увлажнения воздуха.
А также тем, что кондиционер для кондиционирования воды размещен в отдельном блоке вне помещения и при помощи подающих и отводящих антифриз трубопроводов связан с теплообменниками в устройстве.
А также тем, что для контроля и оперативного управления процессом очистки и кондиционирования на входе в устройство установлены датчик температуры воздуха и датчик относительной влажности воздуха.
А также тем, что для контроля и оперативного управления процессом очистки и кондиционирования на выходе из устройства установлены датчик температуры воздуха и датчик относительной влажности воздуха.
А также тем, что для управления режимами работы применен микропроцессор с пультом управления и отображения оперативно связанный с вентилятором, датчиками, теплообменниками кондиционера, приводами клапанов и насосами.
А также тем, что под поддоном установлен накопительный бак для грязной воды с датчиком наполнения, оперативно связанным с микропроцессором, пультом управления и отображения.
А также тем, что из поддона грязная вода удаляется в бытовую канализацию насосом устройства по сигналу датчика наполнения поддона, оперативно связанного с микропроцессором.
А также тем, что во внешнем блоке также смонтирован блок мембранных фильтров для получения воздуха, обогащенного кислородом и насос подачи этого воздуха в камеру увлажнения устройства.
А также тем, что на входе в устройство установлен датчик концентрации кислорода в воздухе помещения, который оперативно связан с микропроцессором, пультом управления и отображения.
А также тем, что в обслуживаемом помещении, на высоте человеческого роста установлены дополнительные блоки датчиков для измерения параметров воздуха, оперативно связанные с микропроцессором устройства.
Существо настоящего изобретения и его преимущества станут более понятными из нижеследующего описания примеров его реализации с ссылкой на чертежи, на которых:
фиг.1 показывает зависимости относительной влажности воздуха от температуры воздуха для различных точек росы;
фиг.2 и 3 схему устройства для очистки и кондиционирования воздуха в замкнутом помещении в соответствии с изобретением;
Как показано на фиг.2, забор из помещения и нагнетание воздуха в устройство осуществляется помощью вентилятора 1, устанавливаемого в корпусе устройства 2, при этом, на входе в устройство, при помощи соответствующих датчиков, оперативно связанных с микропроцессором управления, определяется температура, относительная влажность нагнетаемого воздуха. Если устройство содержит в себе концентратор кислорода, то на входе в устройство, с помощью датчика содержания кислорода, определяется и процентное содержание кислорода в воздухе.
В верхней части корпуса 2 устройства размещаются бак 3 с теплообменником 4 для хранения и кондиционирования запаса чистой воды. Водопроводная вода, используемая в устройстве, предварительно фильтруется: от механической пыли, от минеральных солей, от токсичных газов и веществ.
Ниже бака 3 в промежутке между воздуховодами подачи воздуха 5 в помещение размещаются модули УУВ 6 (см. фиг.3). Модули УУВ 6 размещаются таким образом, чтобы их эжекторы выходили в камеру увлажнения 7, где происходит процесс увлажнения и очистки воздуха.
Вода для увлажнения (для распыления с помощью УУВ 6, и в поддоне для увлажнения дисков) охлаждается/нагревается до заданной температуры с помощью жидкости (антифриза), подаваемой из наружного блока 8. В наружном блоке 8, устанавливаемом вне помещения (на улице, на внешней стене), размещается кондиционер 9 для термической подготовки жидкости, подаваемой на теплообменники 4 и 16. Значение задаваемой для воды температуры вычисляется микропроцессором по результатам анализа температуры и относительной влажности воздуха, выходящего из устройства.
В наружном блоке также размещаются блоки молекулярных мембран 10 с вакуумным насосом и вентилятором для подачи воздуха, обогащенного кислородом, в устройство очистки и увлажнения, если такая опция в устройстве предусмотрена. Как показано на фиг.2, воздух с повышенным содержанием кислорода из внешнего блока нагнетается в устройство на вход камеры увлажнения, где он перемешивается и увлажняется с основной массой обрабатываемого воздуха. Подача такого воздуха контролируется датчиком концентрации кислорода на выходе воздуха из устройства по наперед заданному значению.
Далее, по ходу движения воздуха, размещаются пакеты увлажняющих дисков 11 установленные на общей оси 12, на ложементе 13. Пакеты увлажняющих дисков 11 имеют большую поверхность влагообмена и постоянно находятся в смоченном состоянии, поэтому механические, биологические и химические примеси, содержащиеся в воздухе, смачиваются, теряют статический заряд, коагулируют, растворяются и осаждаются из воздуха на поверхность дисков 11. Пакеты дисков 11 вращаются посредством привода 14 и за счет вращения постоянно смачиваются в воде, налитой в поддон 15. Вода в поддоне 15, с помощью теплообменника 16, постоянно кондиционируется до заданной температуры. При смачивании дисков 11 в воде поддона, происходит смывание грязи с их поверхности. Грязь, смытая с дисков 11, естественно осаждается на дно поддона и периодически, вместе водой через клапан 17 насосом 18 удаляется в бытовую канализацию или, в зависимости от комплектации, в емкость для хранения отходов 19 с датчиком наполнения. Очищенный воздух проходит через окна 20, размещенные в плоскости перпендикулярной к плоскости вращения дисков 11 и по четырем воздуховодам 5 подается в помещение. В зависимости от того, какие крышки 21 сняты с окон 22, через эти окна воздух и будет поступать в помещение. При прохождении воздуха по воздуховодам 5 происходит измерение, соответствующими датчиками, его температуры и относительной влажности. По результатам этих измерений вычисляется точка росы в выходящем из устройства воздухе. Если в выходящем из устройства воздухе превышается заданная точка росы, то пропорционально понижается температура расходуемой воды из УУВ и в поддоне. Для более точного контроля и поддержания параметров атмосферы во всем объеме обслуживаемого помещения, например, больничной палаты, используются выносные блоки датчиков измерения параметров воздуха оперативно связанные с микропроцессором управления устройством.