Дефлектор статодинамический с погодозависимым регулированием

Полезная модель относится к области инженерного оборудования зданий и предназначена для использования в системах вентиляции жилых многоквартирных домов.
Известно техническое решение [2] дефлектора, включающее диффузор; цилиндрический патрубок; зонт-колпак, прикрепленный к диффузору совместно с цилиндрическим патрубком, при этом внешняя поверхность цилиндрического патрубка представлена двумя усеченными конусами, состыкованными друг с другом большими основаниями с образованием угла 120°. К недостаткам конструкции следует отнести то, что она не содержит вентилятор, датчик давления и датчик температуры, что не позволяет поддерживать постоянную тягу в вентиляционной системе: в теплый период года при равных температурах воздуха снаружи и внутри здания, если в этот момент нет ветра, тяга отсутствует.
Известно устройство автоматизированной вентиляции зданий [3], включающее вентилятор, датчик контроля вращения лопастей вентилятора, блок управления. В указанном устройстве отсутствуют датчики температуры и давления, а двигатель не содержит электронной системы коммутации. Наличие датчика вращения лопастей вентилятора обеспечивает только факт их вращения, но не контроль фактического разрежения воздуха в шахте. Отсутствие вентилятора с электронно-коммутируемым двигателем не позволяет системе обеспечивать эффективную и стабильную тягу воздуха в системе вентиляции.
Известно устройство [4], включающее пропеллерный вентилятор с трехфазным реверсивным двигателем, частотно-регулируемый привод, датчик температуры наружного воздуха, датчик температуры внутреннего воздуха. Устройство предназначено для работы в качестве вытяжного вентилятора в теплый период года и для работы в качестве приточного вентилятора в холодный период. Таким образом, устройство работает в реверсивном режиме (направление воздуха меняется в зависимости от времени года). Данная конструкция не может обеспечить постоянное разряжение в вытяжной шахте в периоды, когда естественной тяги недостаточно.
В качестве ближайшего аналога для заявляемого устройства выбран «Дефлектор статодинамический» [5], включающий корпус, вентилятор с осевым вращением лопастей, датчик давления с аналоговым выходом для соединения с блоком управления, двигатель с электронной коммутацией, позволяющий изменять скорость вращения лопастей вентилятора в непрерывном рабочем режиме. Конструкция ближайшего аналога не предусматривает датчика температуры, а регулирование скорости вращения осуществляется только по показаниям датчика давления. Основным недостатком аналога является отсутствие погодозависимого регулирования, что приводит к нестабильности работы устройства в целом.
Согласно действующей нормативной документации [1], расчет естественной тяги производится при температуре наружного воздуха +5°С. При более высокой температуре наружного воздуха тяга становится слабее, и в этих случаях рекомендуется применять гибридные системы вентиляции, оборудование которых создает дополнительную тягу.
Предлагаемое устройство относится к оборудованию, применяемому в системах гибридной вытяжной вентиляции для создания механического побуждения воздухообмена при температуре наружного воздуха выше +5°С.
Техническая задача, решаемая данным устройством, состоит в поддержании постоянного разрежения в вытяжной вентиляционной шахте в климатические периоды, когда естественной тяги недостаточно.
Технический результат достигается за счет конструкции дефлектора, включающей корпус, оголовок цилиндрической формы, осевой вентилятор с электронно-коммутируемым двигателем с возможностью изменения скорости вращения лопастей вентилятора в непрерывном рабочем режиме, блок управления, датчик перепада давления, причем одним патрубком датчик соединен с внутренним пространством корпуса, а второй выведен в атмосферу, датчик температуры наружного воздуха, посредством кабеля соединенный с блоком управления. Поддержание постоянного разрежения воздуха в системе вентиляции обеспечивается изменением скорости вращения лопастей вентилятора, которая, в свою очередь, зависит от двух основных параметров: температуры наружного воздуха и величины суммарного давления, создаваемого вентилятором и ветром и фиксируемого датчиком перепада давления. Если вышеуказанное суммарное давление превышает значение установленного параметра, происходит корректировка скорости вращения лопастей вентилятора. На разрежение воздуха в вентиляционной шахте также влияет положение (открытие или закрытие) приточных устройств внутри здания. При закрытых устройствах разрежение в шахте возрастает. Погодозависимое регулирование скорости вращения лопастей вентилятора осуществляется с учетом двух основных показателей: температуры наружного воздуха и фактического давления (разрежения) в вытяжном канале.
Конструкция дефлектора статодинамического с погодозависимым регулированием представлена на чертеже (фиг. 1):
1 - корпус;
2 - вытяжной вентиляционный канал;
3 - оголовок дефлектора цилиндрической формы;
4 - осевой вентилятор с электронно-коммутируемым двигателем;
5 - датчик перепада давления;
6 - первый патрубок датчика перепада давления;
7 - второй патрубок датчика перепада давления;
8 - датчик температуры наружного воздуха;
9 - соединительный кабель вентилятора с электронно-коммутируемым двигателем;
10 - соединительный кабель блока управления и датчика температуры;
11 - соединительный кабель блока управления и датчика перепада давления;
12 - блок управления.
Устройство состоит из корпуса 1, который присоединен нижней частью к вытяжному вентиляционному каналу 2, выходящему из обслуживаемого здания. В верхней части устройства установлен оголовок дефлектора цилиндрической формы 3. Внутри корпуса 1 располагается осевой вентилятор 4 с электронно-коммутируемым двигателем, обеспечивающим плавное изменение скорости вращения его лопастей. В состав устройства входит блок управления 12, с которым указанный вентилятор 4 соединен с посредством кабеля 9. Устройство имеет аналоговый датчик перепада давления 5, имеющий два патрубка, один из которых 6 соединен с внутренним пространством корпуса 1, а второй 7 выведен в атмосферу. Посредством соединительного кабеля 11 блок управления 12 связан с датчиком перепада давления 5. Конструкция также снабжена датчиком температуры наружного воздуха 8, который связан кабелем 10 с блоком управления 12.
Работа устройства заключается в подборе скорости вращения осевого вентилятора с электронно-коммутируемым двигателем 4 на основе анализа показаний измерений двух датчиков: датчика перепада давления 5 и датчика температуры наружного воздуха 8. Блок управления 12 считывает показания датчика температуры 8 посредством кабеля 10. В зависимости от показаний датчика температуры 8 задается скорость вращения лопастей осевого вентилятора 4: при минимальной температуре лопасти вентилятора вращаются с минимальной частотой, а при максимальной температуре наружного воздуха лопасти вентилятора получают максимальную частоту вращения. Различная частота вращения осевого вентилятора применяется из-за того, что при различной температуре наружного воздуха возникает различная естественная тяга в вентиляционном вытяжном канале 2, соответственно необходимая дополнительная тяга, создаваемая осевым вентилятором 4 с электронно-коммутируемым двигателем, так же различна. Максимальная и минимальная частота вращения лопастей осевого вентилятора 4 зависит от показаний наружного датчика температуры 8 и задается программой блока управления 12. Электрическое питание и управление частотой вращения лопастей осевого вентилятора 4 осуществляется блоком управления 12 через кабель 9. При работе устройства блок управления 12 считывает при помощи кабеля 11 также показания датчика перепада давления 5. Датчик перепада давления 5 измеряет перепад давления между пространством внутри воздуховода и наружным воздухом посредством патрубков 6 и 7.
Устройство работает следующим образом. Воздух во время работы осевого вентилятора 4 движется снизу вверх - из вытяжного вентиляционного канала 2 к оголовку дефлектора цилиндрической формы 3. Под воздействием ветра, внутри корпуса 1 возникает разрежение из-за цилиндрической конструкции оголовка дефлектора 3. Давление, измеряемое датчиком перепада давления 5 посредством патрубка 6, складывается из следующих составляющих: разрежение, создаваемое за счет воздействия ветра и разрежение, создаваемое при работе вентилятора 4. Результирующее разрежение (отрицательное давление) является суммой разрежений, возникающих при воздействии ветра и работе осевого вентилятора 4. Превышение давления (разрежения) внутри воздуховода выше проектного значения возможно в следующих случаях: относительно высокая скорость ветра или перекрытие устройств внутри здания, обеспечивающих приток воздуха в помещения. Проектное давление определяется на стадии проектирования и задается на блоке управления в процессе программирования.
Для стабильной работы вытяжной системы результирующее давление внутри корпуса устройства 1 не должно быть больше или меньше проектного. Величина проектного давления определяется при температуре наружного воздуха в теплый период года, то есть в период, когда естественная тяга отсутствует. Блок управления 12 определяет скорость вращения вентилятора 4 в зависимости от температуры наружного воздуха, измеряемой датчиком 8.
Блок управления 12 при превышении показателей проектного давления, вносит коррективы в работу двигателя, замедляя скорость вращения лопастей осевого вентилятора 4. Таким образом, на скорость вращения осевого вентилятора с электронно-коммутируемым двигателем влияют две величины: температура наружного воздуха и результирующее давление (разрежение) внутри воздуховода. Вентилятор плавно изменяет скорость вращения в зависимости от температуры наружного воздуха, а датчик давления выполняет ограничивающую функцию, заключающуюся в замедлении скорости вращения вентилятора при превышении давления (разрежения) выше проектного значения. Таким образом, дефлектор статодинамический с погодозависимым регулированием стабильно поддерживает отрицательное давление независимо от внешних погодных условий.
Источники информации:
1. СП 60.13330.2020. Свод правил. Отопление. Вентиляция и кондиционирование воздуха. [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/456054205, свободный.
2. Патент на полезную модель РФ №198629, опубл. 21.07.2020, МПК F24F7/00.
3. Патент на изобретение, Франция FR 2892499, опубл. 27.04.2007, МПК F23L 17/17, F24F 11/00, F24F 7/06.
4. Патент на изобретение, США US 6,241,604, опубл. 06.12.1998, МПК F24F 7/00.
5. Патент на полезную модель РФ №160749, опубл. 27.03.2016, МПК F24F 7/00.