Приточно-очистительная вентиляционная установка

2
Полезная модель относится к компактным установкам для вентиляции помещений различного типа, не оборудованных системами приточной вентиляции, в частности может быть использована для установки в жилых помещениях, домах и офисах, учебных классах и других помещениях площадью до 80м.
Приточные вентиляционные установки широко используются для принудительного нагнетания потока свежего воздуха с улицы в помещения.
Так, например, известна приточная камера Е. В. Стефанов «Вентиляция и кондиционирование воздуха» «АВОК-Северо-Запад», Санкт-Петербург, 2005, с.101], содержащая приемный клапан, воздушный фильтр и подогреватель воздуха, в качестве которого используют калорифер, установленный  на входе наружного воздуха,  после прохождения которой воздух поступает на дальнейшую обработку.
Такая приточная камера не имеет средств защиты калорифера от угрозы замерзания при отрицательных температурах наружного воздуха. При замерзании приточной камеры ее работа полностью прекращается. Кроме того, основное назначение приточной вентиляции - обеспечение доступа в помещение кислорода воздуха. Применение калориферов уменьшает количество кислорода, т.е. использование калориферов в качестве нагревательного элемента приточной вентиляционной установки не способствует созданию здорового микроклимата в помещении. Кроме того, у такой вентиляции есть ряд ограничений по монтажу, связанных с  запретом ставить такую систему в домах и квартирах, где существуют источники взрывоопасного газа.
Известна приточно-вытяжная установка [Патент RU № 88110, 2009],  которая содержит внешнюю решетку, вентиляционный канал и вентиляторный блок. Приточно-вытяжная установка устанавливается в отверстие стены помещения, вентиляционный канал соединяет помещение с наружной средой, внешняя решетка выходит к наружной среде, в вентиляционном канале установлены рекуператор, фильтра и вентиляторный блок. Вентиляторный блок содержит электрический осевой реверсивный вентилятор и жалюзи с электроприводом. Управление режимами работы установки осуществляется за счет блока управления, который расположен отдельно от приточно-вытяжной установки и  подключен к электросети.
К недостаткам известной установки следует отнести  расположение непосредственно в вентиляционном канале вентиляторного блока, что приводит к трудоемкому обслуживанию установки во время ремонтных либо профилактических работ, а также связана с необходимостью использования объемной системы теплоизоляции вентиляционного канала  для поддержания нормального режима работы в холодное время года.
Известна приточно-вытяжная установка [Патент RU № 140092, 2014], которая содержит внешнюю решетку, вентиляторный блок и вентиляционный канал, выполненный как телескопическая труба, в которой установлен керамический рекуператор, а с обеих сторон которого установлены фильтры, служащие для защиты рекуператора от загрязненного воздуха и попадания в помещение загрязненного воздуха. Вентиляторный блок содержит круглый патрубок, в который вмонтирован электрический осевой реверсивный вентилятор и перпендикулярно патрубку фланец, где установлены жалюзи с электроприводом, блок управления, датчики. С фронтальной стороны фланца установлена лицевая панель для защиты от попадания посторонних предметов в электрическую часть вентиляторного блока. Вентиляционный канал соединяет помещение с наружной средой, причем внешняя решетка  выходит к наружной среде, а вентиляторный блок к помещению и выполнен с возможностью отсоединения от вентиляционного канала.
Известная установка  упрощает обслуживание во время ремонтных или профилактических работ и обеспечивает утилизацию тепла помещения посредством керамического рекуператора. Однако, известная установка требует повышенной теплоизоляции вентиляционного канала, а при отсутствии такового, в холодное время года отводимого тепла помещения явно недостаточно для термоподготовки входящего воздуха. Это должно приводить к образованию конденсата в холодное время года и нарушению нормального режима работы установки.
Наиболее близкой к предлагаемой является приточно-очистительная вентиляционная установка, содержащая размещенный в корпусе вентиляторный блок, выполненный с возможностью соединения с воздуховодом, нагревательный элемент, фильтры, вентиляторный блок снабжен вентилятором, воздуховыпускной решеткой и блоком управления, в верхней части корпуса перпендикулярно его продольной оси последовательно установлены фильтр грубой очистки, нагревательный элемент и клапан притока, фильтры установлены в средней части корпуса, вентилятор и воздуховыпускная решетка установлены в нижней части корпуса, в зоне расположения фильтра грубой очистки и нагревательного элемента в полости корпуса размещен теплоизолирующий материал. Фильтр грубой очистки размещен между входным отверстием корпуса и задней стенкой корпуса и снабжен ручкой для извлечения из корпуса. Вентилятор, нагревательный элемент и клапан притока снабжены токоподводом. Вентилятор снабжен кожухом, который закреплен на днище корпуса, в качестве нагревательного элемента используют керамический нагревательный элемент, воздуховод размещен в стене (патент RU 167289, 2016)
Известное устройство обеспечивает эффективный нагрев входящего воздуха за счет сокращения зоны контакта холодного воздуха с рабочей частью корпуса приточной вентиляционной установки. Вместе с тем, известное устройство работает только в режиме притока и подогрева входящего воздуха и не может работать в режиме циркуляции и очистки воздуха, находящегося в помещении.
Техническая проблема - ограниченные функциональные возможности  компактных установок приточной вентиляции воздуха.
Технический результат – расширение функциональных возможностей установок приточной вентиляции воздуха.
Поставленная задача решается тем, что заявляется приточно-очистительная установка, содержащая размещенные в корпусе вентиляторный блок, фильтры, клапан притока, блок управления, электрически подключенный к клапану притока, в корпусе выполнены отверстие для соединения корпуса с воздуховодом и воздуховыпускная решетка для выхода потока воздуха, вентиляторный блок снабжен вентилятором, при этом в корпусе дополнительно выполнена воздухозаборная решетка и размещен датчик углекислого газа, отверстие для соединения корпуса с воздуховодом и воздухозаборная решетка выполнены в разных плоскостях, блок управления электрически соединен с вентилятором и содержит плату управления, которая соединена с датчиком углекислого газа.
Дополнительно в корпусе заявляемой установки может быть установлен датчик запыленности воздуха.
Воздуховод предпочтительно размещен в стене, а отверстие в корпусе для соединения его с воздуховодом, предпочтительно размещено в верхней части корпуса на задней панели. В качестве материала изготовления корпуса может быть использован любой пригодный для этих целей пластический материал.
Блок управления предпочтительно выполнен в верхней части внутри корпуса и содержит плату управления и присоединенные к плате управления датчик углекислого газа. Плата управления может быть выполнена из фольгированного текстолита, на которой размещены резисторы, конденсаторы, катушка индуктивности, трансформатор, полупроводниковые диоды, оптопары, интегральные микросхемы, жидкокристаллический дисплей. Концентрация углекислого газа в воздухе определяется датчиком углекислого газа, в качестве которого предпочтительно используют датчики, работающие по недисперсионному инфракрасному принципу (NDIR). При снижении концентрации углекислого газа в помещении с платы управления подается сигнал на закрытие клапана притока, и устройство переходит в режим циркуляции.
В режиме циркуляции управление скоростями и интенсивностью очистки воздуха внутри помещения может осуществляться с учетом показаний датчика запыленности воздуха, в качестве которого предпочтительно используют датчик запыленности pm 2.5.
Использование датчика углекислого газа позволяет обеспечить автоматическое включение и отключение режима циркуляции. Дополнительное использование датчика запыленности воздуха позволяет получить дополнительный результат, связанный с управлением скоростями и интенсивности очистки воздуха.
Датчик углекислого газа и датчик запыленности воздуха, установленные в блоке управления, электрически соединены с платой управления, например, посредством шлейфов с разъемами, которые взаимодействуют с ответными разъемами на плате управления. Электрическое соединение обеспечивает возможность передачи данных с датчика углекислого газа на плату управления и преобразование данных в управляющие сигналы, которые, в свою очередь регулируют открытие/закрытие клапана притока в автоматическом режиме. При высоком содержании пыли или углекислого газа с платы управления подается сигнал на открытие  клапана притока. При открытом клапане притока, устройство работает в режиме вентиляции, т.е. забор воздуха осуществляется через воздуховод при включенном вентиляторе, работающие лопасти которого обеспечивают приток свежего воздуха с улицы, поток которого, проходя через открытый клапан притока, размещенный предпочтительно в верхней части корпуса, фильтры и выпускается в помещение через воздуховыпускную решетку, расположенную предпочтительно в нижней части корпуса. При снижении концентрации углекислого газа, измеряемого датчиком углекислого газа, с платы управления подается управляющий сигнал на закрытие клапана притока и переход в режим циркуляции: при работающем вентиляторе забор воздуха осуществляется через воздухозаборную решетку, размещенную в верхней части корпуса, поток входящего из помещения воздуха проходит через фильтры очистки и выводится через воздуховыпускную решетку, расположенную в нижней части корпуса, т.е. осуществляется работа устройства в режиме циркуляции воздуха, при котором производится его очистка на фильтрах, размещенных в средней части корпуса. Интенсивность очистки в режимах циркуляции и вентиляции зависит от текущих показаний датчика запыленности воздуха.
Данные, передаваемые с датчика углекислого газа и датчика запыленности воздуха, обрабатываются на плате управления. При закрытом клапане притока управляющие сигналы подаются на вентилятор, регулируя скорость вращения его лопастей, а также управляющие сигналы подаются на клапан притока, открывая или закрывая его в автоматическом режиме.
Это позволяет использовать заявляемое устройство как в режиме вентиляции, так и в режиме циркуляции воздуха, очищая воздух, входящий с улицы или из помещения, а также дополнительно позволяет регулировать интенсивность очистки. Таким образом, решается поставленная задача и заявленный технический результат, т.е. заявляемое устройство является компактным и эффективно осуществляет работу как в режиме вентиляции, так и в режиме циркуляции воздуха, расширяя его функциональные возможности.
В качестве фильтров могут быть использованы фильтры, обеспечивающие многоступенчатую очистку воздуха, поток которого поступает с улицы через  отверстие для соединения корпуса с воздуховодом или из помещения через воздухозаборную решетку. Фильтры установлены на направляющие и задерживают мелкодисперсную пыль и другие загрязнения.
В качестве вентилятора могут быть использованы любые приемлемые вентиляторы - центробежные, осевые, диагональные или тангенциальные. Предпочтительно используют тангенциальные вентиляторы марок Ebmpapst QLK45/1818-3030.
Клапан притока представляет собой теплоизолированную подвижную заслонку, перекрывающую в закрытом положении прохождение воздуха с улицы через воздуховод внутрь корпуса установки. Клапан притока предпочтительно   установлен на задней стенке вентиляционной установки и закреплен на подвижный штифт, управляемый электромотором.  Клапан притока имеет два положения: открыт/закрыт. При открытом клапане притока вентиляционная установка работает в режиме притока (вентиляции), забирая воздух с улицы через отверстие для соединения корпуса с воздуховодом,  очищая путем прохождения через фильтры и выпуская в помещение в очищенном состоянии. При закрытом клапане притока, вентиляционная установка работает в режиме циркуляции, забирая воздух из помещения через воздухозаборную решетку и выпуская в помещение в очищенном состоянии.
Отверстие для соединения корпуса с воздуховодом может быть снабжено фильтром грубой очистки. Фильтр грубой очистки установлен в непосредственной близости от отверстия для соединения корпуса с воздуховодом и выполнен с возможностью извлечения из корпуса для достижения дополнительного результата, связанного с удобством обслуживания. Указанная возможность обеспечивается тем, что фильтр грубой очистки может быть снабжен ручкой, а сам фильтр грубой очистки установлен в пазах и может извлекаться вертикально, т.е. в направлении продольной оси корпуса. В качестве фильтра грубой очистки могут быть использованы любые пригодные для этих целей известные фильтры, например фильтр класса G1-G4. Фильтр грубой очистки задерживает крупные частицы пыли, пух, насекомых, препятствуя попаданию механических загрязнений в полость корпуса, в том числе на нагревательный элемент.
Дополнительно заявляемое устройство может быть снабжено нагревательным элементом, который установлен в непосредственной близости от фильтра грубой очистки. В качестве нагревательного элемента могут быть использованы, например, керамические, спиральные, трубчатые нагревательные элементы. Предпочтительно используют керамический нагревательный элемент мощностью 1000Вт, который  позволяет подогревать входящий воздух до заданной пользователем температуры в диапазоне от +10 до +25°С, например, марки RFB441A1A.
При наличии нагревательного элемента входящий воздух подогревается до заданной температуры с помощью нагревательного элемента.
Дополнительно в зоне расположения фильтра грубой очистки и нагревательного элемента в полости корпуса может быть размещен теплоизолирующий материал. В качестве теплоизоляционного материала может быть использован вспененный полиэтилен, который укладывают в зоне первичной очистки и нагрева входящего воздуха.
Сравнение заявляемой приточно–очистительной вентиляционной установки с прототипом показывает, что она отличается следующими признаками:
- наличие воздухозаборной решетки и отверстия для соединения корпуса с воздуховодом, размещенные  в разных плоскостях,
- внутри корпуса дополнительно размещен датчик углекислого газа;
- блок управления электрически соединен с вентилятором;
- блок управления содержит плату управления, которая электрически соединена с датчиком углекислого газа.
Наличие признаков, отличающих заявляемую установку от известной, позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой конструкции критерию «новизна».
Заявляемая совокупность существенных признаков имеется прямую причинно-следственную связь с заявленным техническим результатом, т.к.  позволяет осуществлять работу в двух режимах: режиме циркуляции, который реализуется при закрытом клапане притока, когда воздух забирается из помещения через воздухозаборную решетку, проходит через фильтры и очищенный воздух выходит в помещение через воздуховыпускную решетку, а также в режиме вентиляции, который реализуется  с открытым клапаном притока, когда воздух забирается с улицы через отверстие для соединения корпуса с воздуховодом, пропускается через фильтры и очищенный и насыщенный кислородом воздух выходит в помещение через воздуховыпускную решетку.
Заявляемая приточно–очистительная вентиляционная установка поясняется примером конкретного выполнения, приведенного на рисунках, но не ограничивается им.
На фиг. 1 показан общий вид заявляемой установки, вид сбоку в разрезе с открытым клапаном притока.
На Фиг. 2 показан общий вид заявляемой установки вид спереди со снятой передней стенкой корпуса с закрытым клапаном притока.
На фиг. 3 – показано размещение платы управления, электрически соединенной с датчиком углекислого газа и датчиком запыленности воздуха.
На Фиг. 4 показан общий вид заявляемой установки вид сзади со снятой задней стенкой корпуса.
На фиг. 5 показана схема прохождения воздуха в режим вентиляции.
На фиг. 6 показана схема прохождения воздуха в режиме циркуляции.
Приточно–очистительная вентиляционная установка состоит из корпуса 1 с отверстием 2 для соединения корпуса с воздуховодом и  фильтром грубой очистки 3, установленного в пазы между отверстием 2 и задней стенкой корпуса 1 и снабженного ручкой для снятия и очистки и воздухозаборной решетки 4, размещенной в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения отверстия 2. Внутри корпуса 1 размещен нагревательный элемент 5, установленный в пластиковый держатель 6, закрепляемый на болтах к задней стенке корпуса 1, теплоизоляционный материал 7, клапан притока 8. В средней части корпуса 1 на направляющих 10 последовательно установлены три фильтра 9 тонкой очистки. В нижней части корпуса 1 на днище закреплен вентилятор 11, снабженный кожухом 14 и соединенный с источником тока. В верхней части корпуса размещен  блок управления, содержащей плату управления 13, которая посредством шлейфов 20 электрически соединена с датчиком углекислого газа 18 и датчиком запыленности воздуха 19 (Фиг.3). Вентилятор 11 обеспечивает нагнетание наружного воздуха через отверстие 2 или воздуха из помещения через воздухозаборную решетку 4 и вывод очищенного воздуха через воздуховыпускную решетку 12 в помещение. Клапан притока 8 установлен на подвижном штифте 16 на задней части корпуса, имеет два положения - открыт/закрыт, изменяемые электромотором 17, подключенным к плате управления 13 блока управления посредством пульта дистанционного управления, автоматически или с внешних устройств по wi-fi.
Фильтр грубой очистки 3 легко вынимается за ручку вверх без необходимости снятия корпуса 1 со стены и очищается методом сухой или влажной очистки.
Заявляемая установка работает следующим образом. Приточно–очистительная вентиляционная установка посредством элементов крепления 15 крепится к стене, в которой методом алмазного бурения бурится сквозное отверстие диаметром 125-132 мм и устанавливается воздуховод (не показан), в качестве которого устанавливают теплошумоизоляционную трубу, снабженную со стороны улицы круглой пластиковой вентиляционной решеткой (не показан). Отверстие 2 сообщается с воздуховодом  таким образом, что теплоизоляционный материал 7 и клапан притока 8 препятствуют проникновению воздуха в помещение, минуя корпус 1. В режиме вентиляции заявляемая установка работает следующим образом. Включают вентилятор 11, который нагнетает воздух с улицы. Весь поток воздуха с улицы попадает в корпус 1, проходит фильтр грубой очистки 3, на котором остаются крупные частицы: пух, насекомые, препятствуя попаданию вредных частиц на нагревательный элемент 5. Далее воздух проходит через нагревательный элемент 5, мощностью 1000Вт и при необходимости подогревается до заданной пользователем температуры путем регулирования в диапазоне от +10 до +25°С с помощью пульта дистанционного управления.  Проход нагнетаемого воздуха внутри корпуса 1 осуществляется при открытом положении клапана притока 8. Очищенный и подогретый (при необходимости) воздух проходит очистку путем последовательного прохождения через фильтры 9 и направляется через воздуховыпускную решетку 12  в помещение. Нагревательный элемент 5 может быть отключен с пульта управления, соединенного с платой управления 13. В этом случае воздух с улицы проходит в помещение, очищаясь на фильтрах 3,9. Наличие теплоизоляционного материала 7 в верхней части корпуса препятствует образованию конденсата.
В режиме циркуляции заявляемая установка работает следующим образом. При закрытом клапане притока 8, вентилятор 11 через воздухозаборную решетку 4 нагнетает воздух из помещения, который проходит очистку путем последовательного прохождения через фильтры 9 и направляется через воздуховыпускную решетку 12  в помещение.
Датчик углекислого газа 18, электрически соединенный с платой управления 13 блока управления, расположенный в верхней части корпуса 1, измеряет содержание углекислого газа во входящем потоке воздуха, а датчик запыленности воздуха 19 размещен за платой управления 13 и электрически соединен с ней, измеряет уровень взвешенных частиц в помещении.
В автоматическом режиме заявляемое устройство управляет клапаном притока 8 в зависимости от показаний датчика углекислого газа 18: открывает клапан притока 8 и переходит в режим вентиляции при высокой концентрации углекислого газа в помещении. В зависимости от концентрации углекислого газа заявляемой устройство  автоматически устанавливает скорость вентилятора 11 и регулирует объем подаваемого воздуха в помещение. При снижении концентрации углекислого газа в помещении, управляющий сигнал с платы управления 13 блока управления закрывает клапан притока 8 и переходит в режим циркуляции, в котором управляет скоростями и интенсивностью очистки воздуха внутри помещения, руководствуясь показаниями датчика запыленности 19 (pm 2.5). При увеличении уровня углекислого газа заявляемое устройство переключается обратно в режим вентиляции.
Заявляемая приточно-вентиляционная установка позволяет автоматически управлять клапаном притока, переключаясь между режимами циркуляции и вентиляции, и контролируя уровень углекислого газа в воздухе помещения, основываясь на показаниях датчиков углекислого газа. Заявляемая приточно-вентиляционная установка обеспечивает не только  автоматический режим вентиляции и очистки воздуха в помещениях путем активного нагнетания насыщенного кислородом воздуха с улицы через воздуховод в стене  в помещение, очистку от загрязнений и (при необходимости) подогрева до заданной температуры с помощью нагревательного элемента, но и эффективную автоматическую циркуляцию воздуха, забираемого из помещения и его очистку. В результате этого в помещении автоматически поддерживается оптимальный уровень концентрации углекислого газа и взвешенных частиц. Заявляемая установка может быть использована в помещениях оборудованных газовыми колонками, стабильно поддерживает оптимальный уровень кислорода в помещении, при закрытых окнах в любое время года, обеспечивая здоровый микроклимат.