Устройство для вентиляции помещения
Владельцы патента RU 2448307:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) (RU)
Изобретение относится к вентиляции и может быть использовано в промышленных и гражданских зданиях. Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение технологических параметров по чистоте вентилируемого воздуха помещений путем устранения поступления загрязнений в виде ржавчины и окалины от воздухопровода, пыли и мелкодисперсной влаги после вентилятора за счет снабжения выхода воздухопровода узлом очистки воздуха от данных примесей. Технический результат достигается тем, что устройство для вентиляции помещения содержит приточную магистраль, воздухопровод и канал, образованный оконным стеклом 4 из теплоизолирующего материала с внутренней стороны и несущей конструкцией помещения. С внутренней стороны приточная магистраль снабжена вентилятором с приводом от двигателя. Оконное стекло 4 из теплоизолирующего материала с внутренней стороны жестко соединено с биметаллическими элементами 37 в виде поперечных, расположенных по всей ширине оконного стекла в определенном интервале равномерно чередующихся снизу вверх элементов произвольной геометрической формы, причем материал биметалла каждого элемента имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем материал, расположенный сверху. 4 ил.
Изобретение относится к вентиляции и может быть использовано в промышленных и гражданских зданиях.
Известно устройство для вентиляции помещения (см. патент РФ на полезную модель №63507, МПК F24F 7/06, 2007, бюл. №5), содержащее приточную магистраль, воздухопровод и канал, образованный оконным стеклом из теплоизолирующего материала с внутренней стороны и несущей конструкцией помещения, причем с внутренней стороны приточная магистраль снабжена вентилятором с приводом от двигателя, между которыми расположен регулятор скорости вращения в виде блока электромагнитных муфт, и системой электронно-оптического контроля, включающей регулятор температуры и влажности, каждый из которых содержит взаимосвязанные блоки сравнения, задания и нелинейной обратной связи, электронный и магнитный усилители, а также электронный датчик температуры и оптический датчик влажности, при этом выход воздуховода выполнен в виде суживающегося сопла, на внутренней поверхности которого расположены криволинейные канавки, продольно размещенные от входного к выходному сечениям.
Недостатком устройства является значительная концентрация загрязнений, поступающих с воздухом от вентилятора, на выходе из суживающегося сопла, что приводит к резкому снижению нормированных технологических параметров по качеству чистоты воздуха в помещении, особенно при изготовлении и/или испытании электронных изделий, а также снижение надежности системы вентиляции воздушной прослойки с оконным стеклом из-за ухудшения тепловлажностных параметров воздуха, контактирующего со строительной конструкцией, в результате сокращения количества передаваемого через стекло тепла, преимущественно тепловым излучением, за счет налипания загрязнений в виде мелкодисперсных твердых и каплеобразных частиц на внутреннюю поверхность оконного стекла.
Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание надежной работы строительной конструкции вентилируемой воздушной прослойки при длительной эксплуатации в условиях изменяющихся погодно-климатических воздействий путем устранения процесса налипания мелкодисперсных загрязнений на внутреннюю поверхность оконного стекла, наличие которых нарушает нормированные массообменные процессы как в полости вентилируемой прослойки, так и на внутренней поверхности строительной конструкции (а это наиболее недопустимо), так как резко снижает ее надежностные характеристики, а также обеспечение технологических параметров по чистоте вентилируемого воздуха помещений путем устранения поступления загрязнений в виде ржавчины и окалины от воздухопровода, пыли и мелкодисперсной влаги после вентилятора за счет снабжения выхода воздухопровода узлом очистки воздуха от данных примесей.
Технический результат по повышению надежности строительных конструкций при длительной эксплуатации достигается тем, что оконное стекло из теплоизолирующего материала с внутренней стороны жестко соединено с биметаллическими элементами в виде поперечных, расположенных по всей ширине оконного стекла в определенном интервале, равномерно чередующиеся снизу вверх элементы произвольной геометрической формы, причем материал биметалла каждого элемента имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем материал, расположенный сверху.
На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для вентиляции помещения; на фиг.2 - внутренняя поверхность суживающегося сопла с криволинейными канавками; на фиг.3 - узел очистки вентиляционного воздуха, на фиг.4 - фрагмент оконного стекла из изолирующего материала с биметаллическими элементами на внутренней стороне.
Устройство для вентиляции помещения содержит приточную магистраль 1 с воздухопроводом 2, каналом 3, образованным оконным стеклом 4 из теплопоглощающего материала и несущей конструкции 5 помещения, при этом магистраль 1 снабжена вентилятором 6 с приводом от двигателя 7, между которыми расположен регулятор скорости вращения 8 в виде блока электромагнитных муфт, и системой электронно-оптического контроля, включающей регулятор температуры 9 и регулятор влажности 10, каждый из которых содержит взаимосвязанные блоки сравнения 11 и 12, задания 13 и 14, блоки нелинейной обратной связи 15 и 16, электронные усилители 17 и 18, магнитные усилители 19 и 20, а также электронный датчик температуры 21 и оптический датчик влажности 22. На выходе воздуховода 2 установлено суживающееся сопло 23, на внутренней стороне которого расположены криволинейные канавки 24, продольно размещенные от входного 25 к выходному 26 сечениям. В канале 3 расположены «застойные зоны» 27 и 28. Выходное сечение 26 суживающегося сопла 23 соединено с узлом очистки вентиляционного воздуха 29, который включает круговую канавку 30 с устройством удаления загрязнений 31, связанную с криволинейными канавками 24, продольно размещенными от входного 25 к выходному 26 сечениям суживающегося сопла 23, осушивающую емкость 32, которая заполнена поглощающим веществом 33, размещенным по площади выходного сечения 26 суживающегося сопла 23 и покрытым сетчатым материалом 34 с контуром, выполненным по профилю 35 эпюры скоростей потока в воздуховоде. Оконное стекло 4 из теплоизолирующего материала с внутренней стороны 36 жестко соединено с биметаллическими элементами 37. При этом материал 38 биметаллического элемента 37, расположенный снизу, имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем материал 39, расположенный сверху каждого биметаллического элемента 37.
Устройство работает следующим образом.
Строительные материалы, в том числе и несущие конструкции в своем большинстве коллоидные капиллярно-пористые, в которых наблюдается адсорбционная связь влаги с материалом и удаление ее связано с соответствующей затратой энергии (см., например, стр.438, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: 1980 - 469 с., ил.). В качестве данной энергии используется тепловое излучение, проникающее через оконное стекло 4. Поэтому любое загрязнение канала, в том числе мелкодисперсными твердыми и каплеобразными частицами, налипающими на внутреннюю поверхность 36 оконного стекла 4, уменьшает поступление энергии на несущую конструкцию помещения и, соответственно, снижает массу испаряющейся адсорбционной влаги с поверхности несущей конструкции 5 помещения (остаются влажными коллоидные капиллярно-пористые материалы), то есть ухудшает тепломассообмен и, в конечном итоге, надежностные параметры вентилируемого канала 3 при длительной эксплуатации не соответствуют нормированным для помещения в целом.
Для устранения данного явления осуществляется постоянное «стряхивание» мелкодисперсных твердых и каплеобразных частиц с внутренней поверхности 36 оконного стекла 4, обеспечивая его необходимую чистоту и соответствующую проникающую способность для теплоты солнечной радиации, при этом процесс «стряхивания» происходит за счет термовибрации оконного стекла 4. В этом случае атмосферный воздух нагнетается вентилятором 6 в приточную магистраль 1 и через воздуховод 2 поступает в суживающееся сопло 23. В атмосферном воздухе всегда находится некоторое количество парообразной влаги, наряду с которой при определенных погодно-климатических условиях имеет место как мелкодисперсная жидкость (атмосферная влага и/или масло, например системы смазки), так и пыль: атмосферная и/или технологическая. Данная смесь всасывается вентилятором и под некоторым избыточным давлением после него перемещается по приточной магистрали 1 и воздуховоду 2, где контактирует с соответствующими внутренними поверхностями, и при выполнении последних преимущественно из металла приводит к возникновению окалины и ржавчины, поступающих в движущийся поток воздуха. Наличие загрязнений резко снижает как санитарно-технические, так и технологические параметры вентилируемого воздуха. Особенно это негативное воздействие проявляется в так называемых «чистых помещениях» по изготовлению и испытанию электронных изделий, где брак готовой продукции от смеси загрязнений достигает 50%-70%. Для устранения данного явления на суживающемся сопле 23 воздуховода 2 устанавливается узел очистки вентилируемого воздуха 29.
В итоге поток воздуха из канала 3, насыщенный загрязнениями, перемещаясь по криволинейным канавкам 24 суживающегося сопла 23 от входного сечения 25 к выходному сечению 26, закручивается, в результате чего более тяжелые загрязнения (твердые частицы и мелкодисперсная жидкость) смещаются под действием центробежной силы в полость криволинейных канавок 29 и далее проталкиваются к круговой канавке 30, соединенной с устройством их удаления 31, откуда и удаляются вручную или автоматически (не показано). Незначительная более легкая оставшаяся часть загрязнений поступает в осушивающую емкость 32, которая заполнена поглощающим веществом 33. Осушивающая емкость 32, как дополнительный элемент устройства для вентиляции помещения, обладает аэродинамическим сопротивлением, в конечном итоге требующим увеличения потребления мощности вентилятора 6 для подачи заданного объема воздуха в помещение.
Для сокращения этого аэродинамического сопротивления с обеспечением нормированных параметров по очистке вентилируемого воздуха определяется эпюра скоростей потока по выходному сечению 26 из воздуховода 2, при этом форма эпюры скоростей зависит от необходимого воздухообмена, определяемого экспериментально по конкретному помещению в зависимости от его назначения. Осушивающая емкость 32 после заполнения поглощающим веществом 33 покрывается сетчатым материалом 34, имеющим форму эпюры скоростей потока по выходному сечению 26.
В результате при прохождении вентилируемого воздуха через поглощающее вещество 33 осушивающей емкости 32 происходит выравнивание давлений, соответствующих эпюре скоростей, между собой, вследствие чего результирующая сила давления в осушивающей емкости 32 уменьшается до значений, ниже тех, которые приводят к интенсивному перемешиванию и разрушающему действию на поглощающее вещество 33, например адсорбент силикагель КСМ-5, что способствует улучшению теплообмена при взаимодействии между поглощающим веществом 33 и движущимся потоком вентилируемого воздуха и качества его очистки.
Вентилируемый воздух, очищенный до технологически необходимых по назначению помещения параметров, после узла очистки 29 поступает в канал 3, интенсивно перемешиваясь в «застойных зонах» 27 и 28 под воздействием результирующей силы давления, тем самым, осуществляя равномерный процесс теплоотдачи на несущие конструкции 5 помещения.
При перемещении вентилируемого воздуха по полости канала 3 на оконном стекле 4 образуется пограничный слой, в котором поток с температурой выхода из воздухопровода 2 контактирует вначале с материалом 38 биметаллического элемента 37 (с отдачей основного количества теплоты), имеющим более высокое значение коэффициента теплопроводности (например, алюминий с коэффициентом теплопроводности, равным см. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: 1980 - 469 с., ил.), и потом с материалом 39, имеющим пониженное значение коэффициента теплопроводности в 2,0-2,5 раза (например, латунь с коэффициентом теплопроводности, равным 
см. там же), отдавая оставшуюся часть теплоты. В результате в каждом биметаллическом элементе 37 наблюдаются различные температурные градиенты как в материале 38, так и в материале 39, что образует на оконном стекле 4 термовибрационное действие (см., например, В.П.Дмитриев. Биметаллы. Пермь, 1991 - 387 с., ил.), которое постоянно «стряхивает» мелкодисперсные твердые и каплеобразные частицы в полость канала 3, не позволяя им налипать на поверхность 36 оконного стекла 4, то есть устраняется процесс ухудшения тепломассообмена (сушки) строительной конструкции 5. Для обеспечения надежности очистки при длительной эксплуатации осуществляется контроль температурно-влажностного режима процесса вентиляции помещения, который происходит следующим образом.
Измерение температуры воздуха канала 3 производится датчиком температуры 21 регулятора температуры 9. При этом если сигнал, поступающий с датчика температур 21, становится большим, чем сигнал блока задания 13, то на входе блока сравнения 11 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 17 одновременно с сигналом отрицательной нелинейной обратной связи блока 15. Сигнал с выхода электронного усилителя 17 поступает на вход магнитного усилителя 19, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку электромагнитной муфты 8 вентилятора 6. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 17 вызывает уменьшение тока возбудителя на выходе магнитного усилителя 19. В результате момент, передаваемый муфтой 8 от привода 7 вентилятору 6, уменьшается и подача воздуха в вентилируемый канал 3 также уменьшается, что сокращает количественное поступление влаги на поверхность несущей конструкции 5 и, соответственно, поддерживает оптимальные температурно-влажностные характеристики строительного материала при эксплуатации помещения.
Увлажнение поверхности несущей конструкции 5 и, соответственно, вентилируемого воздуха регулируется датчиком влажности 22. При этом если сигнал задания 14 регулятора влажности 10 превышает сигнал оптического датчика влажности 22, то на выходе блока сравнения 12 появляется сигнал положительной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 18. Сюда поступает и сигнал с блока нелинейной обратной связи 16, который вычитается из сигнала блока сравнения 12. Сигнал с выхода электронного усилителя 18 поступает на вход магнитного усилителя 20, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку регулятора скорости вращения 8 в виде блока порошковых электромагнитных муфт привода 7 вентилятора 6.
Положительная полярность сигнала электронного усилителя 18 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе 20, тем самым увеличивается момент, передаваемый от привода 7 регулятором скорости вращения 8, за счет чего достигается увеличение подачи воздуха вентилятора 6 до тех пор, пока не будет удалена конденсатная пленка с поверхности несущей конструкции 5, а процесс капельной конденсации будет осуществляться с более низким увлажнением строительного материала.
Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что поддержание нормированных параметров тепломассообмена в полости вентилируемой прослойки, обеспечивающей длительную и надлежащую эксплуатацию строительной конструкции, достигается устранением процесса налипания мелкодисперсных твердых и каплеобразных частиц на внутреннюю поверхность стекла за счет жестко соединенных с ним и равномерно расположенных биметаллических элементов, чередующихся со световыми просветами снизу до верха, при этом материал биметалла, находящийся первым по направлению движения воздуха, имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности второго материала данного элемента биметалла.
Устройство для вентиляции помещения, содержащее приточную магистраль, воздухопровод и канал, образованный оконным стеклом из теплоизолирующего материала с внутренней стороны и несущей конструкцией помещения, при этом с внутренней стороны приточная магистраль снабжена вентилятором с приводом от двигателя, между которыми расположен регулятор скорости вращения в виде блока электромагнитных муфт, и системой электронно-оптического контроля, включающей регулятор температуры и влажности, каждый из которых содержит взаимосвязанные блоки сравнения, задания и нелинейной обратной связи, электронный и магнитный усилители, а также электронный датчик температуры и оптический датчик влажности, выход воздуховода выполнен в виде суживающегося сопла, на внутренней поверхности которого расположены криволинейные канавки, продольно размещенные от входного к выходному сечению, причем выходное сечение суживающегося сопла соединено с узлом очистки вентиляционного воздуха, который включает взаимосвязанные круговую канавку с устройством удаления загрязнений и связанную с криволинейными канавками, продольно размещенными от входного к выходному сечению суживающегося сопла, осушивающую емкость, которая заполнена поглощающим веществом, размещенным по площади выходного сечения суживающегося сопла и покрытым сетчатым материалом, выполненным по профилю эпюры скоростей потока в воздуховоде, отличающееся тем, что оконное стекло из теплоизолирующего материала с внутренней стороны жестко соединено с биметаллическими элементами в виде поперечных, расположенных по всей ширине оконного стекла, равномерно чередующихся со световыми просветами снизу вверх элементов произвольной геометрической формы, причем материал биметалла, находящийся первым по направлению движения воздуха, имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности второго материала данного элемента биметалла.
