Система вентиляції будівель

Реферат: Винахід належить до системи вентиляції будівель з вторинним використанням тепла, причому тепло повітря приміщень, що виводиться назовні, рекуперується, і отримана теплова енергія може бути використана для початкового нагрівання холодного повітря, що забирається зовні і направляється усередину будівлі. UA 109261 C2 (12) UA 109261 C2 UA 109261 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонований винахід належить до системи вентиляції будівель з вторинним використанням тепла. Зокрема, даний винахід стосується такої системи вентиляції будівель, за допомогою якої тепло повітря приміщень, що виводиться назовні, рекуперується, і отримана теплова енергія може бути використана для початкового нагрівання холодного повітря, що забирається зовні і направляється усередину будівлі. Без регулярної вентиляції приміщень не можна обійтися, тому що погана вентиляція може мати дуже важкі наслідки. Недостатня вентиляція веде-не тільки, до поганого мікроклімату в житловому приміщенні, але й заважає регулюванню вмісту вологи в повітрі приміщення, що може призвести до виникнення затхлого запаху, а у важких випадках до утворення цвілі. З іншого боку, хороша вентиляція, особливо в холодну пору року, веде до значної втрати тепла та енергії. З одного боку, тепло виводиться назовні, а з іншого боку холодне зовнішнє повітря повинне нагріватися до певної температури приміщення. Вентиляція приміщень або будівель проводиться, як правило, шляхом активного провітрювання, причому вікна чи двері при цьому нахиляються або відчиняються. Але такий спосіб провітрювання підвищує ризик злому та крадіжки. Відомі пристрої для вентиляції та кондиціювання, які застосовуються в будівлях і які виконані у вигляді систем по рекуперації тепла, причому тепло добувається з використаного повітря за допомогою системи теплообмінників і при необхідності передається повітрю, яке надходить з вулиці, і яке слід нагріти. Такі системи по рекуперації тепла можуть бути виконані у вигляді об'єднаних кільцевих систем, причому один теплообмінник знаходиться в потоці вихідного повітря для поглинання тепла відпрацьованого вихідного повітря і теплообмінник знаходиться в потоці припливного повітря з вулиці для передачі йому тепла, рекуперованого з повітря приміщення. Подальшим удосконаленням даних відомих установок з вентиляції та кондиціювання є предмет патенту DE 10 2005 008 565 А1, який додатково до рекуперації тепла забезпечує одержання залишкового холоду і, зокрема, подальше охолодження залишкового холоду. Ці відомі установки зазвичай встановлюються у виїмці в стіні будівлі або виконується у вигляді допоміжного пускового або навісного апарату і з'єднуються з внутрішніми приміщеннями будинку. Запропонований винахід являє вентиляційну систему, яка забезпечує ефективну вентиляцію приміщень або будівель без необхідності відчинення вікон і дверей. Крім цього запропонована як винахід вентиляційна система забезпечує рекуперацію тепла повітря, що виводиться з приміщення назовні, причому тепло, яке рекуперується, одночасно може використовуватися для попереднього нагрівання холодного вуличного повітря, яке надходить ззовні в приміщення або будівлю. В якості винаходу в цьому зв'язку пропонується система вентиляції для приміщень і будівель, причому система вентиляції може бути інтегрована в один з елементів будівлі, також система вентиляції включає теплообмінний елемент, який включає в себе першу зону з першим теплообмінником і другу зону з другим теплообмінником, а перший і другий теплообмінники з'єднані один з одним за допомогою порожніх каналів (трубок) і утворюють теплообмінний контур, причому в першій зоні передбачені внутрішні вивідні вентиляційні отвори, що з'єднують першу зону з внутрішньою частиною приміщення, і зовнішні вивідні вентиляційні отвори, що з'єднують першу зону із зовнішньою частиною (вулицею), при цьому внутрішні вивідні отвори розміщені вниз по потоку теплообмінного агента в теплообмінному елементі по відношенню до зовнішніх вентиляційних отворів і причому в другій зоні передбачені внутрішні припливні вентиляційні отвори, що з'єднують другу зону з внутрішньою частиною приміщення і зовнішні припливні вентиляційні отвори, що з'єднують другу зону із зовнішньою частиною (вулицею), при цьому внутрішні припливні вентиляційні отвори розташовані вверх за течією теплообмінного агента в теплообмінному елементі по відношенню до зовнішніх припливних вентиляційних отворів, причому, щонайменше, між першим внутрішнім припливним вентиляційним отвором і останнім зовнішнім вивідним вентиляційним отвором і між першим внутрішнім припливним вентиляційним отвором і останнім зовнішнім припливним вентиляційним отвором в елементі будівлі передбачено відповідно один порожнистий простір, який дозволяє повітряному потоку рухатися. В основі запропонованого винаходу лежить задача надати систему вентиляції будівлі з рекуперацією тепла, що представляє собою складову частину будівельного елемента будівлі, як, наприклад, вікна чи двері. І яке, таким чином, може бути без проблем встановлено разом з даним елементом. Перший теплообмінник і другий теплообмінник з'єднані між собою за допомогою порожнистих каналів (трубок), утворюючи при цьому один з одним теплообмінний контур. 1 UA 109261 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Перший і другий теплообмінники, а також порожнисті канали (трубки), що з'єднують їх, розміщені при цьому у відповідних порожнинах конструктивних елементів будівлі і утворюють в даному елементі будівлі циркуляційний контур. Якщо конструктивний елемент встановлений в будівлі вертикально або похило, перша зона знаходиться переважно в верхній частині, а друга зона в нижній частині конструктивного елемента. Нижче запропонований винахід буде більш докладно роз'яснений на прикладі доданої фіг., яка схематично зображує конструктивне рішення запропонованого винаходу. У показаному на фіг. конструктивному рішенні демонструється запропонована вентиляційна система, розміщена в стулці вікна. На фіг. показана стулка вікна зсередини, тобто, з боку кімнати і є, таким чином, видом зсередини. Стулка вікна споряджена рамою, що проходить по всьому периметру, в яку вставлено скло. Дана рама в сучасних вікнах виконується, як правило, з пустотілого профілю. В край віконної рами інтегрований теплообмінний елемент 1, який проходить по всій довжині рами і утворює закритий теплообмінний контур. Теплообмінний елемент 1 є порожнистим і заповнений теплообмінним агентом. Напрямок течії теплообмінного агента зображено тут у напрямку руху годинникової стрілки і показано за допомогою стрілок всередині теплообмінного елементу 1. Теплообмінний елемент 1 містить розміщену у верхній частині рами першу зону 2 для випуску повітря і розміщену в нижній частині рами другу зону 3 для впуску повітря в приміщення або будівлю. Перша зона 2 містить перший теплообмінник, а друга зона 3 містить другий теплообмінник, які з'єднані порожнистими каналами, що проходять з боків. Запропонована в якості винаходу система вентиляції може бути встановлена практично в будь-який елемент будівлі. Прикладами, поряд із зображеною на малюнку стулкою віконної рами, можуть бути дверна рама, полотно дверей, елемент стіни або елемент самого даху. Система може бути вбудована як в нерухомі, так і в рухомі елементи будівлі. Запропонована в якості винаходу система вентиляції може, наприклад, бути легко інтегрована в житловий контейнер. У цьому сенсі поняття "елемент будівлі" включає також елементи житлового контейнера, житлового фургона і т.п. В усякому разі, в областях, де повітря проходить між внутрішніми і зовнішніми вентиляційними отворами, елементи будівлі повинні мати достатню порожнину, щоб забезпечувати проходження повітряного потоку. Додатково до цього теплообмінники можуть бути виконані у вигляді спіралі, щоб рух повітряного потоку міг здійснюватися всередині спіралі. Вентиляційні притомні і вивідні отвори можуть мати будь-яку придатну форму. Вони можуть бути зроблені також з повітропроникного матеріалу. Прикладами відповідних форм можуть служити круглі або кутові отвори, щілиноподібні отвори і т.д. Кількість внутрішніх та зовнішніх вивідних вентиляційних отворів 4, 5 або внутрішніх і зовнішніх припливних вентиляційних отворів 6, 7 може вибиратися за потребою. Вона може орієнтуватися на довжину теплообмінника в першій або в другій області. Переважно кількість вибирається так, щоб область з внутрішніми отворами не накладалася на область із зовнішніми отворами. У верхній частині рами розміщені внутрішні вентиляційні вивідні отвори 4, через які кімнатне повітря направляється з приміщення всередину рами. Далі передбачені зовнішні вентиляційні вивідні отвори 5, через які кімнатне повітря з внутрішньої частини рами виводиться назовні. Внутрішні вентиляційні вивідні отвори 4 і зовнішні вентиляційні вивідні отвори 5 розміщені відповідно вздовж теплообмінного елементу 1, причому зовнішні вентиляційні вивідні отвори 5 розташовані вниз по потоку по відношенню до внутрішніх вивідних вентиляційних отворів 4. Повітря обтікає теплообмінний елемент всередині рами у напрямку проти течії теплообмінного агента. При цьому тепле повітря, що надходить всередину рами з приміщення, віддає тепло теплообмінному агенту і виходить з рами через зовнішні вивідні вентиляційні отвори 5. Потік нагрітого теплообмінного агента направляється до другої зони 3. Як і в першій зоні 2, у другій зоні 3 передбачені внутрішні припливні вентиляційні отвори 6 і зовнішні припливні отвори 7. Які в першій зоні 2 внутрішні припливні вентиляційні отвори 6 і зовнішні припливні вентиляційні отвори 7 розміщені відповідно вздовж теплообмінного елементу, причому зовнішні припливні отвори 7 перебувають зверху за потоком по відношенню до внутрішніх припливних отворів 6. 2 UA 109261 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Холодне вуличне повітря проникає через зовнішні припливні вентиляційні отвори 7 всередину рами і рухається проти напрямку руху теплообмінного агента до внутрішніх припливних отворів 6, де нагріте вуличне повітря виходить з рами всередину приміщення. В результаті розміщення вивідних вентиляційних отворів 4, 5 у верхній частині рами, a припливних вентиляційних отворів 6, 7 в нижній частині рами, даний запропонований винахід використовує той факт, що тепле повітря піднімається вгору, таким чином, в закритому приміщенні повітря у стелі або у верхній рами вікна має більшу температуру, ніж у нижній частині вікна або приміщення. Дана різниця температур і використовується при такому розміщенні отворів. Як мінімум, зовнішні припливні вивідні вентиляційні отвори можуть бути обладнані сіткою, щоб, наприклад, запобігти потраплянню комах, це може також діяти в якості звукоізоляції. На кругообіг теплообмінного агента може вплинути природна конвекція, наприклад, розширення в результаті нагрівання. При необхідності або для посилення ефекту може бути, наприклад, передбачена установка електричних пристроїв для підкачки. Робота електропристроїв для підкачки може здійснюватися за рахунок їх підключення до електроживлення. Відповідно до найбільш перспективного конструктивного рішення електричні пристрої для підкачки можуть живитися за рахунок сонячних батарей, встановлених поза будівлею, наприклад, на віконних рамах або поруч з віконною рамою. Відповідно до іншого конструктивного рішення привід електричних пристроїв для підкачки може здійснюватися за рахунок потоків повітря в системі. Відповідно до одного з конструктивних рішень може бути передбачена установка одного або декількох зворотних клапанів 8, 9. Зворотні клапани 8, 9 підтримують течію теплообмінного агента, яка виникає в результаті різниці тиску, пов'язаної з нагріванням і охолодженням теплообмінного агента. На зображенні конструктивного рішення, наведеного на малюнку, передбачений нижній зворотний клапан 8 всередині теплообмінного елементу 1, безпосередньо перед місцем надходження рідини, що переносить тепло, в нижній області 3, а також верхній зворотний клапан 9, безпосередньо перед місцем надходження рідини, що переносить тепло, у верхній області 2. Найбільш перспективна теплова ізоляція теплообмінного елементу 1, щонайменше, в області між внутрішніми вивідними вентиляційними отворами 4 і внутрішніми припливними отворами 6, щоб запобігти передчасному охолодженню нагрітого теплообмінного агента. Також можлива теплова ізоляція області теплообмінного елементу 1 між зовнішніми припливними вентиляційними отворами 7 і зовнішніми вивідними вентиляційними отворами 5. Теплообмінний контур для підтримки нагрівання повітря може бути з'єднаний з одним або декількома сонячними колекторами. Як теплообмінний агент може застосовуватися будь-який відомий рідкий теплообмінний агент. Прикладами можуть служити субстанції на водній основі, масляній основі або антифризи, відомі з використання в техніці кондиціонування. Форма першого і другого теплообмінника не має будь-яких обмежень. Вона, однак, повинна мати достатню площу поверхні, щоб забезпечувати ефективний теплообмін. Так, теплообмінник може бути прокладений у формі хвилястої лінії або виконаний у вигляді спіралі. Він може також бути обладнаний елементами, що збільшують його площу, як пластини або штифти, виготовлені з матеріалу, що має хорошу теплопровідність, наприклад, з металу або сплаву металів. Перелік позначень 1. Теплообмінний елемент 2. Перша зона 3. друга зона 4. Внутрішні вивідні вентиляційні отвори 5. Зовнішні вивідні вентиляційні отвори 6. Внутрішні припливні вентиляційні отвори 7. Зовнішні припливні вентиляційні отвори 8. Перший зворотний клапан 9. Другий зворотний клапан а. Напрямок руху теплообмінного агента б. Напрямок руху повітря 3 UA 109261 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 1. Система вентиляції будівель, причому система вентиляції може бути інтегрована в один з елементів будівлі, також система вентиляції включає теплообмінний елемент (1), який включає першу зону (2) з першим теплообмінним елементом і другу зону (3) з другим теплообмінним елементом, а перший і другий теплообмінні елементи з'єднані один з одним за допомогою порожнистих каналів (трубок) і утворюють теплообмінний контур, причому в першій зоні (2) передбачені внутрішні вивідні вентиляційні отвори (4), що з'єднують першу зону (2) з внутрішньою частиною приміщення, і зовнішні вивідні вентиляційні отвори (5), що з'єднують першу зону (2) із зовнішньою частиною, вулицею, при цьому внутрішні вивідні вентиляційні отвори (4) розташовані вниз за потоком теплообмінного агента в теплообмінному елементі (1) відносно зовнішніх вентиляційних отворів (5) і причому у другій зоні (3) передбачені внутрішні припливні вентиляційні отвори (6), що з'єднують другу зону (3) з внутрішньою частиною приміщення, і зовнішні припливні вентиляційні отвори (7), що з'єднують другу зону (3) з зовнішньою частиною, вулицею, причому внутрішні вентиляційні припливні отвори (6) розташовані вверх за потоком теплообмінного агента відносно зовнішніх припливних отворів (7), причому щонайменше між першим внутрішнім вивідним вентиляційним отвором (4) і останнім зовнішнім вивідним вентиляційним отвором (5) і між першим внутрішнім припливним отвором (6) і останнім зовнішнім припливним отвором (7) в елементі будівлі передбачено відповідно один порожнистий простір, який дозволяє повітряному потоку рухатися. 2. Система вентиляції за п. 1, яка відрізняється тим, що теплообмінний елемент (1) є теплоізольованим принаймні в зоні між внутрішніми вивідними вентиляційними отворами (4) і внутрішніми припливними вентиляційними отворами (6). 3. Система вентиляції за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що нижній зворотний клапан (8) розміщений у теплообмінному елементі (1) безпосередньо перед входом теплообмінного агента в нижню зону (3) та/або верхній зворотний клапан (9) розміщений безпосередньо перед входом теплообмінного агента в верхню зону (2). 4. Система вентиляції за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що передбачені пристрої для підкачки для підтримання циркуляції теплообмінного агента. 5. Система вентиляції за п. 4, яка відрізняється тим, що пристрої для підкачки є електричними пристроями. 6. Система вентиляції за п. 5, яка відрізняється тим, що пристрої для підкачки живляться від елементів сонячних батарей. 7. Система вентиляції за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що конструктивний елемент будівлі є стулкою вікна, віконною коробкою, дверима, дверною коробкою, елементом стіни або даху. 8. Система вентиляції за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що перша зона розміщена в верхній частині, а друга зона в нижній частині конструктивного елемента будівлі. 9. Система вентиляції за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що принаймні зовнішні вивідні (5) і зовнішні припливні вентиляційні отвори (7) закриті зовні сіткою. 4 UA 109261 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5