PL243707B1 - Urządzenie do pulsacyjnej wentylacji pomieszczeń z ciągłą regulacją strumienia objętościowego powietrza - Google Patents

Abstract

Urządzenie do pulsacyjnej wentylacji pomieszczeń z ciągłą regulacją strumienia objętościowego powietrza do zamontowania w ścianie budynku, wyposażone w wentylator, przewód wentylacyjny zaopatrzony w czerpnie oraz wyrzutnie powietrza, charakteryzuje się tym, że w przewodzie wentylacyjnym (1) do wewnętrznej części elementu nawiewno - wywiewnego (2) zamocowany jest wentylator rewersyjny (4), a w połowie długości przewodu wentylacyjnego (1) osadzony jest akumulacyjny wymiennik ciepła (5), natomiast w połowie odległości pomiędzy czerpnią/wyrzutnią (3), a wymiennikiem ciepła (5) umieszczony jest optyczny układ pomiaru prędkości obrotowej, składający się z nadajnika (9) i odbiornika (10) promieniowania, który połączony jest z regulatorem automatycznym (11), wirnik pomiarowy (6) osadzony na wale (7) za pomocą łożysk kulowych (8), wyposażony w łopatki symetryczne względem płaszczyzny prostopadłej do kierunku przepływu powietrza, nachylone są pod katem 25 - 75 stopni, w ilości od 2 do 8 sztuk. Przedmiotem zgłoszenia jest również sposób.

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pulsacyjnej wentylacji pomieszczeń z ciągłą regulacją strumienia objętościowego powietrza do poprawy mikroklimatu, mające zastosowanie w budownictwie mieszkaniowym, obiektach biurowych i użyteczności publicznej.

Urządzenie do wentylacji pulsacyjnej pomieszczeń wykorzystujące wymiennik akumulacyjny do odzysku ciepła jest powszechnie stosowane, opisane zostało w artykule naukowym: Joniec W.: Zdecentralizowana wentylacja budynków i mieszkań, „Rynek instalacyjny” nr 04/2017, s. 69-73. Urządzenie składa się z przewodu wentylacyjnego umieszczonego w ścianie zewnętrznej budynku i zaopatrzonego po obu stronach w elementy zakańczające - element nawiewno-wywiewny i czerpnię/wyrzutnię powietrza. Wewnątrz przewodu umieszczony jest wentylator rewersyjny, wyposażony w system sterowania umożliwiający automatyczne przełączanie kierunku przepływu powietrza. Dodatkowo w przewodzie znajduje się wymiennik akumulacyjny, wykonany z materiału o dużej pojemności cieplnej, który posiada kanały umożliwiające przepływ przez niego powietrza. Usuwane z pomieszczenia ciepłe powietrze ogrzewa wymiennik akumulacyjny, następnie po zmianie cyklu pracy zimne powietrze zewnętrzne przepływa przez wymiennik pobierając z niego ciepło, wstępnie podgrzane nawiewane jest do pomieszczenia. Urządzenie może pracować samodzielnie, lub w parze dwóch skoordynowanych ze sobą jednostek - gdy jedna nawiewa powietrze, druga pracuje w trybie wywiewu. Niedogodnością powyższego rozwiązania jest ograniczenie sprawności odzysku ciepła w wymienniku oraz nawiewanie do pomieszczenia znacząco innej, niż projektowana ilości powietrza. Ponieważ opory przepływu, a co za tym idzie spręż wentylatora są niewielkie, nawet mała różnica ciśnień po stronie wewnętrznej i zewnętrznej urządzenia może mieć duży wpływ na wartości przepływu powietrza. Jest to szczególnie ważne w okresie zimowym, kiedy urządzenie jest najbardziej użyteczne - różnica temperatur w budynku i na zewnątrz powoduje silny wypór cieplny. Jeżeli w innych pomieszczeniach mieszkania zastosowana jest wentylacja grawitacyjna, w środku występować będzie podciśnienie. Podobny efekt występuje, jeżeli mieszkanie posiada nieszczelne drzwi na klatkę schodową, na której naturalnie tworzy się ciąg kominowy - na dolnych piętrach powstaje podciśnienie, a na górnych nadciśnienie. Również duże różnice ciśnień mogą być wywołane działaniem wiatru. Zazwyczaj w warunkach zimowych ciśnienie w budynku będzie niższe niż na zewnątrz, przez co ilość powietrza usuwanego przez urządzenie i ogrzewającego wymiennik będzie mniejsza, niż dopływającego pobierającego ciepło, co skutkuje niższą temperaturą nawiewu i mniejszą ilością odzyskanej energii. Nawiewanie zbyt zimnego powietrza może także powodować dyskomfort użytkowników.

Z polskiego opisu zgłoszeniowego P.416351 znany jest sposób pomiaru prędkości płynu za pomocą anemometru z wirującym elementem pomiarowym i anemometr z wirującym elementem pomiarowym, który przedstawia urządzenie do pomiaru przepływu powietrza w wentylacji wykorzystujące wirnik umieszczony w przewodzie, wprawiany w ruch przez przepływające powietrze oraz magnetyczny mechanizm rozpędzający i spowalniający. Na podstawie chwilowej prędkości obrotowej wirnika obliczany jest strumień przepływającego powietrza. Elektromagnetyczny układ zmieniający obroty wykorzystywany jest do zmniejszenia bezwładności wirnika w trakcie zmian natężenia przepływu. Mechanizm ten nie jest konieczny do stosowana w urządzeniu będącym przedmiotem patentu, ponieważ przepływ powietrza nie będzie gwałtownie zmieniał się w czasie.

Ponadto znany jest sposób pomiaru strumienia objętościowego powietrza wentylacyjnego za pomocą elementu dławiącego, przedstawiony w normie PN-EN ISO 5167-1:2004 oraz za pomocą rurki spiętrzającej, przedstawiony w normie PN-81/M-42367.

Celem wynalazku jest udoskonalenie konstrukcji urządzenia do wentylacji pulsacyjnej pomieszczeń wykorzystujące wymiennik akumulacyjny do odzysku ciepła. Udoskonalenie polega na wprowadzeniu pomiaru chwilowego strumienia objętości powietrza, co umożliwia regulację prędkości obrotowej wentylatora tak aby strumienie powietrza nawiewanego i wywiewanego były równe.

Cel ten osiągnięto poprzez umieszczenie w przewodzie wentylacyjnym wirnika pomiarowego wraz z czujnikiem mierzącym jego prędkość obrotową. Prędkość obrotów wirnika jest proporcjonalna do chwilowego strumienia objętościowego powietrza. Dane z czujnika wykorzystywane są przez automatyczny regulator do zmiany prędkości obrotowej wentylatora.

Urządzenie do pulsacyjnej wentylacji pomieszczeń z ciągłą regulacją strumienia objętościowego powietrza do zamontowania w ścianie budynku, wyposażone w wentylator, przewód wentylacyjny zaopatrzony w czerpnie oraz wyrzutnie powietrza, charakteryzuje się tym, że w przewodzie wentylacyjnym do wewnętrznej części elementu nawiewno-wywiewnego zamocowany jest wentylator rewersyjny o prędkości obrotowej od 0 obr/min do 2400 obr/min, korzystnie od 1 obr/min do 500 obr/min, którego kierunek obrotów zmienia się w odstępie czasowym od 20 sekund do 2 minut, korzystnie od 0,2 sekund do 10 sekund, a w połowie długości przewodu wentylacyjnego osadzony jest akumulacyjny wymiennik ciepła, natomiast w połowie odległości pomiędzy czerpnią/wyrzutnią, a wymiennikiem ciepła umieszczony jest optyczny układ pomiaru prędkości obrotowej, składający się z nadajnika i odbiornika promieniowania, który połączony jest z regulatorem automatycznym, a wirnik pomiarowy o prędkości obrotowej od 0 obr/min do 2100 obr/min proporcjonalnej do strumienia objętościowego przepływającego powietrza, osadzony jest na wale za pomocą łożysk kulowych, wyposażony w łopatki symetryczne względem płaszczyzny prostopadłej do kierunku przepływu powietrza, które nachylone są pod kątem 25-75 stopni, w ilości od 2 do 8 sztuk.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest lepsze niż w dotychczas stosowanym urządzeniu wyrównanie strumieni powietrza nawiewanego i wywiewanego, co zwiększa stopień odzysku ciepła. Dodatkowo zmniejsza ono wpływ klimatu zewnętrznego na działanie systemu wentylacji, powodując że chwilowy strumień powietrza wentylacyjnego jest bliższy wartości projektowanej. Poprawia ono także komfort użytkowania urządzenia, zapobiegając nawiewowi dużych ilości zimnego powietrza kiedy w pomieszczeniu występuje podciśnienie. Zastosowanie metody pomiaru za pomocą wirnika pomiarowego posiada w przypadku tego urządzenia zalety w porównaniu do rozwiązań stosowanych powszechnie przy pomiarze strumienia objętości powietrza w wentylacji. Zastosowanie elementu dławiącego w postaci kryzy albo zwężki wprowadziłoby dodatkową, bardzo znaczącą w skali urządzenia stratę ciśnienia, ponadto mogłoby generować hałas. Ponieważ prędkości przepływu w urządzeniu często są niższe niż 1 m/s, pomiar metodą wykorzystującą pomiar ciśnienia dynamicznego (np. rurką spiętrzającą) byłby niemożliwy lub bardzo niedokładny. W obu tych rozwiązaniach zachodziłaby ponadto konieczność zastosowania precyzyjnego elektronicznego czujnika ciśnienia co znacznie podniosłoby cenę urządzenia. Również ze względu na koszt nieuzasadnione byłoby wykorzystanie termoanemometru.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia przekrój przez urządzenie, a Fig. 2 przedstawia widok wirnika pomiarowego.

Urządzenie według wynalazku zbudowane jest z przewodu wentylacyjnego (1) o średnicy 120 mm, umieszczonego w ścianie budynku i zakończonego od strony wewnętrznej elementem nawiewno-wywiewnym (2), a od strony zewnętrznej czerpnią/wyrzutnią powietrza (3). W przewodzie wentylacyjnym (1) umieszczony jest kolejno, od strony pomieszczenia: wentylator rewersyjny (4), akumulacyjny wymiennik ciepła (5) zaopatrzony w kanały umożliwiające przepływ przez niego powietrza oraz wirnik pomiarowy (6). Elementy (4, 5, 6) rozmieszczone są tak, aby odległości między nimi były równe. Wirnik pomiarowy (6) wykonany jest z tworzywa sztucznego i osadzony jest na wale (7) za pomocą łożysk kulkowych (8). Po obu stronach wirnika pomiarowego (6) znajdują się elementy optycznego układu pomiaru prędkości obrotowej nadajnik (9) i odbiornik (10) promieniowania. Elementy: nadajnik (9) i odbiornik (10) promieniowania umieszczone są tak, aby łopatki wirnika pomiarowego (6) obracając się przecinały wiązkę między nadajnikiem (9), a odbiornikiem (10) promieniowania. Układ pomiaru prędkości obrotowej nadajnik (9) i odbiornik (10) promieniowania wirnika pomiarowego (6) połączony jest z regulatorem automatycznym (11), który posiada możliwość regulacji prędkości obrotowej oraz kierunku obrotów wentylatora rewersyjnego (4).

Działanie urządzenia polega na naprzemiennym tłoczeniu powietrza przez wentylator rewersyjny (4) w ilości od 15 m³/h do 60 m³/h przewodem wentylacyjnym (1) w obu kierunkach. Zmiany kierunku obrotów wentylatora rewersyjnego (4) następują co 90 sekund. Powietrze tłoczone jest przez element nawiewno-wywiewny (2), akumulacyjny wymiennik ciepła (5), wirnik pomiarowy (6) i czerpnię/wy rzutnię powietrza (3). Przemieszczając się od pomieszczenia na zewnątrz, powietrze oddaje ciepło w akumulacyjnym wymienniku ciepła (5) ogrzewając go, natomiast przy przemieszczaniu z zewnątrz do wnętrza powietrze pobiera z akumulacyjnego wymiennika ciepła (5) zmagazynowaną energię ogrzewając się. Przy przepływie w dowolnym z kierunków powietrze wprawia w ruch wirnik pomiarowy (6), którego prędkość obrotowa, w zakresie od 0 obr/min do 2100 obr/min, jest zależna od strumienia objętościowego powietrza przepływającego przewodem wentylacyjnym (1). Zależność ta w zakresie przepływów występujących w urządzeniu jest liniowa, i przybiera postać V = 21,23*n - 352, gdzie V to przepływ objętościowy powietrza wyrażony w m³/h, a prędkość obrotowa wirnika pomiarowego (6) wyrażona w obrotach na minutę. Co dwie sekundy regulator automatyczny (11) dokonuje przeliczenia chwilowej prędkości obrotowej wirnika pomiarowego (6) na przepływ objętościowy powietrza według powyższego wzoru, a następnie porównuje z zadaną przez użytkownika wartością przepływu objętościowego powietrza mieszczącą się w podanym zakresie. Jeżeli chwilowa wartość przepływu jest różna od wartości zadanej, regulator automatyczny (11) dokonuje korekty zmniejszając lub zwiększając prędkość obrotową wentylatora rewersyjnego (4) o 1%, w zakresie od 0 obr/min do 2400 obr/min.

Wentylacja pomieszczeń, przy użyciu urządzenia do pulsacyjnej wentylacji pomieszczeń z ciągłą regulacją strumienia objętościowego powietrza polega na tym, że za pomocą wentylatora rewersyjnego (4), którego kierunek obrotów zmienia się w czasie od 20 sekund do 2 minut, tłoczy się powietrze w ilości od 15 m³/h do 60 m³/h, które wprawia w ruch wirnik pomiarowy (6) o prędkości obrotowej od 0 obr/min do 2100 obr/min proporcjonalnej do strumienia objętościowego przepływającego powietrza, którego prędkość mierzy się za pomocą czujnika optycznego, a następnie dane przesyłane są do regulatora automatycznego (11), przy czym jeżeli zmierzone chwilowe natężenie przepływu jest mniejsze od wartości zadanej mieszczącej się w zakresie od 15 m³/h do 60 m³/h, regulator automatyczny (11) zwiększa prędkość obrotową wentylatora o wartość od 1 do 500 obr/min, w zakresie od 0 obr/min do 2400 obr/min, natomiast jeżeli chwilowe natężenie przepływu jest większe od wartości zadanej mieszczącej się w zakresie od 15 m³/h do 60 m³/h, regulator automatyczny (11) zmniejsza prędkość obrotową wentylatora o wartość od 1 obr/min do 500 obr/min, w zakresie od 0 obr/min do 2400 obr/min w odstępie czasowym od 0,2 sekund do 10 sekund.

Claims (1)

1. Urządzenie do pulsacyjnej wentylacji pomieszczeń z ciągłą regulacją strumienia objętościowego powietrza do zamontowania w ścianie budynku, wyposażone w wentylator, przewód wentylacyjny zaopatrzony w czerpnie oraz wyrzutnie powietrza, znamienne tym, że w przewodzie wentylacyjnym (1) do wewnętrznej części elementu nawiewno-wywiewnego (2) zamocowany jest wentylator rewersyjny (4) o prędkości obrotowej od 0 obr/min do 2400 obr/min, korzystnie od 1 obr/min do 500 obr/min, którego kierunek obrotów zmienia się w odstępie czasowym od 20 sekund do 2 minut, korzystnie od 0,2 sekund do 10 sekund, a w połowie długości przewodu wentylacyjnego (1) osadzony jest akumulacyjny wymiennik ciepła (5), natomiast w połowie odległości pomiędzy czerpnią/wyrzutnią (3), a wymiennikiem ciepła (5) umieszczony jest optyczny układ pomiaru prędkości obrotowej, składający się z nadajnika (9) i odbiornika (10) promieniowania, który połączony jest z regulatorem automatycznym (11), a wirnik pomiarowy (6) o prędkości obrotowej od 0 obr/min do 2100 obr/min proporcjonalnej do strumienia objętościowego przepływającego powietrza, osadzony jest na wale (7) za pomocą łożysk kulowych (8), wyposażony w łopatki symetryczne względem płaszczyzny prostopadłej do kierunku przepływu powietrza, które nachylone są pod kątem 25-75 stopni, w ilości od 2 do 8 sztuk.