RO130182A2

RO130182A2 - Orientable diffuser with enhanced induction achieved by passive flow control, for customized ventilation

Info

Publication number: RO130182A2
Application number: ROA201300764A
Authority: RO
Inventors: Ilinca Năstase; Florin-Ioan Bode
Original assignee: Universitatea Tehnică De Construcţii Din Bucureşti
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2015-04-30

Abstract

The invention relates to an orientable diffuser with enhanced induction achieved by passive flow control, for customized ventilation. According to the invention, the diffuser is provided with two orifices, the first of which is intended for the intake of fresh treated air and the second for the discharge of air under pressure towards the user, the air intake orifice being circular while the discharge orifice has a lobe-based geometry with six petals of rounded apices, the median axes of two adjacent petals generating angles of 60° and the ratio between the width and the length of each petal being 1:4.

Description

Invenția se referă la o soluție propusă pentru reducerea disconfortului termic și o îmbunătățire a calității aerului respirat de către utilizator în cazul sistemelor de ventilare personalizată. Difuzorul poate fi utilizat în sistemele de ventilare personalizată pentru clădiri, automobile, vagoane feroviare, aeronave destinate transportului de pasageri.The invention relates to a proposed solution for the reduction of thermal discomfort and an improvement of the quality of the air breathed by the user in the case of personalized ventilation systems. The speaker can be used in custom ventilation systems for buildings, cars, rail cars, aircraft intended for passenger transport.

c. precizarea stadiului cunoscut al tehnicii în domeniul obiectului invenției, cu menționarea dezavantajelor soluțiilor tehnice cunoscutec. specifying the known state of the art in the field of the object of the invention, mentioning the disadvantages of the known technical solutions

Obiectivul principal al sistemelor ventilare si climatizare este de a furniza aer curat și de a menține condiții confortabile pentru utilizatori. Sistemele de distribuție a aerului prin amestec, cele mai răspândite la ora actuală în cazul utilizării lor în clădiri, urmăresc asigurarea parametrilor de confort termic și de puritate a aerului în întreaga zonă de ocupație a încăperilor considerate. Acest mod de distribuție a aerului tratat prezintă o serie de avantaje tehnico-economice, dar în anumite situații se poate traduce prin consumuri energetice importante iară a se atinge parametrii de funcționare preconizați. în acest caz, putem regăsi fie o distribuție neomogenă a câmpurilor de temperatură, având drept consecință nelulțumirea utilizatorilor ce pot acuza senzația de „curent de aer”, fie o puritate neadecvată a aerului ce poate induce stări de oboseală, eficacitate scăzută a muncii și pe termen lung sindromul de „clădire bolnavă” [1-7],The main objective of the ventilation and air conditioning systems is to provide clean air and maintain comfortable conditions for the users. The systems of air distribution by mixing, the most widespread at the present time in case of their use in buildings, aim to ensure the parameters of thermal comfort and air purity throughout the area of occupancy of the rooms considered. This mode of distribution of the treated air presents a series of technical-economic advantages, but in certain situations it can be translated by important energy consumption again to reach the expected operating parameters. In this case, we can find either an inhomogeneous distribution of the temperature fields, as a result of the dissatisfaction of the users who can accuse the sensation of "air flow", or an inadequate purity of the air that can induce fatigue, low efficiency of work and on long-term "sick building" syndrome [1-7],

Sistemele de ventilare personalizată, utilizate cu precădere în incinte puternic confinate cu încărcări termice și de umiditate concentrate - cum ar fi habitaclul autovehiculelor și cockpitul avioanelor de pasageri - sau în mediul industrial, devin în acest context din ce în ce mai atractive pentru utilizarea în clădiri. Acestea se pretează pentru încăperile cu destinații terțiare în care sunt preconizate perioade mari de timp pentru ocuparea unui post de lucru fix, de exemplu în cazul clădirilor de birouri. Ideea de bază din spatele sistemelor de ventilare personalizată constă în furnizarea aerului proaspăt tratat (încălzit, răcit, sau pur și simplu prelevat direct din exterior) în apropierea corpului uman, deobicei acesta fiind dirijat către fața utilizatorului. în acest mod se vizează îmbunătățirea purității aerului respirat și a confortului termic, într-un cuvânt a calității micro-climatului asociat respectivului post de lucru. Așa cum este arătat de către literatura de specialitate [5, 8-12], utilizarea unor astfel de dispozitive în combinație cu sisteme clasice de încălzire/răcire, permite realizarea unor economii importante de energie în cazul clădirilor.Custom ventilation systems, especially used in heavily enclosed buildings with concentrated thermal and humidity loads - such as passenger compartment and passenger aircraft cockpit - or in the industrial environment, are becoming increasingly attractive for use in buildings. . They are suitable for rooms with third-party destinations where large periods of time are expected for occupying a fixed job, for example in the case of office buildings. The basic idea behind custom ventilation systems is to supply freshly treated air (heated, cooled, or simply taken directly from the outside) near the human body, usually being directed to the user's face. In this way, the aim is to improve the purity of the breathed air and the thermal comfort, in a word of the quality of the micro-climate associated with the respective workplace. As shown in the literature [5, 8-12], the use of such devices in combination with conventional heating / cooling systems allows for significant energy savings in buildings.

în ceea ce privește sistemele utilizate în domeniul transporturilor (auto, feroviare sau aviație) dispozitivele de introducere a aerului existente, nu sunt optimizate pe deplin pentru a răspunde criteriilor de confort ale utilizatorilor. Principalul dezavantaj al acestor difuzoare de aer este datorat concepției geometrice ce are drept rezultat formarea unor jeturi concentrate de aer, în care amestecul dintre fluidul primar și ambianță nu se realizează în mod eficient pe parcursul distanței dintre planul de refulare și zona de impact cu corpul uman. Astfel, de cele mai multe ori viteza aerului refulat ajunge în proximitatea feței cu valori ce depășesc limitele acceptate din punct de vedere al senzației de confort, generând senzația de „curent de aer”, uscăciune și iritabilitate a mucoaselor.As for the systems used in the field of transport (car, rail or aviation), the existing air intakes are not fully optimized to meet the users' comfort criteria. The main disadvantage of these air diffusers is due to the geometric design that results in the formation of concentrated air jets, in which the mixture between the primary fluid and the atmosphere is not efficiently achieved during the distance between the discharge plane and the impact area with the human body. . Thus, most of the time the velocity of the flowed air reaches the vicinity of the face with values that exceed the limits accepted from the point of view of the feeling of comfort, generating the sensation of "airflow", dryness and irritability of the mucous membranes.

Unul dintre fabricanții de sisteme de ventilare personalizată este compania Exhausto din Danemarca [13]. Difuzorul propus de către această companie prezintă caracteristici geometrice complet diferite, de unde rezultă și capabilități diferite, de cele ce caracaterizează produsul prezentat în această propunere de brevet. Acesta are rolul de a efectua ventilarea personalizată a persoanelor care efectuează activități sedentare în clădiri, dar principalul său dezavantaj este legat de modul de distribuție a aerului în proximitatea faței utilizatorului. Debitul de aer vehiculat este ridicat (5-10 1/s) ceea ce duce la creșterea vitezei aerului pe langa capul utilizatorului si implicit si la accentuarea unei senzații de disconfort pe care acesta o resimte.One of the manufacturers of custom ventilation systems is the company Exhausto from Denmark [13]. The diffuser proposed by this company has completely different geometric characteristics, from which it also results different capabilities, from those that characterize the product presented in this patent proposal. It has the role of performing the personal ventilation of the people who perform sedentary activities in buildings, but its main disadvantage is related to the distribution of air in the proximity of the user's face. The flow of air conveyed is high (5-10 1 / s), which increases the speed of air near the user's head and implicitly and accentuates a feeling of discomfort that he feels.

d. problema tehnică pe care o rezolvă invențiad. the technical problem that the invention solves

Prezenta invenție are ca scop ameliorarea problemelor de disconfort al utilizatorilor în cazul sistemelor de ventilare personalizată și ameliorarea calității ambientale a micro-climatului format în jurul corpului uman.The present invention aims to improve the users' discomfort problems in the case of personalized ventilation systems and to improve the environmental quality of the micro-climate formed around the human body.

e. prezentarea soluției tehnice a invenției, cu evidențierea elementelor de creație științifică sau tehnică originale care rezolvă problema tehnică menționatăe. presentation of the technical solution of the invention, highlighting the original elements of scientific or technical creation that solve the mentioned technical problem

Soluția propusă pentru reducerea disconfortului termic al utilizatorului constă în implementarea unei geometrii speciale de orificiu pe suprafața unui difuzor sferic. Geometria orificiului estre de tip lobat având o formă axial simetrică, cu șase „petale” (Fig. 1).The solution proposed to reduce the user's thermal discomfort is to implement a special hole geometry on the surface of a spherical diffuser. The geometry of the lobed narrow orifice having an axially symmetrical shape, with six "petals" (Fig. 1).

Unul dintre elementele originale al acestei invenții este utilizarea unui difuzor de formă sferică ce permite orientabilitatea sa, atât din punct de vedere al unghiului (Fig. 2a) cât și al direcției de refulare (Fig. 2b). Difuzorul sferic este integrat într-un manșon care va permite orientarea difuzorului (Fig 2). Așa cum se poate observa în Fig. la, el este prevăzut cu două orificii, dintre care primul este destinat pentru admisia aerului tratat/proaspăt iar cel de-alOne of the original elements of this invention is the use of a spherical shaped diffuser that allows its orientability, both in terms of angle (Fig. 2a) and the direction of discharge (Fig. 2b). The spherical speaker is integrated into a sleeve that will allow the speaker to be oriented (Fig 2). As can be seen in Fig. at, it is provided with two holes, of which the first is intended for the admission of the treated / fresh air and the other one

ZȚ2 Ο 1.3 - 0 0 7 6 4 - f' 2 3 -ΙΟ- 2013 doilea este prevăzut pentru refularea aerului care utilizator. Orificiul de admisie a aerului este circular iar cel pentru evacuare este de geometrie lobată, cu șase petale, cu vârfurile rotunjite. Axele mediane a două petale adiacente generează unghiuri de 60° (Fig 1b). Raportul dintre lățimea fiecărei petale și lungimea sa este de 1/4.ZȚ2 Ο 1.3 - 0 0 7 6 4 - f '2 3 -ΙΟ- 2013 the second is provided for the discharge of air that user. The air inlet is circular and the outlet is of lobed geometry, with six petals, with rounded tips. The median axes of two adjacent petals generate 60 ° angles (Fig. 1b). The ratio between the width of each petal and its length is 1/4.

Difuzorul va fi realizat din materiale plastice care să respecte reglementările în vigoare din domeniul instalațiilor de ventilare.The diffuser will be made of plastics that comply with the regulations in force in the field of ventilation installations.

Dinamica complexă a curgerii de tip jet generată de acest orificiu, asigură o rată de inducție mult mai mare decât în cazul jeturilor generate de alte geometrii de difuzoare utilizate în mod curent pentru ventilarea personalizată, la aceeași suprafață liberă de refulare și același debit de aer injectat. Inducția mărită are loc pe întreaga lungime axială a jetului. Consecința acestui fenomen este exprimată printr-o diluție mai rapidă a puterii termice injectate și printr-o descreștere a vitezei aerului în zona de impact cu corpul uman. Pierderile de sarcină și nivelul de zgomot induse de acest tip de difuzor sunt comparabile cu cele utilizate în același tip de sisteme, difuzorul nenecesitând un consum de energie suplimentar pentru vehicularea aerului.The complex dynamics of the jet flow generated by this orifice, ensures a much higher induction rate than in the case of the jets generated by other diffuser geometries commonly used for personalized ventilation, at the same free discharge surface and the same injected air flow. . The increased induction occurs along the entire axial length of the jet. The consequence of this phenomenon is expressed by a faster dilution of the injected thermal power and by a decrease of the air velocity in the impact area with the human body. The load losses and noise level induced by this type of speaker are comparable to those used in the same type of systems, the speaker needing no additional energy consumption for air travel.

f. prezentarea unuia sau mai multor exemple concrete de realizare a invenției, cu referire la figurile din desenele explicative ale invenției, în cazul în care sunt și desene.f. presentation of one or more concrete embodiments of the invention, with reference to the figures in the explanatory drawings of the invention, if there are drawings.

Implementarea acestui nou tip de difuzor în cadrul postului de lucru pentru destinații de tip birou se poate efectua prin integrarea sa în mobilier ca în exemplul prezentat în Fig3a. O altă soluție este prinderea acestui difuzor de marginea ecranului calculatorului/laptopului cu ajutorul unei cleme (Fig.3b). Difuzorul va fi alimentat cu aer de la o rețea de aer proaspăt care va putea fi ampalsată în tavanul fals sau în pardoseala de tip flotant.The implementation of this new type of speaker in the workplace for office destinations can be done by integrating it in furniture as in the example presented in Fig3a. Another solution is to attach this speaker to the edge of the computer / laptop screen using a clip (Fig.3b). The diffuser will be supplied with air from a fresh air network that can be embedded in the false ceiling or floating floor.

De asemenea acest difuzor va putea fi integrat în habitaclul automobilelor, vagoanelor de calatori sau avioanelor de pasageri în locul difuzoarelor/grilelor de ventilare clasice.Also, this speaker can be integrated in the passenger compartment of cars, passenger cars or passenger planes instead of the conventional ventilation grilles / speakers.

g. prezentarea avantajelor rezultate din aplicarea invențieig. presenting the advantages resulting from the application of the invention

Principalul avantaj al difuzorului inovativ propus pentru sistemele de ventilare personalizată este datorat concepției geometrice speciale ce asigură diluția mai rapidă a puterii termice injectate și descreșterea vitezei aerului în zona de impact cu corpul uman. Astfel, viteza aerului refulat va ajunge în proximitatea feței cu valori în limitele acceptate din punct de vedere al senzației de confort, asigurând funcția primară a sistemului de ventilare și anume aceea de a asigura un debit igienic de aer proaspăt pentru fiecare utilizator. Astfel va fi evitată senzația de „curent de aer”, de uscăciune și iritabilitate a mucoaselor.The main advantage of the innovative diffuser proposed for personalized ventilation systems is due to the special geometric design that ensures the faster dilution of the injected thermal power and the decrease of the air velocity in the impact area with the human body. Thus, the velocity of the flowed air will reach the proximity of the face with values within the limits accepted from the point of view of the comfort sensation, ensuring the primary function of the ventilation system, that is to ensure a hygienic flow of fresh air for each user. This will prevent the sensation of "airflow", dryness and irritability of the mucous membranes.

Difuzorul poate fi utilizat atât pentru sistemele de ventilare personalizată din clădiri cât și pentru cele din automobile, vagoane feroviare, avioane de pasageri.The speaker can be used for both custom ventilation systems in buildings and for cars, rail cars, passenger planes.

Claims

The use of a spherical shaped diffuser that allows its orientability, both in terms of angle (Fig. 2a) and of the discharge direction (Fig. 2b).

The spherical diffuser is provided with two holes, the first of which is intended for the intake of the treated / fresh air and the second is provided for the discharge of air to the user (Fig at). The air inlet is circular and the outlet is of lobed geometry, with six petals, with rounded tips. The median axes of two adjacent petals generate 60 ° angles (Fig. Lb). The ratio between the width of each petal and its length is 1/4.