CZ308405B6 - Způsob zamezení ztráty tlakové diference při otevření dveří a systém k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Vynález využívá k zabránění ztráty tlakové diference při otevření dveří (1) dynamickou vzduchovou bariéru působící kolmým směrem od plochy dveří (1) proti statickému přetlaku, která je vytvořena z usměrněného dynamického proudu (2) vzduchu šířícího se na straně dveří(1) s přetlakem horizontálně od vrchu dveří (1), nebo vertikálně od alespoň jednoho z boků dveří (1), k protilehlému konci dveří (1). Součástí vynálezu je rovněž systém zahrnující zařízení (5) pro vytvoření usměrněného dynamického proudu (2) vzduchu, dále snímač (6) tlakové diference, snímač stavu dveří (1), a řídicí jednotku připojenou, nebo integrovanou, do regulátoru chodu a vzduchového výkonu zařízení (5).

Description

Způsob zamezení ztráty tlakové diference při otevření dveří a systém k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká zamezení ztráty tlakové diference mezi dvěma stavebně oddělenými prostory, které jsou vzájemně zpřístupněné přes otevřené dveře.

Dosavadní stav techniky

Pokud existuje tlaková diference mezi dvěma oddělenými prostory, vždy lze prostory v rámci tlakové diference označit, jako prostor s výchozím tlakem, a jako prostor s přetlakem nebo s podtlakem. V případě propojení prostorů otevřením dveří dojde prouděním vzduchu ke snaze vyrovnat tlaky mezi oběma prostory do rovnovážného stavu. Snaha o vyrovnání tlaku mezi dvěma prostory s panující tlakovou diferencí při jejich náhlém propojení je přirozeným projevem neživé přírody.

Tento přirozený projev neživé přírody je pro úsilí člověka v mnoha případech nežádoucí a musí být kompenzován.

Jedním ze současných příkladů úsilí člověka, kde musí být zamezeno ztrátě požadovaného přetlaku při otevření dveří, je protipožární ochrana budov, a to ochrana chráněné únikové cesty z budovy před zamořením kouřem. Úniková cesta zpravidla vede skrz budovu ke dveřím umožňujícím bezpečné opuštění budovy, přičemž je prostor únikové cesty zásoben čerstvým vzduchem, který v prostoru únikové cesty vytvoří přetlak, jenž brání kouři, aby se do únikové cesty natáhl od zdroje požáru. V případě otevření dveří z chráněné únikové cesty z budovy ven pro bezpečný únik osob současně vlivem přetlaku jimi dochází k úniku vzduchu z chráněné únikové cesty. Tento problém se v současné době řeší tak, že je vzduchotechnické zařízení pro udržení přetlaku v chráněné únikové cestě dimenzováno na mnohem vyšší výkon z hlediska zásobování čerstvým vzduchem tak, aby nedošlo ke ztrátě přetlaku při otevřených dveřích z chráněné únikové cesty ven. V současné době přísných norem, týkajících se větrání chráněných únikových cest, je u dveřního otvoru požadován minimální přetlak vzduchu v prostoru chráněné únikové cesty vůči venkovnímu prostředí, do kterého dveřní otvor ústí, o hodnotě 10 Pa, ale současně nesmí být překročen dovolený přetlak 50 Pa nebo 100 Pa podle situace.

Nevýhody řešení s upraveným dimenzováním vzduchotechnického zařízení pro udržení přetlaku v prostoru chráněné únikové cesty spočívají v tom, že např. pro dveře o otevřené ploše 4 m² a přetlaku o hodnotě 10 Pa je požadavek na dimenzování vzduchotechniky pro kompenzaci úniku větracího vzduchu z chráněné únikové cesty navíc vzduchovým výkonem zhruba 10 m³/s. To je z hlediska projektování budovy náročnou podmínkou, jak z pohledu ekonomického, tak z pohledu instalačních podmínek, a v neposlední řadě i z pohledu údržby. Vzduchotechnický systém, zásobující vzduchem chráněnou únikovou cestu, tak musí být dimenzovaný zhruba na dvojnásobný vzduchový výkon, a s tím také veškeré vzduchotechnické rozvody, včetně záložního zdroje elektrické energie.

Bohužel není možné uvedené nevýhody řešit pomocí samočinných posuvně otevíracích dveří, či ani pomocí otáčejících se turniketů, které by otvor dveří průběžně zavíraly proti úniku vzduchu, neboť v případě krizové situace předpisy stanovují, aby se dveře, či turnikety, otevřely dokořán pro zprůchodnění únikové cesty.

Jiným známým současným příkladem používání tlakové diference mezi dvěma stavebně oddělenými prostory propojenými dveřmi jsou klinicky sterilní operační sály, které obsahují přetlak vyčištěného vzduchu, aby nedošlo ke kontaminaci organismu pacienta z venkovního

- 1 CZ 308405 B6 prostoru operačního sálu. Nebo dále např. výzkumné laboratoře, či čisté výrobní prostoty. I zde je požadavek, aby vzduchotechnické vybavení bylo dimenzováno pro náhlé výkyvy tlakové diference při otevření dveří. Navíc bývají budovány zdvojené dveře, které mezi sebou vytvoří určitý přechodový meziprostor. Nevýhody takového řešení spočívají vtom, že se jedná o stavebně a prostorově náročné řešení, že každé použití přechodového meziprostoru znamená tlakovou ztrátu, kterou musí vzduchotechnika dočerpat, a v neposlední řadě zpomaluje použití přechodového meziprostoru přesun osob z jednoho místa na druhé.

Úkolem vynálezu je vytvoření způsobu, který by odstraňoval výše uvedené nevýhody současného stavu techniky tím, že by zamezoval ztrátě tlakové diference při otevřených dveřích, že by aktivně bránil přesunu vzduchu o vyšším tlaku přes dveře do prostoru s výchozím tlakem, přičemž by si dveře bez omezení zachovaly svoji průchodnost pro osoby a vybavení. Součástí vynálezu je také vytvoření systému, který by umožňoval provádět vynalezený způsob.

Podstata vynálezu

Vytčený úkol je vyřešen vytvořením způsobu pro zamezení ztráty tlakové diference při otevření dveří podle níže uvedeného vynálezu.

V rámci způsobu zamezení ztráty tlakové diference při otevření dveří se kontinuálně monitoruje stav dveří, zda jsou otevírány, otevřeny, nebo uzavřeny.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že se na straně dveří s přetlakem před otevírajícími se dveřmi vytvoří vzduchová bariéra z usměrněného dynamického proudu vzduchu, která se udržuje do okamžiku uzavření dveří.

Na plochu dveří působí statický tlak přetlaku, který v momentě otevření dveří způsobí pohyb vzduchu z přetlaku skrz dveře. Je výhodné, pokud se do dveří postaví vzduchová bariéra, která působí alespoň stejným, nebo vyšším dynamickým tlakem, který zabrání úniku vzduchu dveřmi. Vzduchová bariéra působící směrem kolmo od plochy dveří je složkou usměrněného dynamického proudu vzduchu, pro jehož vytvoření je potřeba méně vzduchotechnické kapacity než pro dočerpávání uniknuvšího vzduchu dveřmi předimenzovanými vzduchotechnickými zařízeními pro zachování přetlaku.

Nespornou výhodou vynálezu je, že díky snížení ztráty tlakové diference, nemusí být vzduchotechnické zařízení dimenzováno na takový vzduchový výkon (m³/s), který by kompenzoval tlakovou ztrátu při otevření dveří. To přináší nezanedbatelné ekonomické, stavební a provozní výhody.

Je výhodné, pokud se měří aktuální hodnota tlakové diference, načež se dle aktuálně naměřené hodnoty tlakové diference mění intenzita dynamického proudu vzduchu a/nebo směr dynamického proudu vzduchu. Pro další úsporu zdrojů je žádoucí, aby se způsob neprováděl jen ve dvou stavech, a to spuštěno, a vypnuto, ale aby se reagovalo na momentální požadavky pro zamezení ztrát přetlaku. Vzhledem ktomu, že vzduchová bariéra je jednou ze složek usměrněného dynamického proudu vzduchu, lze její parametry měnit intenzitou proudění a úhlem, který svírá dynamický proud vzduchu s rovinnou plochy dveří. Změnu parametrů lze dopočítávat pomocí vektorového skládání složek. S výhodou svírá směr dynamického proudu vzduchu s rovnoběžnou rovinnou plochy dveří úhel v rozmezí od 0° do 20°.

V dalším výhodném provedení způsobu podle vynálezu je počátek proudu vzduchu uspořádán horizontálně nad dveřmi, nebo počátek proudu vzduchu je uspořádán vertikálně podél alespoň jednoho boku dveří. Díky libovolnosti uspořádání počátku proudu vzduchu vůči dveřím, je možné volit širokou paletu konstrukčních řešení, ať už u nových staveb, tak v rámci rekonstrukce staveb již existujících.

-2 CZ 308405 B6

Dále je výhodné, pokud se vzduch pro vytvoření vzduchové bariéry nasává z prostoru s přetlakem, nebo z prostoru s výchozím tlakem. V případě, že může být vzduch jakýkoliv, je výhodné nasávat z prostoru s výchozím tlakem, pokud je však potřeba, aby si vzduch uchoval nějaké provozní parametry, např. teplotu, nebo čistotu, je vhodnější nasávat jej z prostoru s přetlakem.

Součástí vynálezu je také systém k provádění vynalezeného způsobu pro zamezení ztráty tlakové diference při otevření dveří.

Systém k provádění způsobu pro zamezení ztráty tlakové diference při otevření dveří zahrnuje alespoň jedno zařízení pro vytvoření usměrněného dynamického proudu vzduchu, a dále systém zahrnuje alespoň jeden snímač tlakové diference mezi prostory propojenými dveřmi.

Podstata vynálezu spočívá vtom, že zařízení je umístěno na straně dveří s panujícím přetlakem, aby dynamická vzduchová bariéra působila proti statickému přetlaku. Dále, že je zařízení uspořádáno horizontálně nad dveřmi, nebo vertikálně u alespoň jednoho boku dveří, pro šíření usměrněného dynamického proudu vzduchu ze zařízení směrem k protilehlému konci dveří, aby složka usměrněného dynamického proudu vytvořila vzduchovou bariéru působící ve směru kolmém od plochy dveří proti statickému přetlaku v celé ploše dveří. Součástí systému je také řídicí jednotka, ke které je zařízení pro vytvoření proudu vzduchu připojeno, a to pro řízení chodu systému. Řídicí jednotka je propojená se snímačem tlakové diference, a dále s alespoň jedním snímačem stavu dveří.

Výsledky činnosti systému vedou k úspoře ekonomických nákladů, přičemž je systém relativně jednoduchý vzhledem k doposud používaným vzduchotechnickým zařízením. Systém je dobře aplikovatelný, jak do novostaveb, tak do staveb stávajících, včetně těch historických, které neumožňují příliš zásadní změny v architektuře.

V dalším výhodném provedení systému podle vynálezu je řídicí jednotka opatřena alespoň jedním datovým úložištěm pro uložení regulačního softwarového modulu chodu zařízení, přičemž tvoří, nebo je připojena, k regulátoru chodu a vzduchového výkonu zařízení. To je výhodné z důvodu, pokud se nejenom systém zapíná a vypíná, ale pokud umožňuje adaptaci vzduchové bariéry na aktuální stav věcí, a to upravováním intenzity a/nebo směru usměrněného proudu vzduchu.

Je výhodné, pokud je zařízení pro nasávání vzduchu připojeno k prostoru s přetlakem, a/nebo k prostoru s výchozím tlakem. Lze podle situace použít vhodný vzduch, např. z hlediska parametrů, jako je teplota, čistota atp.

Ve výhodném provedení systému podle vynálezu je zařízení tvořeno vzduchovou clonou. To je velice výhodné, neboť vzduchové clony dokážou vytvořit usměrněný proud vzduchu s řízenou intenzitou a směrem. Navíc jsou používány pro ochranu před úniky tepla z místností, takže jejich adaptace pro zamezení ztráty přetlaku je více než vhodná, a to zejména v nouzových situacích vyžadujících chráněné únikové cesty.

Mezi výhody vynálezu lze na první místo zařadit úsporu výrobních a provozních nákladů na vzduchotechnické systémy pro vytváření přetlaku při otevřených dveřích, které jinak musejí být dimenzovány na vyrovnání velkých tlakových ztrát. Vynález s výhodou vytvoří dynamický protitlak, který neumožní ztrátu tlaku, přičemž je vynález z pohledu současných řešení jednoduchý, snadno zhotovitelný, a má nízké provozní náklady. Navíc je možné pro aplikaci vynálezu s výhodou adaptovat vzduchové clony, takže lze např. u bezpečnostních systému použít již nainstalovaná řešení.

-3 CZ 308405 B6

Objasnění výkresů

Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde:

obr. 1 znázorňuje řez objektem a horizontální provedení vynálezu nad dveřmi, obr. 2 znázorňuje půdorys objektu a oboustranné vertikální provedení vynálezu u dveří, obr. 3 znázorňuje půdorys objektu a jednostranné vertikální provedení vynálezu u dveří, obr. 4 znázorňuje řez objektem a horizontální provedení vynálezu nad dveřmi z vnější strany objektu, kde panuje vyšší tlak.

Příklady uskutečnění vynálezu

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení vynálezu na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde popsána.

Chráněná úniková cesta 12 budovy 8 znázorněná v řezu na obr. 1 a v půdorysu na obr. 2 a obr. 3 je oddělena od venkovního prostoru 4 s výchozím tlakem dveřmi L Chráněná úniková cesta 12 budovy 8 je obvykle zásobována větracím vzduchem pomocí ventilátoru 7 přívodu vzduchu do chráněné únikové cesty 12, který v ní vytváří požadovaný statický přetlak vzduchu. Dynamická složka 9 znázorněná vektorem W4 usměrněného proudu 2 vzduchu znázorněného vektorem w₂ kolmá k ploše dveří ]_ vycházející ze zařízení 5 pro vytvoření usměrněného dynamického proudu 2 vzduchu vytváří dynamický tlak, který v chráněné únikové cestě 12 pomáhá v případě otevření dveří 1 udržovat požadovaný statický přetlak vzduchu. Pokud se dveře 1 otevřou, zařízení 5 se uvede do činnosti, a pokud se dveře 1 zavřou, zařízení 5 se vypne. Zařízení 5 nasává vzduch přes vyústku 10 z prostoru výchozího tlaku vzduchu, v tomto příkladu uskutečnění z exteriéru, nebo přes vyústku 11 z prostoru přetlaku neboli z interiéru.

Aplikace znázorněná v řezu na obr. 1 je příklad uskutečnění, kdy je zařízení 5 pro vytvoření dynamického proudu 2 vzduchu instalováno v horizontální poloze nade dveřmi j_. Zařízení 5 je opatřeno řídicí jednotkou, která je integrována do regulátoru chodu zařízení 5 pro řízení směru a intenzity dynamického proudu 2 vzduchu. Řídicí jednotka je připojena ke snímači 6 tlakové diference, mezi prostorem 4 s výchozím tlakem vzduchu a prostorem 3 s přetlakem, tj. s chráněnou únikovou cestou 12, a dále je řídicí jednotka připojena ke snímači stavu dveří 1, který nepřetržitě sleduje, zda se dveře 1 otevírají, jsou otevřené, či jsou zavřené. Řídicí jednotka je opatřena datovým úložištěm, na kterém je uložen softwarový modul, jenž obsahuje program pro výpočet úhlu a směru a intenzity produkovaného usměrněného dynamického proudu 2 vzduchu ze zařízení 5. Podle změny tlakové diference se mění výsledná dynamická složka 9 vzduchu působící proti statickému přetlaku.

Dynamický tlak Pd = Ά . p . w? (Pa), kde p je hustota vzduchu (kg/m³), w je rychlost vzduchu (m/s). V našem případě se uplatní pouze rychlostní složka proudu vzduchu kolmá k ploše dveřního otvoru 4, která se stanoví výpočtem W4 = w2 . cos a . Potom dynamický tlak Pd = Vz. p . (w2 cos a)² (Pa) musí být roven požadovanému statickému přetlaku vzduchu Ps (Pa), například 10 (Pa), aby nedocházelo k proudění vzduchu dveřmi z chráněné únikové cesty ven a s tím související ztrátou požadovaného přetlaku.

Aplikace znázorněná v půdorysu na obr. 2 je příkladem uskutečnění, kdy je zařízení 5 instalováno ve vertikální poloze po obou bocích dveří 1. Vyhodnocování a nastavení provozních parametrů probíhá v řídicí jednotce obdobně, jako u předchozího příkladu z obr. 1.

-4 CZ 308405 B6

Aplikace znázorněná v půdorysu na obr. 3 je příkladem uskutečnění, kdy je zařízení 5 instalováno ve vertikální poloze podél jednoho z boků dveří L Vyhodnocování a nastavení provozních parametrů probíhá v řídicí jednotce obdobně, jako u předchozího příkladu z obr. 1.

Aplikace znázorněná v řezu na obr. 4 je příklad uskutečnění, kdy je zařízení 5 pro vytvoření dynamického proudu 2 vzduchu instalováno v horizontální poloze nade dveřmi L Zařízení 5 je opatřeno řídicí jednotkou, která je integrována do regulátoru chodu zařízení 5 pro řízení směru a intenzity dynamického proudu 2 vzduchu. Řídicí jednotka je připojena ke snímači 6 tlakové diference, mezi prostorem 4 s výchozím tlakem vzduchu a prostorem 13 s podtlakem, a dále je řídicí jednotka připojena ke snímači stavu dveří 1, který nepřetržitě sleduje, zda se dveře 1 otevírají, jsou otevřené, či jsou zavřené. Řídicí jednotka je opatřena datovým úložištěm, na kterém je uložen softwarový modul, jenž obsahuje program pro výpočet úhlu a směru a intenzity produkovaného usměrněného dynamického proudu 2 vzduchu ze zařízení 5. Podle změny tlakové diference se mění výsledná dynamická složka 9 vzduchu působící proti statickému podtlaku.

Průmyslová využitelnost

Způsob zamezení ztráty přetlaku při otevření dveří a systém k provádění tohoto způsobu podle vynálezu naleznou uplatnění v oblasti vzduchotechniky, zejména v oblasti aplikací s udržováním umělého přetlaku, jako jsou např. chráněné únikové cesty, přetlakové výzkumné, zdravotní, potravinářské nebo výrobní, prostory.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob zamezení ztráty tlakové diference při otevření dveří (1), v rámci kterého se kontinuálně monitoruje stav dveří (1), vyznačující se tím, že se na straně dveří (1) s přetlakem před otevírajícími se dveřmi (1) vytvoří vzduchová bariéra z usměrněného dynamického proudu (2) vzduchu, která se udržuje do okamžiku uzavření dveří (1).
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se měří aktuální hodnota tlakové diference, načež se dle aktuálně naměřené hodnoty tlakové diference mění intenzita dynamického proudu (2) vzduchu a/nebo směr dynamického proudu (2) vzduchu.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že směr dynamického proudu (2) vzduchu svírá s rovnoběžnou rovinnou plochy dveří (1) úhel (a) v rozmezí od 0° do 20°.
4. 4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že počátek proudu (2) vzduchu je uspořádán horizontálně nad dveřmi (1).
5. 5. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že počátek proudu (2) vzduchu je uspořádán vertikálně podél alespoň jednoho boku dveří (1).
6. 6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že vzduch pro vytvoření vzduchové bariéry se nasává z prostoru (3) s přetlakem, nebo z prostoru (4) s výchozím tlakem.
7. 7. Systém k provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 6, zahrnující alespoň jedno zařízení (5) pro vytvoření usměrněného dynamického proudu (2) vzduchu, a dále alespoň jeden snímač (6) tlakové diference mezi prostory (3, 4) propojenými dveřmi (1), vyznačující se tím, že zařízení (5) je umístěno na straně dveří (1) s panujícím přetlakem, že zařízení (5) je uspořádáno

   -5 CZ 308405 B6 horizontálně nad dveřmi (1), nebo vertikálně u alespoň jednoho boku dveří (1), pro šíření dynamického proudu (2) vzduchu ze zařízení (5) směrem k protilehlému konci dveří (1), dále že je připojeno k alespoň jedné řídicí jednotce pro řízení chodu systému propojené se snímačem (6) tlakové diference, a dále že je k řídicí jednotce připojen alespoň jeden snímač stavu dveří (1).
8. 8. Systém podle nároku 7, vyznačující se tím, že řídicí jednotka je opatřena alespoň jedním datovým úložištěm pro uložení regulačního softwarového modulu chodu zařízení (5), přičemž řídicí jednotka je připojena k regulátoru chodu a vzduchového výkonu zařízení (5), nebo je regulátor chodu a vzduchového výkonu zařízení (5) součástí řídicí jednotky.
9. 9. Systém podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že zařízení (5) je pro nasávání vzduchu připojeno k prostoru (3) s přetlakem, a/nebo k prostoru (4) s výchozím tlakem.
10. 10. Systém podle některého z nároků 7 až 9, vyznačující se tím, že zařízení (5) je tvořeno 15 vzduchovou clonou.