MD1837Z - Sistem descentralizat de alimentare şi evacuare a aerului cu recuperare de căldură - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la tehnica de ventilaţie a încăperilor, în special la sisteme descentralizate de alimentare şi evacuare a aerului cu recuperare de căldură.Sistemul descentralizat de alimentare şi evacuare a aerului, conform invenţiei, conţine un schimbător de căldură ondulat (5) cu o multitudine de canale de schimb de căldură şi ventilatoare (8). Sistemul conţine suplimentar un modul încastrat în perete (17), care conţine schimbătorul de căldură ondulat menţionat (5) cu o multitudine de canale de schimb de căldură, executate ondulat sau de o altă formă geometrică similară pe lungimea sa, cu o secţiune transversală în formă de U, care sunt amplasate echidistant cu formarea unui spaţiu ondulat continuu de segmente de schimb de căldură, totodată pe ambele părţi ale modulului încastrat în perete (17) sunt amplasate separatoare (2) cu profil aerodinamic, în spatele cărora sunt amplasate ventilatoarele (8); un modul interior (16) cu o carcasă (12), pe suprafaţa frontală a căruia este instalat un ecran electronic (13), totodată pe părţile laterale ale carcasei (12) este instalată cel puţin o supapă (9) pentru blocarea fluxului de aer, în interiorul carcasei (12) este amplasat un perete despărţitor înclinat (11) pentru separarea fluxurilor de aer de alimentare şi evacuare, iar pe carcasa modulului interior (16) este instalat un amortizor de zgomot din polimer; un modul exterior (18), executat în formă de capac cu grilă, instalat în afara încăperii, a cărui parte din spate este executată cu o înclinare unghiulară pentru a proteja sistemul de vântul orientat perpendicular faţă de peretele clădirii.

Description

Invenţia se referă la tehnica de ventilaţie a încăperilor, în special la sisteme descentralizate de alimentare şi evacuare a aerului cu recuperare de căldură, şi poate fi utilizată pentru a transfera căldura şi energia de la un flux de aer expirat extras din încăpere la un flux de aer curat introdus în încăpere pentru a înlocui aerul expirat.

Din practică sunt cunoscute multe soluţii tehnice, diferite forme şi concepţii, destinate ventilaţiei naturale a spaţiilor rezidenţiale şi nerezidenţiale.

Motivaţia pentru găsirea unor soluţii optime de ventilaţie este necesitatea de a construi spaţiile în aşa fel, încât să se asigure economisiri maxime de energie în clădire. Însă, creşterea factorului de economisire a energiei în clădire duce la o scădere proporţională a autoreglementării climatului din interiorul său.

Cu alte cuvinte, din cauza utilizării încălzirii centrale, a funcţionării unui număr mare de electrocasnice şi a altor factori tehnologici moderni, astfel de spaţii sunt supuse unei dezumidificări semnificative şi poluării aerului din interior, creând astfel condiţii acceptabile pentru dezvoltarea bolilor alergice şi complicaţiilor sau a bolilor căilor respiratorii.

Primăvara şi vara, clădirile cu consum redus de energie nu elimină eficient umiditatea ridicată a aerului, ceea ce face dificilă circulaţia naturală a aerului în interiorul clădirii, creând astfel condiţii favorabile pentru dezvoltarea ciupercilor şi a microorganismelor dăunătoare.

Afirmaţiile de mai sus sunt bine cunoscute specialiştilor din domeniu. De aceea, în multe ţări dezvoltate, instituţiile medicale recomandă ventilaţia frecventă.

În majoritatea ţărilor sunt stabilite standarde pentru a reglementa standardele pentru sistemele permanente de schimb de aer.

În principiu, ventilaţia se realizează prin deschiderea geamurilor, asigurând astfel circulaţia naturală a aerului în interiorul încăperii. Însă, ventilaţia doar prin deschiderea geamurilor creează multe incomodităţi. În special, iarna, o fereastră deschisă, datorită suprafeţei sale mari, răceşte semnificativ încăperea, iar vara o încălzeşte, ceea ce duce la un consum semnificativ de energie pentru a asigura condiţii de lucru şi de viaţă acceptabile şi confortabile. Din acest motiv, crearea sistemelor de ventilaţie cere un timp considerabil.

Este cunoscut un sistem descentralizat de alimentare şi evacuare a aerului cu recuperare de căldură, care conţine un schimbător de căldură în formă de cilindru cu o pluralitate de segmente de schimb de căldură şi două capace, iar segmentele de schimb de căldură sunt amplasate radial şi converg la bază pentru a forma o gaură circulară în centru, totodată, fiecare segment de schimb de căldură are forma unei plăci alungite în formă de V, segmentele de schimb de căldură fiind amplasate echidistant şi la un anumit pas, formând un spaţiu ondulat continuu al segmentelor de schimb de căldură ale cilindrului, fiecare dintre capace este echipat cu un ring exterior de ghidare şi un ring interior mai mic, între care, la o anumită distanţă care corespunde dimensiunii spaţiului dintre segmentele de schimb de căldură adiacente la capace, sunt amplasate orificii de distribuţie exterioară şi interioară ale capacelor din faţă şi, respectiv, din spate, în acelaşi timp, orificiile sunt situate eşalonat faţă de ringul interior cu un diametru mai mic, iar ordinea eşalonată a capacelor din faţă şi din spate ale orificiilor de distribuţie exterioară şi interioară este descentrată cu o treaptă [1].

Mai este cunoscut un sistem descentralizat de alimentare şi evacuare a aerului cu recuperare de căldură, care poate fi considerat ca cea mai apropiată soluţie. Sistemul conţine un recuperator cu conducte de aer, un ventilator şi un schimbător de căldură, interconectate şi montate în peretele încăperii, între suprafeţele exterioare şi interioare ale acesteia, iar în gaura dintre suprafeţele exterioară şi interioară ale încăperii sunt instalaţi doi cilindri concentrici, între care, pe suprafaţa exterioară a cilindrului interior, este fixat un schimbător de căldură ondulat în formă de Ω în secţiune transversală, iar pe suprafaţa interioară a cilindrului, sunt instalate suplimentar, în mod opus, ventilatoare exterioare şi interioare, orificiile sistemului sunt echipate cu capace exterioare şi interioare corespunzătoare, unde capacul interior este echipat cu o grilă de alimentare cu aer şi, respectiv, cu o fantă de scurgere a aerului interior cu un difuzor de aer, capacul exterior este echipat suplimentar cu un orificiu de scurgere a condensului, care iese dincolo de suprafaţa peretelui exterior, precum şi cu o grilă de alimentare cu aer şi o grilă de evacuare a aerului interior corespunzătoare [2].

Dezavantajele soluţiilor cunoscute sunt:

- specificaţiile tehnice necorespunzătoare;

- construcţia imperfectă a recuperatorului, deoarece atunci când aerul trece de-a lungul suprafeţei de schimb de căldură a schimbătorului de căldură ondulat, decupajele existente în golurile schimbătorului de căldură reduc suprafaţa de schimb de căldură;

- fluxurile de aer nu sunt echilibrate;

- sursa de alimentare este amplasată în modulul de cameră şi, prin urmare, nu asigură încălzirea suplimentară a recuperatorului;

- construcţia recuperatorului creează o condensare excesivă şi duce la posibila îngheţare;

- capacul cu grilă de afară este de tip deschis, care nu asigură protecţie împotriva vântului pentru conducta de evacuare.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenţia constă în îmbunătăţirea transmiterii energiei termice şi creşterea eficienţei schimbului de căldură între aerul de alimentare şi cel de evacuare.

Problema se rezolvă prin aceea că sistemul descentralizat de alimentare şi evacuare a aerului cu recuperare de căldură, conceput pentru instalare în peretele exterior al unei clădiri şi unit într-o singură construcţie, care conţine un schimbător de căldură ondulat cu o multitudine de canale de schimb de căldură şi ventilatoare, conţine suplimentar un modul încastrat în perete, care conţine schimbătorul de căldură ondulat menţionat cu o multitudine de canale de schimb de căldură, executate ondulat sau de o altă formă geometrică similară pe lungimea sa, cu o secţiune transversală în formă de U, care sunt amplasate echidistant cu formarea unui spaţiu ondulat continuu de segmente de schimb de căldură. Pe ambele părţi ale modulului încastrat în perete sunt amplasate separatoare cu profil aerodinamic, în spatele cărora sunt amplasate ventilatoarele, situate opus, pe axe diferite. Sistemul mai conţine un modul interior cu o carcasă, pe suprafaţa frontală a căruia este instalat un ecran electronic pentru controlul vizual al funcţionării sistemului, totodată pe părţile laterale ale carcasei este instalată cel puţin o supapă pentru blocarea fluxului de aer, în interiorul carcasei este amplasat un perete despărţitor înclinat pentru separarea fluxurilor de aer de alimentare şi evacuare, care trec prin modulul încastrat în perete, iar pe carcasa modulului interior este instalat un amortizor de zgomot din polimer. Totodată sistemul mai conţine un modul exterior, executat în formă de capac cu grilă, instalat în afara încăperii, a cărui parte din spate este executată cu o înclinare unghiulară pentru a proteja sistemul de vântul orientat perpendicular faţă de peretele clădirii.

În separatoare pot fi executate orificii de distribuţie exterioare şi orificii de distribuţie interioare, care sunt situate între ele cu un decalaj de un pas.

În peretele despărţitor pentru separarea fluxurilor de aer de alimentare şi evacuare poate fi instalat un filtru de purificare a aerului.

Sistemul poate fi echipat cu un şasiu al plăcii de distribuţie/comutaţie, executat cu posibilitatea de a modifica dimensiunile acestuia.

În schimbătorul de căldură pot fi instalate două încălzitoare.

Avantajele invenţiei constau în următoarele:

- datorită schimbătorului de căldură ondulat, amplasat în modulul încastrat în perete, cu ventilatoare şi o multitudine de canale de schimb de căldură, executate ondulat sau de o altă formă geometrică similară pe lungimea sa, cu o secţiune transversală în formă de U, care sunt amplasate echidistant cu formarea unui spaţiu ondulat continuu de segmente de schimb de căldură, se asigură o suprafaţă de schimb de căldură mai mare şi, de asemenea, se schimbă fluxul de aer laminar în turbulent, îmbunătăţind transmiterea energiei termice prin amestecarea aerului în celulele schimbătorului de căldură, ceea ce duce la o creştere a eficienţei schimbului de căldură dintre aerul de alimentare şi cel de evacuare;

- datorită amplasării în modulul încastrat în perete al separatoarelor din plastic cu profil aerodinamic pe ambele părţi ale modulului încastrat în perete, se reducere rezistenţa fluxului de aer, se reduce cantitatea de condens, reducând riscul de îngheţare din interiorul sistemului şi apariţia acumulării de gheaţă pe partea de afară, se reduce la minimum formarea de gheaţă pe suprafaţa recuperatorului, ceea ce menţine eficienţa ridicată şi proprietăţile aerodinamice ale recuperatorului şi îmbunătăţeşte performanţa sistemului în ansamblu;

- datorită ecranului electronic situat în modulul interior pe suprafaţa frontală a carcasei, se îmbunătăţeşte controlul vizual al funcţionării sistemului;

- datorită supapelor amplasate pe părţile laterale ale carcasei pentru a bloca fluxul de aer şi a peretelui despărţitor înclinat din interiorul carcasei pentru a schimba direcţia fluxurilor de alimentare şi de evacuare care trec prin modulul încastrat în perete, se reduce rezistenţa fluxului de aer şi se obţine separarea aerului din interiorul încăperii de cel din exterior;

- datorită amortizorului de zgomot din polimer, instalat pe carcasa modulului interior, se reduce zgomotul sistemului;

- datorită părţii din spate înclinate a capacului cu grilă de afară, se protejează sistemul de vântul orientat perpendicular faţă de peretele clădirii.

Sistemul revendicat se deosebeşte de cea mai apropiată soluţie prin următoarele elemente:

- prezenţa schimbătorului de căldură ondulat cu o multitudine de canale de schimb de căldură, executate ondulat sau de o altă formă geometrică similară pe lungimea sa, cu o secţiune transversală în formă de U, amplasate echidistant, pe ambele părţi ale cărora se află separatoare cu profil aerodinamic, în spatele cărora, în sens opus, se află ventilatoare;

- prezenţa ecranului electronic pe suprafaţa frontală a modulului interior;

- prezenţa pe părţile laterale ale carcasei modulului interior a supapelor pentru blocarea fluxului de aer şi a peretelui despărţitor înclinat în interiorul carcasei pentru a schimba direcţia fluxurilor de alimentare şi de evacuare;

- prezenţa amortizorului de zgomot din polimer pe carcasa modulului interior;

- construcţia capacului cu grilă de afară, a cărui parte din spate este executată cu o înclinare unghiulară pentru a proteja sistemul de vântul orientat perpendicular faţă de peretele clădirii.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-6, care reprezintă:

- fig. 1, sistemul descentralizat de alimentare şi evacuare a aerului cu recuperare de căldură, vederea generală;

- fig. 2, modulul interior al sistemului, vederea generală şi din faţă;

- fig. 3, sistemul, secţiunea transversală, vederea laterală;

- fig. 4, sistemul, secţiunea transversală, vederea de sus;

- fig. 5, modulul încastrat în perete, secţiunea laterală;

- fig. 6, modulul încastrat în perete, vederea frontală şi secţiunea E-E pe segment.

Sistemul descentralizat de alimentare şi evacuare a aerului cu recuperare de căldură (fig. 1-6) conţine izolatorul 1; separatoarele 2; conectorul de placă 3; placa de alimentare 4; schimbătorul de căldură ondulat 5; şasiul 6; încălzitorul 7; ventilatoarele 8; supapa 9; filtrul de purificare a aerului 10; peretele despărţitor înclinat 11; carcasa 12; ecranul electronic 13; panoul frontal principal 14; panoul ecranului 15; modulul interior 16; modulul încastrat în perete 17; modulul exterior 18; sistemul descentralizat de alimentare şi evacuare a aerului cu recuperare de căldură 19; fluxul turbulent al aerului 20; încălzitorul 21.

Exemplu de realizare

Sistemul descentralizat de alimentare şi evacuare a aerului cu recuperare de căldură 19 (în continuare - sistem) este realizat şi funcţionează în modul următor.

Sistemul 19 este constituit din trei module: modulul interior 16, modulul încastrat în perete 17, şi modulul exterior 18.

Modulul interior 16 este alcătuit din carcasa 12 cu supapele 9 pe părţile laterale ale acesteia pentru blocarea fluxului de aer. Dintr-o parte, cu ajutorul ventilatoarelor 8 se extrage aerul expirat din încăpere pentru a fi evacuat în afară, iar pe de altă parte, se introduce aer proaspăt, încălzit sau răcit (în funcţie de anotimp). În interiorul carcasei 12 se amplasează peretele despărţitor înclinat 11, care are rolul de separator şi de ghidaj pentru fluxurile de aer de alimentare şi de evacuare, care trec prin conducta de aer coaxială din perete a schimbătorului de căldură 5 în partea dreaptă şi stângă ale carcasei 12 a modulului interior 16. Pe peretele despărţitor 11 se montează filtrul de purificare a aerului 10. Pe partea inferioară a carcasei 12 se montează ecranul electronic 13, care afişează anumite informaţii despre modul de funcţionare şi parametrii aerului (ora, temperatura şi umiditatea aerului de alimentare şi de evacuare, debitul, calitatea aerului şi alte informaţii). Modul de amplasare a comenzilor pe placa 4 în carcasa 12 şi înclinarea ecranului 13 asigură un control vizual îmbunătăţit al sistemului 19 şi, în acelaşi timp, îmbunătăţeşte capacitatea de performanţă. Şasiul 6 al panoului de distribuţie/comutaţie este realizat pentru a permite modificări dimensionale ale acestuia. Partea frontală a carcasei 12 este acoperită cu două panouri frontale - panoul principal 14 şi panoul ecranului 15, care este confecţionat dintr-un material translucid prin care se pot vedea informaţiile de pe ecranul 13. Amortizorul de zgomot din polimer (nu este indicat în figuri) contribuie la reducerea zgomotului generat de fluxul de aer şi, de asemenea, reduce şi riscul de condensare cauzat de diferenţa de temperatură dintre aerul introdus şi cel evacuat din cameră.

Modulul încastrat în perete 17 este format din schimbătorul de căldură metalic ondulat 5 (recuperator de contracurent), pe ambele părţi ale căruia se instalează separatoarele din plastic 2 cu profil aerodinamic pentru a reduce rezistenţa fluxului de aer, şi două ventilatoare axiale 8, amplasate opus, pe axe diferite, pe una şi cealaltă parte a schimbătorului de căldură 5, în spatele separatoarelor 2. Schimbătorul de căldură 5 este realizat cu o multitudine de canale de schimb de căldură, cu o secţiune transversală în formă de U, executate ondulat sau de o altă formă geometrică similară (şi nu dreaptă) pe lungimea sa, ceea ce asigură o suprafaţă de schimb de căldură mai mare şi, de asemenea, schimbă fluxul turbulent al aerului 20, îmbunătăţind transmiterea energiei termice prin amestecarea aerului în celulele schimbătorului de căldură. Aceşti doi factori conduc, în general, la o creştere a eficienţei schimbului de căldură între aerul alimentat şi cel evacuat. Separatoarele din plastic 2 cu un profil aerodinamic pentru a reduce rezistenţa la fluxul de aer asigură intrarea şi ieşirea lină a aerului către schimbătorul de căldură 5, ceea ce reduce rezistenţa aerodinamică a sistemului 19 în ansamblu şi are un efect pozitiv asupra reducerii zgomotului aerodinamic şi a consumului de energie. Separatoarele din plastic 2 reduc în mod semnificativ cantitatea de condens, reducând riscul de îngheţare în interiorul sistemului şi apariţia acumulării de gheaţă din partea de afară. De asemenea, materialul separatoarelor 2, prin reducerea cantităţii de condensat, reduce la minimum formarea de gheaţă pe suprafaţa recuperatorului (nu este indicat), pentru a nu influenţa negativ eficienţa ridicată şi proprietăţile aerodinamice ale recuperatorului, îmbunătăţind funcţionarea sistemului în ansamblu. În interiorul schimbătorului de căldură 5 se instalează sursa de alimentare (nu este indicată) şi controlerul sistemului (nu este indicat). Căldura inevitabilă generată de sursa de alimentare şi de controler nu se pierde, ci încălzeşte schimbătorul de căldură 5 şi apoi aerul alimentat. Din ambele părţi ale schimbătorului de căldură 5 se instalează plăci cu senzori de monitorizare a aerului (temperatură, umiditate, CO2) (nu sunt indicate). Toate conexiunile plăcilor (nu sunt indicate) sunt realizate cu ajutorul conectorilor, fără necesitatea unor blocuri terminale voluminoase sau a unor cabluri complicate, ceea ce sporeşte fiabilitatea conexiunilor şi economiseşte spaţiul interior pentru un flux de aer neobstrucţionat. Ventilatoarele axiale 8, care asigură mişcarea aerului, sunt echipate cu palete de rotoare cu profil special (nu sunt indicate), fapt ce asigură reducerea nivelului de zgomot faţă de rotoarele convenţionale (nu sunt indicate) şi oferă o performanţă echilibrată a fluxului de aer. Pe exteriorul schimbătorului de căldură 5 se instalează elementele de încălzire 7, 21 primul asigurând protecţia împotriva îngheţării unui eventual condens, iar al doilea asigurând încălzirea suplimentară a aerului în cazul temperaturilor scăzute de afară.

Modulul exterior 18, executat în formă de capac cu grilă, protejează sistemul 19 de precipitaţiile atmosferice şi de elementele solide de afară (frunze, păsări, insecte şi alte reziduuri). Totodată, modulul exterior 18 este conceput astfel, încât să protejeze sistemul 19 de vântul orientat perpendicular, în raport cu peretele clădirii (nu este indicat). Partea inferioară a modulului exterior 18 conţine o gaură de scurgere a condensului (nu este indicată) pentru condensul care poate apărea în sistemul 19 în anumite condiţii.

În concluzie, la trecerea cu ajutorul ventilatoarelor 8 a fluxurilor de aer alimentat şi cel evacuat prin schimbătorul de căldură 5, se realizează un schimb de energie termică dintre fluxuri, în funcţie de anotimp. Totodată, elementele de încălzire opţionale 7, 21 ale schimbătorului de căldură 5 pot asigura evitarea îngheţării condensului şi o încălzire suplimentară a aerului rece alimentat (debitat în încăpere).

1. UA 148372 U 2021.07.28

2. UA 146223 U 2021.01.27

Claims (5)

1. Sistem descentralizat de alimentare şi evacuare a aerului cu recuperare de căldură (19), conceput pentru instalare în peretele exterior al unei clădiri şi unit într-o singură construcţie, care conţine un schimbător de căldură ondulat (5) cu o multitudine de canale de schimb de căldură şi ventilatoare (8), caracterizat prin aceea că conţine suplimentar un modul încastrat în perete (17), care conţine schimbătorul de căldură ondulat menţionat (5) cu o multitudine de canale de schimb de căldură, executate ondulat sau de o altă formă geometrică similară pe lungimea sa, cu o secţiune transversală în formă de U, care sunt amplasate echidistant cu formarea unui spaţiu ondulat continuu de segmente de schimb de căldură, totodată pe ambele părţi ale modulului încastrat în perete (17) sunt amplasate separatoare (2) cu profil aerodinamic, în spatele cărora sunt amplasate ventilatoarele (8), situate opus, pe axe diferite; un modul interior (16) cu o carcasă (12), pe suprafaţa frontală a căruia este instalat un ecran electronic (13) pentru controlul vizual al funcţionării sistemului (19), totodată pe părţile laterale ale carcasei (12) este instalată cel puţin o supapă (9) pentru blocarea fluxului de aer, în interiorul carcasei (12) este amplasat un perete despărţitor înclinat (11) pentru separarea fluxurilor de aer de alimentare şi evacuare, care trec prin modulul încastrat în perete (17), iar pe carcasa modulului interior (16) este instalat un amortizor de zgomot din polimer; un modul exterior (18), executat în formă de capac cu grilă, instalat în afara încăperii, a cărui parte din spate este executată cu o înclinare unghiulară pentru a proteja sistemul de vântul orientat perpendicular faţă de peretele clădirii.

2. Sistem, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că în separatoare (2) sunt executate orificii de distribuţie exterioare şi orificii de distribuţie interioare, care sunt situate între ele cu un decalaj de un pas.

3. Sistem, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că în peretele despărţitor (11) pentru separarea fluxurilor de aer de alimentare şi evacuare este instalat un filtru de purificare a aerului (10).

4. Sistem, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că este echipat cu un şasiu (6) al plăcii de distribuţie/comutaţie, executat cu posibilitatea de a modifica dimensiunile acestuia.

5. Sistem, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că în schimbătorul de căldură (5) sunt instalate două încălzitoare (7, 21).