PL233744B1 - Jednoprzewodowy system wentylacji nawiewno-wywiewnej z rekuperacja na calej dlugosci instalacji - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest jednoprzewodowy system wentylacji nawiewno-wywiewnej z rekuperacją na całej długości instalacji.

Znane są rozwiązania systemów wentylacji mechanicznej wywiewnej oraz systemy wentylacji nawiewno-wywiewnej z centralą wyposażoną w wymiennik odzysku ciepła.

Systemy wentylacji mechanicznej wywiewnej nie pozwalają na odzysk ciepła od zużytego powietrza zewnętrznego. Cała energia cieplna zakumulowana w tym powietrzu usuwana jest do atmosfery podczas gdy do pomieszczenia nawiewane jest świeże powietrze zewnętrzne, które wymaga podgrzania przez system ogrzewczy. Prowadzi to do zwiększonego zużycia energii cieplnej.

Z kolei systemy wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej zbudowane są z central wentylacyjnych oraz czterech prowadzonych oddzielnie kanałów wentylacyjnych: nawiewnego, wywiewnego, czerpnego oraz wyrzutowego. Wymiana ciepła pomiędzy świeżym powietrzem zewnętrznym a zużytym powietrzem z pomieszczenia zachodzi tylko i wyłącznie w centrali wyposażonej w wymiennik odzysku ciepła. Ciepło jest wymieniane zatem tylko na jednym elemencie wyposażenia centrali, w którym zachodzi intensyfikacja wymiany ciepła pomiędzy dwoma strumieniami powietrza: wewnętrznego oraz zewnętrznego, obydwu o skrajnych względem siebie parametrach. Często towarzyszy temu, szczególnie w warunkach bardzo niskich temperatur zewnętrznych, wykroplenie wilgoci, co w połączeniu z niską temperaturą powietrza zewnętrznego może powodować oblodzenie wymiennika ciepła i w rezultacie brak skuteczności działania odzysku ciepła i zwiększone zużycie energii przez system.

Krótki czas kontaktu obu strumieni powietrza, zarówno poprzez przeponę bądź poprzez różnego rodzaju media pośredniczące, skutkuje ograniczoną sprawnością odzysku ciepła.

Prowadzenie czterech oddzielnych kanałów wymaga zwiększonego zapotrzebowania przestrzeni w wentylowanym obiekcie na kanały wentylacyjne, co nie zawsze jest możliwe a w przeciwnym wypadku jest to kosztowne bo przestrzeń tą można przeznaczyć na inne cele w tym użyteczne.

Jednoprzewodowy system wentylacji nawiewno-wywiewnej z rekuperacją na całej długości instalacji według wynalazku odznacza się tym, że wymiana ciepła pomiędzy ciepłym powietrzem wewnętrznym a zimnym powietrzem zewnętrznym odbywa się na całej długości instalacji w przeciwieństwie do tradycyjnych rozwiązań odzysku ciepła, w których wymiana ciepła odbywa się tylko na jednym elemencie - wymienniku odzysku ciepła. W tym przypadku odzysk ciepła i chłodu zachodzi na całej długości instalacji przy mniejszej różnicy temperatur ale przy znacznie większej powierzchni wymiany ciepła. Instalacja prowadzona jest w postaci jednego przewodu nawiewno-wywiewnego usytuowanego z jednej strony centrali oraz jednego przewodu czerpno-wyrzutowego z drugiej strony centrali. Przewód nawiewno-wywiewny tworzą kanały: nawiewny i wywiewny, jeden umieszczony wewnątrz drugiego, o optymalnym polu powierzchni przekroju poprzecznego. Podobnie przewód czerpno-wyrzutowy tworzą dwa kanały czerpny i wyrzutowy jeden wewnątrz drugiego, również o optymalnym polu przekroju poprzecznego obu kanałów.

Po stronie nawiewno-wywiewnej jednoprzewodowy system wentylacyjny według wynalazku zakończony jest elementami zakańczającymi pełniącymi podwójną funkcję: nawiewno-wywiewną. Elementy zakańczające posiadają przepustnice pozwalające na zrównoważenie hydrauliczne instalacji, zarówno po części nawiewnej jak i wywiewnej. Pomiędzy centralą wentylacyjną a elementami zakańczającymi nawiewno-wywiewnymi umieszczone mogą być trójniki, które umożliwiają rozbudowanie sieci wentylacyjnej.

Po stronie czerpno-wyrzutowej jednoprzewodowy system wentylacji według wynalazku zakończony jest elementem czerpno-wyrzutowym również pełniącym podwójną funkcję: czerpną i wyrzutową.

Za transport powietrza odpowiedzialny jest pojedynczy wentylator rewersyjny z płynną regulacją wydajności zamontowany w centrali pełniący funkcję zarówno nawiewną, wywiewną jak i nawiewnowywiewną. Jest to podstawowy element centrali wentylacyjnej, obok przepustnicy soczewkowej umieszczonej w centrali po stronie zewnętrznego kanału wentylacyjnego. Zadaniem przepustnicy jest umożliwienie pracy tylko w trybie nawiewnym w okresie letnim, gdy temperatura powietrza zewnętrznego jest niższa od tej panującej w pomieszczeniu i gdy przekazywanie ciepła od powietrza usuwanego do powietrza nawiewanego nie jest wskazane. Przepustnica w tym okresie jest zamknięta, wentylator pracuje w trybie rewersyjnym i realizuje tylko nawiew powietrza zewnętrznego.

Oprócz wymienionych powyżej trybów pracy tj. nawiewno-wywiewnego i tylko nawiewnego możliwa jest praca systemu również w trybie tylko wywiewnym. W tym trybie wentylator pracuje jako wyciągowy, zaś przepustnica umieszczona w kanale powietrza nawiewanego pozostaje zamknięta.

PL 233 744 B1

Przedmiot według wynalazku jest rozwinięciem myśli technicznej systemów wentylacji mechanicznej wyciągowej z tym jednak wyjątkiem, że przy podobnych kosztach inwestycyjnych system umożliwia podgrzanie świeżego powietrza zewnętrznego kosztem ciepłego powietrza zużytego przy zminimalizowanych oporach na całej długości instalacji, a tym samym przy zminimalizowanych kosztach eksploatacyjnych związanych z pracą wentylatora. Z uwagi na korzystne umiejscowienie obu kanałów powietrznych względem siebie wymiana ciepła zachodzić będzie na całej długości instalacji zwiększając sprawność odzysku ciepła.

Poprzez odpowiednie usytuowanie elementów zwiększających sprawność wymiany ciepła oraz okrągłych kanałów wentylacyjnych cechujących się optymalnym kształtem przekroju hydraulicznego rozwiązanie będące przedmiotem zgłoszenia patentowego pozwoli na zminimalizowanie oporów powietrza i tym samym zapotrzebowanie na moc i energię elektryczną silnika wentylatora.

Jednocześnie zastosowanie instalacji w postaci kanałów powietrza zużytego i powietrza świeżego wewnątrz siebie zminimalizuje zapotrzebowanie przestrzeni wewnątrz budynku na prowadzenie kanałów wentylacyjnych, poprawiona zostanie tym samym estetyka pomieszczeń, przez które prowadzone są kanały wentylacyjne. Tym bardziej, że system nie wymaga montażu dodatkowych nawiewników powietrza.

W celu uzyskania i polepszenia sprawności wymiany ciepła rozpatrywane stosowane będą dodatkowe elementy w postaci zastosowania:

- specjalnego materiału ścianki pomiędzy obydwoma strumieniami powietrza, cechującego się wysoką przewodnością cieplną: aluminium, grafen, itp.

- specjalnych turbulizatorów przepływu po stronie powietrza usuwanego oraz świeżego umożliwiające zwiększenie prędkości powietrza w przyściennej strefie kontaktu po obydwu stronach ścianki kanału wentylacyjnego, przepony - oddzielającej obydwa strumienie powietrza (rys. wg fig. 2); dla przykładu w kanale okrągłym profil prędkości ma kształt paraboliczny co powoduje, że największe prędkości uzyskiwane są w osi kanału. Zastosowanie turbulizatorów ukształtowanych tak by nie generowały zwiększonych oporów na drodze strumienia powietrza ma na celu zwiększenie prędkości w strefie przyściennej w której zachodzi w największym stopniu wymiana ciepła pomiędzy dwoma strumieniami powietrza

- odpowiednio ukształtowanej powierzchni przepony na całej długości instalacji zwiększającej powierzchnię kontaktu obu strumieni powietrza (ożebrowanie - rys. wg fig. 3 lub odpowiedni kształt - rys. wg fig. 4)

- mediów pośredniczących w postaci czynnika chłodniczego - kapilarna rurka ciepła, wodnego roztworu glikolu, materiałów z możliwością zmiany fazy substancji tzw. PCM - z ang. „phase change material” wypełniającego ściankę kanału wentylacyjnego znajdującej się pomiędzy obydwoma strumieniami powietrza (rys. wg fig. 5)

- zastosowania nowej metody odzysku ciepła, która będzie stanowić przedmiot oddzielnego zgłoszenia patentowego autora.

Wszystkie te metody mogą być stosowane selektywnie i wybiórczo, bądź jednocześnie, na całej długości bądź jej fragmentach np. tylko w obrębie centrali, tak by w zależności od długości instalacji sprawność odzysku była jak najwyższa.

Przedmiot wynalazku przedstawiony został w przykładzie wykonania w oparciu o rysunek w którym fig. 1 przedstawia fragment przekroju wzdłużnego dla rozwiązania w którym okrągły kanał wywiewny 1 umieszczono wewnątrz okrągłego kanału nawiewnego 2, podobnie okrągły kanał wyrzutowy 3 wewnątrz okrągłego kanału czerpnego 4. Wentylator rewersyjny 5 umieszczony wewnątrz kanału wywiewnego pracuje w okresie zimowym jako wyciągowy powodując przepływ powietrza z pomieszczenia kanałem wywiewnym 1 do kanału wyrzutowego 3 ale na wskutek wytworzonego podciśnienia w klimatyzowanym obiekcie powoduje też nawiew powietrza zewnętrznego poprzez kanał czerpny 4 i nawiewny

2. W okresie zimowym powietrze zewnętrzne po odebraniu ciepła od powietrza usuwanego płynie kanałem czerpnym 4 oraz nawiewnym 2 i wpływa do pomieszczenia poprzez zewnętrzną część elementu zakańczającego nawiewno-wywiewnego 6. W tym samym czasie zużyte powietrze z pomieszczenia zasysane jest poprzez wewnętrzną część elementu zakańczającego nawiewno-wywiewnego 6. Powietrze z pomieszczenia jest wyrzucane na zewnątrz poprzez wewnętrzną część elementu zakańczającego czerpno-wyrzutowego 7, w tym samym czasie świeże powietrze zewnętrzne jest zasysane po zewnętrznej części tegoż elementu. Wymiana ciepła pomiędzy zużytym powietrzem wewnętrznym oraz świeżym

PL 233 744 B1 powietrzem zewnętrznym odbywa się na całej długości instalacji i jest zintensyfikowana poprzez zastosowanie elementów zwiększających sprawność wymiany ciepła (ożebrowanie, zastosowanie dodatkowych mediów pośredniczących, turbulizatorów przepływu, itp.).

W okresie letnim, gdy konieczny jest nawiew zimnego powietrza zewnętrznego a temperatura w pomieszczeniu klimatyzowanym jest wysoka, wówczas wentylator 5 pracuje w trybie rewersyjnym i zmienia kierunek swoich obrotów tak, że powoduje nawiew powietrza zewnętrznego do pomieszczenia, zaś przepustnica 8 umieszczona w kanale powietrza nawiewanego pozostaje zamknięta.

Gdy przepustnica 8 pozostaje zamknięta podczas trybu pracy wentylatora 5 jako wywiewnego, jednokanałowa instalacja wentylacyjna według wynalazku pracuje tylko jako wyciągowa.

Na rys. wg fig. 1 przedstawiono strzałki obrazujące kierunki przepływu obu strumieni powietrza w trybie pracy nawiewno-wywiewnym.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (6)

1. Jednoprzewodowy system wentylacji nawiewno-wywiewnej z rekuperacją na całej długości instalacji zaopatrzony w sieć kanałów wentylacyjnych: nawiewny, wywiewny, czerpny i wyrzutowy oraz centralę wentylacyjną, znamienny tym, że kanał nawiewny (2) i wywiewny (1) znajdują się wewnątrz siebie, podobnie jak kanał czerpny (4) i wyrzutowy (3) jeden wewnątrz drugiego, zaś centrala wentylacyjna wyposażona jest w przepustnicę soczewkową (8) oraz pojedynczy wentylator rewersyjny (5), który podczas pracy w trybie wyciągowym usuwa powietrze z pomieszczenia wentylowanego w tym samym czasie powodując w pomieszczeniu podciśnienie i jednocześnie samoistne zasysanie świeżego powietrza zewnętrznego do pomieszczeń wentylowanych przy czym oba kanały nawiewno-wywiewny oraz czerpno-wyrzutowy zakończone są elementami zakańczającymi w postaci elementu nawiewno-wywiewnego z przepustnicą regulacyjną umożliwiającą hydrauliczne zrównoważenie instalacji (6) w przypadku kanału nawiewno-wywiewnego (1,2) i elementu czerpno-wyrzutowego z przepustnicą regulacyjną umożliwiającą hydrauliczne zrównoważenie instalacji (7) w przypadku kanału czerpnowyrzutowego (3, 4).

2. System wentylacyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że kanał wywiewny (1) o okrągłym przekroju poprzecznym znajduje się wewnątrz kanału nawiewnego (2) o kołowym przekroju poprzecznym zaś kanał wyrzutowy (3) o poprzecznym przekroju kołowym znajduje się wewnątrz kanału czerpnego (4) o okrągłym przekroju poprzecznym.

3. System wentylacyjny według zastrz. 2, znamienny tym, że rewersyjny wentylator (5) umieszczony jest w centrali wentylacyjnej i wewnątrz okrągłego kanału wywiewno-wyrzutowego (1, 3) i podczas pracy w trybie wyciągowym usuwa powietrze z pomieszczenia kolejno poprzez otwór wywiewny elementu nawiewno-wywiewnego (6), przez kanał wywiewny (1), wentylator wyciągowy (5), kanał wyrzutowy (3) i na zewnątrz poprzez otwór wyrzutowy elementu czerpno-wyrzutowego (7), w tym samym czasie w pomieszczeniach wentylowanych wskutek pracy wentylatora wyciągowego (5) wytwarza się podciśnienie i samoistny przepływ świeżego powietrza zewnętrznego do pomieszczeń wentylowanych kolejno poprzez otwór czerpny elementu czerpno-wyrzutowego (7), kanał czerpny (4), kanał nawiewny (2) oraz otwory nawiewne elementów nawiewno-wywiewnych (6).

4. System wentylacyjny według zastrz. 3, znamienny tym, że podczas pracy w trybie rewersyjnym wentylatora (5) centrali wentylacyjnej przepływ powietrza w kanale czerpno-nawiewnym (4, 2) zostaje zatrzymany przez zamknięcie przepustnicy soczewkowej (8) umieszczonej wewnątrz kanału czerpno-nawiewnego (4, 2) przy centrali wentylacyjnej, wentylator rewersyjny (5) umieszczony w centrali wentylacyjnej zmienia kierunek obrotów i kierunek przepływu powietrza w wewnętrznym kanale wywiewno- wyrzutowym (1, 3) w ten sposób, że powietrze zewnętrzne jest zasysane przez element czerpno-wyrzutowy (7) a następnie płynie kanałem wewnętrznym (3, 1) na całej długości aż do elementu nawiewno-wywiewnego (6) przez który wpływa do pomieszczenia, otwory wywiewne w elementach nawiewno-wywiewnych (6) w trybie rewersyjnym wentylatora stają się otworami nawiewnymi na wskutek zamiennego kierunku obrotów wentylatora, podobnie jak otwór wyrzutowy w elemencie czerpno-wyrzutowym (7), który podczas pracy w trybie rewersyjnym wentylatora pełni funkcję otworu czerpnego.

PL 233 744 B1

5. System wentylacyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy kanałem wewnętrznym wywiewno-wyrzutowym (1, 3) oraz zewnętrznym czerpno-nawiewnym (4, 2) zastosowane są dodatkowe elementy zwiększające sprawność wymiany ciepła pomiędzy dwoma strumieniami powietrza w postaci: dodatkowego ożebrowania zwiększającego powierzchnię wymiany ciepła, zastosowania materiałów o bardzo korzystnych współczynnikach wymiany ciepła np. aluminium, grafen i mediów akumulujących ciepło jak wodny roztwór glikolu, czynnik ziębniczy, materiały ze zmianą fazy substancji, itp.

6. System wentylacyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że w kanale nawiewno-wywiewnym znajdują się trójniki wykonane w technologii „rura w rurze” pozwalające na rozwinięcie sieci kanałów wentylacyjnych również na kilka wentylowanych pomieszczeń.

Rysunki