RU2778847C1 - Способ распределения воздуха - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу распределения вентиляционного воздуха, нагнетаемого в комнаты жилища или отводимого из них через распределительную сеть, содержащую распределительные каналы. Способ распределения вентиляционного воздуха, нагнетаемого в комнаты жилища или отводимого из них через распределительную сеть, содержащую распределительные каналы, в котором используют один или более датчиков потребности в вентиляции комнаты, расположенных по меньшей мере в одной комнате, и используют датчик давления, при этом датчик давления устанавливают для измерения давления в общей приточной магистрали, когда способ применяют к приточному воздуху, или устанавливают для измерения давления в общей вытяжной магистрали, когда способ применяют к вытяжному воздуху, причем в способе используют управляемые регулирующие клапаны для регулирования распределяемого воздуха. Перемещение воздуха осуществляют при минимальном давлении Pm в общей магистрали, определяемом датчиками потребности в вентиляции комнаты и аэродинамическими характеристиками распределительной сети, при этом способ включает первый этап, на котором собирают информацию о потребности в вентиляции комнаты посредством по меньшей мере одного из датчиков потребности в вентиляции комнаты и преобразуют в требуемые расходы Q_n воздуха, связанные с каждым распределительным каналом; второй этап, на котором для каждого из n вентиляционных воздухораспределительных каналов рассчитывают давление Ps_n нагнетания воздуха или давление Pe_n отвода воздуха, необходимое в общей магистрали для обеспечения требуемого расхода Q_n воздуха в каждом распределительном канале, при этом считают, что регулирующий клапан находится в положении максимального открытия, и учитывают коэффициенты Kt_n падения давления, обусловленные падениями давления при движении воздуха в соответствующих распределительных каналах; третий этап, на котором определяют максимальное давление Pm из рассчитанных значений давления воздуха Ps_n или Pe_n, причем это значение Pm представляет собой минимальное давление, удовлетворяющее требованиям по вентиляции во всех комнатах, и четвертый этап, на котором рассчитывают положения α_n открытия для каждого регулирующего клапана, что позволяет получить расход воздуха, настроенный в каждом распределительном канале в зависимости от давления Pm, требуемого расхода Q_n воздуха и коэффициента Kt_n падения давления при движении воздуха в каждом распределительном канале, при этом информацию о положении открытия передают на регулирующие клапаны. Технический результат заключается в сокращении энергопотребления и уменьшении шумового загрязнения. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способу распределения вентиляционного воздуха, нагнетаемого в комнаты жилища или отводимого из них.

Из предшествующего уровня техники известны конструкции из каналов, вентиляторов, теплообменников, вытяжных и приточных отверстий, образующих вентиляционные системы, предназначенные для улучшения качества воздуха, которым дышат жильцы комнаты, и/или для обогрева жилища. Данные системы предназначены для повышения комфорта жилища и экономии энергии.

Например, в документе FR 2899319 описывается устройство вентиляции и воздушного отопления помещений, предназначенное для отопления и/или проветривания помещения посредством задания направления движения воздуха, что позволяет осуществлять терморегулирование от комнаты к комнате, а также обеспечивает надлежащее управление вентиляционными расходами и, следовательно, качеством внутреннего воздуха от комнаты к комнате.

В упомянутом документе описан короб, в который поступает вентиляционный воздух прежде чем выйти через отверстия заданного диаметра к распределительным каналам в комнатах жилища. Данная система может таким образом увеличить расход приточного воздуха, сохраняя одинаковое соотношение между различными комнатами. Предусмотрено несколько элементов, предназначенных для теплового воздействия на воздух, в частности, перед выходными отверстиями для контролирования температуры в каждой комнате, при этом каждая комната отапливается независимо от других комнат.

Однако вследствие того, что конструкцией блокируется распределение нагнетаемого в комнаты воздуха, регулируемый расход воздуха поступает в каждую комнату. Это приводит к постоянному вентилированию комнат независимо от того, есть в ней люди или нет, что представляет собой бесполезную трату энергии на процесс вентилирования, а также энергии от тепловых потерь наружу из помещения. Однако упомянутый документ содержит мало подробностей о движении воздуха в каналах, подводящих его к комнатам, и об управлении генерируемой энергией. Например, не рассмотрен уровень давления, используемый в коробе. На странице 6, строках 9-14, лишь сказано, что «расход свежего вентиляционного воздуха, подаваемого в жилую комнату, может быть по существу постоянным и не зависит от заданной температуры в указанной комнате. Как вариант, данный расход может зависеть от по меньшей мере одного параметра, измеряемого в комнате и соответствующего требованиям в отношении вентиляции (присутствие одного или нескольких проживающих в нем человек, содержание СО₂, влажность или какой-либо другой показатель загрязнения в рассматриваемой комнате)».

В другом документе GB 2449498 описываются каналы, соединенные с комнатами жилища и включающие первую подгруппу каналов, присоединенных вместе к первому коллектору, предназначенному для отвода воздуха из комнат. Остальные каналы присоединены вместе ко второму коллектору и образуют вторую подгруппу, предназначенную для подвода воздуха в комнаты жилища. Назначение данной системы заключается в отоплении жилища с максимальной экономией энергии.

Эта система позволяет экономить энергию посредством изменения притока в комнаты жилища в зависимости от сигналов, поступающих от группы датчиков присутствия.

Однако, в данном документе не рассматриваются средства, используемые для рассматриваемого эффективного перемещения воздуха, и не описывается управление энергией при перемещении данного воздуха, притом, что экономия энергии является его основным назначением.

В другом документе FR 3028012 описано вентиляционное оборудование, содержащее регулируемый раструб для распределения свежего воздуха. Данное оборудование может быть приспособлено для двухпоточного вентиляционного устройства для оптимизации вентиляции посредством регулирования потока свежего приточного воздуха и потока отводимого загрязненного воздуха.

В одном из возможных режимов работы вентиляционного устройства давление на входе вентиляционного устройства, то есть на уровне вытяжного патрубка, сохраняется постоянным, в то время как регулирование вытяжного потока обеспечивается клапанами вытяжки. Такой подход, основанный на постоянном разрежении, вполне подходит для некоторых саморегулирующихся клапанов, срабатывающих в зависимости от влажности воздуха (гигрорегулируемые клапаны) и откалиброванных в расчете на функционирование со специфическим разрежением, например, -60 Па.

Однако постоянное поддержание значительного разрежения для вытяжки часто приводит к проблемам с шумом типа свиста или завихрения и с энергопотреблением, в частности, когда данные клапаны близки к закрытию.

На стр. 7, строках 19-28, раскрыт другой режим работы для упомянутого оборудования, описанный следующим образом: «связанный с вентиляционным устройством способ заключается в том, что оборудование не вмешивается в регулировании вытяжного потока, а только определяет размер вытяжного потока в зависимости от потребности в притоке … в клапан компенсации притока, который может быть расположен где угодно».

Описание упомянутого второго режима работы можно критиковать за отсутствие ясности и точности, особенно в той его, части, где указывается, что компонент установлен «где угодно».

Кроме того, при этом не приводится ни один пример функционирования в какой бы то ни было форме, математической или в виде зависимости.

В упомянутом документе решение не раскрыто в настолько достаточно ясном и полном виде, чтобы специалист смог его воплотить.

Тем не менее, представляется, что функционирование оборудования основано на двух «номинальных» давлениях, обозначенных как РЕ и PS, которые во время колебания «потребностей» вытяжки и/или притока должны поддерживаться постоянными посредством некоторых неопределенных способов регулирования. Во всех трех вышеупомянутых документах не учитываются энергетические требования к перемещению воздуха. При перемещении воздуха отсутствует энергетическая оптимизация условий, способствующих образованию чрезмерных шумов в трубопроводе, таких как свист, вибрации различных элементов, или шумов, обусловленных трением или турбуленцией воздуха.

В некоторых странах, например в Бельгии, максимальный расход приточного воздуха в одну комнату ограничен нормативами.

В таких вентиляционных системах, как та, что описана в документе ЕР 2363656, предусмотрены средства, гарантирующее то, что данные максимальные расходы не будут превышены.

В упомянутом документе предлагается способ, применимый к вентиляционным системам, имеющим контроллер расхода воздуха для каждого терминала на притоке и на вытяжке.

Назначение данного способа заключается исключительно в определении максимальных положений открытия упомянутых контроллеров расхода, соответствующих максимальному разрешенному расходу для притока или для вытяжки.

Решение, описанное в ЕР 2363656 В1, можно критиковать за следующее:

- в этом документе описывается, что «… коэффициенты расхода … рассчитывают исходя из выполненных измерений …», однако совершенно не раскрываются уравнения или правила, требуемые специалисту для осуществления описанного решения; также в отношении неточности можно отметить, что в документе нет никаких сведений об учете падений давления в трубопроводе, а обсуждаются только регуляторы расхода.

Однако упомянутый документ сконцентрирован исключительно на условии максимального расхода и предлагает выбрать такое распределение давления, которое должно везде обеспечивать максимальную мощность вентиляции, что приводит к неоптимальной транспортировке воздуха в ситуациях, когда потребности в вентиляции не требуют максимального расхода.

Также известен документ FR 3017448, относящийся к вентиляционной системе, оснащенной заслонками, регулирующими поток для каждого воздухораспределительного канала.

При этом описано использование по меньшей мере одного измерительного устройства, выполненного с возможностью измерения расхода воздуха на входе или на выходе заслонки в каждом канале, и одного вентилятора, функционирующего при определенном давлении, с прохождением последовательности этапов закрытия и открытия заслонок, обозначенных от А до G, сопровождающихся измерениями расхода связанными с каждым каналом измерительными устройствами для измерения индивидуального расхода и давления вентилятора для того, чтобы на этапе G рассчитать зависимость величины утечки из канала от фактического давления канала, определенного на этапе F, и расхода воздуха в канале, измеренного на этапе D.

Для решения возможных проблем утечек в установке, упомянутое решение направлено на усовершенствование энергоэффективности вентиляционной системы.

Однако это решение не вносит вклад в оптимизацию условий транспортировки в процессе регулирования распределения воздуха, поскольку строго ограничено описанием способа диагностирования утечек.

Задача настоящего изобретения заключается в устранении упомянутых недостатков путем предложения способа распределения вентиляционного воздуха, нагнетаемого по меньшей мере в одну комнату жилища, или отводимого из нее, а также обеспечивающего перемещение вентиляционного воздуха при минимальном возможном давлении для того, чтобы сократить энергопотребление и при этом уменьшить шумовое загрязнение.

Таким образом, настоящее изобретение относится к способу распределения вентиляционного воздуха нагнетаемого в комнаты жилища или отводимого из них через распределительную сеть, содержащую распределительные каналы.

В способе согласно настоящему изобретению используют один или несколько датчиков потребности в вентиляции комнаты, расположенных по меньшей мере в одной комнате, и датчик давления, при этом датчик давления устанавливают с возможностью измерения давления в общей приточной магистрали, когда способ применяют к приточному воздуху, или выполнен с возможностью измерения давления в общей вытяжной магистрали, когда способ применяется к вытяжному воздуху.

В способе согласно настоящему изобретению для регулирования распределяемого воздуха используются управляемые регулирующие клапаны.

Согласно настоящему изобретению, перемещение воздуха осуществляется при минимальном давлении в общей магистрали, определяемом датчиками потребности в вентиляции комнаты и аэродинамическими характеристиками распределительной сети.

Способ согласно настоящему изобретению может включать по меньшей мере один этап, на котором определяют индивидуальные расходы в каждом распределительном канале, включающий этапы измерения, расчета и/или чтения диаграмм или таблиц или комбинации данных методов.

Предпочтительно способ согласно настоящему изобретению включает:

- первый этап, на котором собирают информацию о потребности в вентиляции комнаты посредством по меньшей мере одного из датчиков потребности в вентиляции комнаты и преобразуют в требуемые расходы Q_n воздуха, связанные с каждым распределительным каналом;

- второй этап, на котором для каждого из n вентиляционных воздухораспределительных каналов рассчитывают давление Ps_n нагнетания воздуха или давление Pe_n отвода воздуха, необходимое в общей магистрали для обеспечения требуемого расхода Q_n воздуха в каждом распределительном канале, при этом считают, что регулирующий клапан находится в положении максимального открытия, и также учитывают коэффициенты Kt_n падения давления, обусловленные падениями давления при движении воздуха в соответствующих распределительных каналах;

- третий этап, на котором определяют максимальное давление Pm из рассчитанных значений давления воздуха Ps_n или Pe_n, причем это значение Pm представляет собой минимальное давление, удовлетворяющее требования по вентиляции во всех комнатах, и

- четвертый этап, на котором рассчитывают положения α_n открытия для каждого регулирующего клапана, что позволяет получить расход воздуха, настроенный в каждом распределительном канале в зависимости от давления Pm, требуемого расхода Q_n воздуха и коэффициента Kt_n падения давления при движении воздуха в каждом распределительном канале, при этом информацию о положении открытия передают на регулирующие клапаны.

Предпочтительно способ согласно настоящему изобретению включает пятый этап, на котором рассчитывают сумму Qt требуемых расходов воздуха и увеличивают степени открытия регулирующих клапанов, если потребность в расходе воздуха превышает сумму Qt требуемых расходов воздуха.

Преимущественно на втором этапе для расчета требуемого давления Ps_n применяют формулу Ps_n=Q² _n*(Kt_n+Kv(0)), где n - индекс распределительного канала, Q_n - требуемый расход воздуха, Kt_n - коэффициент падения давления, специфичный для прохождения воздуха в распределительном канале, a K(0) - падение давления, вызванное максимально открытым положением регулирующего клапана.

На четвертом этапе α_n может быть рассчитано по следующей формуле:

α_n=K^-1 _v(Ps/Q²-Kt_n), где K^-1 _v - обратная функция коэффициента Kv(α) падения давления.

Предпочтительно параллельно с этапами 1-4 способ включает операцию регулирования давления в общей магистрали так, чтобы оно было равно давлению Pm, рассчитанному на третьем этапе способа.

Датчики потребности в вентиляции комнаты могут измерять содержание СО₂, СО, ЛОВ, или влажность, или присутствие или движение человека в комнате, или температуру, или разность давлений внутри/снаружи жилища.

Контроль давления могут осуществлять посредством датчика давления, расположенного в общей магистрали.

Контроль давления преимущественно осуществляют посредством контролирования скорости двигателя вентилятора.

Способ может применяться к вентиляционной системе, содержащей вентиляционное устройство двухпоточного типа. Настройка давления Pm в случае недостатка давления осуществляется путем изменения встречного воздушного потока и опосредовано путем балансировки расходов вытяжки/притока в двухпоточном вентиляционном устройстве.

Коэффициенты Kt_n падения давления в каждом распределительном канале могут быть рассчитаны по нескольким измерениям суммарного расхода и давления в общей магистрали при различных положениях открытия регулирующих клапанов. Для этого открывают контур регулирования давления, оставляя вентилятор работать с фиксированной или по существу фиксированной скоростью.

В качестве альтернативы, каждый коэффициент Kt_n падения давления рассчитывают по по меньшей мере двум измерениям давления в общей магистрали, соответствующим двум различным положениям открытия регулирующего клапана и при условии по существу постоянного суммарного расхода воздуха, при этом остальные регулирующие клапаны закрыты.

Таким образом, настоящее изобретение относится к способу распределения вентиляционного воздуха, нагнетаемого по меньшей мере в одну комнату жилища, или отводимого из нее, обеспечивая перемещение вентиляционного воздуха при минимальном возможном давлении для снижения энергопотребления с одновременным уменьшением шумового загрязнения типа свиста или вихря.

Отличительные признаки настоящего изобретения более подробно описаны далее со ссылкой на фиг. 1, где:

- фиг. 1 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость необходимого расхода Q воздуха от концентрации СО₂ в комнате.

Настоящее изобретение относится к способу распределения вентиляционного воздуха нагнетаемого в по меньшей мере одну комнату жилища или отводимого из нее с помощью воздухораспределительной системы, содержащей n вентиляционных воздухораспределительных каналов, соединенных с одной стороны с общей магистралью, а с другой стороны - с одной из соответствующих комнат жилища, для нагнетания воздуха в комнату или отведения из нее воздуха, при этом n по меньшей мере равно 1.

Общей магистралью или общим трубопроводом может быть любой воздухопровод/короб/разводящий канал, расположенный выше по потоку от (всей) арматуры.

Воздухораспределительная система также содержит клапан регулирования расхода воздуха (или управляемый клапан, задвижку, шибер или створку), установленный в каждом воздухораспределительном канале (впускном или вытяжном канале), по меньшей мере один датчик потребности в вентиляции комнаты, установленный в комнате, и вентилятор, содержащий двигатель, для обеспечения циркуляции воздуха через воздухораспределительную систему.

Регулирующий клапан может представлять собой пропорциональный клапан, соединенным с блоком управления, в котором выполняются все описываемые в дальнейшем расчеты.

Способ согласно заявленному изобретению применим к вентиляционным воздухораспределительным системам с возможностью регулирования расхода нагнетаемого в каждую комнату воздуха через регулирующие клапаны, вставленные в каждый распределительный канал, подающий воздух к данной комнате, а также с возможностью контролирования либо суммарного расхода нагнетаемого в жилище воздуха, либо суммарного давления Pm нагнетания в общей приточной магистрали распределительной сети.

Способ согласно настоящему изобретению также применим к вытяжным вентиляционным системам с возможностью регулирования расхода отводимого из каждой комнаты воздуха благодаря регулирующим клапанам, вставленным в каждый канал, отводящий воздух из данной комнаты, а также с возможностью контроля либо суммарного расхода воздуха, отводимого из жилища, либо суммарного давления Pm вытяжки в общей вытяжной магистрали распределительной сети.

Предпочтительно вытяжку воздуха осуществляют во влажных зонах, например ванных комнатах, а приток воздуха - в сухих комнатах, например спальнях.

Способ может применяться независимо от причин, по которым производят приток или вытяжку.

Когда способ согласно настоящему изобретению применяют в приточной сети, измерение давления осуществляют посредством датчика давления, расположенного в общей приточной магистрали, а когда способ применяют к вытяжной сети, измерение давления осуществляют в общей вытяжной магистрали.

Нет существенной разницы между применением способа в вытяжной сети или в приточной сети. Единственное важное отличие - это знак давления. Давление является положительным в приточной сети, и отрицательным (имеет место разрежение по сравнению с окружающей атмосферой) в вытяжной сети.

Для простоты описания, в дальнейшем описано применение способа согласно настоящему изобретению в сети приточного воздуха, которая, в целом, называется «распределительной сетью». Способ согласно настоящему изобретению может быть перенесен на сеть вытяжного воздуха.

Способ согласно настоящему изобретению может применяться к установкам, служащим исключительно для вентилирования воздуха для дыхания (управление качеством комнатного воздуха), или исключительно для теплового кондиционирования жилища (отопление или охлаждение), или одновременно для обеих целей.

Следовательно, способ согласно настоящему изобретению применяется к вентиляционным системам с возможностью «регулирования по потребности». Измерение «потребности» в комнате осуществляется датчиком потребности в вентиляции таким, например, как:

- датчик влажности воздуха, используемый для вытяжной сети, обеспечивающей вытяжку воздуха в комнатах, называемых «влажными», таких как ванная, туалет, кухня и т.д.,

- датчик концентрации СО₂ в гостиной, спальне и т.д.,

- датчик концентрации СО в гостиной, спальне и т.д.,

- датчик концентрации ЛОВ (летучие органические вещества) в гостиной, спальне и т.д.,

- датчик присутствия или движения, оценивающий число людей, находящихся в гостиной,

- датчик температуры, установленный в гостиной, спальне и т.д.,

- датчик температуры, установленный в гостиной, спальне и т.д.,

- датчик перепада давления внутри/снаружи жилища,

- простой генератор сигнала, управляемый вручную человеком, находящимся в помещении.

Вышеприведенный список не является ограничивающим.

Способ согласно настоящему изобретению включает два процесса регулирования воздуха.

Первый процесс способа распределения воздуха включает в себя регулирование расходов вентиляционного воздуха в комнатах в зависимости от потребностей в вентиляции в данных комнатах и осуществляется в виде непрерывного цикла регулирования, включающего несколько этапов, обеспечивающих распределение необходимого для вентиляции воздуха при минимальном возможном давлении, что, таким образом, позволяет избежать недостатков, связанных с избыточным энергопотреблением и шумом.

Способ согласно настоящему изобретению может включать по меньшей мере один этап, на котором опредяют индивидуальные расходы в каждом распределительном канале, включающий этапы измерения, расчета и/или чтения диаграмм или таблиц или комбинации данных способов.

В цикле этого процесса первый этап посвящен сбору запросов на информацию о потребности в вентиляции комнаты посредством по меньшей мере одного из датчиков потребности в вентиляции комнаты и их преобразованию в требуемые расходы Q_n воздуха, которые требуется подать через каждый канал, подводящий воздух к вентилируемым комнатам.

В зависимости от источника потребности в вентиляции, то есть от типа датчика, собранная информация может быть отображена в различных единицах измерения, таких, например, миллионные доли, %, число людей или число обнаружений в минуту и т.д.

Сигнал или полученная информация преобразуются таким образом, чтобы отображать измерение "потребности в расходе воздуха» (которая может измеряться, например, в м³/ч).

Для осуществления такого преобразования сигнала могут быть использованы разнообразные способы. При этом целесообразно использовать правила и нормативные значения, приведенные в нормативах для жилых помещений, в которых предусмотрены минимальные расходы воздушного потока в зависимости от назначения комнаты и от числа находящихся в ней людей.

В качестве неограничительного примера на фиг. 1 показана возможная функция преобразования между измеряемой концентрации СО₂, выраженной в миллионных долях, и минимальным нагнетаемым в комнату расходом в комнату, выраженным в м³/ч.

В другом примере преобразования сигнала потребности в измерение потребности в расходе воздуха датчики присутствия генерируют сигнал, отражающий число людей в комнате. Можно и разумно рассмотреть простое преобразование потребности исходя из пропорциональной зависимости расхода нагнетаемого воздуха от числа людей, находящихся в комнате.

В случае наличия нескольких распределительных каналов, подающих воздух в одну и ту же комнату, необходимо распределить расход в каждом распределительном канал.

Например, расход может быть равномерно распределен в каждый распределительный канал. В конце данного первого этапа определяют требуемый расход Q_n воздуха, который должен быть доставлен каждым распределительным каналом.

Возможны также и другие способы расчета потребности в расходе воздуха на основании сигналов датчиков потребности в вентиляции комнаты. Применение точной функции преобразования по большей части остается на усмотрение разработчика установки.

Второй этап первого процесса способа распределения воздуха заключается в расчете, для каждого приточного распределительного канала к комнатам, давления Ps_n, требующееся в общей приточной магистрали для обеспечения требуемого расхода Q_n воздуха, при этом регулирующий клапан считается максимально открытым и учитываются параметры, определяющие падение давления на пути распределения, то есть рассчитываются коэффициенты Kt_n падения давления. Примеры расчета приведены далее.

Положение в общей приточной магистрали, в котором вычисляют давление Ps_n, соответствует положению датчика давления.

Датчик давления может быть установлен, например, в распределительном раструбе.

Поток воздуха предпочтительно рассматривается как ламинарный. Предпочтительно для расчета требуемого давления Ps_n применяется следующая упрощенная формула:

Ps_n=Q² _n*(Kt_n+Kv(0)),

где:

- n - индекс распределительного канала,

- Q_n - требуемый расход воздуха,

- Kt_n - коэффициент падения давления, специфичный для прохождения воздуха в распределительном канале (зависящий, главным образом, от его сечения, длины, а также от наличия других элементов, которые могут быть вставленными в него, например, решеток, колен, соединений и т.д.),

- Kv(0) - падение давления, вызванное максимально открытым положением регулирующего клапана.

Что касается регулирующего клапана, его аэродинамическая модель может быть рассмотрена в виде зависимости изменения его коэффициента Kv(α) падения давления от положения открытия а, используемого в описываемом способе.

В качестве начального положения его движения считается полностью открытое положение, поэтому выше использовано обозначение Kv(0). Предполагается, что все регулирующие клапаны идентичны. По этой причине у данного коэффициента падения давления отсутствует индекс «n».

В качестве альтернативы, в случае установок, содержащих различные типы регулирующих клапанов, необходимо рассмотреть функцию, специфическую для каждого из клапанов.

Третий этап первого процесса этого способа заключается в определении наибольшего давления из рассчитанных давлений Ps_n, обозначаемого как Pm.

Согласно нижеописанному возможному варианту осуществления, это давление Pm определяют в общей магистрали за счет второго параллельного процесса, предназначенному для его регулирования.

Первый процесс способа распределения включает четвертый этап, на котором рассчитывают положение открытия, требуемое для каждого регулирующего клапана для регулирования расхода воздуха в распределительных каналах.

Это положение открытия является функцией от давления Pm, требуемого расхода Q_n воздуха и коэффициента Kt_n падения давления воздушного потока в каждом распределительном канале.

То есть функция Kv(α):

Kv(α_n)=Ps/Q² _n-Kt_n

Затем для нахождения положения α_n открытия определенного клапана используется обратная функция Kv(α) с α=K^-1 _v(k).

Следовательно, получается:

α_n=K^-1 _v(Ps/Q²-Kt_n)

Функция коэффициента Kv(α) падения давления и соответствующая обратная функция K^-1 _v(k) могут быть определены путем вычисления конечных элементов на геометрической модели регулирующего клапана.

Как вариант, в лаборатории может быть составлена калибровочная таблица и использована ее в качестве расчетной диаграммы, при необходимости с простой линейной интерполяцией между калибровочными точками.

Предпочтительно первый процесс способа распределения включает пятый этап, на котором рассчитывают сумму Qt требуемых расходов воздуха и увеличивают степень открытия регулирующих клапанов, если потребность в воздухе превышает сумму Qt требуемых расходов воздуха.

Данный пятый этап требуется, если нужно пропустить объем воздуха, превышающий сумму потребностей в расходе воздуха.

Это возможно в случае, когда расход воздуха, отводимого из жилища, очень велик вследствие влажности в ванной комнате, в то время как воздух в других комнатах чистый и нет особой необходимости в вентилировании.

Следовательно, поддержание равенства между расходом вытяжного воздуха и расходом приточного воздуха предполагает большой расход приточного воздуха, превышающий расход требуемого воздуха согласно расчету первого этапа.

Излишек расхода будет распределен по всем регулирующим клапанам, чье положение α_n не равно нулю.

Простой способ распределения, приведенный в качестве неограничивающего примера, заключается в изменении всех ранее вычисленных значений α_n посредством умножения на коэффициент меньше единицы, выбранный достаточно малым, чтобы соответствовать обязательному расходу. В экстремальной ситуации данный коэффициент становится равным нулю и все регулирующие клапаны должны открыться максимально.

В конце четвертого этапа или после пятого этапа, если таковой имеется, управляют регулирующими клапанами для их установки в расчетные положения α_n или в расчетные положения после пятого этапа.

Регулирующие клапаны, связанные с распределительными каналами, после требования максимального давления Pm получают команду на полное открытие.

В вышеизложенном способе этапы выполняют в хронологической последовательности, приведенной в качестве примера, при этом термины «первый этап», «второй этап» и т.д. использованы только с целью облегчения понимания способа. Порядок данных этапов может быть другим.

Расчеты способа могут быть выполнены, например, с помощью аналоговых схем, цифровых схем типа ППВМ, программируемых микроконтроллеров или комбинации данных технологий.

В данных технологиях используются параллельные процессы вычисления, в результате чего хронологическая последовательность этапов устраняется.

Следовательно, согласно одному из возможных вариантов осуществления, расчеты могут выполняться одновременно.

Для процесса регулирования характерна медлительность, так как потребности в вентилировании, как правило, меняются медленно. В качестве примера, можно считать, что времени отклика между изменением потребности и изменением положений регулирующих клапанов порядка минуты достаточно для такого регулирования.

Способ распределения согласно настоящему изобретению также включает второй процесс распределения воздуха, который предпочтительно применяется параллельно с регулированием расходов воздуха согласно первому процессу распределения воздуха.

Данный второй процесс относится к регулированию давления. При регулировании давления в качестве уставки используется давление Pm, рассчитанное на вышеописанном третьем этапе, а в качестве измеренной величины давление Ps, измеряемое в общей приточной магистрали (например, в распределительном раструбе). Для обеспечения равенства обоих значений давления регулятор действует через средство контроля давления.

В качестве примера средством контроля давления может быть датчик давления, установленный в общей магистрали.

В качестве альтернативы, средство контроля давления может включать средство контроля скорости двигателя вентилятора.

В этом случае принципа типа интегратора достаточно для того, чтобы создать надлежащий контур регулирования для отрицательного давления Ps с обратной связью, стабильный и со временем срабатывания порядка только нескольких секунд.

Другим неограничительным примером является использование двухпоточного вентиляционного устройства, которое нагнетает в комнаты распределяемый воздух и не дает возможности доступа к прямому контролю скорости приточного вентилятора.

Большинство данных двухпоточных вентиляционных устройств обеспечивают равенство расхода приточного воздуха и расхода вытяжного воздуха.

В этом случае для компенсации вытяжки можно воспользоваться выравниванием расходов с помощью компенсационного клапана, подключенного к сети вытяжных каналов.

Контроль открытия вытяжных клапанов позволяет избавиться от дополнительных регулирующих клапанов, просто путем изменения открытия данных вытяжных клапанов, когда расхода приточного воздуха не достаточно.

Наконец, в рассматриваемом здесь случае для использования представляет интерес любой способ, позволяющий увеличить вытяжку. Если расход приточного воздуха в двухпоточном варианте не достаточен для достижения давления Pm в общей приточной магистрали, то регулирование давления Ps осуществляется посредством контроля дополнительного открытия компенсационного клапана на вытяжке или регулирующих клапанов, предназначенных для вытяжки.

Благодаря балансировке расходов вытяжного и приточного воздуха контроль расхода вытяжного воздуха позволяет контролировать расход приточного воздуха и таким образом контролировать давление нагнетания Ps так, чтобы Ps=Pm.

В случае избытка воздуха, нагнетаемого двухпоточным устройством, контроль давления Ps осуществляется дополнительным открытием приточных (или регулирующих) клапанов, предусмотренных на вышеописанном пятом этапе.

Как правило, при установке воздухораспределительной системы необходимо определить коэффициенты Kt_n падения давления, как изложено выше, в зависимости от расходов Q_n перемещаемого воздуха, давления Ps в общей магистрали и положения α_n регулирующего клапана с помощью вышеприведенных уравнений:

Ps=Q_2n*(Kt_n+Kv(α_n)),

которое можно записать как:

Kt_n=Ps/Q² _n-Kv(α_n)

или же:

Q_n=квадратный корень(Ps/(Kt_n+Kv(α_n))

В последнем уравнении для определения коэффициента Kt_n падения давления не хватает только Q_n, так как Ps может быть измерено, а Kv(α) известно заранее после калибровки в лаборатории.

Можно предусмотреть несколько решений для получения данного теоретического Q_n, которое отлично от Q_n из первого этапа способа, полученного посредством измерения, и потом преобразования.

Если возможно измерить общий расход приточного воздуха:

- открывают контур регулирования давления (без регулирования Ps), при этом вентилятор оставляют работать с фиксированной или по существу фиксированной скоростью,

- на регулирующие клапаны последовательно подают команды различных комбинаций открытия, при этом каждый раз измеряют общий расход.

Для итерации i сумма расходов в распределительных каналах записывается в форме:

Q_i=квадратный корень (P_i/(Kt₁+Kv(α_i1))+квадратный корень (P_i/(K₂+Kv(α_i2))+…+квадратный корень (P_i/(Kt_n+Kv(α_in))

После соответствующего числа измерений получают систему уравнений, достаточную для решения в отношении неизвестных Kt_n.

Комбинация открытий регулирующих клапанов выбирается таким образом, чтобы получить систему уравнений с единственным решением.

Необходимо проанализировать влияние комбинации открытий на точность результата и оптимизировать свой выбор путем минимизирования влияния погрешностей измерения и вычисления.

Во время измерений, выполняемых в данной серии, отсутствует необходимость в точном давлении. Что полезно, так это взаимозависимость между Q_i, P_i и α_in.

Открытие контура регулирования давления, приведенное в качестве возможного варианта, позволяет в некоторых случаях улучшить точность измерения давления и расхода воздуха путем устранения колебаний, обусловленных создавшимся в контуре потенциально длинным переходным режимом.

При использовании прямого контроля с двигателем вентиляции можно применять более простой способ.

Управление двигателем нагнетания осуществляется с целью получения почти постоянного расхода при закрытых всех регулирующих клапанов кроме одного.

По меньшей мере, два измерения давления выполняются с регулирующим клапаном в различных положениях открытия (предпочтительно, по меньшей мере, в закрытом и в открытом положениях). В результате получают два уравнения одинакового вида:

Q²=P₁ (Kt_n+Kv(α₁))=Р₂/(Kt_n+Kv(α₂)),

Откуда выводят:

Kt_n=(P₁*Kv(α₂)-P₂*Kv(α₁))/(P₂-P₁)

Существует несколько возможных комбинаций точек измерения, позволяющих получить неизвестные Kt_n. Выбраны точки измерения, наиболее подходящие для уменьшения влияния погрешностей измерения.

Описанные выше уравнения приведены в качестве примера для простого моделирования. Они не являются ограничивающими и, как вариант, возможно использование других аэродинамических моделей.

Способ распределения воздуха, нагнетаемого по меньшей мере в одну комнату жилища или отводимого из нее, согласно настоящему изобретению может быть использован во множестве различных вентиляционных систем. Он применим к вентиляции для обеспечения качества вдыхаемого воздуха, для кондиционирования с нагревом комнат или и для того и другого одновременно. Способ особенно предпочтителен для применения в двухпоточных вентиляционных установках.

Claims (17)

1. Способ распределения вентиляционного воздуха, нагнетаемого в комнаты жилища или отводимого из них через распределительную сеть, содержащую распределительные каналы, причем в способе используют один или более датчиков потребности в вентиляции комнаты, расположенных по меньшей мере в одной комнате, и используют датчик давления, при этом датчик давления устанавливают для измерения давления в общей приточной магистрали, когда способ применяют к приточному воздуху, или устанавливают для измерения давления в общей вытяжной магистрали, когда способ применяют к вытяжному воздуху, причем в способе используют управляемые регулирующие клапаны для регулирования распределяемого воздуха,

отличающийся тем, что перемещение воздуха осуществляют при минимальном давлении Pm в общей магистрали, определяемом датчиками потребности в вентиляции комнаты и аэродинамическими характеристиками распределительной сети, при этом способ включает:

- первый этап, на котором собирают информацию о потребности в вентиляции комнаты посредством по меньшей мере одного из датчиков потребности в вентиляции комнаты и преобразуют в требуемые расходы Q_n воздуха, связанные с каждым распределительным каналом;

- второй этап, на котором для каждого из n вентиляционных воздухораспределительных каналов рассчитывают давление Ps_n нагнетания воздуха или давление Pe_n отвода воздуха, необходимое в общей магистрали для обеспечения требуемого расхода Q_n воздуха в каждом распределительном канале, при этом считают, что регулирующий клапан находится в положении максимального открытия, и учитывают коэффициенты Kt_n падения давления, обусловленные падениями давления при движении воздуха в соответствующих распределительных каналах;

- третий этап, на котором определяют максимальное давление Pm из рассчитанных значений давления воздуха Ps_n или Pe_n, причем это значение Pm представляет собой минимальное давление, удовлетворяющее требованиям по вентиляции во всех комнатах, и

- четвертый этап, на котором рассчитывают положения α_n открытия для каждого регулирующего клапана, что позволяет получить расход воздуха, настроенный в каждом распределительном канале в зависимости от давления Pm, требуемого расхода Q_n воздуха и коэффициента Kt_n падения давления при движении воздуха в каждом распределительном канале, при этом информацию о положении открытия передают на регулирующие клапаны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает по меньшей мере один этап, на котором определяют индивидуальные расходы в каждом распределительном канале, включающий этапы измерения, расчета и/или чтения диаграмм или таблиц или комбинацию данных методов.

3. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что включает пятый этап, на котором рассчитывают сумму Qt требуемых расходов воздуха и увеличивают степень открытия регулирующих клапанов, если потребность в расходе воздуха превышает сумму Qt требуемых расходов воздуха.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на втором этапе для расчета требуемого давления Ps_n применяют формулу Ps_n=Q² _n* (Kt_n+Kv(0)), где n - индекс распределительного канала, Q_n - требуемый расход воздуха, Kt_n – коэффициент падения давления, специфичный для прохождения воздуха в распределительном канале, а Kv(0) – падение давления, вызванное максимально открытым положением регулирующего клапана.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на четвертом этапе α_n рассчитывают по следующей формуле: α_n=K^-1 _v(Ps/Q²-Kt_n), где K^-1 _v - обратная функция коэффициента K_v(α) падения давления.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что включает параллельно с этапами 1-4 операцию регулирования давления в общей магистрали так, чтобы это давление было равно давлению Pm, рассчитанному на третьем этапе способа.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что датчики потребности в вентиляции комнаты измеряют содержание CO₂, CO, ЛОВ (летучих органических веществ), или влажность, или присутствие или движение человека в комнате, или температуру, или разность давлений внутри/снаружи жилища.

8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что контроль давления осуществляют посредством датчика давления, расположенного в общей магистрали.

9. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что контроль давления осуществляют посредством контролирования скорости двигателя вентилятора.

10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что его применяют к вентиляционной системе, содержащей вентиляционное устройство двухпоточного типа, при этом настройку давления Pm в случае недостатка давления осуществляют путем изменения встречного воздушного потока и опосредованно путем балансировки расходов вытяжки/притока в двухпоточном вентиляционном устройстве.

11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что коэффициенты Kt_n падения давления в каждом распределительном канале рассчитывают по нескольким измерениям суммарного расхода и давления в общей магистрали при различных положениях открытия регулирующих клапанов, при этом открывают контур регулирования давления, оставляя вентилятор работать с фиксированной или по существу фиксированной скоростью.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что каждый коэффициент Kt_n падения давления рассчитывают по меньшей мере по двум измерениям давления в общей магистрали, соответствующим двум разным положениям открытия одного регулирующего клапана, и при по существу постоянном суммарном расходе воздуха, при этом остальные регулирующие клапаны закрыты.

Images