Способ регулировки давления воздуха в жилом помещении и устройство для его осуществления
Область техники Изобретение относится к области принудительной вентиляции жилых и обитаемых помещений, т.е. помещений, предназначенных для долговременного пребывания или для систематического пользования, и предназначено для повышения комфортности помещения путем поддержания в нем регулируемого режима давления воздуха и создания повышенной комфортности жилых поме- щений для метеозависимых людей, в первую очередь для людей с повышенной чувствительностью к изменения давления.
Предшествующий уровень техники
Известен метод прямого и обратного контроля давления в помещении и контроллер для его реализации, согласно которому осуществляют контроль давления воздуха в помещении производственного назначения, например, в лаборатории с испарениями и дымами, с учетом величины как избыточного, так и недостаточного давления по сравнению с давлением в контролируемом помещении посредством программируемого миниконтроллера с прямой и обратной связью, см патент US Ns6033302. Изобретение предназначено для контроля давления в типовой «чиcтoй» комнате производственного помещения и направлено на создание программного обеспечения, позволяющего с высокой точностью поддерживать режим давления и теплового переноса.
Известен метод и средства для обеспечения контроля давления в каби- нах элеваторных систем, согласно которому меняют атмосферное давление в кабине во время процесса подъема-спуска кабины с помощью контроллера, который изменяет режим работы воэдухоподводящих и воздухоотводящих труб с целью ослабления или усиления сжатия-разряжения внутри кабины при подъеме или спуска, см. патент JP N&2003-038273. Изобретение решает задачу изменения давления воздуха в кабине элеваторных систем, установленных на высотных и сверхвысоких зданиях в условиях значительного расстояния, преодолеваемого кабиной при подъёме и спуске, путем поддержания в кабине давления, соответствующего атмосфер-
Заменяющий лист
ному давления на высоте нахождения кабины, что снижает шум в кабине и уменьшает дискомфорт для пассажиров.
Известен метод и аппарат для регулировки давления в движущихся или стационарных объемах, которые относительно воздухонепроницаемы и требу- ют обновления воздуха в них, при воздействии на них вариаций внешнего давления, см. патент US Ns5984773. Изобретение делает возможным установление давления в объеме вблизи референтного значения давления таким образом, что абсолютная величина различия между внутренним и референтным давлением и скорость изменения внутреннего давления остаются ниже пороговых значений, определяемых условиями комфорта, для гарантии которого скорость изменения внутреннего давления и различие между мгновенным внутренним давлением и референтным давлением должны оставаться внутри определенного диапазона.
Известен способ поддержания давления воздуха в помещении, вклю- чающий нагнетание воздуха в помещение и откачку воздуха из помещения посредством движителя воздуха, отличающийся тем, что при превышении давлением воздуха внутри помещения значения 1,1 х 105 Pa включают движитель воздуха, который осуществляет откачку воздуха из помещения, а при давлении воздуха в помещении, меньшем 0,9 х 105 Pa, включают движитель воздуха, ко- торый осуществляет нагнетание воздуха в помещение. Второй вариант способа поддержания давления воздуха в помещении, включающий нагнетание воздуха в помещение и откачку воздуха из помещения, отличается тем, что к моменту входа или выхода из помещения выравнивают внутреннее давление воздуха в помещении до величины наружного атмосферного давления, см. патент RU Na2258872, патентообладатель Нешитов Ю.П.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату последнее техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Раскрытие изобретения Изобретение направлено на решение сложной задачи обеспечения повышения комфортности жилых и обитаемых помещений за счет создания управляемого режима поддержания воздушного давления в помещении. Возможность управления воздушным давлением в помещении означает независи-
лист
мость находящегося в помещении обитателя от перепадов атмосферного давления, связанного с изменением метеорологических условий.
К сегодняшнему дню накоплено большое количество данных, свидетельствующих о неблагоприятном воздействии резких погодных изменений на само- чувствие людей с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, бронхиальной астмой и рядом других патологий. В ряду таких факторов воздействия, как солнечная радиация, геомагнитные возмущения, электрическое поле атмосферы многими авторами отмечается существенная роль перепадов атмосферного давления. В частности, в монографии профессора МГУ A.A. Исаева «Экoлoги- ческая климaтoлoгия» (M., Научный мир, 2001) приводятся следующие данные: «...ecли межсуточные изменения давления менее 5 гПа не вызывает особенного выраженных метеотропных реакций, то эти изменения в пределах 6-10 гПа становятся заметными, а более 10 гПа весьма ощутимыми для организма. ...Кривая межсуточного изменения атмосферного давления более 8 мб (>10 гПа) обнаруживает тенденцию совпадения с числом вызовов станции скорой помощи по поводу заболеваний с диагнозом « стенокардия и гипepтoния».
Естественный суточный ход давления, составляющий 1-2 гГТа, для человека практически незаметен. Опасны быстродвижущиеся активные циклоны, частота которых различается и порой достигает 3-4 в неделю. Перепады давления воздуха при этом могут достигать 15 гПа за 3 часа и до 50 гПа за сутки. Статистика «cкopoй пoмoщи» в такие дни достаточно красноречива: медики дружно фиксируют резкое увеличение вызовов, рост числа инфарктов и инсультов. Учеными физиологами отмечено, что при изменении внешнего давления меняется давление в нескольких системах организма. Меняется артериальное и ве- нозное давление, давление спинномозговой жидкости, внутричерепное давление. У здорового человека эти изменения происходят сбалансированно и каких- либо неприятных последствий в пределах атмосферных перепадов не наблюдается. У людей, находящихся под воздействием какого-либо дезорганизирую- щего фактора — например, инфекции или травмы - даже небольшие изменения окружающей среды могут вызвать болезненное рассогласование перечисленных систем организма. При этом, конечно же, критически важна скорость изменения внешнего давления (его градиент). Когда он высок, согласование внутренних систем запаздывает.
ЛИСТ
Изобретение решает задачу создания помещения с регулируемыми воздухообменом и регулируемым воздушным давлением, которое позволит демпфировать резкие погодные скачки атмосферного давления и поддерживать соответствующее индивидуальным предпочтениям обитателя барическое давление независимо от погоды и географической широты его нахождения. Предполагается, что такого рода помещения могут использоваться для содержания больных, адаптационный потенциал которых снижен клиническим заболеванием либо операционным вмешательством.
В настоящее время в уровне техники, предшествующем дате приоритета заявленного изобретения, нет технических решений, удовлетворительно решающих поставленную нами задачу.
Согласно изобретению способ регулировки давления воздуха в жилом помещении, включающий нагнетание воздуха в помещение и откачку воздуха из помещения посредством движителя воздуха, характеризуется тем, что изме- ряют давление воздуха внутри помещения и сравнивают с заранее заданной пользователем помещения величиной давления воздуха в нем или режимом его изменения, при этом в случае падения давления воздуха в помещении ниже заданного, устанавливают для движителя воздуха определяемый пользователем режим нагнетания воздуха в помещение и повышают давление воздуха в помещении до заданной пользователем помещения величины, а в случае подъема давления воздуха в помещении выше заданного значения устанавливают для движителя воздуха режим откачки воздуха из помещения и снижают давление воздуха в помещении до заданной пользователем помещения величины. В этом заключается совокупность существенных признаков первого независимого объекта изобретения, обеспечивающая получение указанного выше технического результата.
Кроме этого, первый независимый объект заявленного изобретения имеет признаки, характеризующие частные случаи его реализации, а именно: - перед выходом пользователя из жилого помещения измеряют наружное давление, сравнивают его с давлением воздуха в жилом помещении и обеспечивают изменение давления воздуха в помещении до величины наружного давления в режиме, заданном пользователем помещения в соответствии со своими индивидуальными предпочтениями;
ЛИСТ
- изменение давления воздуха в помещении осуществляют в режиме, заданном пользователем помещения в соответствии со своими индивидуальными предпочтениями.
Известно устройство для поддержания давления в помещении, вклю- чающее движитель воздуха, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком наружного атмосферного давления, датчиком давления внутри помещения, а также блоком управления, связанным с приводом движителя воздуха, см. см. патент RU N&2258872, патентообладателем которого является Нβшитов Ю.П.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при ис- пользовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Согласно изобретению устройство для осуществления вышеописанного способа регулировки давления воздуха в помещении, включающее движитель воздуха, датчик наружного давления, датчик внутреннего давления, систему воздуховодов с управляемыми клапанами, а также блок управления, связанный с приводами движителя воздуха и клапанов воздуховодов, характеризуется тем, что система воздуховодов выполнена в виде двух сообщенных с атмосферой воздуховодов, конец одного из которых размещен внутри помещения и выполнен в виде воздухозабора, а конец другого также размещен внутри помеще- ния и выполнен в виде воздуховыпуска, при этом входной патрубок движителя воздуха сообщен с атмосферой, а выходной посредством дополнительных воздуховодов сообщен с обоими воздуховодами, причем система клапанов выполнена в виде двух клапанов, установленных на воздуховодах со стороны их сообщенных с атмосферой концов, а также двух клапанов, установленных на до- полнительных воздуховодах.
6 этом заключается совокупность существенных признаков второго независимого объекта изобретения, обеспечивающая получение указанного выше технического результата.
Кроме этого, второй независимый объект заявленного изобретения име- ет признаки, характеризующие частные случаи его реализации, а именно:
- устройство может быть снабжено блоком воздухоподготовки, включающем средства для очистки и/или нагрева и/или охлаждения и/или увлажнения и/или ионизации воздуха в помещении, при этом блок воздухоподготовки установлен на трубопроводе, подающем воздух в помещение;
Заменяющий лист
воздухозабор и воздуховыпуск выполнены с возможностью обеспечения повышенной воздухонепроницаемости помещения;
- устройство может быть снабжено шлюзовой камерой, установленной в помещении так, что одна её дверь является выходной дверью помещения, а дру- гая - входной его дверью, кроме того шлюзовая камера снабжена по меньшей мере одним перепускным отверстием для выравнивания давления воздуха в камере по отношению к наружному давлению воздуха.
- в вышеописанном варианте перепускное отверстие может быть выполнено в виде дроссельной заслонки с изменяющимся сечением, обеспечивающей рав- номерное изменение давления воздуха между соединяемыми ею объёмами.
Заявленное техническое решение является новым (N), так как заявленные независимые объекты характеризуются единым изобретательским замыслом и наличием новых совокупностей признаков, отсутствующих в известных из уровня техники аналогичных решениях. За счет реализации существенных признаков изобретения достигаются важные новые свойства объекта, заключающиеся в повышении комфортности обитаемого помещения за счет создания управляемого режима поддержания воздушного давления в помещении, который задаётся непосредственно пользователем помещения в соответствии с его индивидуальными пожеланиями и показаниями его физиологического состояния. Указанное позволяет признать заявляемое техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень (IS)".
Лучший вариант осуществления изобретения
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общая схема заявленного устройства, установленного в помещении, снабженном шлюзовой камерой, на фиг.2 - блок-схема взаимодействия основных элементов заявленного устройства, поясняющая принцип его работы, на фиг.З
- пример графика изменения давления воздуха в помещении в заранее заданном пользователем допуске колебаний давления воздуха в помещении (Δ Ртах), на фиг.4 - пример графика изменения давления воздуха в помещении (Рвн) при выходе из него и необходимости сравнивании давления воздуха в нем с величиной наружного давления (Рн) в заранее заданном пользователем интервале времени (t зад), на фиг.5 - пример графика изменения давления
Заменяющий лист
воздуха в помещении в заранее заданном пользователем режиме суточного его изменения.
Устройство для регулировки давления воздуха в жилом помещении включает движитель воздуха 1, блоком воздухоподготовки 2, воздуховоды 3, клапаны 4, 5, 6, 7, датчик наружного давления 8, датчик внутреннего давления
9, блок управления 10, воздухозабор 11, воздуховыпуск 12, шлюзовую камеру 13 с входной дверью 14 и выходной дверью 15. Принципиальной особенностью заявленного устройства является наличие одного движителя воздуха и системы воздуховодов с управляемыми клапанами, позволяющей одному движителю воздуха осуществлять все задаваемые пользователем процессы по изменению давления воздуха в оборудованном таким образом жилом помещении.
Заявленный способ с помощью заявленного устройства осуществляют следующим образом.
Для одновременного обеспечение задаваемого пользователем режима поддержания давления внутри помещения и для обеспечения соответствующего санитарным нормам и/или желанию пользователя воздухообмена в помещении предусматривается регулируемая работа движителя воздуха 1.
Режим его работы (в частности, время его работы, объемы подаваемого воздуха, создаваемое избыточное или пониженное давление и др.) задается блоком управления 10. Пользователь помещения может задать режим изменения давления в помещении с определенной предельной скоростью, в зависимости от времени суток, от времени года, при угрозе попадания в зону прохождения урагана или тайфуна, сопровождающегося резким изменением атмосферного давления, в зависимости от своих индивидуальных предпочтений в соответствии с текущим состоянием собственного здоровья и особенностями физиологии своего организма. Команды, вырабатываемые блоком управления
10, представляющим программируемый контроллер любой известной конструкции, обеспечивают выполнение упомянутых требований с учетом величины наружного давления и с минимизацией энергозатрат на работу данной системы регулирования давления в целом. В частности, в зависимости от конфетных условий помещения, возможна утилизация тепла откачиваемого из помещения воздуха путем нагрева с его помощью воздуховода, по которому поступает нагнетаемый в помещение воздух. Это же справедливо в случаях, когда температура воздуха в помещении специально понижается по сравнению с наружной. В
ЛИСТ
S таком случае нагнетаемый воздух может дополнительно охлаждаться воздухом, откачиваемым из помещения.
Воздух, поступающий в помещение, проходит стадии воздухоподготовки, предусмотренные используемыми в настоящее время стандартами кондицио- нирования. Эти стандарты обеспечиваются используемым блоком воздухоподготовки 2.
Предлагаемая система регулирования давления может использоваться как самостоятельная система, а также работать совместно с системой воздухо- обеспечения помещения традиционного типа. Датчики 8 и 9 передают свои сигналы на блок управления 10. Контроллер блока управления 10 с учетом заданной пользователем программы вырабатывает управляющие сигналы, посылаемые на все управляемые элементы системы. Движитель воздуха 1 размещается, например, вне обслуживаемого помещения. Воздухозабор 9 и воздуховыпуск 12 устраиваются, например, таким образом, чтобы проходили в одном и том же оконном проеме, либо были разнесены по специальным отверстиям в оконном проеме либо в наружной стене помещения. Нагнетаемый воздух через вентиль 5 подается в блок воздухоподготовки 2, проводящий очистку, нагрев (охлаждение) подаваемого воздуха, установление требуемой влажности подаваемого воздуха, ионизацию и другие возможные виды воздухоподготовки. Блок воздухоподготовки 2 располагается в канале подачи нагнетаемого воздуха за движителем 1.
Рассмотрим режим работы, при котором величина давления воздуха в помещении задается пользователем с превышением величины наружного атмосферного давления. В этом случае движитель 1 работает на нагнетание воэ- духа в воздуховод 3. При этом клапаны 4 и € закрыты, а клапаны 5 и 7 открыты. Нагнетаемый воздух направляется через блок воздухоподготовки 2 в помещение и повышает давление в нем до требуемой величины. Одновременно происходит контролируемый клапаном 7 отток воздуха из помещения с целью обеспечения необходимого по санитарным нормам или желанию пользователя воз- духообмена. Поддержание заданного режима давления воздуха обеспечивается блоком управления 10 путем согласования расхода подаваемого движителем 1 воздуха и расхода оттока, регулируемого клапаном 7.
Рассмотрим режим работы, когда величина давления в помещении поддерживается ниже наружного (атмосферного) давления. В этом случае движи-
ЛИСТ
тель 1 работает в обратном режиме, откачивая воздух из помещения через внутренний воздухозабор 11. Клапаны 4 и 6 при этом открыты, а клапаны 5 и 7 закрыты. Режим работы движителя 1 должен обеспечивать требуемый режим поддержания давления в помещении с учетом потерь давления воздуха, посту- лающего через клапан 4, на блоке воздухоподготовки 2..
Весьма важным свойством заявленного решения является обеспечение возможности входа и выхода из жилого помещения при разности внутреннего и внешнего давлений. Для этого используется шлюзовая камера 13. Она предназначена для того, чтобы не изменять давление во всем объеме помещения, но обеспечить возможность адаптации пользователя помещения при разнице давлений, избежать чрезмерных и вредных для здоровья скоростей изменения давления и обеспечения комфортного входа и выхода из помещения при наличии перепада между наружным и внутренним давлениями. Это обстоятельство весьма важно при нахождении жилого помещения на высокогорьях либо в гео- графических зонах, часто подвергаемых воздействию ураганов и тайфунов. Герметичная шлюзовая камера 13 представляет собой тонкостенную конструкцию и имеет двери 14 и 15 с уплотнениями и по меньшей мере одно перепускное отверстие (на чертеже не показаны), предназначенное для выравнивания внутреннего и внешнего давлений, которые может быть выполнено в виде дроссельной заслонки переменного сечения, открываемой или закрываемой в зависимости от положения дверей шлюзовой камеры и обеспечивающей возможность равномерного изменения давления воздуха внутри неё.
Рассмотрим один из возможных вариантов выполнения шлюзовой камеры, в которой заслонки перепускных отверстий связаны с дверными ручками. В этом случае, при входе снаружи пользователь при повороте дверной ручки наружной двери 15, связанной с заслонкой перепускного отверстия, открывает его и давление воздуха в шлюзовой камере 13 выравнивается с наружным. Скорость этого выравнивания давлений может быть задана пользователем помещения и не превышать значений, вредных для его здоровья, т.е. не больше допустимой скорости изменения давления в кабине скоростного лифта. Шлюзовая камера при этом может быть снабжена сигнализатором окончания процесса выравнивания давлений. При этом наружная дверь 15 открывается без усилий, которые необходимо было бы приложить в случае наличия перепада давлений. При закрытии наружной двери 15 также с помощью её дверной ручки перепуск-
ЛИСТ
ное отверстие закрывается. При дальнейшем движении пользователь открывает дверной ручкой внутреннюю дверь 14 и перепускное отверстие, что позволяет сравнять давление воздуха в шлюзовой камере 13 с давлением воздуха в помещении. После этого внутренняя дверь 14 шлюзовой камеры 13 от- крывается также без усилий, которые необходимо было бы приложить в случае наличия перепада давлений. При входе пользователя в помещение внутренняя дверь 14 шлюзовой камеры 13 закрывается, вслед за чем перепускное отверстие закрывается при повороте её дверной ручки. Те же процессы происходят и при и выходе из помещения. Промышленная применимость
Возможность промышленного применения заявленного технического решения не вызывает сомнений, так оно в обоих вариантах может быть реализовано с использованием известных технических средств (движители воздуха, управляемые клапана, программируемые контроллеры, дроссельные заслонки и т.п.).
Использование заявленного решения обеспечивает существенное повышение комфортности обитаемого помещения за счет создания управляемого режима поддержания воздушного давления в помещении, который задаётся непосредственно пользователем помещения в соответствии с его индивиду- альными пожеланиями и показаниями его физиологического состояния.
Возможность управления воздушным давлением в помещении означает независимость находящегося в помещении обитателя от перепадов атмосферного давления, связанного с изменением метеорологических условий.
Изобретение позволит людям, чувствительным к перепадам атмосфер- ного давления, при нахождении в оборудованном заявленным образом помещении защититься от неблагоприятных воздействий резких перепадов воздушного давления, чувствовать себя комфортно как при нахождении в помещении, так и при входе или выходе из него.
Заменяющий лист