способ вентиляции помещения

Формула изобретения

1. Способ вентиляции помещения, включающий подачу приточного воздуха и его закручивание в струю, отличающийся тем, что закручивание производят в плоскости, проходящей через геометрическую ось струи, а подачу чередуют с прерыванием.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что чередование осуществляют импульсами.

3. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что количество приточного воздуха регулируют изменением частоты следования импульсов.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что посредством импульса формируют струю, приближенно имеющую форму тора.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что закручивание осуществляют в направлении, при котором в сечении плоскостью, проходящей через геометрическую ось струи, вектор скорости элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения, направлен против направления движения струи, а вектор скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, совпадает с направлением движения.

6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что перед закручиванием сжимают струю в сечении, перпендикулярном геометрической оси струи.

7. Способ по одному из пп.1-3, 5 и 6, отличающийся тем, что посредством импульса формируют струю, приближенно имеющую форму разрезанного тора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области санитарной гигиены и может быть использовано для вентиляции помещения, преимущественно небольшого размера, например купе железнодорожного вагона.

Известен способ вентиляции помещения, включающий удаление воздуха из верхней части помещения и подачу чистого воздуха в нижнюю его часть [1].

Недостатком данного способа является то, что находящийся на полу мусор увлекается потоком входящего воздуха, в результате чего повышается запыленность воздуха в помещении. Кроме того, при поступлении в помещение холодного воздуха нарушаются оптимальные условия комфорта, согласно которым в помещении температуру воздуха следует понижать от пола к потолку (Баркалов Б.В., Карпис Е.Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1982. - С. 59). При этом выравнивание температуры воздуха в помещении будет происходить преимущественно за счет теплопроводности, поскольку более тяжелый холодный воздух занимает нижнюю часть помещения.

Известен способ вентиляции помещения путем тангенциального нагнетания воздуха и одновременного его отсасывания из центральной зоны до образования вихревого потока, из которого затем получают вихревой жгут [2].

Недостатками этого способа являются:

- сравнительно большие скорости движения воздуха, не позволяющие людям долгое время находиться в зоне воздушных потоков из-за опасения получить простуду;

- необходимость отсутствия на пути потоков различного рода предметов, которые могут нарушить образование вихревого потока или жгута, при этом помещение должно иметь форму, способствующую тангенциальному закручиванию потока;

- узкий диапазон изменения параметров воздушного потока (например, расхода воздуха, скорости), поскольку выход за пределы этого диапазона может привести к разрушению вихревого потока или жгута;

- неудобство эксплуатации, заключающееся в том, что каждый раз при возобновлении вентиляции помещения, прерванной по какой-либо причине, необходимо сначала увеличивать количество отсасываемого воздуха до образования вихревого потока, а затем уменьшение этого количества до получения вихревого жгута.

Прототипом является способ, включающий подачу приточного воздуха струей, ее закручивание и формирование в виде полого конуса, внутри которого пропускают удаляемый воздух [3].

Недостатками данного способа являются:

- частичный унос с удаляемым воздухом приточного воздуха и его нагрев за счет большой конусообразной поверхности соприкосновения, что снижает КПД вентиляции и системы холодоснабжения;

- узкий диапазон изменения параметров струи, выход за пределы которого может привести к ее разрушению;

- большая скорость движения воздуха в струе, неблагоприятно сказывающаяся на самочувствии людей;

- невозможность попадания отработавшего воздуха сбоку в поток удаляемого воздуха, приводящая к образованию застойных воздушных зон.

Целью изобретения является улучшение комфортных условий в помещении и повышение КПД вентиляции.

Эта цель достигается тем, что в способе вентиляции помещения, включающем подачу приточного воздуха и его закручивание в струю, закручивание производят в плоскости, проходящей через геометрическую ось струи, а подачу чередуют с прерыванием.

Кроме того, чередование осуществляют импульсами, количество приточного воздуха регулируют изменением частоты следования импульсов. Посредством импульса формируют струю, приближенно имеющую форму тора (целого или разрезанного).

Закручивание осуществляют в направлении, при котором в сечении плоскостью, проходящей через геометрическую ось струи, вектор скорости элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения, направлен против направления движения струи, а вектор скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, совпадает с направлением движения. Перед закручиванием сжимают струю в сечении, перпендикулярном геометрической оси струи.

Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения и оказывающие такое же, как и они, влияние на технический результат, состоящий в улучшении создаваемых условий комфорта и повышении КПД вентиляции.

Сущность изобретения отражают операции:

- закручивают в плоскости, проходящей через центральную ось струи, приточный воздух, подачу которого чередуют с прерыванием;

- чередование осуществляют импульсами;

- количество приточного воздуха регулируют изменением частоты следования импульсов;

- посредством импульса формируют струю, приближенно имеющую форму тора (целого или разрезанного);

- закручивание осуществляют в направлении, при котором в сечении плоскостью, проходящей через геометрическую ось струи, вектор скорости элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения, направлен против направления движения струи, а вектор скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, совпадает с направлением движения;

- перед закручиванием сжимают струю в сечении, перпендикулярном геометрической оси струи.

Указанные операции позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Закручивание в плоскости, проходящей через геометрическую ось струи, приточного воздуха, подачу которого чередуют с прерыванием, позволяет повысить устойчивость струи за счет того, что каждый элемент струи, вращаясь, обладает кинетической энергией и моментом инерции. При этом момент от силы трения, вызываемой соприкосновением поверхности струи об окружающий воздух, будет значительно меньше, чем в прототипе, за счет меньшего плеча указанной силы. Это, в свою очередь, снижает траты кинетической энергии на работу силы трения и позволяет сохранить устойчивость струи даже при небольшом значении кинетической энергии. Малое значение кинетической энергии обуславливает низкую угловую скорость элементов струи, что уменьшает ее тепломассообмен с окружающим воздухом и, в конечном счете, повышает КПД вентиляции и холодильной установки.

Осуществление чередования импульсами дает возможность уменьшить приток воздуха при сохранении дальнобойности струи, т. е. обеспечить доставку его малого количества в прежнюю зону.

Регулирование количества приточного воздуха изменением частоты следования импульсов способствует, во-первых, снижению скорости приточного воздуха (в паузах между импульсами) практически до нуля, а во-вторых, улучшает вентиляцию за счет беспрепятственного движения отработавшего воздуха вверх и уменьшает шум, связанный с подачей воздуха.

Все это улучшает комфорт.

Формирование посредством импульса струи, приближенно имеющей форму тора, позволяет при малом радиусе сечения тора доставлять порцию воздуха значительного объема, который пропорционален квадрату этого радиуса, и снизить энергетические затраты, как это сказано выше. Струя, сформированная в форме разрезанного тора, лучше перемешивается с окружающим воздухом на своем конечном участке. Кроме того, при этом меняется (увеличивается) угол раскрытия струи.

Закручивание струи в направлении, при котором в сечении плоскостью, проходящей через геометрическую ось струи, вектор скорости элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения, направлен против направления движения струи, а вектор скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, совпадает с направлением движения, способствует лучшему раскрытию струи и перемешиванию ее с окружающим воздухом.

Сжатие струи перед закручиванием в сечении, перпендикулярном геометрической оси струи, позволяет изменять (увеличивать) угол струи, а также доставлять в нужную зону большее количество воздуха при тех же геометрических параметрах струи на ее начальном участке. При этом увеличивается также тепломассобмен струи с окружающим воздухом.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема вентиляции помещения, например купе железнодорожного вагона.

Помещение 1 содержит мультивенту 2 с отверстиями 3 для удаления отработавшего воздуха 4 и источник 5 с горловиной 6 для подачи приточного воздуха вдоль оси 7 со скоростью . Приточный воздух, попадающий в помещение в виде тора 8, закручен в сечении со скоростью .

Способ реализуют следующим образом.

Отработавший воздух 4 удаляют из помещения 1 через отверстия 3 мультивенты 2. Одновременно от источника 5 в помещение 1 подают приточный (например, холодный) воздух, который закручивают в плоскости, проходящей через геометрическую ось 7 струи, и чередуют подачу воздуха с прерыванием. В результате этого приточный воздух поступает порциями, каждая из которых имеет вид тора 8. Для придания тору более компактной формы чередование осуществляют импульсами, изменением частоты следования которых регулируют количество приточного воздуха. Сформированный из приточного воздуха тор сначала имеет небольшие габариты (поверхность) и устойчивую форму, благодаря чему приточный воздух практически не участвует в тепломассобмене с удаляемым воздухом, который у потолка имеет наибольшую температуру. Это способствует увеличению КПД вентиляции. По мере продвижения вниз тор и его поверхность увеличиваются в размерах и тепломассобмен с окружающим воздухом возрастает. В конце концов, тор распадается, и приточный воздух смешивается с воздухом помещения. Отметим, что описанная подача приточного воздуха напоминает движение дымовых колец, пускаемых курильщиком.

Поскольку при движении вниз холодный приточный воздух постепенно прогревается, то температура в помещении будет понижаться от пола к потолку, что будет способствовать созданию оптимальных условий комфорта. Кроме того, в паузах между импульсами отработавший воздух беспрепятственно поднимается вверх, благодаря чему улучшается вентиляция помещения.

Для улучшения перемешивания приточного воздуха с воздухом помещения закручивают приточный воздух в торе в направлении, при котором в сечении плоскостью, проходящей через геометрическую ось 7 струи, вектор скорости элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения, направлен против вектора скорости , а вектор скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, совпадает с вектором скорости . Элементы в нижней части сечения соприкасаются с более холодным и плотным воздухом помещения, чем элементы в верхней части этого сечения. В результате этого нижний слой воздуха в сечении затормаживается относительно верхнего слоя и появляется эффект раскатывания тора, при этом он быстрее увеличивается в размерах.

Перед закручиванием сжимают струю в сечении, перпендикулярном геометрической оси струи, посредством пропускания ее через горловину 6 источника 5. При этом давление и плотность воздуха в торе изначально повышаются, а следовательно, увеличивается количество воздуха в струе.

Посредством импульса формируют струю, приближенно имеющую форму разрезанного тора, в результате чего последний распадается на несколько движущихся независимо от других частей тора, благодаря чему улучшается обтекание различных препятствий, как правило, имеющихся в помещении.

Внедрение изобретения позволит создать оптимальные условия комфорта в помещении, например в купе железнодорожного вагона, и повысить КПД вентиляции.

Источники информации

1. А.с. №1201630, F 24 F 7/08, F 26 B 21/02, 1985-аналог.

2. А.с. №1566172, F 24 F 7/02, F 26 В 21/02, 1990 - аналог.

3. А.с. №1379579, F 24 F 7/02, 13/06, 1988 - прототип.