Способ и устройство вентиляции и воздушного обеззараживания путем перемешивания с приточным и вытяжным потоками, настилающимися за счет эффекта коанды

Способ и устройство вентиляции и воздушного обеззараживания путем перемешивания с приточным и вытяжным потоками, настилающимися за счет эффекта коанды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам вентиляции и воздушного обеззараживания, предназначенным для снижения содержания загрязняющих частиц, находящихся в воздухе помещения в виде взвеси, работающим на принципах:

- перемешивания;

- двойного эффекта Коанды;

- первичной приточной струи, настилающейся по потолку;

- вытяжного потока, настилающегося по полу.

Предшествующий уровень техники

Традиционно способы кондиционирования воздуха технически подразделяют в зависимости от того, как воздух распределяется в помещении. Так, методы очистки воздуха в комнате можно подразделить на:

- вентиляцию путем вытеснения воздуха однонаправленным потоком;

- вентиляцию путем перемещения воздуха с температурным расслоением;

- зонную вентиляцию;

- вентиляцию перемешиванием;

- вентиляцию локальной струей.

В терминологии, относящейся к вентиляции, первичной воздушной струей называют предварительно кондиционированный воздух (охлажденный, подогретый, обеззараженный, увлажненный, осушенный), поступающий в комнату через воздухозаборник, такой как решетка, перфорированная панель, плафон-диффузор и т.д. Общим воздухом называют воздух, полученный перемешиванием первичного воздуха, поступающего в помещение, и находящегося в помещении воздуха, постепенно увлекаемого первичным воздухом и перемешивающегося с ним.

В стратегии вентиляции вытеснением воздуха, называемой также вентиляцией однонаправленным потоком или «камерой с ламинарным потоком», движение воздуха обеспечивается однонаправленной первичной струей, занимающей все сечение помещения. Всю поверхность стенки помещения, как правило, потолка или иногда боковой стены, используют в качестве поверхности распространения первичного воздушного потока в помещении. Воздух нагнетается со скоростью, достаточной для продвижения внутри помещения параллельными потоками в направлении противоположной стенки (как правило, в полу), выполненной ячеистой, чтобы выполнять функцию вытяжной поверхности. Часто отвод воздуха осуществляют также через вытяжные стенные решетки, установленные вблизи пола в нижней части стен. Ламинарные потоки работают по принципу «поршня». Первичный воздушный поток наподобие шприца толкает загрязненный воздух, который вытесняется из помещения. «Камеры с ламинарным потоком» используют для получения очень низких значений концентрации загрязнителей воздуха. Отводимый воздух поступает в воздухоочистительную установку, связанную со зданием, фильтруется и смешивается со свежим воздухом. После этого он опять нагнетается в объем помещения через приточную поверхность (как правило, потолок), оборудованную высокоэффективными фильтрами «НЕРА». Скорость потока является практически однородной по всему сечению помещения и достигает от 0,3 до 0,5 м/с во всем обрабатываемом помещении. Приточные и вытяжные поверхности размещают:

- либо на противоположных стенках (перфорированные потолок и пол);

- либо на перпендикулярных стенках (потолок и нижние боковые вытяжные решетки);

- в любом случае не на одной и той же стенке.

Напор воздуха, нагнетаемый ламинарным потоком, в 10 - 100 раз превышает напор, получаемый при помощи устройства вентиляции перемешиванием с турбулентным потоком или устройства перемещения воздуха путем температурного расслоения. Кроме того, потолок должен быть оборудован стенкой с фильтрами НЕРА. Устройства вентиляции вытеснением воздуха (ламинарный поток) характеризуются:

- значительной капиталоемкостью;

- энергоемкостью, примерно в десять раз превышающей энергоемкость устройств вентиляции перемешиванием (камеры с турбулентным потоком) или устройств вентиляции перемещением воздуха с температурным расслоением.

Кроме того, их конструкция с встроенной приточной стенкой (потолок или стена) не позволяет выполнять их в виде мобильной системы. Устройства вентиляции вытеснением воздуха используют исключительно для обеззараживания и «сверхочистки», а не для создания искусственного климата, для которого их стоимость является слишком высокой.

В стратегии вентиляции перемещением воздуха с температурным расслоением один или несколько распределителей воздуха низкой температуры (свежего воздуха) располагают на полу или вблизи пола. Этот метод основан на принципе перепада плотности воздуха внутри помещения. Первичный прохладный «свежий» воздух, поступающий снизу, но более плотный, чем окружающий воздух, постепенно оттесняет окружающий воздух (более теплый и находящийся над прохладным воздухом) вверх. Способ вентиляции расслоением является менее дорогостоящим по сравнению с вентиляцией вытеснением воздуха. Его основной задачей является создание комфорта для присутствующих в помещении людей. Однако он является очень чувствительным к тепловым перепадам и недостаточно эффективным для обеспечения аэрологического обеззараживания (в частности, антибактериального или антигрибкового). Кроме того, используемые в нем воздухораспределители являются громоздкими и требуют проведения трудоемких работ на уровне пола. Их невозможно выполнять в виде мобильной системы. Устройства вентиляции перемещением воздуха путем температурного расслоения, в основном, используют для создания искусственного климата. В стратегии зонной вентиляции используют принцип обработки некоторых зон или объемов помещения, в то время как остальная часть помещения остается без внимания. Обычно признают, что зонная вентиляция более эффективна, чем вентиляция перемешиванием в вентилируемых зонах. Однако слабое разбавление загрязнителей, как правило, снижает общую эффективность обеззараживания помещения. В стратегии вентиляции перемешиванием движение воздуха обеспечивают, в основном, за счет энергии одной или нескольких первичных воздушных струй, нагнетаемых в помещение. Теоретической задачей вентиляции перемешиванием является создание однородных условий для воздуха внутри помещения. Для этого первичная воздушная струя или первичные воздушные струи, нагнетаемая(ые) внутрь помещения, перемешивается(ются) с большим объемом окружающего воздуха. Это явление называют индукцией. Вентиляция перемешиванием является более предпочтительной, если необходимо обеспечить лучший температурный комфорт для присутствующих в помещении людей. Часть помещения, в которой обычно находятся люди, называют рабочей зоной. Ее обычно определяют как пространство, ограниченное поверхностью, отстоящей на 50 см от стен, содержащих окна, на 20 см от других стен, и имеющее высоту до 180 см над полом. Задачей вентиляции перемешиванием является перемешивание (максимально полно и максимально однородно) первичного воздуха с воздухом в помещении таким образом, чтобы находящиеся в помещении загрязнения и вредные примеси не только разбавлялись, но и равномерно распределялись в пространстве помещения. При этом ставится также задача максимально равномерного распределения температуры в помещении, чтобы избежать появления дискомфорта для присутствующих.

Однако размеры помещения, приемлемые габариты и количество диффузоров, как правило, предполагают, чтобы скорость нагнетания струи или струй первичного воздуха (свежего воздуха) была более высокой, чем та скорость, которая обеспечивает достаточный комфорт для людей, когда до них доходит эта струя. С технической точки зрения способы вентиляции перемешиванием можно подразделить на два вида:

- вентиляция перемешиванием со свободной первичной струей;

- вентиляция перемешиванием с первичной струей, настилающейся за счет эффекта Коанды.

Согласно способу вентиляции перемешиванием со свободной первичной струей первичную воздушную струю нагнетают в помещение (обычно в вертикальном направлении) через диффузор, как правило, установленный в центральной части стенки (обычно в потолке). Первичная воздушная струя проходит практически перпендикулярно через воздушную оболочку рабочей зоны. Движения воздуха в помещении, по существу, являются дезорганизованными. Воздушная струя достигает рабочей зоны почти беспрепятственно, прежде чем сколько-нибудь существенно перемешаться с воздухом помещения. В результате присутствующие ощущают температурный дискомфорт.

Согласно способам вентиляции перемешиванием с первичной струей, настилающейся за счет эффекта Коанды, первичная воздушная струя подается в помещение через диффузор, расположенный в боковой области стенки помещения (как правило, вблизи потолка), в направлении, практически касательном и параллельном этой стенке помещения (как правило, потолок). При этом первичная струя распространяется снаружи рабочей зоны между оболочкой рабочей зоны и стенкой прилегания струи. По этой причине первичная струя проходит длинный путь и смешивается с большим количеством окружающего воздуха, прежде чем достигнуть рабочей зоны.

Начиная с 1910 года, в результате опытов, осуществленных в области авиационной промышленности румынским инженером Коандой, известно, что, когда воздушная струя находится на достаточно близком расстоянии от какой-либо поверхности, например, такой как потолок, она проявляет тенденцию к прилипанию к этой поверхности и к продолжению своего движения, соприкасаясь с этой поверхностью. Это явление называют эффектом Коанды или поверхностным эффектом. Это происходит за счет того, что воздушная струя стремится подсосать соприкасающийся с ней окружающий воздух и перемешаться с этим воздухом (диффузия). Однако вблизи поверхности окружающий воздух засасываться не может. В результате между воздушным потоком и поверхностью возникает разрежение, заставляющее воздушную струю настилаться на поверхности.

Настоящее изобретение касается способа вентиляции перемешиванием с первичной струей, настилающейся по потолку за счет эффекта Коанды, и с отводом воздуха через вытяжное отверстие в виде вытяжного потока, настилающегося по полу также за счет эффекта Коанды. В данном типе вентиляции, если позволяют размеры помещения, воздушная струя сохраняет свою эффективность и достигает стены, противоположной приточной стене, еще до своего «разбавления». Общий воздушный поток продолжает свое движение вниз вдоль противоположной стены, затем поворачивает в направлении вытяжного отверстия рядом с полом. Таким образом, получают своего рода «обволакивание» рабочей зоны воздушным потоком, проходящим между приточной поверхностью и вытяжной поверхностью.

Первые результаты экспериментов, связанных со способами вентиляции перемешиванием с первичной струей, настилающейся за счет эффекта Коанды, были получены в 1939 году, когда Батурин и Ханжонков продемонстрировали явление «обратного потока», отклоняемого потолком и противоположной стеной в направлении рабочей зоны. На основании анализа полученных форм аэравлической конфигурации Батурин и Ханжонков пришли к выводу, что форма движений воздуха зависит от местоположения приточной решетки (поверхности) и лишь в незначительной мере - от конфигурации вытяжной решетки (поверхности) и условий вытяжки. Последующие теоретические выводы, опубликованные Нельсоном, Стюартом, Бромли и Гюнешом, дают информацию о распределении температур и скоростей в рамках вентиляции перемешиванием с настилающейся первичной струей. В других теоретических работах, опубликованных Линке, показано, что существует максимальная длина помещения, которое можно правильно провентилировать согласно этому принципу. Он также доказал, что для линейных первичных струй, «настилающихся» по потолку и имеющих число Рейнольдса, находящееся в пределах от 1825 и 12000, длина помещения не должна превышать больше чем в три раза его ширину для обеспечения создания «обволакивающего» потока.

Если длина меньше этого предела (примерно меньше 3-кратной ширины), получают обволакивающий поток в «одной зоне». Описание этого явления приведено ниже со ссылкой на фиг.2. При этом говорят, что помещение является «коротким».

Сверх этого предела говорят, что помещение является «длинным». Происходит аэравлическое «разделение» помещения. Первое замкнутое движение воздуха, подобное тому, которое получают в «коротких» помещениях, образовано общей воздушной струей, проходящей вдоль потолка и опускающейся вертикально через рабочую зону в центральной части и затем достигающей горизонтальной вытяжной поверхности вблизи пола. Другие «замкнутые» петли движения воздуха в виде завитка распространяются между первой петлей и другим концом помещения и попадают внутрь рабочей зоны. Это явление описано ниже со ссылкой на фиг.3.

Из этих научных, теоретических и экспериментальных опубликованных работ видно, что:

- если не требуется соблюдения каких-либо особых условий (смотри ниже условия, предписываемые настоящим изобретением и касающиеся средних скоростей нагнетания и средней скорости вытяжки), то, начиная с определенного горизонтального расстояния от боковой рабочей стены (содержащей приточные поверхности и вытяжные поверхности), примерно равного высоте помещения, появляется «паразитный шунтированный наклонный поток». Этот «паразитный шунтированный наклонный поток» стремится подняться от пола и пройти через рабочую зону наклонно вверх в направлении приточного отверстия. Описание этого явления приведено ниже со ссылками на фиг.2 и 3.

Опубликованные теоретические выводы об аэравлических схемах и скоростях воздуха в помещении, в котором применяется вентиляция перемешиванием с настилающейся первичной струей, касаются только температурных аспектов вентиляции. Их задачей является создание в рабочей зоне скоростей и температур, наиболее комфортных для людей. Авторы известных технических решений в области вентиляции перемешиванием с настилающейся первичной струей, как правило, стремились увеличить расстояние, которое первичная струя проходит в помещении, прежде чем попасть в рабочую зону. Эти авторы (представленные учеными, опубликовавшими упомянутые выше труды) ранее не интересовались оптимальным внедрением способов вентиляции перемешиванием с настилающейся первичной струей с целью воздушного обеззараживания и снижения содержания взвешенных загрязняющих частиц внутри помещения, вентилируемого таким способом. Для специалиста, интересующегося, как было указано выше, в основном, тепловыми эффектами вентиляции и температурным комфортом находящихся в помещении людей, «паразитный шунтированный наклонный воздушный поток», восходящий от пола помещения, вентилируемого первичной струей, настилающейся по потолку за счет эффекта Коанды, скорее является «благоприятным» с точки зрения его логики. С точки зрения такого специалиста «паразитный шунтированный наклонный воздушный поток» способствует перемешиванию и, следовательно, повышению эффективности тепловой вентиляции. Таким образом, понятно, что до сих пор никто не пытался уменьшить или устранить этот «паразитный шунтированный наклонный воздушный поток», действие которого, в целом, является скорее вредным с точки зрения обеспечения воздушного обеззараживания. С традиционной точки зрения такого специалиста проблемы воздушного заражения являются:

- либо актуальными и решаемыми применением вентиляции вытеснением воздуха однонаправленным потоком, главным недостатком которой является высокая стоимость;

- либо несущественными и решаемыми применением классической вентиляции перемешиванием со свободной первичной струей или вентиляцией перемешиванием с настилающейся первичной струей, без учета «паразитного шунтированного наклонного воздушного потока» (и в этом случае его негативными последствиями пренебрегают);

- либо весьма незначительными, и в этом случае применяют классические рециркуляционные очистители воздуха, не обеспечивающие эффективного обеззараживания, и, следовательно, паразитными воздушными потоками, загрязненными вредными частицами от пола и усугубленными присутствием «паразитного шунтированного наклонного воздушного потока», можно пренебречь.

Основной задачей настоящего изобретения является использование общепризнанных неотъемлемых преимуществ способа вентиляции настилающейся первичной струей и, в частности, касающихся низких затрат по изготовлению и использованию оборудования по сравнению с вентиляцией вытеснением воздуха однонаправленным потоком и обеспечения комфорта для находящихся в помещении людей, а также возможности его использования для глубокого обеззараживания и «сверхочистки» воздуха.

В этой связи целью настоящего изобретения является сокращение (или устранение) явлений подъема восходящими потоками загрязняющих частиц, находящихся на полу, обычно проявляющимися в помещениях, вентилируемых перемешиванием с первичной струей. Главной задачей настоящего изобретения является, таким образом, усовершенствование способа вентиляции первичной струей, настилающейся по потолку за счет эффекта Коанды, с уменьшением или устранением «паразитного шунтированного наклонного воздушного потока», поднимающегося от пола. Второй задачей настоящего изобретения является создание новой конструкции мобильного устройства обеззараживания воздуха, независимого от конструкции здания, в котором применяется способ вентиляции настилающейся первичной струей без присутствия «паразитного шунтированного наклонного воздушного потока».

Мобильные и независимые от конструкции здания устройства обеззараживания воздуха:

- либо работают на принципе разбавления воздуха аналогично камерам с вихревым потоком;

- либо используют, аналогично очистителям, локализирующую вентиляцию.

Первыми аналогами настоящего изобретения были мобильные устройства обеззараживания воздуха, подающие и удаляющие воздух горизонтально почти на одинаковой высоте. Из этого класса устройств можно указать устройство, описанное в патенте US 6425932 (авторы Хьюэн, Дерос и Бурк). Из этого патента ясно, что в таком типе устройств невозможно использовать первичную струю, настилающуюся по потолку, и вытяжной воздушный поток, настилающийся по полу.

Из известных технических решений можно также упомянуть мобильные устройства обеззараживания, отводящие воздух в верхней части и подающие воздух в нижней части.

В патенте US 5240478 автор Мессина описывает очиститель с фильтром НЕРА с нижним притоком и верхней вытяжкой.

В патенте US 5612001 автор Мачке описывает очиститель воздуха с нижним притоком и верхней вытяжкой, работающий с применением ультрафиолетовых ламп.

В патенте US 5656242 авторы Морроу и МакЛин описывают очиститель воздуха с нижним притоком и верхней вытяжкой, работающий с применением ультрафиолетовых ламп и электростатического фильтра.

Можно легко понять, что эти очистители, отводящие воздух в верхней части и подающие воздух в нижней части, не создают первичной струи, настилающейся на потолке, и что их система нижнего притока только способствует увеличению загрязненных паразитных воздушных потоков, поднимающихся от пола.

Кроме того, из известных аналогов можно также указать мобильные устройства обеззараживания воздуха с притоком воздуха в нижней части и вытяжкой в верхней части, но на слишком большом расстоянии от потолка, чтобы создавать первичную воздушную струю, настилающуюся на потолке за счет эффекта Коанды.

В патенте US 4900344 (Лэнсинг) описан фильтрационный очиститель, оборудованный отсасывающим соплом типа нижней напольной вытяжки и верхним притоком на низкой высоте, без прилипания потока к потолку.

В патенте US 5997619 (Кнут и Кэри) описан очиститель воздуха с УФ лампами и фильтром, работающий с боковой нижней вытяжкой и верхним притоком на низкой высоте, без прилипания потока к потолку.

В патенте US 6001145 (Хаммс) описан фильтрационный очиститель, оборудованный отсасывающим соплом типа нижней напольной вытяжки и верхним притоком на низкой высоте, без настилания первичного потока по потолку.

В патенте US 5453049 (Тиллман и Смит) описан очиститель с треугольным сечением, оборудованный широкой нижней вытяжкой с фильтрами НЕРА и с вертикальным верхним притоком через небольшое приточное отверстие на малой высоте, без настилания первичного потока по потолку.

В патенте US 4210429 (Гольштейн) описан очиститель с фильтром и УФ лампами с нижней боковой вытяжкой и верхним боковым притоком на малой высоте, без прилипания первичного потока к потолку.

Эти очистители работают на принципе локализирующей струи. Ни в одном из этих документов не упоминается об устройстве, использующем первичную воздушную струю, настилающуюся по потолку за счет эффекта Коанды, и не описаны средства, позволяющие уменьшить или устранить «паразитный шунтированный наклонный воздушный поток» между полом и потолком.

Наконец, различают мобильные устройства обеззараживания воздуха, всасывающие воздух в нижней части и нагнетающие воздух в верхней части рядом с потолком, которые теоретически могут создать настилание первичной воздушной струи на потолке за счет эффекта Коанды.

В патенте US 5290330 (Теппер, Сучомски и Мекс) описано независимое устройство обеззараживания воздуха вертикально-параллелепипедной формы с горизонтальными нижней вытяжкой и верхним притоком. Обеззараживание воздуха осуществляют при помощи цилиндрических фильтровальных элементов, установленных вертикально внутри устройства. В этом документе уточняется, что вытяжка и приток разделены вертикально для обеспечения движения воздуха от потолка к полу. Однако в этом документе не упоминается о создании воздушной струи, настилающейся на потолке за счет эффекта Коанды, и вытяжного потока, настилающегося на полу за счет эффекта Коанды. В документе не указывается о существовании «паразитного шунтированного наклонного воздушного потока», наклонно поднимающегося от пола к потолку. В документе не описано никакое средство для устранения этого явления. Наконец, необходимо отметить, что при рассмотрении чертежей видно, что вытяжные и приточные решетки выполнены идентично и имеют одинаковые размеры. Вследствие этого скорость подачи воздуха и скорость вытяжки являются, по существу, равными.

В патенте US 5225167 (Ветцель) описано независимое устройство обеззараживания воздуха практически параллелепипедной формы, устанавливаемое на стене помещения и очищающее воздух при помощи фильтров НЕРА и ультрафиолетовых ламп. Вытяжка воздуха происходит вблизи от пола, но на расстоянии, через решетку. Приток воздуха осуществляется вблизи потолка через фильтр НЕРА, выполненный в четверть цилиндра. В документе не упоминается о создании воздушной струи, настилающейся по потолку за счет эффекта Коанды, и вытяжного потока, настилающегося по полу за счет эффекта Коанды. Форма в виде четверти цилиндра воздухозаборника с фильтром НЕРА способствует наклону первичной приточной струи в направлении пола и не обеспечивает ее прилипания к потолку за счет эффекта Коанды. Вытяжное отверстие, установленное произвольно на расстоянии от пола, также не способствует созданию вытяжного потока, настилающегося по полу за счет эффекта Коанды. В этом документе не упоминается о существовании «паразитного шунтированного наклонного воздушного потока», поднимающегося от пола к потолку. В документе не описано никакое средство для устранения этого явления. Наконец, необходимо отметить, что при рассмотрении чертежей видно, что вытяжные и приточные решетки имеют одинаковые размеры. Вследствие этого скорость подачи воздуха и скорость вытяжки являются, по существу, равными.

Патент US 5616172 (Такерман, Рассел, Кнут и Кэри) является наиболее близким аналогом настоящего изобретения. В нем описано независимое мобильное устройство обеззараживания воздуха, по существу, имеющее форму удлиненного параллелепипеда, устанавливаемое вертикально вдоль стены обрабатываемого помещения. Обеззараживание воздуха осуществляют при помощи УФ ламп и фильтров НЕРА. Вытяжка воздуха происходит от пола через отсасывающее сопло типа напольной вытяжки, выполненное между основанием устройства и полом. Приточное отверстие находится в верхней части устройства и нагнетает воздух вертикально в сторону потолка. Указывается, что форма устройства является произвольно удлиненной для увеличения расстояния между вытяжной решеткой и приточной решеткой, чтобы избежать «короткого замыкания» между ними. Указано также, что на приточной решетке установлены лопатки для наклона первичной струи, нагнетаемой в верхней части, в сторону потолка, чтобы первичная воздушная струя распространялась вдоль потолка. Таким образом, можно считать, хотя это и не выражено достаточно ясно, что первичная воздушная струя прилипает к потолку за счет эффекта Коанды. Вместе с тем авторы документа считают, что единственным средством для устранения «шунтирующего эффекта» между вытяжной и приточной решетками является их максимальное удаление друг от друга. Такое расположение, конечно, является необходимым. Но, как показывают научные работы, упоминавшиеся выше, и как будет продемонстрировано ниже, этого недостаточно. Прежде всего, в этом документе не учитывается наличие «паразитного шунтированного наклонного воздушного потока», восходящего от пола (посередине помещения) и проходящего через рабочую зону наклонно вверх в направлении приточного отверстия. В нем затрагивается только наличие непосредственного «шунта» между притоком и вытяжкой, что является проблемой другого порядка.

При этом документ не предлагает никакого средства, учитывающего:

- соотношение между скоростью вытяжки и скоростью притока;

- или соотношение между эффективной вытяжной поверхностью и эффективной приточной поверхностью с целью уменьшения и/или устранения «паразитного шунтированного наклонного воздушного потока», поднимающегося от середины пола к потолку, несмотря на удаленность решеток.

Относительные размеры эффективных вытяжной и приточной поверхностей не уточняются. Однако, если не принимать во внимание эти специфические параметры геометрии и скорости, то, как видно из упомянутых научных работ и из приведенных ниже доводов, увеличение расстояния между приточной и вытяжной решетками недостаточно для устранения этого явления - «паразитного шунтированного наклонного воздушного потока».

Как уже было сказано выше, авторы известных технических решений считают, что вытяжные отверстия играют незначительную роль в движении воздуха и влияют только на ближайшее окружающее пространство. Ниже мы покажем, что они ошибаются. В известных решениях уделяется очень мало внимания значению формы и местонахождения вытяжных отверстий. Очевидно, что до сих пор этому не уделялось внимания при научно-теоретических исследованиях.

Таким образом, несмотря на то, что способ вентиляции перемешиванием с первичной проточной струей, настилающейся по потолку, и с вытяжным потоком, настилающимся по полу за счет двойного эффекта Коанды, известен и широко применяется в рамках его температурных аспектов в области создания искусственного климата, его практически не используют для воздушного обеззараживания, так как проблема возникающего в нем «паразитного шунтированного наклонного воздушного потока» не решена в известных технических решениях и мешает эффективности обеззараживания.

Сущность изобретения

Прежде всего, настоящее изобретение относится к способу вентиляции помещения перемешиванием с первичной приточной струей, настилающейся по потолку, и с вытяжным потоком, настилающимся по полу, за счет двойного эффекта Коанды. В частности, изобретение касается способов вентиляции, согласно которым в помещение нагнетают первичную струю предварительно обработанного воздуха (подогретого, охлажденного, обеззараженного, увлажненного, осушенного и т.д.) через приточную поверхность, находящуюся напротив боковой стены, называемой стеной обработки, вблизи потолка и в направлении угла притока (среднее направление на приточной поверхности из средних направлений участков первичной струи), ориентированном в сторону потолка (или параллельно последнему), с возможностью прилипания за счет эффекта Коанды указанной первичной струи к поверхности потолка. Одновременно загрязненный воздух удаляется с напором, эквивалентным напору первичной струи, через практически вертикальную вытяжную поверхность, расположенную напротив той же боковой стены обработки вблизи пола помещения. Таким образом, на уровне пола обеспечивают отсасывание воздуха по практически горизонтальному вытяжному контуру, параллельному полу и прилегающему к полу за счет эффекта Коанды.

Опытные испытания, проводившиеся до настоящего времени на системах вентиляции перемешиванием с первичной приточной струей, настилающейся по потолку, и с вытяжным потоком, настилающимся по полу, и компьютерное моделирование, которые производили авторы изобретения, показывают, что в закрытом помещении такой тип вентиляции приводит к появлению «паразитного шунтированного наклонного воздушного потока», поднимающегося от пола и проходящего через рабочую зону наклонно вверх в направлении приточного отверстия. Это явление широко описано в предшествующем уровне техники в упомянутых выше научных работах, хотя для его устранения не было предложено никакого решения.

В своей самой простой форме способ вентиляции в соответствии с настоящим изобретением состоит в том, что средней приточной скорости (Vs) (среднее значение скоростей участков первичной струи на приточной поверхности) придают значение, меньшее средней вытяжной скорости (Va) (среднее значение скоростей участков вытяжного воздушного потока на вытяжной поверхности) [Vs<Va]. Авторы изобретения пришли к выводу в результате компьютерного моделирования и доказали при помощи аэравлических измерений на независимых устройствах воздушного обеззараживания помещения при помощи этого способа, что указанное явление «паразитного шунтированного наклонного воздушного потока» может быть ослаблено и даже устранено путем применения способа в соответствии с настоящим изобретением.

Краткое описание чертежей и фигур

Фиг.1 - схематичный вид сбоку, иллюстрирующий явление осаждения аэрозолей и образования их взвеси в невентилируемом помещении.

Фиг.2 - схематичный вид сбоку распределения воздушного потока в «коротком» помещении, вентилируемом (без соблюдения специальных условий) перемешиванием с первичной приточной струей, настилающейся по потолку, и с вытяжным потоком, настилающимся по полу (воспроизведено по Мюллеру).

Фиг.3 - схематичный вид сбоку распределения воздушного потока в «длинном» помещении, вентилируемом (без соблюдения специальных условий) перемешиванием с первичной приточной струей, настилающейся по потолку, и с вытяжным потоком, настилающимся по полу (воспроизведено по Мюллеру).

Фиг.4а - схематичный вид сбоку распределения воздушного потока, полученного путем компьютерного моделирования устройства вентиляции (показанного на фиг.2), работающего в помещении, вентилируемом перемешиванием с первичной приточной струей, настилающейся по потолку, и с вытяжным потоком, настилающимся по полу, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4b - схематичный вид в перспективе распределения воздушного потока, полученного путем компьютерного моделирования устройства вентиляции (показанного на фиг.4а), работающего в помещении, вентилируемом в соответствии с настоящим изобретением, с показом эффективных боковых вытяжных и приточных поверхностей устройства вентиляции, показанного на фиг.4а, дающий возможность оценки их относительных размеров и средних скоростей вытяжки и притока.

Фиг.5а - схематичный вид участка воздушного контура, позволяющий аналитически продемонстрировать преимущества настоящего изобретения и возможность устранения «паразитного шунтированного наклонного воздушного потока».

Фиг.5b - схематичный вид, демонстрирующий условия компьютерного моделирования аэравлических диаграмм, полученных на прототипе независимого устройства воздушного обеззараживания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5с - таблица значений расчетных результатов, полученных в результате компьютерного моделирования, показанного на фиг.5b.

Фиг.5d - графическое изображение результатов, представленных на фиг.5с.

Фиг.6 - схематичный вид сбоку воздушного потока, полученного компьютерным моделированием независимого устройства обеззараживания, работающего в помещении, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.6а и 6b - изображения в разрезе и в перспективе в увеличенном виде независимого устройства обеззараживания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.6с - схематичный вид сверху, демонстрирующий работу устройства, показанного на фиг.6, и воздушные струи, которые оно создает в горизонтальном направлении.

Фиг.6d - схематичный увеличенный вид сбоку отсасывающего сопла независимого устройства обеззараживания, показанного на фиг.6, и его действия на загрязняющие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, и на частицы, находящиеся на полу.

Фиг.6е - схематичный вид в перспективе устройства в соответствии с настоящим изобретением и его вытяжного контура.

Фиг.7 - схематичный вид сбоку, демонстрирующий принцип работы и воздействия на аэрозоли устройства обеззараживания, работающего в помещении, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.8а и 8b - вид в разрезе и в перспективе приточного сопла независимого устройства обеззараживания, показанного на фиг.6, и его положения по отношению к потолку.

Фиг.8c-8h - вид сбоку, демонстрирующий влияние регулирования угла направления притока в устройстве в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.9а и 9b - вид сбоку, демонстрирующий значение варианта выполнения в соответствии с настоящим изобретением с регулированием вытяжной и приточной скоростей.

Фиг.10а - вид в перспективе детали первого предпочтительного варианта выполнения приточного сопла в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.10b - вид в перспективе детали второго предпочтительного варианта выполнения приточного сопла в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.11 - вид в перспективе детали предпочтительного варианта выполнения отсасывающего сопла в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.12 - вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения средства вертикальной циркуляции уменьшенного сечения в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.13а и 13b - вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения средства вертикальной циркуляции с регулируемой высотой в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.14а и 14b - вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения устройства, показанного на фиг.6, с вспомогательным отсасывающим соплом, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.15а и 15b - вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения устройства, показанного на фиг.6, с раздвижным приточным соплом, в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показано обычное невентилируемое помещение (3). Окружающий воздух (А) в помещении (3) заполнен множеством загрязняющих частиц (4), которые наподобие аэрозолей под действием своего веса и гравитации и за счет эффекта осаждения (5) опускаются до уровня пола (6). При этом загрязняющие частицы (4), которые имеют низкую вертикальную скорость осаждения (4), постепенно скапливаются в загрязненном тонком нижнем слое (Сс) воздуха, соприкасающемся с полом (6). Если рассматривать в совокупности загрязняющие частицы (4), присутствующие в помещении (3), то небольшое, хотя и чрезвычайно опасное для присутствующих людей (1) количество загрязняющих частиц (4) находится во взвешенном состоянии в виде взвешенных загрязняющих аэрозолей (4а), находящихся внутри объема помещения (3). Другая, очень плотная часть загрязняющих частиц (4) под действием силы тяжести, тепловых конвекционных движений и броуновских движений скапливается в виде аккумулированных (4b) загрязняющих аэрозолей наподобие облака внутри загрязненного нижнего тонкого воздушного слоя (Сс). Внутри этого загрязненного нижнего тонкого воздушного слоя (Сс) концентрация аккумулированных загрязняющих аэрозолей (4b) становится асимптотической по мере приближения к полу (6). Однако самая