Система для обеззараживания воздуха в зданиях

Система для обеззараживания воздуха в зданиях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Заявленное изобретение относится к устройствам очистки воздуха в замкнутых помещениях, предпочтительно многоэтажных или многоквартирных зданиях.

Уровень техники

Обеспечение жизненных потребностей человека в чистой воде и чистом воздухе является одним из важнейших направлений по разработке новых технологий. Известно, что в помещениях, концентрация болезнетворных микроорганизмов, концентрация газообразных органических и неорганических соединений, выделяемых отделочными материалами или бытовыми предметами, как правило, выше, чем на улице. Биологический и химический терроризм, вспышки распространения инфекций гриппа - все это сделали критической проблему обеспечения людей чистым воздухом.

В настоящее время удаление болезнетворных микроорганизмов и ядовитых химических веществ из воздуха в основном связано с эффективностью работы вентиляции помещений. Обеспечение эффективной вентиляции является ключевым фактором обеспечения комфорта на рабочем месте и в квартире, поскольку многие проводят в помещениях более 2/3 суток.

Существует достаточно большое количество технических решений, относящихся к системам обеззараживания воздуха в системах вентиляции, использующих ультрафиолетовое облучение потока воздуха. Конструкции известных систем очистки и дезинфекции воздуха в вентиляционных камерах, использующих непрерывное облучение воздуха ультрафиолетом, можно подразделить на несколько групп.

К первой группе относятся изобретения, в которых описаны технические решения по установке внутри вентиляционных коробов ультрафиолетовых ламп. В этой группе изобретений технические решения относятся к механическим конструкциям коробов [1], креплениям ламп [2], конструкциям отражательных экранов, или расположению ламп [3].

Ко второй группе относятся устройства, в которых эффективность работы повышают за счет комбинированного воздействия на микроорганизмы. В изобретении [4] предлагается комбинированное воздействие паров воды и ультрафиолета на проходящий воздух. Другие решения связаны с использованием ультрафиолета в комбинации с фотокаталитическим фильтром. Это - самая широкая группа изобретений, поскольку существует множество вариантов конструкторских решений, а именно: а) определенного положения фильтров и ламп друг относительно друга [5], б) выбора формы камеры, в которой расположены лампы, например, в виде эллипсоида [6], в) выбора материала, покрывающего внутреннюю поверхность камеры, например, из полированного алюминия [7], г) использование модульной конструкции крепления фильтров и ламп [8], д) выбора числа фильтров и создание комплексных установок для стерилизации воздуха для нескольких помещений [9]. Недостатком первой и второй групп изобретений является решение очень узкого спектра задач без учета проблем, связанных с обслуживанием устройств, работающих в вентиляционных системах.

К третьей группе можно отнести изобретения, в которых основной технической задачей решается электронно-программное управление установками стерилизации воздуха. В описаниях изобретений приводятся блок-схемы устройств на основе компьютеров и микропроцессоров, к которым подключены датчики, с помощью которых определяют скорость потока воздуха в вентиляционном коробе. С помощью программного обеспечения и измерительных схем измеряют и управляют температурой стерилизуемого воздуха. Различные варианты систем, используемых для систем вентиляции зданий, описаны в следующих заявках и патентах: [10, [11] [12], [13]. Однако такие системы в основном относятся к конкретным независимым устройствам, встраиваемым в систему вентиляции, и не решают проблем создания систем вентиляции в многоэтажных зданиях. Следует отметить, что рассмотренные выше технические решения связаны с использованием ультрафиолетовых ламп с непрерывным излучением. В большинстве случаев это приводит к недостаточной эффективности воздействия слабых потоков ультрафиолета на микробное или вирусное загрязнение воздуха.

Новое направление в построении стерилизаторов воздуха в вентиляционных системах связано с использованием мощных импульсных ламп для создания широкополосных пиков ультрафиолета. Мощный поток ультрафиолета разрывает внешние оболочки микроорганизмов и биополимеров. Кроме того, ультрафиолет активизирует работу активаторов, нанесенных на поверхность фильтров, и очистка от загрязнений происходит более эффективно. При этом разрушаются наиболее опасные патогены и химические реагенты.

Известно техническое решение [14], в соответствие с которым в вентиляционной системе размещают импульсную лампу, генератор озона, распылитель воды. Недостатком данной системы является необходимость дорогостоящей эксплуатации связанной с заменой воды или ее подведением в вентиляционную систему. Кроме того, следует учесть тот факт, что в состав водопроводной воды обычно входят неорганические соли, которые будут напыляться на внешнюю оболочку лампы и поверхность фильтров и отражателей, что будет приводить к снижению уровня излучения ультрафиолета и, следовательно, к снижению эффективности. Излучаемый озон, не успевший прореагировать с водяными парами, поступает в помещение и его высокий уровень может оказывать отрицательное воздействие на организм человека.

Известен патент США [15], в котором предложена система очистки воздуха в зданиях. В данном изобретении на патогенные микроорганизмы воздействуют озоном или ультрафиолетом. Система содержит распределенные генераторы озона, размещенные внутри коробов с приточным воздухом. Для снижения уровня озона генераторы озона размещают на значительном расстоянии друг от друга, тем не менее это не устраняет повышенного содержания озона в приточном воздухе, что ограничивает возможность использования установки для обеззараживания помещений в присутствии людей.

Кроме того, такая система не предусматривает возможность регулировать интенсивность обработки загрязненного воздуха из-за сложности установки новых параметров в устройствах, размещенных внутри коробов. Система не снабжена звуковыми и световыми оповещателями, которые позволяют определить возникновение аварийной ситуации и вследствие этого оператору, обслуживающему систему, достаточно сложно определить, работают ли все генераторы озона в рабочем режиме. Это может привести к проникновению патогенных микроорганизмов из окружающей среды в случае возникновения аварийных ситуаций.

К техническому результату, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, относятся повышение функциональных возможностей системы за счет комплексного решения нескольких технических задач. Одна задача состоит в усовершенствовании оповещения о аварийных ситуациях и подаче системой звукового и светового сигналов о неисправности компонентов системы. Другая задача связана с обеспечением быстрой перенастройки оборудования для разных уровней опасности, например при угрозе микробиологического загрязнения окружающей среды.

Сущность изобретения

Заявленный технический результат достигается за счет того, что система для обеззараживания воздуха в зданиях содержит множество фотокаталитических реакторов для дезинфекции воздуха, установленных в вентиляционных коробах, где каждый реактор содержит, по крайней мере, одну импульсную лампу, формирователь высоковольтных импульсов, датчики, вентилятор и необязательно фильтр, дополнительно в устройство входит источник питания, емкостной накопитель, микропроцессорный блок управления и контроля, который обрабатывает сигналы датчиков, формирует сигналы запуска импульсной лампы, формирует сигналы, оповещающие о неисправности фотокаталитического реактора, причем к микропроцессорному блоку управления и контроля подключены первый звуковой и второй световой оповещатели.

Перечень фигур

Фиг.1. Структурная схема системы для обеззараживания воздуха в зданиях, с выводом отработанного воздуха из здания.

Фиг.2. Структурная схема фотокаталитического реактора и блока управления и контроля.

Описание изобретения

На фиг.1 изображен один из вариантов структурной схемы системы для обеззараживания воздуха в зданиях с помощью импульсного ультрафиолетового излучения. Данный вариант включает, но не ограничивает других вариантов расположения основных компонентов системы.

Здание 1 содержит множество жилых комнат или рабочих помещений 2, по крайней мере, на одном этаже 3. В приведенном варианте рассматривается схема вентиляции с общим забором воздуха через центральный блок 4 с возможностью необязательного предварительного кондиционирования с помощью теплообменника 5 за счет нагрева, (например, с помощью жидкостного теплообменника, связанного с горячим водоснабжением) или охлаждения (например, с помощью теплообменника, связанного с подачей охлажденной воды или охлаждающей жидкости при работе с дополнительным холодильником).

На выходе центрального блока 4 входной воздух проходит через необязательную предварительную очистку воздуха, например с помощью центрального фотокаталитического реактора 6, подключенного к световому 8 или звуковому 9 оповещателю и/или, по крайней мере, через один фильтр 7. В каждую из комнат 2 воздух поступает через ответвление от общего вентиляционного канала 10. Фотокаталитический реактор 12 для очистки и дезинфекции воздуха устанавливают в вентиляционном канале 10 с разными вариантами размещения: а) один реактор на несколько помещений, б) один реактор для каждого помещения, в) в комбинации вариантов а) и б). На фиг.1 приведен вариант размещения, когда фотокаталитический реактор устанавливают по варианту б). Вытяжной воздух из комнат собирается в вытяжной вентиляционный канал 11 и покидает здание через, по крайней мере, один выход 13, с помощью естественной или активной (например, с помощью вентилятора) вытяжки.

На фиг 2 приведен один из вариантов структурной схемы фотокаталитического реактора 12. Реактор 12 содержит, по крайней мере, одну импульсную лампу 16 и необязательно каталитический или пассивный фильтр 17. В качестве фотокаталитического материала используют, например, двуокись титана.

Импульсная лампа 16 подключена к первому и второму выходам формирователя высоковольтных импульсов 18, первый вход формирователя 18 подключен к первому выходу источника питания 19, второй выход которого подключен к блоку емкостного накопителя 20, который осуществляет заряд конденсаторной батареи до напряжения 1,0 кВ. Второй вход формирователя высоковольтных импульсов 18 подключен к первому выходу микропроцессорного блока управления и контроля 21, третий вход формирователя 18 подключен к выходу емкостного накопителя 20. К первому входу блока управления и контроля 21 подключают оперативное запоминающее устройство 22 (ОЗУ), а ко второму входу подключают перепрограммируемое запоминающее устройство 23 (ПЗУ), для записи программ управления микропроцессором 21 в соответствии с выбранным режимом работы фотокаталитического реактора 12. Дополнительно к третьим входам микропроцессорного блока управления и контроля 21 необязательно подключают через соответствующие узлы для согласования сигналов 24, по крайней мере, один из датчиков, расположенных внутри фотокаталитического реактора 12, которые выбирают из группы, состоящей из датчика температуры 26, датчика, измеряющего интенсивность света 27, датчика скорости воздуха 29. Второй выход микропроцессорного блока управления и контроля 21 через блок 25 подключен к вентилятору 28. Третий и четвертый выходы микропроцессорного блока управления и контроля 21 подключены соответственно к первому звуковому оповещателю 14 и первому световому оповещателю 15. Первый оповещатель звукового сигнала 14 выдает непрерывный или пульсирующий сигнал аварии, а первый световой индикатор 15 выдает непрерывный или импульсный свет. Дополнительно к четвертому входу микропроцессорного блока управления и контроля 21 через шину 30 подключена плата интерфейса 31, которая служит для передачи и приема данных от внешних устройств. Причем интерфейс выполнен с возможностью подключения к его входу выносного пульта, который содержит микропроцессор, дисплей 34 и клавиатуру 35. Выбранная информация, содержащая параметры установки режимов фотокаталитического реактора, поступает с выхода выносного пульта 32 через интерфейс на общую шину 30 микропроцессорного блока управления и контроля 21, который по запросу, сформированному микропроцессором выносного пульта 32, выдает информацию о времени работы импульсной лампы и других параметрах, определяющих работоспособность фотокаталитического реактора.

Микропроцессорный блок управления и контроля может быть размещен за пределами рабочей зоны воздуховода 10, в которой размещается фотокаталитический реактор 12.

Устройство работает следующим образом. После установки фотокаталитического реактора 12 в вентиляционный канал 10 к нему подключают блок, в состав которого входит: формирователь высоковольтных импульсов 18, источник питания 19 и емкостной накопитель 20, а также микропроцессорный блок управления и контроля 21. Затем выбирают режим его работы исходя из объема помещения и мощности используемой, по крайней мере, одной импульсной лампы 16 и скорости работы вентилятора 28 и эффективности дезинтеграции микроорганизмов. Для установки режима дезинфекции воздуха к разъему 33 подключают выносной пульт 32, переключают режим работы микропроцессорного блока управления и контроля 21 на прием команд от пульта 32, вводят параметры, которые преобразуются микропроцессором 21 и запоминаются в ПЗУ. Величину устанавливаемых параметров контролируют с помощью дисплея 34.

С помощью выносного пульта 32 можно проводить профилактический контроль работоспособности фотокаталитического реактора 16. Перед началом пуска реактора 12 с помощью пульта 32 вводят значение точного времени, что позволяет контролировать срок службы импульсных ламп. Программа работы микропроцессора 21 отслеживает время работы импульсных ламп и выдает команду на включение сигнала звукового или светового сигналов в тех случаях, когда время работы реактора превышает предельно допустимый срок службы импульсной лампы 16.

В процессе работы фотокаталитического реактора микропроцессорный блок управления и контроля 21 вырабатывает сигналы управления, поступающие на вход формирователя высоковольтных импульсов 25. Кроме этого микропроцессорный блок управления и контроля 21 преобразует сигналы, поступающие от датчиков, преобразует их в цифровую форму, производит обработку по заданной программе и вырабатывает сигнал о работоспособности или неработоспособности блока, производит аварийное выключение фотокаталитического реактора при нарушении программы работы и формирует команду на включение звукового и светового сигналов.

В случае возникновения угрозы микробиологического загрязнения окружающей среды оператор с помощью выносного пульта 32 задает новые параметры работы всех реакторов 12, размещенных на всех или выбранных этажах здания. Оператор может увеличить интенсивность обеззараживания воздуха в помещениях в ночное время, для проведения более эффективной вентиляции и удалении тех патогенов, которые накопились в помещении за дневное время работы, например, в приемных покоях больниц или поликлиник.

Конструктивное выполнение фотокаталитических реакторов зависит от задач при создании систем вентиляции. Форма фотокаталитических реакторов может быть преимущественно цилиндрической или квадратной, или прямоугольной. Количество и мощность импульсных ламп определяется объемом помещений, режимом работы и параметрами качества уничтожения микроорганизмов, вирусов, грибов и могут выбираться в процентном соотношении из величин 80%, 90%, 95%, 100%.

Внутренние поверхности фотокаталитических реакторов выполняют преимущественно в виде отражающей поверхности. С этой целью предпочтительно использовать полированный алюминий в виде листов или полированный алюминий, нанесенный на пленку с клеящей поверхностью.

При выборе ламп предпочтение отдается ксеноновым импульсным лампам, которые могут генерировать широкополосный спектр ультрафиолета в диапазоне от 100-400 нм, предпочтительно от 200-350 нм, более предпочтительно от 205 до 315 нм с частотой от 0,1 до 100 разрядов в секунду. Предпочтительно с частотой от 1 до 5 Гц. Частота определяется при запуске фотокаталитических реакторов в зависимости от мощности ламп, объема помещения и скорости протока воздуха.

Примеры

Ниже приведены примеры размещения и взаимодействия компонентов системы для разных вариантов зданий или сооружений, которые включают, но не ограничивают других вариантов, которые могут быть разработаны на основе знаний, известных в области построения вентиляционных систем и систем кондиционирования и обеззараживания воздуха.

Пример 1. Пример размещения системы в многоэтажном здании. Центральный блок забора внешнего воздуха 4 размещен на техническом этаже, который может быть расположен в нижней (в подвале) или верхней (под крышей) части здания. Вытяжной воздух через систему воздуховодов 11 частично возвращается в центральный блок 4, и поступающий в приточную вентиляцию 10 воздух состоит из смеси наружного и рециркуляционного воздуха. Соотношение расхода между рециркуляционным и приточным воздухом зависит от периода года (зима-лето). Для компенсации приточного воздуха из помещений санузлов и кухни предусмотрена отдельная вытяжная вентиляция. Охлаждение воздуха летом осуществляется с помощью водяных или фреоновых воздухоохладителей, а подогрев воздуха зимой - с помощью водяных или электрических калориферов. Фотокаталитические реакторы 12 размещают внутри вентиляционных коробов 10 либо по одному реактору для нескольких помещений, либо по одному реактору на каждое помещение. Микропроцессорный блок управления и контроля 21 может быть размещен рядом с вентиляционным входом приточного воздуха, в котором установлен фотокаталитический реактор 12 или рядом с вентиляционным коробом 10. В центральном блоке забора воздуха может быть установлен фотокаталитический реактор 6 и фильтр 7 в качестве дополнительных компонентов, осуществляющих предварительную очистку воздуха.

Пример 2. Пример поэтажного размещения системы в многоэтажном здании. Забор внешнего воздуха осуществляется индивидуально на каждом этаже с помощью вентиляционного агрегата, снабженного фильтрами для очистки внешнего воздуха от пыли. Приточный воздух распределяется через приточные короба 10 и поступает на вход фотокаталитических реакторов 12, размещенных перед вводом воздуха в помещение. Микропроцессорный блок управления и контроля может быть размещен рядом с вентиляционным входом приточного воздуха, в котором установлен фотокаталитический реактор 12. Вытяжной воздух выводится за пределы здания на противоположной стороне от забора воздуха для приточной вентиляции. Такое расположение системы позволяет регулировать степень очистки воздуха в малопосещаемых вспомогательных помещениях или технических этажах по сравнению с рабочими или жилыми помещениями.

Предлагаемое техническое решение позволяет при его применении обеспечить эффективное обеззараживание воздуха помещений, для обеспечения безопасности находящихся в нем людей.

Литература

1. Huffman F. Air filtration system. US Patent 6,849,107 (February 1, 2005).

2. Бородин И.В. и др. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УНИЧТОЖЕНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ В ВОЗДУХЕ. Патент РФ 2112031 (1998.05.27).

3. Fend F.B. Reducing odors with a germicidal lamp. US Patent Applic. 20030198568 (October 23, 2003).

4. Wen S.H. Apparatus and method for purifying air in a ventilation system. US Patent 6,673,137 (January 6, 2004).

5 Tillman Jr. Air purification unit. US Patent 6.783.578 (August 31, 2004).

6. Matschke A.I. Apparatus and method for germicidally cleaning air in a duct system. US Patent 6,022,511 (February 8, 2000).

7. Bigelow W. Air actinism chamber apparatus and method. US Patent 6,500,387 (December 31, 2002).

8. Reisfeld В. et al. Modular photocatalytic air purifier. US Patent Applic. 20040175304 (September 9, 2004).

9. Goswami D.Y. Photocatalytic air disinfection. US Patent 5,933,702 (August 3, 1999)

10. Lentz T.L. et al. System and method for controlling an ultraviolet air treatment device for return air duct applications. US Patent Applic. 20050118054 (June 2, 2005).

11. Doshi R. System and method for treating microorganisms within motor vehicle heating, ventilation, and air conditioning units. US Patent Applic, 20040141875 (July 22, 2004).

12. Gibson P.G. et al. Ultra violet lamp ventilation system method and apparatus. US Patent 7,03 6,171 (August 7, 2003).

13. Goswami Photocatalytic system for indoor air quality. US Patent 5,835,840 (November 10, 1998)

14. Potember R.S. et al. Method and apparatus for air treatment. US Patent Applic. 20040120845 (June 24, 2004).

15. Balkany Apparatus and method for treating air in a building. US Patent 5,752,878 (May 19, 1998)

1. Устройство для обеззараживания воздуха в зданиях, содержащее множество фотокаталитических реакторов для дезинфекции воздуха, установленных в вентиляционных коробах, отличающееся тем, что реактор содержит, по крайней мере, одну импульсную лампу, которая подключена к первому и второму выходам формирователя высоковольтных импульсов, первый вход которого подключен к первому выходу источника питания, второй выход источника питания подключен к входу емкостного накопителя, выход которого подключен к третьему входу формирователя высоковольтных импульсов, второй вход которого подключен к первому выходу микропроцессорного блока управления и контроля, второй выход которого подключен к блоку управления вентилятором, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к первому звуковому оповещателю и второму световому оповещателю, а первый и второй входы микропроцессорного блока управления и контроля соответственно подключены к блоку ОЗУ и ПЗУ, причем четвертый вход микропроцессорного блока управления и контроля подключен через общую шину к плате интерфейса, причем интерфейс выполнен с возможностью подключения к его входу выносного пульта, который содержит микропроцессор, дисплей и клавиатуру.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве импульсной лампы используют лампу, формирующую ультрафиолетовый свет в широком диапазоне частот, эффективный для уничтожения микроорганизмов.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве лампы используют ксеноновую лампу.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что диапазон частот лежит в пределах от 100 до 400 нм.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что диапазон частот лежит в пределах от 205 до 315 нм.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что частота включения лампы лежит в диапазоне от 0,1 до 100 Гц.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что частота включения лампы лежит в диапазоне от 1 до 5 Гц.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит датчики, выходы которых через узлы согласования сигналов подключены к третьим входам микропроцессорного блока управления и контроля, при этом датчики, установленные в фотокаталитическом реакторе, выбирают из группы, состоящей из: датчика скорости воздуха, датчика, фиксирующего интенсивность света, датчика температуры или их комбинаций.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочая поверхность фотокаталитического реактора выполнена в виде отражающей поверхности.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотокаталитический реактор содержит фотокаталитический материал.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что фотокаталитический материал представляет собой двуокись титана.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оповещатели звукового или светового сигналов выдают непрерывный или пульсирующий сигнал.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотокаталитический реактор устанавливают в вентиляционном коробе перед каждым вентилируемым помещением и/или устанавливают в коробе на входе центрального блока.