Терминал для нагрева поступающего воздуха, система вентиляции, содержащая такой терминал, и здание, в котором предусмотрена такая система вентиляции

Объектами полезной модели являются терминал (1), предназначенный для отопления здания, который содержит электрическое нагревательное сопротивление (8), система воздухообмена, содержащая один или более терминалов (1), здание, в котором смонтирована такая система воздухообмена, а также способ отопления здания.

Фиг.2

Область техники, к которой относится полезная модель

Объектом полезной модели является терминал, нагревающий поступающий в здание воздух. В частности, полезная модель относится к оборудованию и способу нагрева поступающего в здание воздуха, а также здания, которое снабжено соответствующим полезной модели оборудованием для нагрева или в котором применяется соответствующий полезной модели способ нагрева.

Уровень техники

В соответствующих известному уровню техники решениях отопление квартир организовано, например, при помощи радиаторов, в которых циркулирует вода и которые установлены в каждом помещении квартиры. Обычно они установлены под окном, расположенным в наружной стене помещения. Мощность отопления регулируется посредством управления циркуляцией горячей воды. Регулировку можно производить вручную, либо при помощи регулирующего устройства, измеряющего температуру в помещении, например, термостата, который увеличивает или уменьшает циркуляцию воды, исходя из температуры в помещении. Обратная связь представленного выше оборудования весьма медленная. Изменения температуры воздуха в помещении, например, увеличение температуры вследствие присутствия в помещении нескольких человек одновременно, можно компенсировать только очень медленно. Аналогичную систему отопления можно получить с использованием также электрических радиаторов. Это решение не устраняет, однако, той проблемы, что регулировка температуры и обратная связь такой системы отопления происходят очень медленно.

Известны также системы отопления посредством электричества, в которых используются кабели отопления, встроенные в поверхность пола помещения. Система отопления такого же типа образуется путем установки под поверхностью пола системы циркуляции воды. Проблемой этих систем является еще более медленное реагирование на изменения температуры. Это является следствием величины обогреваемой массы (конструкции пола) и ее медленного нагрева или остывания. Можно с уверенностью сказать, что изменение температуры в помещении (увеличение/уменьшение) при использовании указанных выше систем отопления всегда запаздывает на 12 часов.

Для отопления помещения можно также использовать кондиционер, через который проходит как поступающий, так и отработанный воздух. Кондиционер снабжен теплообменником, которое передает тепло, забираемое из отработанного воздуха, выводимого наружу, в поступающий/свежий воздух. В соответствии с этим способом мощности оборудования хватает на нагрев поступающего воздуха максимум до температуры 15-17°С. По этой причине кондиционер снабжается батареей дополнительного нагрева, при помощи которой температура поступающего воздуха повышается до желаемой, например, примерно до 20-24°С. Батарея дополнительного нагрева может быть водяной или электрической, и она монтируется внутри кондиционера. Обычно в одном помещении используется один кондиционер, откуда следуют значительные проблемы отопления квартиры. Это происходит по той причине, что кондиционер нагнетает наружный воздух одной температуры во все помещения. Вследствие этого невозможно сделать температуру, особенно в двух- и более этажных квартирах, комфортной для пребывания. Кроме того, потребность в тепле в спальне и в гостиной различна. Регулировка температуры в каждом помещении посредством такой системы невозможна.

Технология строительства, в особенности домов малоэтажной застройки и коттеджей, в последние годы двигалась в том направлении, что строится все больше и больше так называемых домов с низким потреблением энергии, внешняя оболочка которых плотная, а коэффициент воздухонепроницаемости окон очень высок. Из-за требований к экономии энергии дома в настоящий момент почти всегда снабжены системой воздухообмена, содержащей теплообменник. Помещения посредством вентиляционных каналов включены в систему кондиционирования, и в помещении имеется терминал кондиционера. Терминалы должны быть небольшого размера, а уровень создаваемого ими шума в целях удобства проживания должен быть очень низким, в соответствии с современными требованиями - не выше 28/33 дБ(А). При помощи этого терминала поступающий воздух равномерно распределяется по помещению, причем объемный поток поступающего воздуха можно измерять и регулировать в каждом помещении отдельно. Если учесть, кроме вышеуказанного, что в настоящее время в домах имеется большое количество источников тепла, например, люди, бытовая техника и различная электроника, то реальная потребность в дополнительном тепле очень невысока.

Раскрытие полезной модели

Задачей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков, касающихся проблем регулировки температуры в каждом отдельном помещении и медленного реагирования систем отопления, и разработка терминала, системы и способа вентиляции, которые обеспечили бы бесшумное управление и быстро реагирующую регулировку поступления тепла в каждое помещение здания индивидуальным образом. Соответствующий полезной модели терминал не требует дополнительного пространства, так как он заменяет терминал традиционной системы вентиляции. Терминал, обеспечивающий дополнительный нагрев, уменьшает и оптимизирует потребление энергии, так как за счет очень точного управления отопление осуществляется только тогда, когда в этом возникает необходимость.

Это достигается заменой терминалов системы вентиляции, расположенных в каждом помещении, на терминалы, снабженные электрическим нагревательным сопротивлением, а также объединением блока нагревательного сопротивления, блока управления и датчика температуры. Предлагается новая система отопления и способ нагрева поступающего воздуха, а также здание, в котором монтируется данная система отопления.

Говоря более точно, предлагается терминал системы вентиляции, система вентиляции и способ нагрева воздуха, поступающего в здание, а также здание, в котором используется соответствующее полезной модели оборудование отопления, или способ отопления, характеризующие признаки которых представлены в формуле полезной модели.

В зависимых пунктах формулы охарактеризованы прочие формы реализации полезной модели.

Краткое описание чертежей

Ниже полезная модель описывается более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, на которых

На фиг.1а и 1b представлен в виде общего чертежа терминал системы вентиляции в закрытом виде, вид спереди и сбоку,

На фиг.2 представлен в виде общего чертежа терминал системы вентиляции в открытом виде, вид спереди,

На фиг.3 представлена в виде общего чертежа система вентиляции здания.

Осуществление полезной модели

На фиг.1а в виде упрощенного общего чертежа представлен терминал 1 системы вентиляции в закрытом виде, вид спереди. Терминал 1 имеет корпус 2, который состоит из двух разделяемых частей. Первая часть 3 корпуса содержит диффузор 4, в котором имеется достаточное количество отверстий или дырок, через которые поступающий воздух направляется в помещение. Диффузор 4 представляет собой элемент, позволяющий направлять доставленный воздух и регулировать поток воздуха. По бокам корпуса 2 предусмотрены шурупы или другой крепеж 5, при помощи которого показанная на фигуре первая часть 3 прикрепляется ко второй части корпуса (на фиг.1а не видна).

На фиг.1b, кроме первой части 3 корпуса 2, показана вторая часть 6 корпуса, которая содержит соединительный элемент 7, при помощи которого терминал 1 системы вентиляции соединяется с вентиляционным каналом (на фигуре не показан). Корпус 2 терминала 1 можно сконструировать также с применением технологии любого уровня. С точки зрения полезной модели внешняя конструкция корпуса 2 не существенна. Следует лишь сказать, что в целях электрической безопасности сопротивление и электрические детали должны быть защищены от контакта.

На фиг.2 терминал 1 представлен в виде общего чертежа в открытом виде. Терминал 1 содержит нагревательное сопротивление 8, при помощи которого предварительно нагретый кондиционером наружный воздух (15-17°С) нагревается до желаемого уровня (20-24°С). Рабочее напряжение нагревательного сопротивления 8 составляет, например, 220/230 В или 12/24 В. Рабочее напряжение, однако, не ограничивается указанными выше величинами. Рабочее напряжение, а также в соответствии с ним и другие электрические детали, можно выбрать свободно. Терминал 1 содержит также блок 9 питания, изготовленный в соответствии с уровнем технологии, относящейся к подаче питания на нагревательное сопротивление 8, блок 10 управления, собранный в соответствии с уровнем технологии, относящейся к управлению блоком 9 питания, и датчик температуры для измерения температуры в помещении. Кроме этого, в корпусе 2 имеются выводы 11 для выполнения необходимых подключений силовых цепей и цепей управления. Нагревательное сопротивление 8 терминала 1 изолировано изоляцией 12 от корпуса 2 для предотвращения перегрева. В качестве такой изоляции 12 можно использовать резиновую пластину, поликарбонатную пластину или соответствующий изолирующий материал. Нагревательное сопротивление 8 представляет собой резистор кассетного типа, что позволяет вынуть его из терминала 1. Блок 10 управления нагревательным сопротивлением 8 терминала 1 и блок 9 питания могут располагаться непосредственно внутри терминала, либо часть элементов блоков может быть помещена в отдельный блок управления вне корпуса терминала либо в непосредственной близости от него, либо где-нибудь в квартире. Таким местом монтажа блока дистанционного управления может быть, например, электрощит. Компоновка деталей может быть достаточно свободной, необходимо лишь обеспечить возможность включения и выключения нагревательного сопротивления 8.

Потребность в дополнительном нагреве, который обеспечивает терминал 1, контролируется датчиком или датчиками температуры, и при превышении или не достижении установленной температуры дополнительный нагрев либо выключается, либо включается. Датчики температуры можно размещать по желанию в различных точках помещения. Кроме этого, в систему управления легко встроить таймер, при помощи которого дополнительный нагрев будет автоматически отключаться, например, когда в доме никого нет (рабочее время, отпуск и т.п.) и дополнительный нагрев не нужен. Если желательно быстро охладить воздух в помещении, дополнительный нагрев можно легко отключить, и в помещение будет поступать только предварительно нагретый воздух (15-17°С), который охладит помещение. Нагревательным сопротивлением 8 терминала 1 можно управлять при помощи гальванической аналоговой или цифровой связи или провода, идущего от блока 10 управления, независимо от того, смонтирован ли блок 9 питания внутри терминала или вне его. Возможно также использование беспроводного управления при помощи беспроводного блока 10 управления, установленного стационарно, либо переносного пульта дистанционного управления. Блок 9 питания можно также смонтировать в отдельном корпусе вне терминала, либо в непосредственной близости от терминала, либо дальше где-либо в квартире. В особенности, это важно тогда, когда нужно обеспечить, чтобы детали блока 9 питания не перегревались вблизи терминала 1. Второй вариант заключается в организации, при необходимости, дополнительной вентиляции деталей, находящихся внутри терминала 1.

В качестве способа регулировки блока управления, управляющего блоком питания, контролирующим подачу электричества на сопротивление терминала 1, можно использовать регулирование по отклонению, пропорционально-интегральное регулирование или ПИД-регулирование (PID, proportional-integral-derivative, пропорционально-интегрально-дифференциальное), в зависимости от того, насколько точно следует поддерживать заданную температуру в помещении.

При регулировании по отклонению допускается отклонение от заданной величины. При пропорционально-интегральном регулировании отклонение устраняется путем интегрального воздействия. При ПИД-регулировании учитывается скорость изменения отклонений, возникающих при регулировании по отклонению или пропорционально-интегральном регулировании, и таким образом можно точно поддерживать заданную величину путем прогнозирования скорости изменения. В качестве способа регулировки можно также использовать метод, основанный на нечеткой логике, когда блок управления обучается включать нагрев, например, в соответствии с соотношением между наружной температурой и временем. Если на улице, например, холоднее, отопление включается раньше, чтобы желаемая температура в помещении поддерживалась бы на постоянном уровне. Самым простым способом управления, который можно использовать, является аналоговое регулирование Вкл./Выкл., в соответствии с которым отопление включается и выключается вне зависимости от, например, температуры в помещении.

В качестве органа коммутации в блоке питания можно использовать полупроводниковое реле, тогда работа оборудования станет полностью бесшумной. Положительным свойством полупроводникового реле можно считать также очень долгий срок службы. В качестве органа переключения можно использовать также механическое реле, но в этом случае при переключении возникает шум, который делает использование оборудования, например, в спальне, неприятным. Срок службы механического реле короче по сравнению с полупроводниковым, но его преимуществом, в свою очередь, является то, что оно не нагревается, что устраняет необходимость его охлаждения.

Уровень шума работы соответствующего полезной модели терминала 1, снабженного нагревательным сопротивлением, очень низкий, он ниже соответствующей строительным правилам нормы 28/33 дБ(А) примерно на 5 дБ(А).

Такая система вентиляции, включающая сопротивление 8 и подключенные к нему терминалы, содержащие оборудование управления, например, 9, 10 и 17, дает возможность значительной экономии электроэнергии, когда дополнительный нагрев включается только в тех помещениях квартиры, где требуется дополнительное отопление. Системой вентиляции можно управлять таким образом, что управление всеми терминалами 1 осуществляется отдельно или осуществляется управление одним/несколькими терминалами, и один или несколько терминалов подключаются в качестве ведомых узлов.

На фиг.3 в виде схемы представлена система вентиляции здания с низким потреблением энергии. Под зданием в этом случае понимается дом малоэтажной застройки или небольшой коттедж, но полезная модель подходит для использования и в многоэтажных домах. Поступающий воздух движется по стрелке 13 внутрь дома через кондиционер 14. Кондиционер 14 снабжен теплообменником, при помощи которого поступающий воздух предварительно нагревается до 15-17°С.По вентиляционным каналам 15 предварительно нагретый поступающий воздух распределяется по помещениям 16. До поступления в помещение воздух проходит через терминал 1, где он при необходимости нагревается до желаемой температуры, которая контролируется датчиками 17 температуры. Использование датчиков 17 температуры не является обязательным, температуру можно регулировать также и вручную в соответствии с «ощущением температуры».

Соответствующий полезной модели способ регулировки температуры в каждом помещении дома состоит из нескольких этапов:

- наружный воздух подается в кондиционер,

- поступающий воздух предварительно нагревается с использованием тепла, содержащегося в отработанном воздухе,

- предварительно нагретый поступающий воздух по вентиляционным каналам 15 распределяется по помещениям 16 при помощи терминалов 1, смонтированных на концах вентиляционных каналов,

- поступающий воздух дополнительно нагревается нагревательным сопротивлением 8 в терминале 1 до подачи воздуха в помещение,

- управление нагревательным сопротивлением 8 терминала 1 осуществляется блоком 10 управления.

Кроме этого, способ может содержать один или несколько следующих этапов:

- регулирование нагревательного сопротивления 8 осуществляется в каждом терминале отдельно либо аналоговой/цифровой гальванической связью, либо беспроводным способом,

- управление блоком 9 питания осуществляется блоком 10 управления автоматически/программно или вручную,

- регулирование нагревательных сопротивлений 8 осуществляется, по меньшей мере, через один терминал 1 с подключением к нему одного или нескольких других терминалов в качестве подчиненных устройств.

При помощи полезной модели из здания можно удалить радиаторы и отопление пола, за исключением влажных помещений, где такое дополнительное отопление остается необходимым, и компенсировать их соответствующим полезной модели терминалом системы вентиляции. Терминал монтируется на стене или потолке помещения. В одном помещении может быть также несколько терминалов.

Представленные выше примеры не ограничивают объема полезной модели, который определяется представленной ниже формулой полезной модели.

1. Терминал (1) для нагрева поступающего воздуха системы вентиляции здания, снабженной теплообменником, содержащий корпус (2), состоящий из одной или более частей (3, 6), в котором предусмотрен соединительный элемент (7) для соединения терминала (1) с вентиляционным каналом, и диффузор (4) для распределения поступающего воздуха по помещению (16), нагревательное сопротивление (8), блок (9) питания нагревательного сопротивления и блок (10) управления, причем один или оба блока (9, 10) выполнены с возможностью установки либо внутри терминала (1), либо в непосредственной близости от него, либо на некотором расстоянии в помещении.

2. Терминал по п.1, отличающийся тем, что нагревательное сопротивление (8) установлено с возможностью извлечения.

3. Терминал по п.1, отличающийся тем, что нагревательное сопротивление (8), блок (9) питания и блок (10) управления изолированы от корпуса (2).

4. Терминал по п.1, отличающийся тем, что управление нагревательным сопротивлением (8) и блоком (9) питания осуществляется аналоговой/цифровой гальванической связью или беспроводным образом дистанционно.

5. Терминал по п.1, отличающийся тем, что в качестве элементов переключения блока (10) управления предусмотрены либо механические, либо полупроводниковые реле.

6. Терминал по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит датчик (17) температуры.

7. Система вентиляции здания, включающая кондиционер (14), снабженный теплообменником и вентиляционными каналами (15), и содержащая на конце вентиляционного канала, по меньшей мере, один терминал (1) для нагрева поступающего воздуха, охарактеризованный в одном из пп.1-6.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что управляемый терминал (1) выполнен с возможностью подключения к нему одного или более терминалов (1) в качестве подчиненных устройств.

9. Система по п.7, отличающаяся тем, что каждый терминал (1) управляется индивидуальным образом.

10. Здание, в котором смонтирована система вентиляции, охарактеризованная в любом из пп.7-9.