Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИИ

Изобретение относится к области кондиционирования воздуха с обеспечением регулирования различных параметров кондиционируемого воздуха, в т.ч. включая контроль и регулирование содержания важного компонента воздушной среды обслуживаемого помещения, такого как озон; предназначено для использования преимущественно в помещениях общественных зданий, например в детских лечебных учреждениях, жилищно-коммунальном хозяйстве; промышленных зданиях и сооружениях, а также может быть использовано в автомобильном водном и воздушном транспорте.

Как известно, озон по классификации Всемирной организации здравоохранения отнесен к веществам 1-го класса опасности. Его содержание в тропосфере Земли в последние годы стабильно увеличивается, что способствует повышению его концентрации в воздухе помещений. Содержание озона внутри помещений увеличивается также при работе множительной, бытовой техники и ионизаторов воздуха. В повышенных концентрациях он оказывает негативное влияние на здоровье человека и состояние окружающей среды. Кроме того, являясь одним из сильнейших окислителей, озон воздействует практически на все конструкционные, строительные и отделочные материалы.

Известен способ кондиционирования воздуха, реализуемый устройством, известным из описания к а.с. СССР №514994, 1976 г., при котором осуществляют регулирование только тепловлажностных параметров воздуха в помещении путем забора воздуха из внешней среды и смешивания его с частицами воды, образующимися с помощью вращающегося распылителя, и последующего нагрева образовавшейся смеси посредством калориферов до заданной температуры и подачей ее в помещение. Такой способ недостаточно функционален, к тому же требует постоянной подачи воды извне, что приводит к увеличению затрат энергии на кондиционирование, а примененная конструкция распылителя не позволяет создавать аэрозоли с высокой степенью дисперсности.

Известен более функциональный способ, например, реализуемый устройством для кондиционирования (RU №4362, 1997 г.), при котором осуществляют регулирование тепловлажностных параметров воздуха в помещении и обогащение его кислородом. Для этого дополнительно к рециркулирующему в помещении воздуху во всасывающую полость воздухоохладителя подают воздух из внешней среды через дополнительный внешний воздуховод, в который также подают стекающий по трубопроводу конденсат, вырабатываемый воздухоохладителем. Стекающий конденсат перед подачей во внешний воздуховод пропускают через магнитное поле, изменяющее свойства воды и насыщающее входящий атмосферный воздух кислородом, в результате чего обеспечивается подача в помещение дополнительного атмосферного воздуха, увлажненного омагниченной водой и обогащенного кислородом. Такой способ не обеспечивает регулирования содержания озона в воздухе обслуживаемого помещения, кроме того, он требует обязательной подачи воздуха из внешней среды и не позволяет изменять влажность воздуха в помещении в значительных пределах вследствие ограниченности объема вырабатываемого воздухоохладителем конденсата.

Известен способ кондиционирования воздуха (RU №2363892, 2009 г.), при котором осуществляется регулирование тепловлажностных параметров воздуха в помещении и очищение его от частиц пыли. Это достигается тем, что наружный воздух подают в смесительную камеру, где его смешивают с рециркуляционным воздухом обслуживаемого помещения и очищают с помощью воздушного фильтра, затем нагревают или охлаждают в теплообменнике, увлажняют в оросительной камере с форсунками центробежного типа и с помощью вентилятора направляют в обслуживаемое помещение. Регулирование температуры и влажности в помещении осуществляют с помощью датчиков температуры и влажности, воздействующих на соответствующие исполнительные механизмы. Этот способ при включенной функции регулирования параметра влажности требует постоянной подачи воды извне, что приводит к увеличению затрат энергии на кондиционирование.

В качестве прототипа принят способ кондиционирования с более расширенным функциональным диапазоном регулирования параметров воздуха в помещении, реализуемый устройством по патенту RU №103603, 2011 г., согласно которому из помещения отбирают заданное количество воздуха и подают его в скруббер, где химическим или механическим путем удаляют из воздуха излишки диоксида углерода, после чего воздух подают в кондиционер, где обеспечивается достижение заданных значений параметров воздушной смеси, например таких как температура воздуха и/или влажность, содержание пылевых частиц, дезодорация воздуха, его ионизация и т.п. При падении давления в помещении или недостаточном уровне кислорода в скруббер добавляют атмосферный воздух или обогащенную кислородом воздушную смесь, вырабатываемую генератором азота. При избыточной концентрации кислорода в помещении в циркуляционный контур перед кондиционером из ресивера, в котором накапливают вырабатываемый из окружающего воздуха генератором азот, за счет избыточного давления в ресивере подают азот (азотсодержащую смесь). После формирования воздушной смеси с заданными характеристиками ее из кондиционера подают в помещение.

Поскольку до настоящего времени решению проблемы снижения вредного для здоровья человека уровня содержания озона в воздухе обитаемых помещений не придавалось должного значения, то известным из уровня техники приведенным выше аналогам, и прототипу в том числе, присущ общий недостаток - отсутствие мер по контролю и регулированию концентрации озона, что приводит к снижению уровня комфортности и экологичности воздушной среды в помещениях. Применяемые в них конструкции распылителей не позволяют создавать водные аэрозоли с высокой степенью дисперсности.

Задача, решаемая изобретением, направлена на создание способа кондиционирования воздуха, обеспечивающего повышение комфортности воздушной среды в помещении.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в поддержании допустимого уровня концентрации озона в помещении.

Для достижения технического результата в способе кондиционирования воздуха в помещениях, при котором отобранный из обслуживаемого помещения и/или из атмосферы воздух очищают, в частности, от пыли и вредных примесей и подготавливают воздушную смесь с необходимыми для поддержания в помещении комфортной воздушной среды и задаваемыми режимом кондиционирования характеристиками по концентрации составляющих и тепловлажностным параметрам, обеспечивая их контроль и регулирование с помощью управляющей системы, включающей в себя набор соответствующих контрольных средств, причем используют кондиционер, посредством которого осуществляют, по меньшей мере, обеспечение тепловлажностных параметров подготовленной воздушной смеси и подачу ее внутрь помещения, согласно изобретению процесс ведут с обеспечением мониторинга уровня содержания озона в помещении и при превышении установленного уровня его концентрации подготовленную воздушную смесь непосредственно перед подачей в помещение дополнительно смешивают с мелкодисперсным водным аэрозолем, с размерами частиц, близкими к наноразмерам, который создают путем распыления под технологическим давлением определенного объема конденсата, образующегося на этапе обеспечения теплового параметра, подаваемого под технологическим давлением в расположенный внутри кондиционера или вне его блок распыления, при этом режим насыщения воздушной смеси аэрозолем регулируют посредством средства упомянутого мониторинга озона, воздействующего на исполнительный механизм блока распыления.

В частных случаях реализации способа распыление конденсата осуществляют через трубчатую керамическую мембрану, а мониторинг содержания озона в помещении ведут посредством хемолюминесцентного газоанализатора озона.

Использование конденсата, образующегося на этапе обеспечения теплового параметра, улучшает обслуживание и снижает затраты на осуществление процесса, поскольку не требует подвода воды извне.

Способ позволяет регулировать уровень озона и в тех случаях, когда не требуется существенного изменения влажности в помещении, но требуется корректировка концентрации озона, поскольку при выключении в кондиционере функции регулирования теплового параметра им предусмотрено превентивное накопление конденсата в резервуаре, в то время как в описанных выше аналогах при выключении указанной функции становится невозможным использовать конденсат для увлажнения воздуха в помещении, поскольку при этом его выработка прекращается.

Смешение воздушной смеси непосредственно перед подачей в помещение с мелкодисперсным водным аэрозолем, с размерами частиц, приближенными к наноразмерам, обеспечивает эффективное разложение озона.

Осуществление способа начинают с набора достаточного количества конденсата, образующегося при работе кондиционера, в установленный на линии слива конденсата резервуар. Необходимое количество конденсата, накапливаемого в резервуаре, определяется объемом обслуживаемого помещения и требуемой концентрацией озона в нем при работе в стационарном режиме. Избыток конденсата, образующегося при работе кондиционера, сливается в линию для сброса избытка конденсата. С помощью используемого устройства для задания концентрации озона в помещении устанавливается выбранное значение, лежащее в пределах, установленных ПДК. После этого воздух из кондиционируемого помещения, или из внешней среды, или смесь наружного и рециркулирующего воздуха в заданной пропорции подают во внутренний блок кондиционера, где обеспечивается достижение остальных заданных значений параметров воздуха, например таких как температура воздуха и/или влажность, содержание пылевых частиц, дезодорация воздуха, его ионизация и т.п. Образующийся на стадии поддержания требуемого теплового параметра конденсат сливается в резервуар для сбора конденсата, а его избыток удаляется посредством линии для сброса конденсата. Концентрация озона в помещении контролируется датчиком, например хемолюминесцентным газоанализатором озона.

При превышении концентрацией озона в помещении установленного значения из резервуара, например, с помощью насоса забирают конденсат и под технологическим давлением подают его в распылитель. Распыление конденсата осуществляют, например, через трубчатую керамическую мембрану, в результате чего образуется аэрозоль с размерами частиц, близкими к наноразмерам, т.е. не более 0,12 мкм. Расход конденсата определяют исходя из объема обслуживаемого помещения и требуемой концентрации озона в нем. Полученный аэрозоль подают в смесительную камеру, где смешивают с проходящей через нее подготовленной в кондиционере воздушной смесью и с помощью приточного вентилятора подают в кондиционируемое помещение.

Проведенные исследования (статья «Исследование процесса разложения озона в воздухе водным аэрозолем» / С.Н. Котельников и др.. // Докл. Акад. наук РАН. - 2011 г. Т. 436, №5. стр. 639-641) показали, что процесс разложения озона 2O₃↔3O₂ относится к категории физико-химических процессов и протекает при гетерогенном взаимодействии на поверхности мелкодисперсных водных частиц, адсорбирующих энергию молекулы озона и переводящих ее в кислород, и при гомогенном взаимодействии с парами воды. Причем проводить реакцию разложения озона с повышенной скоростью при низких значениях относительной влажности воздуха позволяют аэрозоли с частицами воды размером не более 0,12 мкм, т.е. находящимися в области, близкой к наноразмерам, ввиду того, что такие аэрозоли имеют развитую суммарную поверхность водных частиц.

После снижения концентрации озона в помещении до установленного значения прекращают забор конденсата из резервуара и режим насыщения воздушной смеси аэрозолем прекращается. В дальнейшем концентрация озона в помещении начинает расти, и при превышении заданного значения возобновляют подачу конденсата из резервуара в распылитель и цикл повторяется.

Предлагаемый способ не требует больших затрат воды на создание аэрозоля и обеспечивается количеством вырабатываемого в процессе работы кондиционера конденсата, поскольку частицы с размерами, близкими к наноразмерам, имеют развитую суммарную поверхность, что ускоряет процесс разложения озона.

Процесс разложения озона вследствие этого существенно не влияет на влажность воздуха в помещении, что важно для помещений с нормальной влажностью и повышенным содержанием озона.