климат контроль в квартире своими руками пошаговая
Климатические системы в квартире — как котролировать климат в доме
Климат в доме — понятие условное, включающее определенную комбинацию температуры воздуха, его влажности и чистоты. При этом в понятие «чистоты» воздуха входит количество в нем пыли, присутствие ароматических веществ различного происхождения, а также процентное содержание кислорода и углекислого газа.
В умном доме человек имеет возможность создать собственный климат, выбрав наиболее подходящую для себя температуру, влажность и качество воздуха, а выбрав, поддерживать его постоянно.
Установка системы климат контроль в квартирах и домах
Климат в домах старой застройки была призвана создавать система естественной вентиляции и отопления, эффективное действие которой можно наблюдать только в инерционных домах, построенных из кирпича, камня или бревен. Такие дома могут смело претендовать на звание «самых умных», ведь поддержание климата внутри них происходит естественным природным путем, для которого достаточно обеспечить наличие исправной системы отопления, постоянного притока воздуха или наличия системы чиллер-фанкойл. Есть только одно уточнение: высота потолка в инерционном доме должна быть не менее трех метров, в нем должен быть чердак, а вентиляционный канал обязательно должен быть утепленным.
В современных условиях строить инерционные дома невыгодно: они материалоемкие и дорогостоящие, а их возведение порой превращается в настоящий долгострой.
Современный дом и вентиляция в нем
В малоинерционных, так называемых, каркасных домах, при возведении которых широко используются эффективные теплоизоляционные материалы, система естественной вентиляции не работает.
Климат-контроль в «умном» доме
Обеспечить проветривание в таком доме можно только с помощью принудительно действующей вентиляционной системы, в задачу которой входит одновременно удаление уже отработанного, обогащенного влагой и углекислым газом, воздуха и подача в помещение свежего воздуха.
Важно, что в малоинерционном доме подача даже незначительного количества холодного воздуха извне может создать дискомфорт, а удаление из помещения нагретого, но отработанного воздуха неизменно станет причиной тепловых потерь.
В инерционных домах таких проблем нет. Там теплообмен между уходящими нагретыми и поступающими холодными воздушными массами идет естественным путем. Запас тепла, созданный массой строения, компенсирует, делая незаметными, изменения в климате дома, связанные с проветриванием.
Для поддержания комфортных условий в малоинерционном доме воздушные массы, забираемые извне, нужно предварительно подготовить для подачи внутрь помещения: охладить летом, подогреть зимой, очистить от пыли и влаги (или напротив, увлажнить).
Для этих целей используются системы кондиционирования и отопления, для удобства использования, объединяемые в одну систему с вентиляцией.
Специфика отопления малоинерционного дома
Малоинерционный дом не накапливает тепловой энергии, надежно сохраняя тепло, находящееся внутри дома и не пропуская его наружу. Для обогрева такого дома можно использовать различные системы отопления, но лучший результат достигается с применением системы воздушного отопления, нагревающей не стены, а воздух в доме.
Действительно, тепловых потерь нет, а значит, нет необходимости в установке греющих плинтусов и массивных радиаторов, тепло которых призвано подогреть стены и не дать возможности внутреннему теплу дома покинуть его через поверхность стен.
Потеря тепла возможна только через оконные проемы, в подоконник которых целесообразно монтировать конвекторы, и через вентиляционную систему. Вот и выходит, что наиболее выгодной и эффективной системой отопления малоинерционного дома является воздушное отопление, способное летом менять свое назначение и обеспечивать в доме подачу кондиционированного воздуха.
Как создать и поддерживать климат в доме?
Климат в доме, это определенное, наиболее комфортное для человека, соотношение температуры, влажности и качества воздуха. Для создания климата в доме важно не только подобрать нужные параметры воздуха, но и поддерживать их постоянное значение. Делать это можно вручную, управляя работой вентиляторов и котла отопления, но при этом вряд ли можно рассчитывать на получение действительно комфортных условий.
К тому же задача управления климатом даже в небольшой квартире может быть значительно сложнее. Почему бы, к примеру, не поддерживать уровень температуры несколько выше в ванной комнате и в детской, а в кухне напротив, сделать ее немного ниже, чем во всей квартире? Задачу можно усложнить и днем, когда обитатели квартиры находятся за ее пределами, подачу тепла можно отключать, ночью делать ее минимальной, но при этом увеличивать интенсивность воздухообмена.
В этом случае без электронного блока управления климатом не обойтись, а его использование позволяет вести речь о системе климат-контроля в квартире или в доме.
Климат-контроль для отдельно взятой квартиры
Климат контроль для квартиры или дома это система, включающая систему отопления, принудительной вентиляции, фильтрации и кондиционирования, имеющую ряд датчиков, управляемую электронным блоком.
Информация, получаемая с помощью датчиков, обрабатывается и на основе полученных данных корректируется работа всех включенных в климат контроль систем.
Самые простые системы климат контроля позволяют поддерживать параметры, общие для всего дома или квартиры. Более сложные системы обеспечивают комфорт в доме в зависимости от времени суток, поддерживая отдельные климатические условия в каждом из помещений.
Управление системой климат контроля может быть выведено на отдельную панель, расположенную в удобном месте, а может быть объединено с другими системами автоматизации в общую домашнюю сеть с выходом в сеть общего пользования, сделав ваш дом «умным».
Климат система в «умном» доме и в квартире — Видео
Системы климат-контроля для дома и квартиры позволяют решать одну и ту же задачу: обеспечивать комфортную температуру, влажность и качество воздуха в помещении. Однако в доме можно управлять системой отопления, оказывая воздействия непосредственно на умный котел или другой генератор тепловой энергии. Более точное управление климатом в частном доме осуществляется с помощью изменения работы приборов отопления, корректировки подачи в них теплоносителя и т.д. К тому же владелец частного дома имеет возможность самостоятельно выбирать наиболее комфортный для себя способ отопления.
Владельцы квартир такой возможности могут быть лишены и вынуждены управлять климатом, используя для этого систему принудительной вентиляции, устанавливаемую отдельно для квартиры, и меняя с помощью термостатов и сервоприводов расход теплоносителя через уже имеющиеся приборы отопления.
Но и в квартире и в доме система климат контроля позволяет создать качественно новые условия жизни.
Система климат-контроля для умного дома
Комфортные условия проживания – это цель практически каждого человека. Ключевым пунктом в обеспечении комфорта в доме является правильная температура и чистота воздуха. Этого можно добиться с помощью системы климат контроль для дома.
Что такое климат-контроль?
Комфортным считается чистый, увлажненный в нормальных пределах воздух. Искусственно его можно создать с помощью нагрева, охлаждения, системы фильтров, увлажнения и рекуперации. Эти функции может содержать единая система вентиляции, или же по отдельности приточная вентиляция, кондиционер (сплит-система) и увлажнители.
Обычный климат-контроль есть в стандартных кондиционерах. С помощью дистанционного пульта управления выставляется заданный температурный режим, и его кондиционер поддерживает все время работы.
Дорогие устройства содержат фильтры, увлажнители и другие функции для очистки воздуха, но цена на них в несколько раз выше.
Устройство и принцип работы оборудования
Дополнительной опцией может служить управление открытием и закрытием ролетов или жалюзи.
Дешевое обустройство климат-контроля тоже возможно. Оно состоит из двух элементов: кондиционер и проветриватель с фильтром.
Кондиционер оснащен датчиком температуры, а проветриватель умеет подавать уличный воздух, пропуская его через очистительные фильтры. При этом фильтры обязательны, особенно если квартира или дом расположены рядом с трассой.
Чтобы запускать подогретый, но чистый воздух зимой, рекомендуется улучшить дешевую установку и вместо стандартного проветривателя использовать агрегат с подогревом. А для тщательной фильтрации рекомендуется устанавливать проветриватель для внутреннего монтажа. С помощью фотокаталистического фильтра убирается СО и прочие вредные газы и болезнетворные бактерии.
Как работают климатические системы?
За сравнение измеренных показателей с необходимыми отвечает интеллектуальный блок, внутри которого расположена плата с микроконтроллером. Если данные не удовлетворяют заданным параметрам, на запрограммированные элементы управления подается соответствующая команда, позволяющая подогнать нужный параметр в верный диапазон значений.
Например, при выявлении сухого воздуха в комнате, включается электрический увлажнитель воздуха.
Для удобства управления основные функции системы выносятся на специальный пульт управления. В качестве пульта климат контроля для умного дома обычно выступает сенсорный дисплей со специальной программой.
Такая система разрешает владельцу не отвлекаться на рутинное поддержание комфорта в доме. При этом климат-контролю не важно, это двухкомнатная квартира или трехэтажный коттедж.
Есть функции смены климата в зависимости от времени. Например, для лучшего сна в спальне температура понизится, а в час пробуждения она на несколько градусов станет выше.
Зонное разделение позволяет настраивать каждую комнату под определенные требования.
Задействовать можно множество параметров, назначить для них таски и использовать триггеры. Все это зависит от возможностей системы и софта, с помощью которого данные функции реализуются.
Состав системы управления
Элементы вписываются в практически любой интерьер дома, не мешают, а дополняют дизайн. Вид составляющих элементов подразумевает наличие различных цветов и форм. Если правильно подобрать и разместить в доме элементы климат-контроля, они не будут бросаться в глаза.
Преимущества автоматического управления
Переключение между режимами может происходить автоматически (через улавливатели сенсоров) или вручную (по запросу человека). При этом, вручную управлять можно как с главного пульта в доме, так и удаленно через смартфон. Это возможно, если интеллектуальный блок управления содержит Wi-Fi модуль, что подключен к домашнему беспроводному маршрутизатору.
На экран выводятся основные показатели в конкретно выбранной локации. Среди основных: температура, влажность, углекислый газ (в процентах). Если система даст сбой и поддержка режимов или иных параметров перестанет работать, самодиагностика постарается выявить проблему и сообщить о ней владельцу. Каналами связи может быть СМС на номер телефона или пуш-уведомление в смартфоне.
Главным плюсом есть эффективное выполнение обязанностей. При большом ассортименте климатического управления, интеллектуальный блок способен исключать варианты одновременного отопления и охлаждения, чтобы не гонять ресурсы устройств в холостую.
Монтаж системы на стадии ремонта существенно снижает кабельную нагрузку по всему дому, пряча сотни метров кабеля «под обшивку» и в специальные короба, закрытые штукатуркой.
Основные недостатки оборудования
Рекомендации по выбору системы
К сожалению, готовых комплексных решений на рынке не сыщешь, потому как каждый комплектуемый объект по сути является уникальным. Систему приходится комплектовать с учетом особенностей каждой подключаемой секции.
Верным вариантом станет покупка и установка климат-контроля одновременно с системами отопления, вентиляционным и иным оснащением, способствующим необходимым климатическим условиям. Это нужно делать совместно, потому что не все используемые устройства имеют блок управления, на который можно передавать команду управления с основного.
Также при раздельной установке не предусматривается установка сервоприводов для автоматического управления двигательными элементами (клапана вентиляции, окна в режиме проветривания). Их монтаж на уже готовое изделие в доме понесет дополнительные денежные и временные затраты. В противном случае отдельно установленные элементы не будут включены в целостную систему климат-контроля.
Не экономьте на оборудовании. Современный частный умный дом обойдется дорого, но это не из-за прихоти компаний и их мнимых «раздутых цен». Следует понимать, что в подобной сложной системе каждый элемент должен быть надежным. Качественные изделия проходят не один десяток тестов, прежде чем попасть на прилавок. Процент брака при этом сводится к нулю, плюс компании, с которыми вы заключаете сотрудничество, обычно берут на себя обязанность по замене бракованного оборудования по гарантии. Думайте о будущем, купите раз за дорого, чем несколько раз за еще дороже.
Элементы систем стоят дорого. Качественный температурный датчик может стоять 10-20 тысяч рублей. А для загородного дома их может понадобится более десятка. Цена на центральный блок управления от 40 тысяч рублей.
Установка климат-контроля своими руками на основе Ардуино, конечно, приветствуется, но только в качестве познавательного эксперимента.
Советуйтесь и обязательно задавайте сотруднику фирмы по установке систем климат-контроля интересующие вопросы. Вносите собственные предложения и говорите, как вы представляете свой умный дом в перспективе.
Монтажные работы: как не напортачить?
После основных работ выполняются проверочные и пусконаладочные.
Заключение
Климат-контроль — это комфорт для обитателей дома или квартиры, защита вещей и организма от бактерий, которые не успевают накапливаться. Но за данный функционал необходимо выложить не малую сумму. Поэтому придется признать тот факт, что подобный комфорт не все владельцы жилой недвижимости смогут себе позволить.
Климатическая система в квартире своими руками
Кто-то в детстве мечтает изобрести лекарство от рака, кто-то — стать космонавтом или владельцем свечного заводика. А я мечтал о том, что у меня появится климатическая система, и в квартире, наконец, не будет душно, вечная простуда от сквозняков исчезнет, а горло перестанет першить от сухости. И теперь мечта исполнена!
Примерно с декабря 2015 по июнь 2016 года я читал форумы, катался по строительным магазинам, собирал систему в квартире и на балконе, паял контроллер и писал прошивку — и добился своего.
В этой статье я собираюсь похвастаться результатом и рассказать, как устроена моя установка. Полностью описать процесс сборки в одной статье невозможно, но, надеюсь, краткое описание окажется интересным для тех, кто хочет дышать свежим тёплым воздухом. Если кратко, то моя установка устроена так:
Общая идея
Я не специалист по вентиляционным системам и вообще не инженер, и знал об установках контроля климата немного. Понятно было, что это что-то хорошее, обеспечивающее чистый свежий воздух в набитых людьми торговых центрах — но что-то сложное, намного сложнее обычных кондиционеров, которые охлаждают воздух, но не могут справиться с духотой и сухостью.
Понятно, что начинать действовать с такими знаниями не стоило. Поэтому я долго (около десяти лет в неспешном режиме, если честно) блуждал по интернету — пока не пришёл примерно к таким выводам:
Принцип противотока, на котором работает рекуператор.
Рекуператор
Рекуператоры для больших зданий бывают очень разных конструкций, но маломощные все устроены примерно одинаково: тёплый воздух идёт по узкой щели, навстречу ему идёт холодный воздух. Тёплый и холодный потоки разделены тонкой мембраной, и тёплый нагревает холодный, а сам охлаждается.
Когда тёплый воздух охлаждается, из него выпадает конденсат. Конденсат может впитываться в мембрану и испаряться с другой её стороны, в потоке нагревающегося воздуха. Или может каплями стекать вниз, тогда его нужно испарять в специальной камере. Ну или куда-нибудь сливать, если не нужен.
Рекуператоры серийного производства изготовлены из стопки металлических пластин, они надёжны и эффективны — но цены на достаточно производительные модели начинаются где-то от 50 тысяч рублей. Поэтому я решил собрать рекуператор самостоятельно: купил сотовый поликарбонат, полиуретановый герметик и плиты из ЭППС (что-то типа пенопласта, но прочнее), и больше недели потратил на резку поликарбоната, склейку из него стопок, установку стопок в ящик из ЭППС, герметизацию ящика…
Чтобы легче было представить, какой он огромный: то, что справа — это спинка кресла.
Подробно способ изготовления рекуператора описан, например, здесь. От себя добавлю только, что работа оказалась неожиданно долгой и нудной. Незадолго до того на Авито появились полусамодельные пластиковые теплообменники для рекуператоров. Тогда, полгода назад, отзывов о них ещё не было. Но если сейчас положительные отзывы появились, то лучше купить там, пусть и чуть дороже, а не клеить самостоятельно.
А ещё я открыл для себя полиуретановый герметик — по консистенции он похож на силиконовый, но имеет намного лучшие клеящие свойства. Отличная штука!
Увлажнитель
Если посмотреть цены на увлажнители для канальных систем, то станет ясно, что рекуператоры вовсе не такие дорогие. Потому что цены на канальные увлажнители измеряются в тысячах Евро.
Если не вдаваться в подробности, то увлажнители бывают трёх типов: традиционные (простейший вариант — мокрая простыня, засунутая одним концом в ведро с водой. Вода испаряется, влажность поднимается), паровые (вроде кипящего электрочайника) и ультразвуковые (ультразвуковой генератор создаёт туман, туман испаряется). От идеи сделать паровой увлажнитель я отказался сразу: он потребляет много электроэнергии, к тому же постоянно работающий самодельный кипятильник кажется мне пожароопасным. Проекты самодельных традиционных увлажнителей я находил, но они показались мне слишком сложными и громоздкими для квартиры. Поэтому остановился на ультразвуковом варианте.
В принципе, ультразвуковой увлажнитель можно купить готовый, и недорого. Я уже было совсем собрался это сделать, но вдруг нашёл на Алиэкспресс отдельные модули ультразвуковых увлажнителей — немного подумал, и решил, что корпус, удобный для подсоединения к вентиляционным каналам, проще сделать с нуля, а не переделывать готовый. К тому же это решает проблему ремонта: проще заменить стандартный бескорпусной модуль, установленный в самодельный ящик, чем менять целиком весь переделанный увлажнитель.
Оставалось решить проблему снабжения увлажнителя водой. Использовать водопроводную воду для этого не рекомендуется, от неё быстро портится резонатор увлажнителя, а на всех поверхностях в радиусе нескольких метров нарастает слой извести. К счастью, сейчас в продаже есть бюджетные системы обратноосмотической фильтрации; я установил Аквафор Осмо-50, но подойдёт и любая другая (единственный совет: если не хотите быть привязаны к конкретной серии конкретного производителя, выбирайте систему с картриджами стандартного типоразмера SL-10). Для присоединения фильтра к увлажнителю использовал пятнадцать метров четвертьдюймовой «трубки для подключения фильтров» и поплавок с того же Алиэкспресса.
Увлажнитель без крышки, склеен полиуретановым герметиком. В левом верхнем углу сифон перелива, защищённый крышечкой от брызг.
Кондиционер
Увы, готовые канальные кондиционеры… — да, вы угадали — стоят очень дорого.
К счастью, способ кустарного изготовления канальных кондиционеров давно обкатан: берётся обычный оконный кондиционер, из подручных средств изготавливаются переходники, и к входу и выходу кондиционера подсоединяются воздуховоды. Судя по многочисленным отзывам, оконные кондиционеры весьма надёжны, судя по менее многочисленным отзывам, в качестве канальных они работают не хуже. Так что я просто купил на Авито кондиционер с функцией обогрева за 2300 рублей. И ещё столько же заплатил за двадцать пять килограммов стального уголка, из которых собрал для него кронштейн — зато теперь я знаю, что кондиционер совершенно не обязательно вешать на уголок-шестидесятку.
Вот так, с помощью нехитрых приспособлений оконный кондиционер можно превратить в канальный.
Видна конструкция переходника для подключения воздуховода: ЭПСС плита, дощатые бортики и маленькие уголки, на которых всё это собрано.
А здесь этот переходник уже установлен на место, и все щели промазаны силиконом (вот не знаю, что, в данном случае, было лучше, силикон или полиуретан? Полиуретан надёжнее держит, но боится перегрева, а кондиционер градусов до 80 нагревается). На переднем плане маленький переходник, вставленный в выхлопное отверстие.
Озонатор
Если честно, озонатор не является стандартной деталью вентиляционной системы. И даже нестандартной не является. Причина понятна: озон крайней ядовит, он относится к веществам первого класса опасности, наравне с цианистым калием, стрихнином и зоманом.
С другой стороны, к первому же классу опасности относится невинный дихромат калия, озонаторы используют для дезодорации помещений и свободно продают в аккуратно относящихся к здоровью Соединённых Штатах, а опасностью заражения воздуховодов болезнетворными микроорганизмами часто пугают на форумах. В общем, для себя я решил, что озонатор лишним не будет, но понимаю, что это неоднозначное решение.
Озонатор, после некоторого колебания, взял из Китая, вот такой. Установил модуль целиком в просвет вентиляционного канала, включается озонирование, естественно, по таймеру, с защитой от случайного включения.
Опять-таки, упрощая, озонаторы бывают двух типов, ультрафиолетовые и газоразрядные.
Ультрафиолетовый озонатор — это обычная газоразрядная лампа, вроде «ламп дневного света», только из кварцевого стекла и без люминофора. Он способен работать в любых условиях, прост в обращении, надёжен, хоть и несколько громоздок. К сожалению, у него есть большой недостаток: озон синтезируется под действием очень жёсткого ультрафиолета (185 нм полоса в спектре излучения ртути), который поглощается любыми примесями в кварце; поэтому УФ-лампы делятся на безозоновые (из специального, не пропускающего 185нм-полосу стекла), условно озонирующие и хорошие озонирующие, из чистого (иногда даже синтетического, сплавленного из аэросила) кварца. Ещё иногда в качестве озонаторов пытаются использовать лампы ДРЛ с разбитой наружной колбой, но у них производительность совсем смешная.
Безозоновые лампы найти легко, что же касается озоновых, то в свободной продаже они бывают редко; я нашёл только отечественные ДБК, которые, вроде бы, можно заказать по почте из Питера, и какие-то китайские ламы, в описании которых иногда мелькает слово Pyrex. В общем, я решил не рисковать с доставкой стекла почтой и чистотой кварца, и обойтись газоразрядным озонатором.
Газоразрядный озонатор представляет собой два электрода, на которые подаётся высокое напряжение. Между электродами возникает электрический разряд, в котором и образуется озон. Беда в том, что в разряде, кроме озона, образуются многочисленные побочные продукты, в первую очередь, оксиды азота. Которые мало того что очень ядовиты, так от них ещё и электроды корродируют. Продукция оксидов азота увеличивается в тёплом влажном воздухе, одновременно сильно, в разы, падает выход озона; в прохладную сухую погоду, насколько я понял, газоразрядные озонаторы достаточно эффективны.
Теоретически, газоразрядный озонатор можно собрать самому, из блока питания на 12 вольт и автомобильной катушки зажигания. Я такой даже сделал, он старательно шипел тлеющим разрядом, но даже слабый запах озона не чувствовался. Поэтому я отказался от самодеятельности, пошёл на Алиэкспресс и купил готовый. Вроде, работает, нормально тестировать буду, когда похолодает.
Фильтры воздуха
Думаю, вы встречали в рекламе рассказы про гипоаллергенные HEPA фильтры сверхвысокой степени очистки, угольные фильтры, фотокаталитические фильтры и тому подобное. Все они существуют и в канальных версиях.
Но мне повезло: аллергии на пыльцу у меня нет, окна выходят во двор, так что защищаться от пыли особо не нужно. Поэтому я ограничился фильтрами первичной очистки, защищающими воздуховоды от зарастания грязью. Установил ФВК («Фильтры Вентиляционные Карманные», с фильтрующим элементом в виде мешков — ещё бывают «ФВ», они меньше, дешевле, но менять элемент надо в несколько раз чаще), класса G3 (самый обычный вариант защиты от крупной пыли, сделан из чего-то типа синтепона). На входе в приточный фильтр натянул сетку («от комаров»), для защиты от птиц и совсем уж крупного мусора — она меня уже спасала, когда летел тополиный пух.
Да, ещё. Фильтры первичной очистки составляют среди канального оборудования приятное исключение: они дешёвые.
Я встречал описания самодельных домашних вентиляционных систем с установленными фильтрами класса F7-F9 и угольными фильтрами.
Фильтры F7 и F9 — это что-то среднее между моим слабеньким фильтром G3 и HEPA H14 из рекламы. Типоразмеры у них стандартные, так что, если я захочу получить более чистый воздух, то смогу просто заменить в своей системе фильтрующий элемент G3 на F9. Только понадобится какой-нибудь кусок синтепона на место сетки от комаров натянуть, чтобы F9 не забивался слишком быстро.
Готовые угольные фильтры стоят дорого, поэтому их обычно делают самостоятельно: собирают какой-нибудь корпус (например, на основе того же ФВК) и засыпают активированным углём. Уголь продаётся в мешках.
Я не слышал ни об одной попытке поставить фотокаталитический, электростатический или HEPA фильтр в домашнюю систему вентиляции. Более того, на специализированных форумах я встречал мнение, что даже фотокаталитические фильтры для серьёзных канальных систем слишком капризны и ненадёжны, а HEPA H14 в бытовых комнатных фильтрах — чаще всего фикция, потому что настоящий H14 требует намного более качественную защиту от просачивания пыли через щели в корпусе — в общем, у меня сложилось ощущение, что в бюджетных домашних фильтарх эти высокотехнологичные системы очистки являются в большей степени маркетинговой уловкой, а не реально полезным узлом.
Пара вентиляторов Vents TT-125 C и корпус фильтра ФВК-125.
Вентиляторы
Для вентиляции квартиры, в которой живёт один человек, достаточно воздухообмена в сотню кубометров в час (это с большим запасом, вообще и пятидесяти хватит), то есть воздушного потока стандартного компьютерного кулера. К сожалению, оказалось, что вместо кулера придётся использовать большой, громоздкий и дорогой вентилятор центробежного или смешанного типа.
Когда-то я думал, что единственный важный технический параметр вентилятора — это то, сколько кубометров воздуха он может перемещать за час.
К счастью, я осознал свою ошибку до начала сборки системы. Дело в том, что вентилятор всегда работает против давления воздуха. Тому же кулеру компьютера приходится проталкивать воздух между радиодеталями и пластинами радиаторов, но пластины короткие, а щели между ними большие. В вентиляционной же системе вентилятор должен прогнать воздух через слои синтепона, стопки пластин рекуператора и радиатора кондиционера, а потом гнать его по длинному извилистому каналу, и для этого он должен уметь создавать куда большее давление. Если провести аналогию с автомобилями, то можно сказать, что Ока может ехать со скоростью КамАЗа — но если обе машины нагрузить тонной груза, то Ока не сможет сдвинуться с места, а КамАЗ даже не заметит прибавки в весе; точно так же в полной спецификации вентиляторов указывается кривая зависимости потока воздуха от давления — и по ней легко увидеть, что осевые вентиляторы (вроде тех, что обеспечивают охлаждение компьютера) дают хороший поток воздуха, но только при минимальном (несколько десятков Паскаль) сопротивлении.
Потеря давления воздуха — параметр, о котором говорится в любом описании элемента канальной вентиляции, но рассчитать суммарное падение давления во всей системе достаточно сложно. По моим оценкам, моя система должна была оказывать сопротивление порядка 100-200 Па. У меня не было опыта разработки вентиляционных систем, поэтому я решил взять вентилятор с минимальной зависимостью потока воздуха от давления, чтобы не бояться скачков скорости из-за каких-то случайных переконфигураций системы. Выбор пал на модель Vents ТТ 125 С. В старых статьях часто рекомендуют использовать вентиляторы Systemair, но, думаю, после падения курса рубля Vents обладают лучшим соотношением цены и качества.
Вентиляционные каналы и анемостаты
Вентиляционные каналы — это трубки, по которым движется воздух. Анемостаты — заглушки на концах этих трубок, рассеивающие воздух и позволяющие регулировать его поток.
Часть системы воздуховодов. Анемостаты обозначены синими стрелками.
Электроника
В моей системе есть блок питания, датчики и микроконтроллерная система управления.
Подробно описывать блок питания не интересно. Скажу только, что он выдаёт +5В (основное напряжение питания электронных схем), +12В (для анемометров и соленоидного клапана, если я соберусь его когда-нибудь подключить), +24В (для увлажнителя и поливалки цветов) и 170В-50Hz (для работы вентилятора на низких оборотах).
Вообще, самый правильный способ регулирования скорости вентилятора — это изменение частоты питающего напряжения. В серьёзных вентиляционных системах для этого используются специальные частотные преобразователи. К сожалению, у них есть большой недостаток — да, именно, «они очень дорого стоят».
Поэтому обычно для замедления маломощных вентиляторов используют или тиристорные регуляторы и димеры, или понижающие трансформаторы; трансформаторы предпочтительнее, потому что димеры искажают форму синусоиды, и вентиляторы начинают гудеть и греться.
Что касается выбора напряжения, то я снял с вентилятора вольтамперную характеристику, с помощью анемометра построил график зависимости производительности моей системы от напряжения, посмотрел характеристики купленного на Авито трансформатора, и решил, что на минимальной скорости на вентилятор будет подаваться 170 В.
График зависимости производительности вентитяторов (в м 3 /ч) от рабочего напряжения (в В). Кривые начинаются не от нуля за счёт естественной вентиляции.
Управляющее устройство
Его я собирал неожиданно долго: сказался мой недостаточный опыт работы с паяльником и компилятором. Собрано всё на микроконтроллере ATmega328 (c обвязкой Arduino Nano 3), запрограммировано на WinAVR C. Основные элементы управляющего устройства объединены шиной I2C, в качестве расширителей портов использованы переделанные модули I2C-LCD на PCF8574. Все мощные устройства управляются двумя десятками реле стандартных релейных модулей с АлиЭкспресс. Там, где нужно было сделать разъёмы, я намертво впаивал детали, а там, где стоило использовать пайку, обходился разъёмами. Мне кажется, все люди делятся на тех, кому быстрее и эффективнее будет создать такое устройство с нуля, и на тех, кто всё равно не сможет разобраться в моём индусском коде и скопировать этого монстра, поэтому подробно рассказывать, как оно у меня всё работает, я не буду. Но для особо желающих посмотреть тысячу с лишним строк спагетти-кода, всё же выложу ссылку на проект.
Пульт управления.
Датчики
В системе используется 8 датчиков температуры ds1820, датчик влажности DHT-22, измерительный модуль с датчиком концентрации углекислого газа MH-Z19 и два анемометра.
ds1820 — простые и дешёвые датчики температуры, расставленные во всех ключевых точках системы. Работают настолько хорошо, что я даже не знаю, что о них ещё сказать.
DHT-22 умеет измерять температуру и влажность. Я планировал использовать три датчика, но, увы, они оказались невероятно капризными; потратив несколько дней на наладку, я смирился с тем, что два датчика, подключённые к основному контроллеру, перестают работать, в лучшем случае, через несколько часов после включения, и оставил только третий, установленный в отдельном измерительном модуле.
В продаже есть много готовых измерителей концентрации углекислого газа (первая попавшаяся статья на Geektimes), но ни один из них не имеет штатного способа подключения к микроконтроллеру. Поэтому я решил самостоятельно собрать измеритель, который тоже можно было бы использовать как автономный прибор, но можно было бы и подключить к микроконтроллеру по интерфейсу I2С. Про него даже планировалось написать отдельную статью, но, пока я копался, похожих статей опубликовали уже несколько штук. Так что ограничусь общими словами: датчик углекислого газа MH-Z19, датчик температуры и влажности DHT-22, контроллер ATmega 328 (обвязка Arduino Nano 3), дисплей 8х2, подключение к I2C через разъём RJ-14. Связь через I2C работает не слишком стабильно, но благодаря нескольким костылям жить можно. Прошивка, если вдруг кому интересно; функция опроса датчика есть в прошивке управляющего устройства чуть выше.
А ещё я попытался откалибровать MH-Z19…
MH-Z19 — чисто китайский датчик, и даташит его представляет собой краткое невнятное описание объёмом в несколько страниц. В частности, упоминается способ калибровки нуля (нужно подать «Low» на пин «Hd»). Что за калибровка нуля — нигде не указано, зато известно, что калибровать его не обязательно.
Но во мне взыграло любопытство: со временем показания датчиков плывут, и их надо перекалибровывать по атмосферному воздуху (концентрация СО2 в нём берётся за 400 ppm) — почему бы ради эксперимента не сделать это сразу?
Так вот. «Калибровка нуля» — это не калибровка по базовому атмосферному уровню, это именно калибровка нулевого уровня углекислого газа. Проводить её можно только в потоке баллонного азота. После того, как я сдуру откалибровал датчик в обычном воздухе, он начал постоянно показывать
150 ppm. Попытки восстановить его, снова откалибровав при пониженном давлении или в воздухе над щёлочью, ни к чему не привели. Не помог и испаряющийся жидкий азот (оказалось, что он набирает углекислый газ из воздуха, и датчик зашкаливает, даже если у него сбита калибровка и он не реагирует ни на что другое). Я сумел получить доступ к баллону с азотом, и частично восстановить работу датчика, но, видимо, поток азота был слишком низкий, и сейчас датчик занижает показания — процентов на 30, если судить по показаниям на свежем воздухе. Боюсь, придётся покупать новый.
Поэтому повторю ещё раз:
Господа! Товарищи! Граждане! НИКОГДА! Никогда не проводите калибровку нуля датчиков MH-Z19, MH-Z16, MH-Z14 и им подобных, если только у вас нет свободного доступа к баллону с азотом или аргоном!
Анемометры — возможно, главные датчики вентиляционной установки. Интересно, что в серьёзных установках анемометры не ставятся, вместо них используют датчики перепада давления: например, если оказывается, что давление между входом вентилятора и окружающей средой больше 200 Па, значит, фильтр, через который вентилятор всасывает воздух, забился, и его пора менять. Наверное, датчиков давления достаточно для работы, но только в случае, если вентиляционную систему собирает квалифицированный инженер, который хорошо представляет себе, где и как будет идти воздух, когда система в норме.
Мне же нужно было видеть, как меняется поток воздуха при открывании и закрывании заслонок и анемостатов, изгибании трубок и открывании дверей.
Скажу сразу, что вентиляторы показали себя с лучшей стороны, и поток воздуха через них не зависит почти ни от чего — я даже решил, что зря поставил заслонку, позволяющую пускать воздух в обход кондиционера, когда он не работает. Но результат этот был совершенно не очевиден заранее, поэтому анемометры мне очень помогли.
Датчик электронного анемометра — это прибор, преобразующий скорость потока воздуха в электрический сигнал. Обычый вентилятор выполняет прямо противоположную задачу, поэтому простейший анемометр можно сделать, просто заставив вентилятор свободно вращаться в потоке воздуха (как на ветроэлектростанции), и измерив напряжения на линии питания, которое почти линейно зависит от скорости вращения лопастей. К сожалению, для того, чтобы раскрутить вентилятор и индуцировать напряжение на обмотках, нужна большая скорость ветра.
Но в современных кулерах, кроме обмотки, есть ещё собственный датчик скорости вращения; если снять крыльчатку вентиялтора, удалить обмотку и железный сердечник и поставить крыльчатку на место, то лопасти будут крутиться намного легче. Естественно, на линии питания ничего появляться больше не будет, наоборот, нужно подать на неё 12 вольт для работы схемы датчика — и тогда при вращении крыльчатки на третьем проводе (который нужно притянуть к питанию резистором) появится меандр. Да, ещё рекомендуют припаять пару каких-нибудь резисторов на мето удалённых обмоток — говорят, иногда без них микросхема вентилятора начинает чудить.
Чем больше диаметр вентилятора, тем, при прочих равных, легче он вращается, поэтому лучше всего использовать вентиляторы диаметром 120 мм. 120мм вентиляторы редко снабжены двумя подшипниками качения, а трение в подшипниках скольжениня слишком велико. Спасает то, что диаметры подшипников скольжения и качения примерно одинаковые (вообще, вентиляторы разных фирм и размеров внутри удивительно похожи), поэтому можно взять 120 мм вентилятор с подшипниками скольжения и переставить на него подшипники качения от вентиляторов меньшего диаметра.
Теперь мы можем установить наши анемометры в воздуховоды, подать на их линию питания к +12В, а линии данных подключить к пинам микроконтроллера, переведённым в режим Pull Up — и, считая количество импульсов в секунду, получить скорость воздуха в условных единицах.
Анемометр чашечный МС-13: выглядит стильно, но для задачи подходит плохо.
Всякие мелочи
Виброизолятор. Купил на авторынке — видимо, какая-то деталь ВАЗа.
Альтернативные варианты конструкции
Изготовление климатической системы потребовало много времени и денег. Естественно, существуют более простые и дешёвые варианты.
В качестве вентилятора можно взять, например, Vents 150 ВКО или аналогичную модель меньшего диаметра.
Принцип работы системы прост: правый анемостат регулирует объём воздуха, выдуваемого вентилятором в комнату, левый — объём, забираемый вентилятором с улицы. Если левый анемостат открыт слабее правого, то вентилятор будет подсасывать тёплый воздух через отверстия, просверленные в воздуховоде, и смешивать его с холодным уличным воздухом — что нам и требовалось.
Некоторые технические характеристики
850 Вт.
Сумма денег, затраченная на изготовление —
55 тысяч рублей.
Максимальная скорость воздухообмена — приток 100-200 м 3 /ч, отток 75-150 м 3 /ч.
Производительность увлажнителя —
400 г/ч.
Производительность кондиционера (паспортная) — 9000BTU.
Первые впечатления от использования
К сборке системы я приступил в середине декабря, первые пробные запуски произошли в феврале-марте, бетта-версия была готова к середине апреля, где-то до начала июня я исправлял самые серьёзные ошибки. Надеюсь, сейчас систему можно считать более-менее готовой, и рассказать об опыте её использования.
Во-первых, моё самочувствие действительно улучшилось. Я перестал страдать от духоты при закрытых форточках и от сквозняков при открытых.
Во-вторых, система почти не шумит. Обычно она работает на минимальном уровне, который едва слышен за тиканьем кварцевых часов. Если включить на максимум оба вентилятора и кондиционер, то уровень шума увеличивается, и различить тиканье становится тяжело.
Я не уверен, удаётся ли использовать все возможности кондиционера, но он поддерживает комфортную температуру сейчас (позавчера у нас было 32 градуса жары), и поддерживал её, когда температура за окном опускалась ниже 10°С.
Увлажнитель и озонатор как следует протестировать пока не могу, с этим нужно ждать осенней прохлады и зимней стужи.
Сейчас я, в основном, управляю функциями системы в ручном режиме, но, надеюсь, со временем смогу сформулировать, в каких ситуациях какой режим мне нужен, и автоматизирую его включение. Ещё планируется использовать систему для освещения и поливки растений — аппаратно задача почти решена, осталось посеять что-нибудь в ящик на окне.
Заключение
Изготовление вентиляционной системы оказалось огромной работой, я бы никогда не взялся за неё, если бы знал, насколько она сложна. С другой стороны, теперь, когда работа завершена, я рад, что вентиляционная система у меня есть, а проблем, из-за которой я о ней мечтал, наоборот, нет.
К сожалению, сложно подробно изложить в статье все результаты полугодовой работы: статья вышла объёмной, но мне всё равно пришлось опустить многие важные детали.
Но, надеюсь, она всё же будет интересна тем, кто думает о проблемах климата в доме, а кого-то, возможно, и подтолкнёт к действию.