Система приточной вентиляции на базе канального внутреннего блока кондиционера

в 11:05, , рубрики: arduino, diy или сделай сам, Здоровье гика, умный дом

Привет, Geektimes!

Многочисленные публикации на тему свежего воздуха и важности данной опции в наших жилищах побудили и мою скромную персону описать свой опыт оборудования квартиры системой приточной вентиляцией, кондиционированием и размышления над системой увлажнения воздуха.

Наверное, каждый из нас, особенно после / перед / в процессе приобретения жилища задумывается над вопросами не только организации информационного пространства в квартире, но и о более «прозаичных вещах» таких как комфорт, кондиционирование, свежий воздух и т.п. Моя история началась довольно давно (в 2010) и так сложились обстоятельства что перед / в процессе покупки квартиры у меня не было ни финансовой возможности, ни времени обдумывать что к чему, а все технические решения применялись уже в процессе эксплуатации.

Я человек небогатый, поэтому многие необходимые стадии по обустройству пришлось делать собственноручно и этапами по мере финансирования. Некоторые ремонтные работы в комнатах, разработка проектной документации строительной, электрической, слаботочной, вентиляции, кондиционирования, дизайнерской и всех остальных частей пришлось совмещать с основной работой и параллельно копить деньги. В данной публикации затрону только организацию микроклимата в помещениях.

Небольшое отступление

Я всегда был связан с IT, и ведя множество проектов по организации серверных, телекоммуникационных и других IT-помещений очень часто сталкивался с просьбами заказчиков в этих помещениях организовывать кондиционирование + вентиляцию (им то удобнее получать все из одних рук). Сначала брались субподрядчики, в процессе пришлось самообучаться дополнительно ещё и как инженер систем ОВК и впоследствии брать построение этих систем в свои руки. Начиная с 2008 года было сделано довольно много всевозможных объектов мною и как проектировщик, и как поставщик оборудования/решений, и как руководитель монтажных бригад, и как авторский/технический надзор. Я не заканчивал никаких институтов как инженер-проектировщик отопления, вентиляции и кондиционирования. Но последние два года работаю именно по этой специальности в проектном институте и ни у кого не возникает сомнений в моей квалификации. Большинство внедренных решений до проектного института были довольно сложные в реализации, потому как для малых объектов без проектной документации (которая делалась потом по факту сделанного) приходилось разбираться не только с ОВК, но и в электрике, и в строительных конструкциях. За это время выработалась какая-то интуитивная составляющая процесса решения проблемы, ты видишь и понимаешь проблему как бы сверху, понимание решения проблемы приходит «спонтанно». После обдумывания и садясь за документацию на оборудование, СНиПы, ГОСТы или учебники для проверки его — ты находишь корректное объяснение и после приобретения уверенности в правильности запускаешь свое решение в работу.

Изучая множество форумов, общаясь со специалистами, листая каталоги производителей и бывая на различных объектах было принято решение в качестве системы кондиционирования и вентиляции использовать инверторную мульти-сплит систему с одним наружным и двумя внутренними канальными блоками с опцией подмеса наружного воздуха. Не буду вдаваться в подробности выбора просто опишу систему. Наружный блок 7 кВт, внутренний канальный блок на восточную сторону квартиры мощностью 3,5 кВт (обслуживает спальню и детскую комнату) и канальный блок на западную сторону мощностью 5 кВт (обслуживает гостиную-студию). Подмес организован забором воздуха снаружи единым тепло изолированным воздуховодом с системой клапанов тройников и разделением на каждый внутренний блок со своим канальным вентилятором воздухопроизводительностью 100 м³/ч каждый. Вентиляторы получают питание от внутренних блоков через реле тока, включается внутренний блок — включается приточный вентилятор и отключение происходит одновременно с отключением вентилятора внутреннего блока. Вытяжка естественная через совмещенный санузел и кухню, для чего в дверях спальни/детской и санузла смонтированы дверные решетки.

Вот нашелся один из эскизов перед монтажом, к сожалению более детальный чертеж утерян, а перечерчивать не охота ;) Простите меня за мою лень.
image
На эскизе отсутствуют вентиляторы подмеса воздуха, наружный блок, фреонопроводные коммуникации, электрические соединения и система слива конденсата. С человеком, который производил монтажные работы, мы до этого сделали не один сложный объект — ему хватало просто вот такого эскиза с устными объяснениями.

Также хочу немного похвастать своими наработками, которые я пока не встречал — использование вышеупомянутых реле тока, для пуска/остановки приточных вентиляторов совместно с внутренними блоками, и использование «сухих сифонов» (гофрированная трубка с силиконовым конусом внутри) для слива конденсата от канальников в канализацию, чтобы запах по трубкам не проходил во внутренние блоки и затем в комнаты.

Уже два года вся эта система исправно функционирует в теплое время года (работа кондиционера на охлаждение + постоянный подмес) и в межсезонье (работа кондиционера на обогрев + постоянный подмес), за исключением режима постоянного притока воздуха в холодное время года (режим работы на вентиляцию + постоянный подмес). Из-за отсутствия калориферов нагрева приточного воздуха, низкой температуры из приточных решеток и просто бессмысленности мероприятия — работа только вентиляторов + воздухосмесительной секции (которой выступает канальный внутренний блок), проще время от времени открывать окна на проветривание.

В общем настало время дополнить систему режимом постоянного притока обработанного (подогретого и прошедшего фильтр) воздуха + добавить увлажнение и более глубокую очистку. Т.е. постараться обеспечить круглогодичное полноценное использование данной системы как приточную вентиляцию. На данном этапе основной приоритет по модернизации отдан спальне и детской комнате, на эту часть у меня установлен канальный блок производительностью 3,5 кВт по холоду и 300 м³/ч на минимальной скорости по воздуху. К тому же пока в гардеробной (где непосредственно внутренний блок установлен и проложены все воздуховоды, адаптеры и прочее) отсутствует фальшь-потолок и все доступно и наглядно, с целью проведения испытаний и проверки новых рабочих режимов системы.

1. Калорифер для нагрева воздуха

Немного математики.

Расчет температуры приточного воздуха (в холодное время года для нашего региона -25) после смешения во внутреннем блоке с рециркуляционном рассчитывается упрощенно по формуле: (L1 x t1 + L2 x t2) / (L1 + L2) — исходя из производительности канального блока на минимальной скорости (300 м³/ч) и притока, можно просчитать необходимую температуру воздуха для подмеса, чтобы температура воздуха из решеток была не менее +18 градусов (в моем случае получается, при температуре воздуха на рециркуляцию +22 градуса, +12 градусов).
Таким образом можно рассчитать необходимую мощность электрического калорифера по упрощенной формуле: Q = L x p x c x (t1 — t2) (мне необходим мощностью около 1100 Вт).

Минимальный и недорогой электрический калорифер нашелся 1,2 кВт с минимальным расходом воздуха через него 90 м³/ч, что примечательно сразу с простеньким блоком регулировки, канальным датчиком температуры и автоматикой защиты от перегрева.
image

2. Система очистки и увлажнения

Как я люблю говорить — все придумано до нас. И лучшим природным увлажнителем/очистителем является дождь или туман. Насколько я понимаю похожий принцип используют так называемые «мойки воздуха». И я сам рекомендовал данные устройства как правильные увлажнители/очистители для административно-бытовых помещений, ну иногда ещё электростатические фильтры или установки с ними для помещений где курят.

В личной переписке с eschava обсуждая системы вентиляции и кондиционирования, и предлагая ему использовать «мойки воздуха» для увлажнения, меня посетила шальная мысль об использовании канального внутреннего блока не по прямому назначению. Интуитивное решение было интеерсным и я решил его проработать более детально и с научным подходом.

Давайте сравним пару наиболее рекламируемых моек для 45 м² и 300 м² с моим внутренним канальным блоком на 3,5 кВт:

Контактная площадь, м² Производительность, м³/ч Размеры, мм Способ установки Уровнь шума, dBA Стоимость, $
Мойка воздуха 45 4,2 280 450х330х300 напольный 25/37/42 550
Мойка воздуха 80 9,7 360/780 830х400х310 напольный 37/48 4 340
Канальник ≈9,6 300/400/550 700х615х200 подвесной за фальшь-потолком 32/39 435

Разумеется, таблица носит юмористический характер, но, как говорится — «в каждой шутке...», ведь в каждом канальном внутреннем блоке имеются:

  1. теплообменник большой площади;
  2. вентилятор много скоростной;
  3. поддон для сбора конденсата предотвращающий выход воды наружу;
  4. дренажный насос с независимым включением/выключением от уровня воды в поддоне;
  5. фильтр грубой очистки.

Что же ещё нужно для счастья? Ах да — организовать на теплообменнике методы «промывки воздуха» и «холодного испарения», или простым языком, необходимо при работе внутреннего блока держать жалюзи теплообменника во влажном состоянии. По аналогии с «мойкой» — воздух проходя над влажными поверхностями будет насыщаться влагой и мелкие частицы витающего в воздухе мусора захватываться пленкой воды и смываться в канализацию.

Первое что пришло в голову — использование что-то типа системы капельного полива над теплообменником, где капельки воды будут стекать по нему и поддерживать в работе вышеозначенные методы очистки и увлажнения. Но гугля капельные системы полива, столкнулся с некоторыми проблемами, если использовать готовые решения для моих целей. Сильно «колхозить» не пришлось, так как нашлось более изящное решение в виде систем туманообразования низкого давления. Да и производительность одного фоггера систем низкого давления (должен правильно работать при водопроводном давлении) около 3 кг/час, что более чем достаточно для моих целей. Дополнительным преимуществом систем низкого давления, является больший размер капель тумана, чем у систем высокого давления. Т.е. они больше подходят к смачиванию поверхностей, чем к быстрому испарению в теплом воздухе.

Если кто знаком с адиабатическим увлажнением, разумеется укажет мне на то, что при увлажнении которое я планирую осуществить температура воздуха будет уменьшаться, если я буду использовать холодную водопроводную воду. Приведу некоторые расчеты на Id-диаграмме.
image
На таблице приведены два расчета:

  1. наружный воздух подогревается до нужной температуры чтобы после смешивания его с рециркуляционным и увлажнением до 50% в комнату подавалось +18;
  2. наружный воздух подогревается до температуры +18 и увлажняется до 50%.

Во первых мы видим, что для разных режимов нужно разное кол-во тепла на подогрев, во-вторых получается что мне нужно будет испарять разное количество влаги. Думаю истина где-то рядом. Так же хочу обратить Ваше внимание, что мне для подогрева свежего воздуха нужно 1,2 кВт мощностью калорифер и для смешивания с рециркуляцией хватит температуры в +10 градусов.

Я специально не ставил в расчеты правильное адиабатическое увлажнение, при котором температура воздуха после увлажнения снижается. Вот по какой причине — в табличке мы можем увидеть точку нашего воздуха температурой +18 и влажностью 50%. Она пересекается с кривой парцинального давления водяного пара в 35 градусов, таким образом если мы будем подавать для адиабатического увлажнения воду температурой +35, дополнительный нагрев воздуха после увлажнения не потребуется, и на входе в нашу «мойку» и после неё температура воздуха будет одинаковая. Таким образом мне нужен будет дополнительный нагревательный бойлер, который будет подогревать воду для увлажнения до +35. Зачем это делать, ведь если рассчитать кривую для адиабатического увлажнения для температуры воды например +7, то температура воздуха для 300 м³/ч упадет всего на 1 градус, а для 100 м³/ч вообще останется на +18. Ответ здесь в желании работы системы ещё в качестве очистки воздуха, да и при производительности фоггера 3 литра, никто не сможет мне гарантировать увлажнение на нужный мне порядок (0,1-0,4 литра в час) — большая часть воды будет сливаться просто в канализацию, не успев испариться.

И еще, меня очень волнует расположение фоггера, дальность его струи тумана и как воздух от вентилятора кондиционера будет эту туман-воздушную смесь разносить, будет ли теплообменник правильно работать как каплеуловитель или туман уйдет в воздуховоды и я получу большие потеки из воздухораспределительных решеток и в воздуховодах будут образовываться лужи и т.п. и т.д.

Учитывая все вот эти нюансы, я принял решение о натуральных испытаниях в холодное время года, когда температура наружного воздуха будет хотя бы 0 — +5 градусов. Проверить каким образом распространяется облако тумана внутри канального блока, в воздуховодах и решетках, как поведут себя ребра теплообменника, правильность расчетов температур воды и наружного воздуха, как быстро будет подниматься влажность и спадать до не комфортного минимума. Только после обработки всей информации, полученной экспериментальным путем, разработав необходимые алгоритмы работы можно будет приступать к следующему пункту.

3. Arduino

Ну куда же без этого публиковаться на этом ресурсе ;) Я думаю что уже более-менее понятно, что я собираюсь делать с этой железкой и каким образом все должно работать. Но более конкретно я вернусь к данном пункту после испытаний и в процессе внедрения (при положительных полученных данных). Сейчас же просто опишу составные части:

  1. Датчик влажности на заборе рециркуляционного воздуха, проверять настоящую влажность в помещениях;
  2. Датчик температуры для подающегося воздуха на выходе из канальника;
  3. ИК-передатчики для управлением запуском/выключением внутренних блоков;
  4. Клапан нормально закрытый с электроприводом.

Может быть, буду смотреть в сторону чего-либо с подобным функционалом, но с web-интерфейсом для внедрения системы «умного дома», надо же начинать когда-то уже становиться более продвинутым, добавлять управление светом, охранно-пожарную сигнализацию, IP-камеры и прочее, прочее.

Публикация предназначена для обсуждения решения, не претендует на правильность и всеобъемлемость и я готов и хочу услышать любую конструктивную критику, пожелания, замечания и тому подобное.

Продолжение следует…

Автор: kharlashkin

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля