Датчик потока воздуха для вентиляции своими руками
Способы увеличения аэродинамической эффективности вентиляционных систем
Известно, что увеличить аэродинамическую эффективность вентиляционной системы можно уменьшая аэродинамические потери в функциональных блоках приточной/вытяжной установки, в фасонных частях, уменьшая скорости в воздуховодах и т. д. Если минимизированы потери в магистральной ветви сложной вентиляционной системы, то уменьшение аэродинамических потерь в ветвях не приводит к увеличению ее эффективности. Существуют другие способы увеличения эффективности вентиляционных систем, о которых и пойдет речь в данной статье.
Рассмотрим воздухоприточную систему, состоящую из трех ветвей, непосредственно исходящих из воздухоприточной установки (рис. 1), с рассредоточенной раздачей воздуха.
Схема вентиляционной системы: 1 – воздухоприточная установка; 2 – «камера разбора»; 3 – дроссели
Для удобства восприятия на рисунке потери давления изображены пропорционально длине воздуховода, а производительность – его толщине. Примем, что статическое давление на выходе из воздухоприточной установки существенно больше динамического давления потока воздуха в воздуховодах.
При расчете требуемого давления вентилятора выделяется магистральная ветвь, в нашем случае это 3-я ветвь. Вентилятор воздухоприточной установки (далее – основной вентилятор) подбирается на заданный расход и полное давление pv0, равное потерям в воздухоприточной установке, плюс потери в магистральной ветви.
При стандартной практике проектирования аэродинамические потери в 1-й и 2-й ветвях должны быть равны потерям в магистрали, то есть их потери должны быть искусственно увеличены, соответственно, увеличиваются и общие потери вентиляционной системы. Обычно это делается различными способами, например, за счет увеличения скорости в воздуховодах, установки дроссельных шайб и т. д. Непосредственно же в каждой из ветвей заданный расход через раздающие устройства может быть получен за счет увеличения сопротивления самих раздающих устройств: установкой диафрагм, прикрытием решеток и т. д. В дальнейшем и то и другое именуем термином «дросселирование» и будем называть пассивным воздействием на сеть.
Потери мощности при «дросселировании» определяются по формуле
где Lдрос – расход через дроссель;
D рдрос– перепад давления на дросселе;
h v – полный КПД вентилятора.
С целью уменьшения потерь, связанных с «дросселированием», спро-ектируем все ветви с минимальными аэродинамическими потерями. Выберем в качестве магистральной ветвь с минимальными потерями, а в остальных ветвях установим вентиляторы-доводчики, компенсирующие соответствующее превышение потерь (рис. 2). Так как такое воздействие на вентиляционную систему приводит к уменьшению общего аэродинамического сопротивления, то в отличие от пассивного «дросселирования» назовем его активным.
Активное воздействие на вентиляционную систему: 1 – воздухоприточная установка; 2 – камера разбора; 3, 4, 5 – вентиляторы-доводчики
– в «камере разбора» давление равное потерям в первой ветви;
– в ветви 2 – вентилятор-доводчик 5 с производительностью L3 2 и давлением равным D p2 – D p1;
– в ветви 3 – вентилятор-доводчик 3 с производительностью L3 3 + L4 3 + L5 3 и давлением равным D p2 – D p1;
– в ветви 3 в месте, где потери давления равны потерям давления во 2-й ветви, вентилятор-доводчик 4 с производительностью L4 3 + L5 3 и давлением равным D p3 – D p2.
В сетях с параллельными ветвями (исходящими непосредственно за воздухоприточной установкой) в ряде случаев предпочтительнее в «камере разбора» поддерживать статическое давление близкое к нулю. Этот элемент воздухоприточной установки назовем «камерой нулевого статического давления» (рис. 3). Основной вентилятор подает необходимое количество воздуха в камеру, преодолевая только аэродинамические потери воздухоприточной установки. Из камеры происходит разбор воздуха вентиляторами-доводчиками, каждый из которых работает на свою ветвь.
«Камера нулевого статического давления»: 1, 2, 3 – вентиляторы-доводчики; 4 – камера нулевого статического давления; 5 – воздухоприточная установка
Рассмотрим на примерах аэродинамическую эффективность вентиляционной системы при различных вариантах пассивного и активного воздействия на нее.
Полагаем, что необходимо подать в точки А и В помещения по 18 000 м 3 /ч чистого воздуха (рис. 4), причем магистральная ветвь аА (ветвь 1) определена конфигурацией помещения и аэродинамические потери в ней минимизированы. В точку В воздух может быть подан различными путями (аВ, бВ, сВ), а также с помощью независимой воздухоприточной установки.
Примем следующие условия при проектировании вентиляционной системы:
– воздуховоды имеют одинаковую площадь поперечного сечения 1 м 2 , скорость потока в воздуховодах V1 = V2 = 5 м/с;
– суммарный коэффициент внутренних аэродинамических потерь магистрали, определенный по скорости в воздуховоде, z 1 = 30;
– выход потока происходит непосредственно из воздуховодов со скоростью Vвых = 5 м/с;
– полный КПД вентиляторов равен 0,8;
– потери в приточной установке (входной клапан, фильтр, калорифер, глушитель) равны «нормативным» [1]: SD рпритi = 370 Па.
Схема подачи воздуха в помещение, аА – магистральная ветвь
Вентиляционная система с параллельными ветвями, но с сосредоточенной раздачей (раздача воздуха из одного воздухораспределительного устройства в каждой ветви).
Вариант 1. Проектируем воздухоприточную установку с производительностью L0 = 36 000 м 3 /ч, работающую на две параллельные ветви (1-я ветвь является магистральной). Положим, удалось спроектировать вторую ветвь минимальной протяженности с суммарным коэффициентом внутренних аэродинамических потерь z 2 = 5 (рис. 5).
Вентиляционная система система с двумя параллельными ветвями, без балансировки производительности в ветвях
Включим вентилятор. Если не предприняты меры по выравниванию аэродинамических потерь в ветвях, то расход по ветвям распределится обратно пропорционально полным потерям. Производительность в 1-й ветви в этом случае станет равной 3,06 м 3 /с, а во второй – 6,94 м 3 /с (решение не приводится, чтобы не усложнять пример), при этом соответствующие скорости в воздуховодах: 3,06 и 6,94 м/с соответственно. Полные потери давления непосредственно в первой и во второй ветвях (с учетом потерь с выходной скоростью) будут равны SD р’1,2 = 174 Па * . Полные потери сети: D pс = SD р’ci + SD рпритi = 544 Па, а потребляемая вентилятором мощность Nv0 = 6,8 кВт (здесь pv0 = D pс).
Эффективность вентиляционной системы с несбалансированными расходами: h прит = 0,567 (определенная по средней скорости выхода потока 5 м/с).
Вариант 2. Как принято в стандартной практике проектирования вентиляционных систем, для выравнивания расходов введем дополнительное аэродинамическое сопротивление во 2-ю ветвь (рис. 6), равное разнице полных потерь в ветвях D рдрос = D р’1 – D р’2. Следует понимать, что при этом увеличивается общее сопротивление системы (по сравнению с системой без балансировки расходов).
Вентиляционная система с «дросселированной» второй ветвью и равными расходами
При заданном расходе полные потери 1-й ветви равны 465 Па, а 2-й 90 Па. Перепад давления на дросселе: D рдрос = 375 Па (аналогичный эффект можно получить за счет уменьшения сечения воздуховода 2-й ветви и соответствующего увеличения скорости до 11,36 м/с). Потери мощности на дросселе
Nдрос = L2• D рдрос / h v = 2,34 кВт.
Полное давление вентилятора должно быть равно полным потерям вентиляционной системы – 835 Па. Потребляемая вентилятором мощность Nv = 10,44 кВт, из которой на дросселе теряется 2,34 кВт.
Эффективность вентиляционной системы 0,369, то есть за счет увеличения аэродинамических потерь во второй ветви (на 291 Па) она уменьшилась на 35 %.
Следует понимать, что аэродинамическая эффективность при пассивном воздействии на вентсистему целиком определяется потерями в магистральной ветви. Если же потери в магистральной ветви минимизированы, то аэродинамическая эффективность вентиляционной системы будет абсолютно одинаковой, какими бы путями (например, аВ, бВ, сВ, рис. 4) и с какими потерями мы не доставляли воздух в точку В (если при этом потери второй ветви не превышают потерь в магистральной ветви).
Далее рассмотрим различные варианты активного воздействия на вентиляционную систему.
Вариант 3. Чтобы избежать «дросселирования» 2-й ветви, спроектируем две независимых приточных вентиляционных системы с производительностью по 18 000 м 3 /ч каждая (рис. 7). Полагаем, что во второй приточной системе суммарный коэффициент аэродинамических потерь остался прежним, то есть z 2 = 5. Для простоты полагаем, что потери в воздухоприточных установках равны «нормативным», а сами «нормативные» потери в приточных установках остались прежними – 370 Па.
Две независимых вентиляционных системы
1-я воздухоприточная система. Полное давление вентилятора должно быть равно полным потерям в вентиляционной системе, то есть 835 Па, а потребляемая вентилятором мощность 5,22 кВт. Эффективность 1-й вентиляционной системы 0,369.
Как видно, эффективность первой воздухоприточной системы равна эффективности вентиляционной системы предыдущего варианта (с точностью до равенства «нормативных» потерь в воздухоприточной установке и КПД вентилятора), так как не изменились полные потери.
2-я воздухоприточная система. Полное давление вентилятора должно быть равно полным потерям в вентиляционной системе, то есть 460 Па, а потребляемая вентилятором мощность 2,88 кВт. Эффективность 2-й вентиляционной системы 0,67.
Как видно, эффективность второй приточной системы больше из-за отсутствия потерь мощности на «дросселирование», равных Nv1 – Nv2 = 5,22 – 2,88 = 2,34 кВт, которые, как и следовало ожидать, оказались равны потерям при «дросселировании» 2-й ветви (см. вариант 2).
Среднюю эффективность двух вентиляционных систем нельзя определить арифметическим сложением, но очевидно, что суммарная эффективность будет в этом случае больше 0,369. Так как и производительности, и потери в приточных установках равны, то можно определить «эквивалентную» эффективность двух вентиляционных систем: 0,476.
Вариант 4. Установим на выходе из воздухоприточной установки «камеру разбора» (рис. 8), в которой будем поддерживать давление, равное потерям полного давления во 2-й ветви, – 90 Па. Считаем, что камера имеет достаточный объем, поэтому внутри камеры полное давление равно статическому. Примем также, что при выходе потока из вентилятора в камеру отсутствуют аэродинамические потери «на удар».
Вентиляционная система с «камерой разбора» и вентилятором-доводчиком в 1-й ветви
Очевидно, что по потребляемой мощности это полный аналог двух воздухоприточных установок (если не учитывать потери с выходной скоростью при входе потока в «камеру разбора» и разницу в КПД вентиляторов).
Полное давление основного вентилятора должно быть равно потерям в установке плюс потери во 2-й ветви, то есть 460 Па. Потребляемая мощность основного вентилятора 5,75 кВт.
В «камере разбора», непосредственно в начале первой ветви, установим вентилятор-доводчик, его полное давление должно быть равно потерям в первой ветви минус давление в «камере разбора», то есть 375 Па. Потребляемая мощность вентилятора-доводчика: 2,34 кВт.
Суммарная потребляемая мощность вентиляторов равна 8,09 кВт, то есть равна суммарной мощности двух воздухоприточных установок (см. вариант 3). Эффективность вентиляционной системы 0,476, то есть также равна эквивалентной эффективности двух вентиляционных систем (вариант 3).
«Эквивалентные» аэродинамические потери давления D pс экв = 648 Па, то есть также равны потерям вентиляционной системы, состоящей из двух воздухоприточных установок (вариант 3).
Вариант 5. Установим «камеру нулевого статического давления», в которой будем поддерживать статическое давление близкое к нулю (рис. 9). Как и в предыдущем случае, считаем, что камера имеет достаточный объем, поэтому полное давление равно статическому давлению и отсутствуют аэродинамические потери «на удар». По аэродинамической эффективности это полный аналог схемы с «камерой разбора».
Вентиляционная система с «камерой нулевого статического давления» и вентиляторами-доводчиками в каждой ветви
Полное давление основного вентилятора должно быть равно потерям в воздухоприточной установке 370 Па, тогда потребляемая мощность основного вентилятора 4,63 кВт.
Полное давление вентилятора-доводчика, установленного в 1-й ветви, должно быть равно аэродинамическим потерям в этой ветви, то есть 465 Па, а его потребляемая мощность 2,91 кВт.
Полное давление вентилятора-доводчика, установленного во 2-й ветви, должно быть равно потерям в ней: 90 Па, а его потребляемая мощность 0,56 кВт. Суммарная потребляемая мощность вентиляторов 8,09 кВт.
Эффективность вентиляционной системы 0,476, то есть равна эффективности системы с воздухоприточной установкой с «камерой разбора» (см. вариант 4).
«Эквивалентные» аэродинамические потери давления вентиляционной системы 648 Па, то есть также равны потерям системы с воздухоприточной установкой с «камерой разбора» и вентиляционной системы, состоящей из двух воздухоприточных установок.
Полагаем, удалось изменить конфигурацию вентиляционной системы таким образом, что воздух в точку В оказалось возможным подать непосредственно из воздухораздающего устройства, расположенного в воздуховоде.
Вентиляционная система состоит из воздухоприточной установки с производительностью 36 000 м 3 /ч, воздуховода переменного сечения, в котором поддерживается постоянная скорость 5 м/с (рис. 10). Суммарный коэффициент внутренних аэродинамических потерь воздуховода z 1 = 30. Воздух с одинаковым расходом выходит из двух устройств со скоростью 5 м/с, причем первое устройство расположено на участке воздуховода там, где коэффициент потерь равен 5.
Линейная вентиляционная система с «дросселированным» первым раздающим устройством
Система является аналогом рассмотренной выше вентиляционной системы с двумя параллельными ветвями, которые в данном случае имеют «жидкие» границы. Как и в первом случае, производительность в раздающих устройствах устанавливается в зависимости от аэродинамических потерь участков воздуховода (ветвей 1 и 2).
Вариант 6. При стандартной практике проектирования (пассивное воздействие на вентиляционную систему), с целью выравнивания расходов через раздающие устройства, в первом (по ходу воздуха) устройстве необходимо ввести дополнительное аэродинамическое сопротивление (установить дроссель, фильтр, прикрыть решетку и т. д.).
Полное давление вентилятора должно быть равно сумме потерь в воздухоприточной установке плюс потери в длинной ветви, то есть 835 Па, тогда потребляемая вентилятором мощность 10,44 кВт. Так как аэродинамические потери участка воздуховода до первой раздачи равны D р’2 = 90 Па, то перепад давления на дросселе D рдрос = 375 Па, а потери мощности на нем 2,34 кВт.
Эффективность вентиляционной системы с «дросселированной» 2-й раздачей 0,369, то есть равна эффективности системы с «дросселированной» второй ветвью и равными расходами (пример 2).
Далее рассмотрим варианты активного воздействия на линейную вентиляционную систему.
Вариант 7. Как и в первом случае, чтобы избежать «дросселирования» первого раздающего устройства, спроектируем две независимых приточных вентиляционные системы с производительностью по 18 000 м 3 /ч каждая. В аэродинамическом смысле это полный аналог рассмотренной выше схемы (пример 3, рис 7) c «эквивалентной» эффективностью 0,476.
Вариант 8. Непосредственно за первой раздачей установим вентилятор-доводчик (рис. 11).
Линейная вентиляционная система с вентилятором-доводчиком
Полное давление основного вентилятора должно быть равно потерям в приточной установке плюс потери на участке до первой раздачи, то есть 460 Па. Потребляемая основным вентилятором мощность 5,75 кВт.
Вентилятор-доводчик должен иметь полное давление, равное потерям участка воздуховода за первой раздачей: D р’1 = ( z 2 – z 1) r V2 2 / 2 = 375 Па (динамическое давление на выходе из раздающего устройства в этом случае не учитывается). Потребляемая вентилятором-доводчиком мощность 2,34 кВт. Суммарная потребляемая мощность вентиляторов равна 8,09 кВт.
Эффективность вентиляционной системы 0,476, то есть равна эффективности вентиляционной системы с параллельными ветвями и с вентиляторами-доводчиками.
«Эквивалентные» потери давления в системе 648 Па, что на 22 % меньше, чем при «дросселировании» первого раздающего устройства.
Для наглядности сведем результаты расчетов в таблицу и дадим краткий анализ полученным результатам. При этом следует иметь в виду, что кроме отмеченного увеличения аэродинамической эффективности имеет место также и уменьшение уровня шума излучаемого вентиляторами. Для упрощенного анализа примем, что суммарное излучение шума нескольких вентиляторов равно излучению одного вентилятора с производительностью, равной суммарной производительности вентиляторов, и с полным давлением, равным «эквивалентным» потерям в вентиляционной системе. Оценка корректированного уровня звуковой мощности на выходе производилась пересчетом акустических характеристик вентиляторов ВР 80-70-10-01 и ВР 80-70-12,5-01.
Сравнение способов воздействия на вентиляционные системы:
1. Вентиляционная система с параллельными ветвями и с сосредоточенной раздачей (раздача воздуха из одного воздухораспределительного устройства в каждой ветви).
Активное воздействие с целью уменьшения общих аэродинамических потерь системы за счет разбиения на две независимые вентиляционные системы и установки вентиляторов-доводчиков совместно с «камерой разбора» или «камерой нулевого статического давления» привело к увеличению аэродинамической эффективности на 29 %. При этом эквивалентный уровень звуковой мощности вентилятора уменьшился на 3 дБА (в абсолютных величинах – это уменьшение излучаемой мощности в 2 раза).
2. Линейная вентиляционная система с рассредоточенной раздачей.
Активное воздействие с целью уменьшения общих аэродинамических потерь системы за счет разбиения на две независимых вентиляционные системы и установки вентилятора-доводчика привело к увеличению аэродинамической эффективности на 29 %. При этом корректированный уровень звуковой мощности основного вентилятора уменьшился на 3 дБА.
В данной статье не рассматривались возможность, условия и экономическая целесообразность использования различных способов активного воздействия на вентиляционные системы. В настоящей статье мы рассматривали только способы увеличения аэродинамической эффективности вентиляционных систем, опуская при этом такие известные способы, как уменьшение скорости в воздуховодах, потери в фасонных частях и приточных/вытяжных установках и т. д.
Перечислим основные принципы построения аэродинамически эффективных вентиляционных систем (с минимизированными потерями, связанными с «дросселированием»).
1. Предпочтение следует отдавать простым (неразветвленным) вентиляционным системам.
2. В вентиляционных системах с разветвленными воздуховодами:
– следует исключать ветви с малыми аэродинамическими потерями и с относительно большим расходом;
– следует проектировать ветви с примерно одинаковыми аэродинамическими потерями, чтобы избежать «дросселирования» при балансировке расходов;
– при активном воздействии на вентиляционную систему в качестве магистральной следует выбирать ветвь с относительно большим расходом и минимальными аэродинамическими потерями, а в остальных ветвях использовать вентиляторы-доводчики.
3. В вентиляционных системах с линейными воздуховодами и с рассредоточенным притоком/вытяжкой воздуховоды следует разбивать на ряд участков, в начале которых необходимо устанавливать вентиляторы-доводчики, компенсирующие соответствующие аэродинамические потери.
Сравнение вентиляционной системы с параллельными ветвями и линейной вентиляционной системы
Литература
1. Караджи В. Г., Московко Ю. Г. Оценка аэродинамической эффективности вентиляционных систем // АВОК. – 2008. – № 7.
Самодельная домашняя вентиляция
Каждый, кто уже обзавёлся измерителем уровня углекислого газа (CO2), знает, насколько важно непрерывно подавать в жилые помещения свежий воздух. Самое простое решение этой проблемы — всегда держать открытой форточку, но у меня, как и во многих других городских домах, это не комфортно из-за уличного шума, к тому же при открытой форточке может быть очень холодно.
Второй вариант решения проблемы свежего воздуха — приточная вентиляция, подающая воздух с улицы. Я пытался использовать компактные системы приточной вентиляции Tion, iFresh, Ballu, но понял, что все они меня не устраивают — при достаточном расходе воздуха они слишком сильно шумят. Судя по всему, сделать тихую систему с вентилятором, находящимся в комнате, невозможно.
Именно поэтому, я сделал систему домашней вентиляции сам.
Установка расположена на балконе. Воздух забирается с улицы, фильтруется, и по воздуховоду, закреплённому на внешней стене дома, подаётся в соседнюю комнату.
В фанерном ящике, который мне обошёлся приблизительно в 300 рублей, располагается вентилятор Лиссант ВК125Б за 2400 рублей и автомобильный салонный фильтр за 240 рублей.
При питании от сети вентилятор даёт огромный расход воздуха (320 м3/ч) и очень сильно шумит, поэтому я использую его на пониженных оборотах. К сожалению при использовании электронных регуляторов мощности вентилятор начинает громко гудеть, поэтому пока я просто плавно меняю напряжение на вентиляторе с помощью ЛАТР за 1150 рублей.
При напряжении 110 вольт вентилятор даёт расход 60 м3/ч и потребляет около 25 Вт. Такого расхода достаточно для двух человек.
В комнату воздух подаётся через 125-миллиметровое отверстие от клапана КИВ-125, который был штатно установлен при строительстве дома серии П44Т. Для снижения шума (как от вентилятора, так и шума улицы) в отверстие установлен шумогаситель от клапана КИВ-125.
Работу системы вентиляции конечно слышно, но её шум гораздо меньше, чем у компактных проветривателей при таком же расходе. Когда в комнате я один, напряжение можно снизить до 90 вольт и шум системы почти не слышен.
За две недели использования белоснежный фильтр стал серым. Наверное, имеет смысл менять фильтры раз в месяц.
В ближайшие дни ко мне придёт из Китая измеритель уровня CO2 с трёхступенчатым управлением вентилятором за $44. Хочу заменить ЛАТР либо тремя высоковольтными плёночными конденсаторами либо куплю маленький 40-ваттный тороидальный трансформатор 220/220 и сделаю отводы от вторичной обмотки, размотав её и намотав обратно. Получится автоматическая система, управляющая тремя скоростями вентиляции.
Самодельная приточная установка обошлась мне менее, чем в 3000 рублей (не считая стоимости ЛАТРа), работает у меня уже две недели и радует низким уровнем шума и свежим воздухом в спальне (уровень CO2 не превышает 700 ppm).
Управление микроклиматом на Arduino
В последнее время на Хабре появилась масса постов про построение мониторов качества воздуха. При этом ни одной попытки управления качеством воздуха не нашел, а ведь как только мы переходим от пассивного наблюдения к активному управлению — возникает масса интересных проблем и решений. Своими скромными наработками в этой области и хочу поделиться.
Итак, дано: Гараж неотапливаемый, не утепленный, кирпичный двухэтажный с огромной влажностью внутри, от которой гниет деревянное межэтажное перекрытие, на стенах зимой снежная шуба и прочая неприятная ржавчина.
Задача: «Осушить» гараж.
Решение. Не будем вдаваться в подробности капиллярного подсоса воды бетоном и прочих источников появления влаги в воздухе гаража — сосредоточимся на том, что мы можем сделать с уже появившейся влагой. Если не рассматривать слишком дорогую для гаража технику типа осушителей, то единственный способ, который я нашел, это вытеснять внутренний сырой воздух более сухим наружным при помощи простого вентилятора.
Arduino, два датчика DHT22 изнутри и снаружи, релейный модуль на вентилятор и начинаются действительно интересные проблемы.
Как известно, DHT22 отдает температуру и относительную влажность. Как сравнивать показания датчиков? Действительно ли наружный воздух «суше», чем внутренний? Что будет с воздухом, если его всосать в гараж? Возможно, он настолько теплее, что даже при меньшей относительной влажности снаружи даст конденсат на стенах внутри. Внутренняя температура всегда отличается от наружной, но при этом постепенно стремится к наружной. Степень «постепенности» неизвестна. Будет температура расти или падать — так же неизвестно.
Первой мыслью было пытаться строить массивы показаний датчиков и пытаться прогнозировать влияние наружного воздуха на внутренний, но куча изрисованных бумажек так и не позволила выстроить в голове внятную модель для реализации.
Но пришла следующая идея. Абсолютная влажность она на то и абсолютная, что от давления, температуры и прочего не зависит. И если абсолютная влажность наружного воздуха ниже абсолютной влажности внутреннего, то наружный воздух однозначно «суше» и независимо от того, как изменится его температура внутри — он «лучше» замещенного воздуха.
Идея — идеей, но и тут оказались мелкие проблемы. Оказывается абсолютная влажность вычисляется по температуре и относительной влажности по графикам типа такого:
И никакого точного способа пересчета нет. Зато есть достаточно большое разнообразие аппроксимирующих формул. По итогу была выбрана вот эта формула, а точнее формулы, поскольку для положительной и отрицательной температуры формулы разные.
Казалось бы, на этом и все. Сравниваем две абсолютные влажности и если снаружи «суше» — включаем вентилятор, но не тут то было. Первая проблема в том, что если представить, что наружный воздух имеет постоянную влажность, а внутри никакого источника влаги нет, но есть сырой воздух, то при прокачивании через гараж наружный воздух будет смешиваться с имеющимся там воздухом и внутренняя влажность будет бесконечно приближаться к наружной, но не достигнет ее или достигнет очень не скоро. А это крайне неэффективно по электричеству. Очевидное решение — ввести какую-то разность влажностей, при достижении которой вентилятор выключать и считать внутренний воздух сухим, но тут возникает вторая проблема. При перепаде температур от +30 до -30 значение абсолютной влажности изменяется в тысячу раз. То есть при -30 градусах разница в 0.001 грамма на кубометр воздуха может означать, что вы пройдете точку росы и на стенах выпадет шуба. А при +30 эта тысячная ничего не значит, потому что в кубометре может висеть 20 грамм воды.
Никакого четкого, обоснованного решения придумано не было. Волевым научным тыком разность была принята в 0.01 грамма на кубометр из того соображения, что от инея на стенах вреда не много, поскольку при повышении температуры, при работе робота — лед просто сублимирует и будет удален с остальным воздухом. И из эмпирических соображений было введено еще одно энергосберегающее ограничение. При относительной наружной влажности выше 90% наружный воздух не прокачивается. Просто потому, что это ненормально высокая для нашего региона влажность и даже если этот воздух суше внутреннего — очень скоро и его тоже придется выкачивать. Цифра 90% так же с потолка.
Полтора года робот пашет безостановочно.
Ардуино в коробке с автоматом, там же блок питания. На ней же справа внутренний датчик. Релейный блок в самой розетке. Выключатель принудительно включает вентилятор в обход реле. Шуба из инея зимой пропала. Дерево все рассохлось. Ничего не гниет. Потребляет порядка двух киловатт-часов в месяц. Если в «сухом» гараже подышать минут 15 — робот включает вентилятор. В общем, все работает.
Побочный эффект — вымораживает. Причем вымораживает так, что шуба из инея теперь периодически появляется снаружи, а в мае, когда светит солнышко и зеленеет травка — внутри без ватника трясет от холода.
Поле для оптимизации. Если прикрутить SD-карточку и пособирать статистику — можно выбрать более обоснованную отсечку, чем 90%. Можно подумать и поставить разность абсолютных влажностей на отсечку в зависимость от температуры.
А вот теперь самое интересное — развитие.
1. Как контролировать отток через печку? Вот есть частотник на приточном вентиляторе, есть на вытяжном. Если бы не печка, можно было бы обойтись одним и крутить вентиляторы синхронно. А как быть с оттоком через печь? (Отдельный воздуховод на приток печи — не предлагать);
2. (без учета печки) Алгоритм управления оборотами вентиляторов? Текущая идея в том, что скорость вращения должна зависеть не от концентрации СО2 а от скорости роста концентрации. То есть если концентрация растет — обороты растут, падает — падают и какая-то отсечка, скажем, 500-600ppm. Повышением отсечки можно ввести зимний экономный режим с повышенной концентрацией СО2;
3. Есть желание заслонку печки привязать к датчику СО, в том плане, чтобы он держал заслонку максимально закрытой максимальное количество времени, но страшно;
4. Чисто технический вопрос: как все это датчиковое великолепие максимально дешево развесить по дому, поскольку для целей управления отоплением еще и DHT22 в каждой комнате будут?
Спасибо за внимание. Схему робота я не рисовал, скетч вышлю всем желающим, с радостью приму конструктивные предложения.
Датчик для измерения воздушного потока
По принципу работы датчик ветра (или анемометр) напоминает автоматический ДМРВ в машине. Автомобильный аналог преобразует количество воздуха, поступающего в двигатель, в сигнал напряжения. На основании этого импульса ЭБУ вычисляет нагрузку на двигатель и управляет его работой. ДМРВ крепят в потеке газов между дроссельной заслонкой и воздушным фильтром.
Датчик расхода воздуха состоит из термистора, платиновой нити и ЭБУ. Термистор измеряет температуру входящих газов, а постоянный накал платиновой нити регулирует ЭБУ. Если воздуха поступает много, то нить охлаждается, поэтому ЭБУ увеличивает силу тока и за счет этого нагревает ее поверхность. В датчике ветра также использована технология «горячей нити».
Электрическая величина измеряется пропорционально скорости ветра. Прибор оптимально подходит для измерения низких и средних скоростей воздушного потока. Устройство применимо как на улице, так и в помещении.
Датчик работает от напряжения в 5-10 В. При этом чувствительность анемометра высокая, он фиксирует движения воздуха на расстоянии 45-60 см. Прибор может фиксировать проникновение жилье посторонних или считывать показатели дыхания человека.
Схема анемометра включает в себя построечный резистор (R9), с помощью которого калибруют прибор при «нулевом ветре». При настройке рекомендуется прикрывать сенсор устройства и устанавливать значение напряжения на 0,5 В (если питание осуществляется от 6 В).
Более низкие значения увеличивают чувствительность датчика. Стоит отметить, что при смене питающего напряжения потребуется повторная калибровка устройства. Специалисты не рекомендуют пускать на анемометр питание выше 10 В.
Принципиальная схема датчика ветра представлена на рисунке:
Для получения хорошего результата и возможности регулировки напряжения рекомендуется устанавливать источник питания от 5 до 10 В (+V). Словом «ground» обозначают «землю» с нулевым значением напряжения.
Петля цикла напряжения (RV) обеспечивает постоянное напряжение 1,8 В и выше в условиях помещения. На это напряжение не оказывает влияние потенциал калибровки.
Выходное напряжение (out) умножают на три на RV и подстраивают с помощью потенциала. Это напряжение подвержено изменениям температуры воздуха. Чувствительность выхода изменяет резистор на 4,3 К (R11).
Температурный выход (ТМР) делит напряжение межу терморезистором и резистором. ТМР выдает в помещении порядка 2,8 В.
Основные характеристики устройства можно представить в виде небольшого списка:
Датчик влажности и модернизация вытяжки в ванной комнате
C приближением «каникул» стало побольше времени для доделки всяких мелочей, оставленных во время ремонта квартиры «на потом». Сегодня дошли руки до вытяжки в ванной.
Меня бесит, когда вытяжной вентилятор ставят в ту же цепь, что и потолочное освещение — он шумит и срабатывает даже тогда, когда в ванную зашли на секунду, помыть руки. К тому же вытяжка отключается сразу после того, как вы приняли душ и вышли — а осталась ли сырость в воздухе или нет, уже роли не играет.
Решил сделать «по уму». Решение с применением «ардуинства» — под катом.
Внимание — в обзоре описывается работа с сетевым напряжением 220 вольт. При недостаточной квалификации ошибки при работе могут привести к поражению током или к летальному исходу. Оценивайте свои умения реалистично, соблюдайте осторожность и чтите ПУЭ.
* Естественная тяга в вентканале есть и достаточная — проверялась анемометром, застопоренный вентилятор ей не мешает. Задача вентилятора — быстрое удаление влажности.
На просторах Али есть 2 типа датчиков влажности — DHT22 и DHT11. Второй тип подешевле, но к нему много нареканий, поэтому остановился на DHT22.
При ремонте параллельно к силовым кабелям проложил «витую пару» и озаботился распаячными коробками для размещения Ардуин. В какой-то момент планирую запитать все Ардуины по разным углам квартиры по PoE от единственного качественного БП, через лишнюю пару проводников, но сейчас ограничился раздербаниванием старого заслуженного зарядного устройства Nokia на 5V и 300mA. Чтобы оно поместилось в распаячную коробку, переставил его из родного корпуса в коробочку из-под телефонной розетки, напаял выводы и зафиксировал термоклеем. Нагрев проверен, при малых нагрузках устройство остаётся полностью холодным:
Извлекаю из рамки за натяжным потолком вентилятор (модель не помню — какая-то самая бюджетная из «Леруа Мерлен») и проложенную к нему слаботочку (именно там не хватило последних 3м от бухты «витой пары» в 300м и пришлось применить телефонный кабель на 4 жилы):
Берём героя нашего обзора, проклеиваем щель между платой и датчиком, чтобы держался не только на паяных выводах. Подбираем винт для крепления (подошёл М3):
Сверлим в боку вентилятора дырку 3мм и фиксируем внутри вентканала у лопастей датчик. На кончики телефонного кабеля наживляем DuPont'овские коннекторы и изолируем их термоусадкой. Помня о том, что на сборку будет влиять вибрация мотора, фиксируем коннекторы на «ножках» датчика DHT22 лаком, им же покрываем дорожки, не защищённые маску платы. Результат — датчик надёжно зафиксирован, отлично обдувается, минимально мешает току воздуха. Лишнюю четвёртую жилу срезаем под корень (заземлять её было лень).
[Update: в комментариях справедливо заметили, что датчик нужно обернуть для защиты от пыли. Салфетка из нетканого материала отлично подойдёт.]
Поскольку телефонный кабель на срез оказался позорным (позорнее чем многие дешёвые китайские USB-кабели — оказывается, такое возможно!) сначала тестируем, «видит» ли Ардуина датчик. Берём первую попавшуюся UNO из ящика стола, наживляем на провод коннекторы, втыкаем в Ардуину. Питание подключаем к VCC и GND, сигнальную линию — к любому цифровому пину. Провода обжимал самым дешевым кримпером за 12 баксов — как бы не стращал уважаемый коллега yurok, результат получается достойный.
В Arduino версии 1.6.7 библиотека для работы с датчиком подключается из хранилища — её легко найти по ключевому слову «DHT22»:
Загружаем пример в Ардуину, открываем Serial monitor и с облегчением видим, что данные с датчика идут, даже по трём метрам дерьмового провода.
Закрываем дверь в ванную, включаем душ. Опытным путём устанавливаем, что влажность более 72% — это тот «порог», от которого надо включать принудительную вытяжку. Тогда же обращаем внимание, что цифры пусть и незначительно, но скачут. Становится понятно, что надо брать подряд несколько замеров и вычислять по ним «скользящее среднее».
Начинаем собирать конструкцию так, чтобы уместилась в распайку. Для управления вытяжкой берём небольшое реле из старых запасов.
Я решил просто клеить компоненты на внутреннюю сторону крышки распаячной коробки «жидкими гвоздями». Так и надёжнее, и проще, и обеспечивается изоляция контактов реле на нижней стороне платы. Управление возложил на Arduino Mini — сторублёвую плату не жалко замуровать в стену.
Очень советую все контакты и прочую полезную информацию писать маркером там же, на изнанке крышки. Через год вы без этого не вспомните, что куда цеплялось и почему.
Подключаем сборку к сети, не забыв обесточить нужную зону в распред.щитке. Паяные контакты, которые я выполнил из обрезков витой пары, фиксирую теми же «жидкими гвоздями», т.к. одножильные провода из меди Cat5 очень любят переламываться. Все силовые соединения делаем на клеммниках Wago.
Ардуину Мини подключаем к компьютеру через адаптер USB-TTL. Мне было лень паять пятый провод к линии DTR, поэтому просто зажимаем кнопку Reset на Ардуине пальцем, жмём Upload и затем отпускаем Reset.
Код (не бейте тапком)Логика работы простая — Ардуина делает замеры влажности и вычисляет среднее из последних десяти. Если влажность превышает порог, заданный переменной «treshold», вентилятор врубается.
Чтобы не дёргать мотор часто, вентилятор врубается минимум на 5 минут. Затем, вне зависимости от того, какая влажность достигнута, мы даём вентилятору 2 минуты на то, чтобы остыть. Затем очередь из измерений прочищается, Ардуина делает новые замеры и цикл повторяется.
Для финального испытания, чтобы не устраивать «баню» лишний раз, ставим treshold в 30%. Включаем воду и убеждаемся, что всё работает как надо. Как видите по скриншоту, как только скользящее среднее превысило порог, вентилятор включился:
Возвращаем «рабочее» значение влажности в 72%, отцепляем USB-TTL адаптер и аккуратно закрываем крышку. Убеждаемся, что светодиоды не просвечивают наружу и конструкция не даёт нагрева.
Собираем всё, подметаем, радуемся:
P.S. В процессе написания кода стало понятно, что понадобится его дорабатывать летом. По скриншотам видно, что благодаря полотенцесушителю в ванной у меня под 28С. Во время летнего отключения воды температура в ванной упадёт и это повлияет на расчёт относительной влажности датчиком. Надо будет посмотреть и, возможно, переработать логику.
P.P.S. В цепь к вентилятору стоило бы поставить плавкий предохранитель, но под рукой не оказалось подходящего под такой случай крепления «на кабель». Позже куплю и поставлю.
(Всё барахло, упомянутое в обзоре, куплено в разное время на свои кровные, почему-то «халявы» даже после пары десятков тысяч, оставленных на АлиЭкспрессе, не предлагают :)
Измеритель воздушного потока
Датчик массового расхода воздуха в автомобиле преобразует количество воздуха, всасываемого в двигатель, в сигнал напряжения для вычисления нагрузки на двигатель. Это необходимо, чтобы определить количество подаваемого в двигатель топлива, управлять углом опережения зажигания, и следовательно, крутящим моментом двигателя. Датчик расхода воздуха расположен непосредственно в потоке всасываемого воздуха, между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой, где он измеряет входящий воздух.
Основными компонентами датчика массового расхода воздуха являются термистор, нагреваемая платиновая нить и электронный блок управления. Термистор измеряет температуру поступающего воздуха.Температура платиновой нити поддерживается постоянной по отношению к термистору с помощью электронной схемы управления.
Увеличение потока воздуха приводит к быстрому уменьшению температуры нити и электронный блок компенсирует это снижение температуры увеличением тока через нить.
Схема электронного контроля одновременно измеряет ток и преобразует его в пропорциональный сигнал напряжения.
Измеренная электрическая величина пропорциональна скорости ветра.Это основной принцип, делающий функционирование датчика таким же, как в традиционной технике.
Такой подход дает лучшие результаты при измерении низких и средних скоростей ветра.
Метод также предпочтителен при измерении потока воздуха в помещениях, где будут неэффективны традиционные вращающиеся лопасти, применяемые на метеостанциях.
Датчик ветра включает в себя небольшой подстроечный резистор (R9), который используется для калибровки сенсора на значение “нулевого ветра”.При калибровке просто надо прикрыть сенсор (например-стаканом), чтобы избежать любого движения воздуха и установить желаемый нулевой уровень. ”Модерн Девайс” грубо калибрует датчик на выходное напряжение 0.5Вольт при нулевом ветре (при напряжении питания 6Вольт), но вы можете установить другое значение.
Более низкое калибровочное значение (например-0.2Вольт) немного увеличит чувствительность на высоких значениях измеряемого диапазона. Заметим, что при изменении величины питающего напряжения, требуется новая калибровка.
ВНИМАНИЕ. не использовать напряжение питания выше 10 Вольт!
Рекомендуется использовать только хорошие стабилизированные источники питания.
Схема датчика ветра, который применяется в новом девайсе.
Значение контактов
• + V источник питания (от 5 до 10Вольт)-если хотите получить наилучший результат, то желательно чтобы напряжение регулировалась.
• Ground: Земля (0Вольт).
• Out: Выходное напряжение. Это напряжение умножается на 3 на RV и подстраивается потенциометром. Это выходное напряжение подвергается влиянию изменения температуры окружающей среды, особенно, при больших отклонениях температуры от той, при которой происходила калибровка. Чувствительность этого выхода может быть изменена путем подбора резистора R11 (4.3K). Высокая чувствительность позволит уменьшить эффект насыщения датчика с изменением температуры окружающей среды.
• RV: Петля цикла напряжения. Напряжение не будет опускаться ниже примерно 1,8 вольт при комнатной температуре. Это напряжение не зависит от потенциометра калибровки. Выходной сигнал датчика имеет логарифмическую характеристику, что означает, что датчик может захватить очень небольшие движения воздуха в нижнем конце диапазона, но и не насыщается при полной мощности, пока поток воздуха не достигнет примерно 60 миль в час.
• TMP: Температурный выход. Это просто делитель напряжения между резистором и терморезистором. Делитель выдает около 2,8 Вольт при комнатной температуре, это значение опустится при повышении температуры и увеличится при более низких температурах.
Характеристики:
Читайте также: