Вентиляция и климат контроль в доме
Автоматизированные системы вентиляции
Ни для кого не секрет, что обеспечение нормального воздухообмена в помещениях – это жизненная необходимость. Данное утверждение справедливо ко всем без исключения постройкам, где человек осуществляет жизнедеятельность. Особенно, если речь заходит о жилом пространстве, где мы проводим большую часть времени. Еще совсем недавно, буквально 10-15 лет назад, наличие в квартире или жилом доме вытяжки в кухне или санузле можно было считать полноценной вентиляцией. Но вытяжка – это только одна сторона воздушного потока, откуда же брался приток? Все достаточно просто: воздух поступал с улицы через открытые форточки, щели в окнах и негерметичные стены. То есть все то, что у нас концептуально называют «дышащим домом». Потери тепла, при этом, перекрывались избыточной мощностью отопительных систем, ведь воздух поступал в помещение, имея уличную температуру.
Постоянный рост цен на энергоносители привел к устойчивой тенденции, выражающейся в повышенном спросе на энергоэффективные дома, т.е. дома с низким удельным расходом тепловой энергии. Потребитель начал осознавать, что лучше создать герметичный контур здания, чем «топить улицу» и переплачивать за систему отопления, закладывая большую мощность оборудования.
Одним из основополагающих принципов энергоэффективного жилья является организация приточно-вытяжной или принудительной вентиляции с рекуперацией тепла. Хотя слово «рекуператор» сегодня известно большинству обывателей, тем не менее, данная тема вызывает большое количество вопросов и бурные дискуссии у нас на портале. В нашей сегодняшней статье в рамках курса Академии FORUMHOUSE «Вентиляция и системы вентиляции (дома, квартиры, бассейны)» мы совместно со специалистами компании «Турков» - отечественного разработчика и производителя климатической техники подробно разберем, что собой представляют автоматизированные системы вентиляции и каковы их возможности, а также доступным языком расскажем о принципах и особенностях работы данного оборудования.
Содержание
- Выбор оборудования: базовые принципы и функционал
- Инверторное управление встроенным нагревателем
- VAV-система. Автоматическое регулирование давления в воздушном канале
- Управление вентиляцией по датчику СО2
- Дополнительные опции: подключение охладителей и увлажнителей воздуха
- Интеграция с системами «умный дом» и самодиагностика оборудования
Выбор оборудования: базовые принципы и функционал
Для непосвященного человека самостоятельный выбор системы принудительной вентиляции – задача непростая. Для того, чтобы ее решить, владельцу дома предстоит проштудировать большое количество специальной литературы, изучить физику воздушных потоков, ознакомиться с нормативами СанПИН, а также произвести достаточно большое количество расчетов. При этом необходимо иметь в виду, что для достижения максимальной эффективности приточно-вытяжной вентиляции одного лишь рекуператора недостаточно. Система должна быть оснащена надежной и чувствительной автоматикой, а также, в зависимости от индивидуальных условий эксплуатации и климатических особенностей региона, укомплектована дополнительными нагревателями, охладителями, увлажнителями приточного воздуха и т.д. И, что крайне важно, такая система должна работать автономно, без постоянного участия человека.
Уже только эта информация дает исчерпывающий ответ на один из самых популярных вопросов: «можно ли собрать автоматизированную систему вентиляции самостоятельно, конкретно под свой дом?» В принципе да, говорят специалисты, если процесс сборки вас интересует больше, чем результат, поскольку обеспечить хороший результат без должного опыта в кустарных условиях вряд ли удастся.
Приступая к выбору системы принудительной вентиляции, домовладельцу следует учитывать не только большое число различных параметров, но и принимать во внимание бытовые ситуации.
Основными критериями, определяющими эффективность климатического оборудования, является снижение прямых теплопотерь дома, выражающееся в передаче тепла, от отработанного воздуха приточному, равно как и точный подбор и соблюдение рабочих параметров системы, а также ее автономность.
Главным расчетным значением принудительной вентиляционной установки является объем воздуха, который должен поступать в помещение в течение одного часа. Тут необходимо понимать, что в отличие от систем отопления, расчет мощности вентиляционного оборудования осуществляется не по площади дома или кубатуре комнат, а с учетом назначения каждого помещения и частоты присутствия в нем людей. Например, для спальни достаточным будет обеспечить воздухообмен в объеме 60-80 кубометров в час на одну комнату. Для большого помещения столовой, гостиной (совмещенной кухни-гостиной) потребуется уже 120-150 м3/час. Исходя из этих параметров определяется общая производительность установки.
Далее решается вопрос с догревом входящего воздушного потока и оснащением устройства нагревателем соответствующей мощности.
Традиционно рекуператоры требуют догрева воздуха до заданной температуры ввиду того, что их КПД в среднем составляет около 80%. Много это или мало? Давайте представим ситуацию. Небольшой дом жилой площадью 110-120 квадратных метров – это примерно 300 кубов воздуха. Для поддержания комфортной стабильной температуры при нормальном воздухообмене требуется приблизительно 4,5 квт тепловой энергии, которую дополнительно должна вырабатывать отопительная система. Если же мы имеем дело с рекуператором, то 80% этой энергии он будет отбирать у исходящего воздушного потока, передавая его входящему, оставшиеся 20% будут сниматься с нагревательного элемента непосредственно в установке.
В зависимости от индивидуальных условий жилища рекуператоры оснащаются либо водяными, либо электрическими нагревательными элементом. Это дополнительное оборудование, требующее управления и контроля. Сегодня нагреватели с внешним управлением или работающие в формате вкл/выкл, в климатическом оборудовании уже не применяются, они безнадежно устарели. Современное оборудование оснащается системой управления, которая плавно регулирует мощность нагревателя, и точно поддерживает температуру подаваемого воздуха. При этом все необходимые настройки уже прописаны в заводских условиях, а пользователь лишь задает желаемую температуру воздуха через пульт управления.
Помимо нагревателя, который традиционно является штатным элементом заводского моноблока, вентиляционное оборудование может оснащаться дополнительными системами. Например, для эксплуатации в условиях крайнего севера, жарких регионов или морского побережья. В этом случае установка увлажнителей или охладителей приточного воздуха может существенно повысить комфорт жилого дома.
Инверторное управление встроенным нагревателем
Как уже отмечалось выше, в современных вентиляционных установках применяются датчики температуры, регулирующие включение встроенного нагревателя для догрева входящего воздушного потока. Тенденция к энергосбережению диктует свои правила, поэтому сегодня наиболее передовым является инверторное управление нагревателем с использованием PID-регуляторов. Что это такое?
В обогревателях работа инвертора привязана к контролю температуры подаваемого воздуха независимо от внешних изменений (уровень воздухообмена, уличная температура). В чем его отличие от on/off систем? Простой нагреватель при срабатывании датчика включается на полную мощность и нагревает воздух до заданного значения. Когда температура превышает показатель термодатчика, нагреватель отключается, и температура подаваемого воздуха постепенно опускается, спустя некоторое время обогреватель снова включается. В результате мы имеем явные скачки энергопотребления в сети, повышенную нагрузку на нагревательный элемент, и что самое неприятное: колебание температуры подаваемого воздуха с очень большим диапазоном в 3 до 5 градусов, что крайне некомфортно.
Инверторное управление подразумевает установку в системе PID-регулятора (Пропорционально-интегрально-дифференцирующий). Это устройство используется в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимой точности нагрева. PID-регулятор является частью автоматики. Система самостоятельно определяет сколько времени нужно держать обогреватель включённым, чтобы он обеспечивал заданную температуру с наименьшими колебаниям. Обычно амплитуда находится в диапазоне 0,2-0,5 градуса.
К безусловным преимуществам инверторного управления встроенным нагревателем относятся:
- максимально точное соответствие заданной температуре воздуха;
- высокий уровень надежности и безопасности системы.
VAV-система. Автоматическое регулирование давления в воздушном канале
Когда заказчик определился с требуемой мощностью установки, а также с необходимостью дообрудования устройства нагревательным элементом, возникает вполне логичный вопрос: как управлять воздушным потоком? Иными словами, какой смысл поддерживать воздухообмен в помещении, в котором в данный момент никого нет, либо наоборот, как его повысить, когда все собрались в одной комнате? Для этих целей принудительные вентиляционные установки оснащаются VAV-системами (Variable Air Volume) с переменным расходом воздуха.
VAV-вентиляция представляет собой энергоэффективную систему с автоматическим поддержанием постоянного давления в воздушном канале. Основное ее назначение – это снижение эксплуатационных расходов и компенсация загрязнения фильтров.
Начнем с эксплуатационных расходов. Система сама регулирует мощность и объем подачи воздуха только в те помещения, где в данный момент находятся люди. Вентиляционные каналы при этом оснащаются клапанами с возвратной пружиной либо пропорциональными клапанами в зависимости от выбранного способа управления.
Существует несколько вариантов управления VAV-системами:
1. Управление от бытового выключателя. Например, человек заходит и нажимает клавишу выключателя, это приводит к полному открытию клапана и вентиляция помещения производится в полном объеме – это не самый экономичный, но самый бюджетный и понятный способ управления.
2. Управление от кругового регулятора. В этом случае применяется пропорциональный клапан, но объем подаваемого воздуха можно регулировать от 0 до 100%
3. Управление по датчику присутствия. Также как и в первом варианте, датчик срабатывает на посещение помещения жильцом и открывает возвратный клапан на полную мощность.
4. Управление по датчику СО2 – это самый энергоэффективный и не требующий вмешательства человека вариант управления вентиляцией. Система включается самостоятельно только тогда, когда она действительно нужна и подает воздух в том объеме, который необходим.
Второй основной функцией VAV-системы является компенсация загрязнения фильтров. Не секрет, что в процессе эксплуатации фильтры в системе вентиляции постепенно загрязняются, тем самым снижается их пропускная способность и, как следствие, уменьшается объем подаваемого воздуха. Автоматика по датчику давления, подключаемому к контроллеру, распознает давление в канале и автоматически выравнивает его, увеличивая или уменьшая скорость работы приточного и вытяжного вентиляторов.
Управление вентиляцией по датчику СО2
Рассмотрим более подробно вариант с оснащением системы вентиляции датчиками СО2. Это наиболее правильный и энергоэффективный метод регулирования воздухообмена.
В замкнутом помещении человек активно потребляет кислород, выдыхая при этом большое количество углекислого газа. При отсутствии системы вентиляции или ее недостаточности, процентное содержание СО2 в воздушной смеси постепенно повышается, и человек начинает ощущать нехватку воздуха, усталость и сонливость. Длительное пребывание в помещениях с высокой концентрацией СО2 приводит к негативным последствиям: общее ухудшение самочувствия, снижение работоспособности, головные боли и т.д.
Детектор СО2 с максимальной точностью контролирует уровень углекислого газа в помещениях в автоматическом режиме. Будучи подключенным к контроллеру, он не требует дополнительной калибровки или настройки.
Датчик СО2 устанавливается в вытяжном канале и автоматически мониторит уровень углекислого газа в воздушной смеси в помещении. Автоматика распознает сигналы датчика и автоматически поддерживает оптимальный уровень СО2 путем увеличения или уменьшения оборотов вентилятора. При этом, приточный и вытяжной вентиляторы работают синхронно, об этом тоже заботится автоматика. Диапазон регулирования вентиляторов от 30 до 100%. То есть, если, например в спальне в течение дня нет никакой активности, а показатели СО2 стабильны, система уменьшает подачу воздуха в помещение.
При организации системы вентиляции жилого дома, в котором несколько помещений, то есть несколько изолированных объемов воздуха, соответствующий датчик устанавливается в вытяжном канале для каждой комнаты или на стену в каждой комнате. Кроме того, каждое помещение оснащается пропорциональным клапаном на приточном канале и аналогичным клапаном на вытяжном канале. При появлении в помещении человека, датчиком СО2 будет регистрироваться повышение уровня углекислого газа. Пропорциональный клапан с электроприводом будет регулировать воздухообмен на основании показаний именно датчика своей комнаты. Такой вариант управления позволит максимально точно поддерживать качество воздуха в помещении, не позволяя появиться чувству нехватки воздуха, и не создавая излишнего воздухообмена, тем самым экономя электроэнергию.
Дополнительные опции: подключение охладителей и увлажнителей воздуха
Подключение охладителей входящего воздушного потока является одной из дополнительных опций автоматизированных систем вентиляции. Подобное оборудование весьма актуально в летний период, особенно в условиях жаркого климата. Охладитель позволяет снизить температуру приточного воздуха на определенную дельту, как правило – это 10-15 градусов. Одним из самых распространенных способов решения данного вопроса является подключение к системе принудительной вентиляции всем известного фреонового компрессорно-конденсаторного блока (ККБ), которыми оснащаются обычные бытовые кондиционеры.
В этом случае к контроллеру подключается датчик температуры вытяжного воздуха, который монтируется либо в вытяжном канале, либо в помещении. Требуемая температура в помещении задается посредством пульта, и по достижении порогового значения автоматика подключает охладитель.
Важно понимать, что охлаждение в системе вентиляции и кондиционирование воздуха в помещениях – это две разные вещи. Охладитель значительно меньше по мощности (имеется в виду холодильная мощность) нежели кондиционер в каждом отдельном помещении. Централизованное охлаждение позволяет снизить температуру подаваемого воздуха, на 10-15 градусов, и каждый раз это новый воздух, поступающий извне.
Здесь, для расчета эффективности большое значение имеют различные теплопритоки: окна, двери, теплоизоляция стен и т.д. Кондиционер же работает с одним и тем же изолированным объемом воздуха при аналогичной мощности ККБ, поэтому он позволяет понизить температуру на большее значение. Однако в большинстве случаев охладителя, подключенного к системе вентиляции, бывает достаточно для поддержания комфортной температуры.
Часто возникает вопрос: можно ли совмещать вентиляцию и кондиционирование, то есть, можно ли включать вентиляцию при работе кондиционеров и наоборот? Как при этом учитывать результирующее действие кондиционера? Безусловно, это возможно, при этом ничего специально учитывать не требуется – то тепло, которое приносит принудительная установка в помещение, для бытовых кондиционеров не является проблемой.
Помимо ККБ охлаждение воздуха также можно организовать при помощи водяного охлаждения от чиллера или при помощи геотермального контура.
Еще одним важнейшим показателем комфорта в помещениях является влажность. Упрощенно, физика данного процесса такова, что чем выше воздухообмен, тем ниже показатель влажности. В квартирах и домах с естественной вентиляцией – это не так заметно, поскольку там воздухообмен происходит достаточно медленно. Чтобы поддерживать нормальный уровень влажности достаточно использовать бытовой увлажнитель.
Но когда речь заходит о приточно-вытяжных системах вентиляции, то при их использовании процесс вымывания влаги идет очень активно и без дополнительного увлажнения входящего воздушного потока не обойтись.
На сегодняшний день одним из самых эффективных способов решения данной проблемы является использование в системах принудительной вентиляции энтальпийных рекуператоров. Данный тип рекуператора осуществляет передачу не только тепла, но и влаги от отработанного воздуха приточному. Благодаря этому поступающий с улицы сухой воздух увлажняется до приемлемого уровня, а выбрасываемый наружу, наоборот освобождается от излишней влаги, что позволяет эксплуатировать установку даже при температуре уличного воздуха до -40 С°. При этом на пластинах рекуператора не выпадает конденсат, что избавляет пользователя от необходимости заниматься устройством дополнительного дренажа. Энтальпийный рекуператор позволяет вернуть до 50% влаги в помещение. Влага передается в приточный воздух только за счет диффузии через полимерную мембрану, поэтому процесс может происходить даже при сверхнизких температурах.
В целом, энтальпийный рекуператор позволяет поддерживать приемлемый уровень влажности в помещениях без установки дополнительного оборудования. Однако при необходимости система принудительной вентиляции может доукомплектовываться канальным увлажнителем для обеспечения наилучшего комфорта.
Интеграция с системами «умный дом» и самодиагностика оборудования
Сама по себе автоматизированная приточно-вытяжная вентиляция, укомплектованная указанным выше оборудованием и датчиками, подключёнными к контроллеру, оборудованная пультом управления, уже является своего рода умной климатической системой. Однако если вы сторонник технологического прогресса и хотите оснастить свое жилье системой «умный дом», то она прекрасно будет коммуницировать с автоматизированной системой вентиляции.
Подключение к «умному дому» происходит через пульт управления по протоколу Modbus. Управление воздухораспределением и прочими функциями может осуществляться как через датчики с помощью программы управления, так и пользователем с центрального пульта или приложения в телефоне.
Справка:
Протокол Modbus — самый распространенный промышленный протокол для M2M (Machine-to-machine)-взаимодействия. Де-факто является стандартом и поддерживается почти всеми производителями современного промышленного оборудования. Благодаря универсальности и открытости, стандарт позволяет интегрировать оборудование разных производителей.
Помимо всего перечисленного современное автоматизированное вентиляционное оборудование оснащается системами самодиагностики, которые позволяют обнаружить неисправность в работе компонентов. Автоматика отслеживает все ошибки, в случае необходимости останавливает работу оборудования и отображает на пульте или в приложении в смартфоне пользователя соответствующую ошибку.
Названные системы не только позволяют минимизировать участие человека в управлении оборудованием, но и значительно снижают эксплуатационные расходы, а также значительно улучшают качество работы вентиляционной системы. Автоматика имеет заводскую настройку и подключена ко всем исполнительным механизмам установки.
Современные автоматизированные системы вентиляции представляют собой весьма сложный комплекс оборудования, датчиков и программного обеспечения, поэтому доверяйте свой выбор профессионалам.
«Грей, дуй, охлаждай…», или логика управления климатом в умном доме
Для начала пару слов об объекте, который предстоит оснастить системами автоматизации. Это небольшой многоквартирный дом, каждая квартира которого оснащается независимыми системами кондиционирования, вентиляции, отопления и теплого пола.
В качестве основных требований заказчик отметил: единый интерфейс для управления всеми системами умного дома, ограниченный бюджет и минимальное количество дополнительной проводки. После небольшого исследования рынка систем автоматизации мы остановились на решении от Fibaro, так как основные преимущества этого решения практически идеально повторяют наши условия.
В этой статье мы опишем процесс создания подобия HVAC системы для квартиры на базе протокола Z-Wave. Надеемся получить кучу замечаний от сообщества, чтобы довести наше решение до съедобного состояния. Если ожидаемый результат будет достигнут, то мы с удовольствием продолжим этот цикл другими публикациями, в которых будем делиться своим опытом использования Z-Wave устройств.
Итак, опишем исходные данные и условия функционирования нашей системы.
В первую очередь мы задались вопросом, что будет управлять всеми системами. В качестве головного устройства мы остановились на контроллере Home Center 2. Изначально планировалось создать сеть из пяти контроллеров и организовать систему таким образом, чтобы один контроллер управлял всеми квартирами на одном этаже здания. Но вскоре выяснилось, что таким образом построить систему не получится, так как у HC2 есть ограничение на количество подключенных z-wave устройств, а объединение контроллеров в одну сеть дает только расширение зоны действия z-wave сети, но не увеличивает предельно допустимое количество подключенных устройств. Одновременно к одному контроллеру можно подключить не больше 230 устройств. Соответственно, к пяти контроллерам, объединенным в единую сеть, по-прежнему можно подключить лишь 230 устройств. Поэтому нам пришлось увеличить количество контроллеров в проекте в два раза и отказаться от объединения их в единую сеть. Теперь один HC2 будет работать на 4-5 квартир, что дает нам возможность использовать от 46 до 57 z-wave устройств в каждой квартире.
После того, как мы определились с главным контроллером, встал вопрос, какие данные необходимо собирать, и как это делать. Для управления климатом необходимо знать текущее положение дел в квартире, а именно: температуру внутри и снаружи помещения, влажность, уровень CO2, положение окон и дверей, наличие жильцов дома. Поскольку бюджет проекта ограничен, мы отказались от мониторинга влажности и уровня CO2.
Для мониторинга температуры внутри помещения многие z-wave устройства содержат встроенные датчики температуры, дополняющие основной функционал устройства. И, конечно же, существуют датчики температуры в отдельном исполнении. Согласно нашему проекту, в каждой квартире будет примерно 35 устройств, которые так или иначе будут показывать значение температуры. Это три датчика протечки FIB_FGFS-101, три IR преобразователя REM_ZXT120, термостат RS 014G0160, датчики движения, и по три датчика температуры DS 18B20 на каждый контур теплого пола и контур системы отопления. Мониторинг температуры контура теплого пола необходим в первую очередь для того, чтобы не допустить перегрева паркета, т.к. максимально допустимая температура паркета не превышает 27 градусов.
Контроль температуры для защиты паркета от перегрева
Поскольку все эти значения температуры могут достаточно серьезно отличаться друг от друга, в зависимости от того, где устройство установлено – для определения температуры в помещении мы будем высчитывать среднее значение по всем показателям из данного помещения.
Для определения температуры снаружи помещения существуют два варианта. В HC2 есть функция получения прогноза погоды для города, который задается при первоначальной настройке контроллера. Однако такой метод определения температуры не отличается приемлемой точностью, поэтому мы для этих целей будем использовать несколько датчиков DS 18B20, установленных на внешнем фасаде здания. При этом следует учесть, что датчики нужно располагать не напрямую на фасаде и избегать попадания на них прямых солнечных лучей.
В любом умном доме одной из главных целей его создания является снижение затрат на обогрев и охлаждение помещений, поэтому очень важным становится понимание текущего положения окон и дверей. Для того чтобы отключать отопление и кондиционирование, если открыто окно или дверь, мы будем использовать обычные магнитно-контактные датчики, а для их интеграции в сеть z-wave они будут подключены к универсальным бинарным датчикам FIB_FGBS-001.
Подключение датчиков температуры DS18B20
Для определения наличия жильцов дома мы создали виртуальное устройство, которое представляет собой кнопку. При нажатии на эту кнопку пользователь сообщает системе, что дома никого нет.
Виртуальное устройство — кнопки включения режимов дом/работа
Когда в систему поступает сигнал, что дома никого нет, контроллер отключает все системы HVAC и переходит в режим энергосбережения до тех пор, пока пользователь не соберется домой. Находясь в режиме энергосбережения, система продолжает контролировать температуру, и не допустит переохлаждения помещений и снижения температуры ниже отметки в 18 градусов.
Еще один немаловажный элемент управления климатом в жилом помещении это уставка температуры. В нашем решении пользователи смогут изменять ее двумя способами. С помощью настенного термостата или при помощи специально созданного виртуального устройства используя смартфон или планшет.
Разобравшись с мониторингом текущего состояния микроклимата в квартире, мы перешли к изучению непосредственно тех устройств, которыми нам предстояло управлять.
Каждая квартира будет оборудована 3 кондиционерами производства Mitsubishi Еlectric. Управление ими планируется осуществлять при помощи IR преобразователей REM_ZXT120. Эти устройства имеют предустановленные настройки для управления наиболее распространенными моделями кондиционеров от ведущих производителей, а так возможность обучения IR командам с пульта дистанционного управления.
Помимо кондиционеров каждая квартира будет оснащена независимой системой приточно-вытяжной вентиляции, и управление ей будет организовано с использованием двухканальных реле FIB_FGS-222.
Также во всех квартирах будут установлены семь контуров теплого пола и один контур центрального отопления. Каждый контур оснащается трехпозиционным клапаном с сервоприводом. Управляется при помощи RGBW модуля FIB_FGRGB-101.
После подбора и изучения всего необходимого оборудования нашей следующей задачей стала разработка наиболее эффективного и самодостаточного алгоритма управления климатом.
На блок-схеме приведен алгоритм, который представляет собой основную логику работы всей системы управления HVAC.
Получившийся алгоритм реализован в виде одного главного скрипта и нескольких вспомогательных. В НС2 эти скрипты называются сценами и пишутся на lua.
Для того чтобы не сильно загружать контроллер, сцены запускаются только при срабатывании так называемых триггеров.
Для основной сцены в качестве триггеров выступают следующие события:
- один из показателей температуры изменится более чем на один градус
- пользователь изменил уставку температуры
- пользователь включил/выключил режим на работе
- окно или дверь (на лоджию или входная) были открыты/закрыты
Как видно из кода основной сцены, в своей работе она использует глобальные переменные:
- Workmode //режим на работе
- TempSet //температура уставки
- WinStatus //открыты ли окна и двери на лоджию (нужны для ограничения работы кондиционеров)
- CHeating //включено ли центральное отопление
Так как для комфорта очень важно чтобы воздух в квартире был свежий, мы решили, что будет правильно сделать систему принудительного проветривания помещений через приточно-вытяжную вентиляцию. Если в течение последних трех часов вентиляция не работала, то автоматически запустится сценарий проветривания помещения длительностью 15 минут. Принудительное проветривание не осуществляется если включен режим «на работе».
Микроклимат в доме: параметры, требования и контроль
Микроклимат в доме: параметры, требования и контроль
Что такое микроклимат
Существует межгосударственный стандарт ГОСТ 30494-2011, устанавливающий строительные требования к микроклимату общественных и жилых зданий. Этот ГОСТ определяет микроклимат помещения как «состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека». Внутренняя среда – это, по большей части, воздух внутри помещения. Недаром далее следует уточнение, что микроклимат помещения характеризуется в основном температурой, влажностью и подвижностью воздуха.
Микроклимат, в самом деле, оказывает прямое воздействие на человека. Если он хороший («оптимальный», как выражается строгий ГОСТ), то человек испытывает ощущение комфорта, а организм не тратит силы на адаптацию к внешним условиям. Например, хороший микроклимат исключает жару, при которой человеческому телу пришлось бы активизировать механизмы теплорегуляции.
Микроклимат жилых и общественных зданий складывается из многих параметров, но первоочередными будут:
- Температура воздуха;
- Влажность воздуха;
- Чистота воздуха;
- Свежесть воздуха.
Все эти параметры микроклимата в помещениях можно не только измерять, но и регулировать при помощи климатической техники. Поговорим подробнее о каждом.
Температура воздуха
Требования. Все тот же ГОСТ для микроклимата нормирует температуру воздуха в помещениях. В теплый период рекомендуется диапазон 22–25°С. В холодное время года чуть ниже: 20–23°С для жилых комнат, 24–26°С для ванной, 23–24°С для детских и около 20°С для всех остальных помещений. Подробнее мы писали об этом здесь.
Кстати, кроме указанного ГОСТа, существует еще СанПиН 2.1.2.2645-10. Он устанавливает гигиенические требования к микроклимату помещений. Однако нормы температуры и влажности воздуха в этих документах полностью совпадают.
Измерения. Температура измеряется при помощи термометра или датчиков в специализированных устройствах, таких как базовая станция системы умного микроклимата MagicAir.
Регуляция. Если температура ниже комфортной, то понадобится обогреватель. А если батареи, наоборот, топят слишком сильно, то Вам пригодится терморегулятор, благодаря которому температуру в комнате можно существенно снизить. В летнее время охладить комнату можно кондиционером. Кстати, кондиционер с функцией обогрева заменит обогреватель зимой.
Влажность воздуха
Требования. Рекомендуемая для человека влажность – 40-60%. Превышение этой отметки – уже сырость, которая чревата порчей имущества и появлением плесени. Влажность ниже указанной может негативно воздействовать на самочувствие: Вы можете почувствовать сухость в горле, глазах. Кожа тоже может пересохнуть и загрубеть – в первую очередь, это касается кожи лица и рук.
Кстати, упомянутые ГОСТ и СанПиН для микроклимата помещений указывают другие цифры оптимальной влажности: 30-45% зимой и 30-60% летом. Однако далеко не каждый при таких показателях будет чувствовать себя комфортно. Между прочим, дети нуждаются в более влажном воздухе, чем взрослые.
Измерения. Влажность можно измерить бытовым гигрометром, домашней метеостанцией или многофункциональным устройством MagicAir (которое заслуживает отдельного разговора – он будет ниже).
Регуляция. С низкой влажностью борются при помощи увлажнителя. Высокую влажность победить сложнее, но вполне реально. Понадобится устранить протечки, утеплить промерзающие конструкции и – пожалуй, самое главное – наладить вентиляцию (подробнее можно почитать здесь).
Чистота воздуха
Требования. Воздух в квартире содержит загрязнения из различных источников. Во-первых, это частицы, поступающие в помещение снаружи – через открытые окна или систему вентиляции без очистки. Это может быть как пыль и пыльца, так и выхлопные газы и заводские выбросы. Во-вторых, это испарения от мебели, отделочных материалов, предметов. Нередко в воздухе квартир можно обнаружить формальдегид. В-третьих, это биологические загрязнения от людей – так называемые антропотоксины. Организм человека выделяет ацетон, аммиак, фенолы, амины, углекислый газ CO2.
Разумеется, приведенные категории загрязнителей отличаются по степени опасности. Скажем, концентрированные выбросы сероводорода с соседнего завода причинят больше вреда, чем любой из антропотоксинов. В любом случае, хороший микроклимат в квартире подразумевает минимальное содержание загрязнителей в воздухе.
Измерения. Глубокий анализ состава и чистоты воздуха в квартире невозможен без специального оборудования. Такой анализ может провести химическая лаборатория. Косвенным показателем чистоты воздуха служит концентрация СО2. Чем она выше, тем хуже вентиляция. А чем хуже вентиляция, тем больше загрязнений накапливается в воздухе квартиры.
Регуляция. Очищать воздух можно при помощи приточной вентиляции с фильтрацией, например, компактного бризера. Его фильтры задерживают как частицы пыли, пыльцу, микроорганизмы, газы и запахи. Бризер может также работать в качестве очистителя воздуха – фильтровать загрязнения, источники которых находятся не снаружи, а внутри квартиры. Или можно использовать бризер в паре с очистителем-обеззараживателем воздуха, который не просто удерживает инфекции и вирусы, но и уничтожает их, тем самым снижая риск заболеть.
Свежесть воздуха
Требования. На свежесть воздуха напрямую указывает содержание углекислого газа, которое измеряется в единицах ppm. Как и в случае с влажностью, требования ГОСТа и рекомендации физиологов касательно оптимальной концентрации СО2 значительно расходятся. ГОСТ «Параметры микроклимата» считает приемлемым уровнем 800 – 1 400 ppm, а врачи рекомендуют поддерживать около 800 ppm. На этой отметке большинство людей чувствуют себя комфортно. С ростом уровня CO2 появляется ощущение духоты, вялость, усталость, снижается концентрация и работоспособность.
Измерения. Уровень CO2 измеряется датчиками. Такой есть, например, в базовой станции MagicAir.
Регуляция. Свежесть воздуха зависит от качества работы вентиляции. Необходимо обеспечить постоянный приток свежего воздуха с улицы и вытяжку душного воздуха, наполненного углекислым газом и загрязнениями. Правильная вентиляция решает сразу несколько задач: обеспечивает Вас свежим воздухом, устраняет загрязнения из квартиры, помогает регулировать влажность.
В пункте выше мы уже сказали несколько слов о компактном вентиляционном устройстве – бризере. Так вот, его основная функция – обеспечить приток воздуха. Бризер подает воздух на 4-5 человек, при этом очищая и подогревая его при необходимости.
Для оттока воздуха служит вытяжка в кухне, ванной, санузле. Если хочется ее усилить, то стоит подобрать вытяжной вентилятор.
Управление микроклиматом
С требованиями к микроклимату разобрались, с перечнем климатической техники тоже. Осталось только разобраться с тем, как всем этим перечнем управлять.
Для тех, кто комфортный микроклимат хочет, а непрерывно мониторить показатели и вручную регулировать работу техники – не хочет, есть два варианта.
Первый – система «умного дома», в которую будут входить датчики и управляющее устройство для контроля и регуляции «погоды в доме». Второй – автономная система управления микроклиматом, которая не нуждается в алгоритмах и дорогостоящем оборудовании «умного дома».
Не раз упомянутая базовая станция MagicAir является частью как раз такой автономной системы. Причем центральной частью. Она измеряет основные параметры микроклимата в доме: температуру, влажность и уровень СО2 (т.е. свежесть и в некоторой степени чистоту воздуха). Если эти параметры некомфортны, то пользователь может зайти в мобильное приложение и парой касаний задать желаемые показатели. Базовая станция будет управлять климатической техникой и поддерживать требуемое качество микроклимата. Сейчас базовая станция работает с бризерами. В конце февраля 2017 года мы презентовали устройство связи между базовой станцией и кондиционерами – ИК-модуль. Скоро оно поступит в продажу.
Микроклимат – это и сложно, и просто одновременно. Параметров много, и все они взаимосвязаны. Но современная техника дает возможность создать в квартире свою «климатическую зону» с идеальными условиями.
Система умного дома: управление климатом
Более 50 лет назад в сознании фантастов сформировалась идея дома, который сам заботится о своем хозяине и управляется автоматически. Сейчас умные дома – это реальность. И, пожалуй, первое, что человек настраивает в своем доме под себя – это атмосферу. В общем систему управления климатом в умном доме можно разделить на три блока: вентиляцию, кондиционирование и отопление. Существуют два подхода к «апдейту» микроклимата: рассмотрим оба.
Индуктивный подход
Такой способ «интеллектуализации» предполагает отдельную модернизацию каждого направления с созданием индивидуальных алгоритмов работы для тепла, холода и подачи воздуха. От частей – к целому.
Вентиляция
Прежде чем учить вентиляцию новым трюкам, стоит озадачиться ее качеством в общем. Стандартная вытяжка, расположенная в большей части городских квартир, к обучению, к сожалению, не пригодна, так как работает только на вывод отработанного воздуха.Tion работает над решением этой задачи, мы разрабатываем простое и эффективное решение по автоматизации вытяжки. Однако сейчас система умного дома может интегрироваться в существующую вентиляцию, если она установлена. Существующие на рынке решения выглядят следующим образом: Вы можете внедрить «умный» шлюз для соединения с интерфейсом (средняя цена шлюза – несколько сотен евро) или заменить управляющий контроллер на датчик умного дома. Первое решение предполагает капитальные изменения, второе обойдется мелким ремонтом. В дальнейшем предполагается занесение пользователем в интерфейс желаемых параметров воздуха и автоматическое их поддержание, либо возможность дистанционного включения и отключения устройств.
Кондиционирование
Система охлаждения стандартно внедряется в вентиляцию, присоединяя к воздушному каналу охлаждающее оборудование. Для ее внедрения необходима и сама качественная вентиляция, и дополнительное место в стенах или над потолком – для установки охлаждающих автоматов.
Отопление
В принципе, схема интеграции в систему отопления сходна с вентиляцией. На стадии ремонта либо постройки дома возможно заложить общий «интеллект» для всей отопительной системы либо оснастить датчиками уже существующую. В большинстве случаев, система управляется с настенной панели-термостата (цифровой или механической) и позволяет выставлять желаемую температуру. Наиболее прогрессивные решения перенесли интерфейс управления в смартфон.
Дедуктивный подход
Система управления климатом в умном доме может быть и совершенно иной – простой и понятной, а ее установка не потребует снесения стен и выселения соседей. Дедуктивный принцип позволяет посмотреть на ситуацию с другой стороны и управлять климатом исходя из состояния помещения, а не настроек работы конкретного оборудования
Аналитика и сбор данных
Система управления климатом в доме основана на одной станции, которая с помощью встроенных датчиков собирает данные о состоянии базовых параметров атмосферы в доме – уровне углекислого газа, температуры и влажности. Все данные передаются на облачный сервер, и посмотреть их можно как на планшете или компьютере в веб-интерфейсе, так и в приложении на смартфоне. Таким образом, станет понятно, жарко или душно в помещении, и какую технику лучше включить – вентиляцию или кондиционер.
Вселенная MagicAir
Реализация
Управление климатом осуществляют в данном случае исполнительные приборы: бризеры, кондиционеры, увлажнители и обогреватели – все то, что уже стоит в доме человека, заинтересованного в комфорте личной атмосферы.
Сама система управления климатом интегрируется в эти устройства и автоматически управляет ими. Все просто – в одном интерфейсе задаются нужные параметры для здоровой атмосферы, рекомендации по уровню углекислого газа и влажности Вы найдете в приложении, уровень температуры настраивается под личные предпочтения. В дальнейшем базовая станция следит за поддержанием этих параметров и при отклонении от Ваших предпочтений сама запускает исполнительные приборы.
Минусы и плюсы
Система управления климатом, выстроенная таким образом, имеет, пожалуй, одно основное возражение: базовая станция собирает данные только в одной комнате, для больших квартир и многокомнатных домов такое решение теряет свою привлекательность. Однако эта проблема уже решена – сбор данных в помещении могут проводить специальные модули, а затем передавать эти данные на базовую станцию для анализа и управления климатом.
Система управления климатом в умном доме действительно должна быть умной. Комплекс устройств Tion легко интегрируется в любую квартиру, позволяет настраивать и поддерживать климат-контроль парой кликов в приложении и стоит меньше, чем крыло от самолета.
Читайте также: