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 «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
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.
Дмитрий ШуваловТехнический директор ООО «ТУРКОВ»
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.
Дмитрий ШуваловТехнический директор ООО «ТУРКОВ
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?
Дмитрий ШуваловТехнический директор ООО «ТУРКОВ
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.
Дмитрий ШуваловТехнический директор ООО «ТУРКОВ
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.
Дмитрий ШуваловТехнический директор ООО «ТУРКОВ
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.
Дмитрий ШуваловТехнический директор ООО «ТУРКОВ
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.
Дмитрий ШуваловТехнический директор ООО «ТУРКОВ
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.
