Автоматическое управление вентиляцией в помещении

Автоматическое управление вентиляцией в помещении

Правильный воздухообмен в помещении создает комфортные условия не только для людей, но всех предметов и растений в нем. Добиться этого ручным способом трудно, потому что вы не сможете круглосуточно наблюдать за показаниями приборов. Иногда вам будет очень жарко, потом холодно, затем душно и не хватать воздуха. Решить такие проблемы позволяет только автоматическое управление вентиляцией, о которой и поговорим в статье.

Металлический ящик управления вентиляцией

Вентиляционные системы с переменным расходом воздуха (VAV-системы)

Представьте, что вы хотите установить в квартире систему вентиляции. Расчеты показывают, что для нагрева приточного воздуха в холодное время года потребуется калорифер мощностью 4,5 кВт (он позволит нагревать воздух от -26°С до +18°С при производительности вентиляции равной 300 м³/ч). Подача электроэнергии в квартиру производится через автомат на 32А, поэтому несложно подсчитать, что мощность калорифера составляет около 65% от общей мощности, выделенной для квартиры. Это означает, что такая система вентиляции не только существенно увеличит суммы счетов за электроэнергию, но и перегрузит электросеть. Очевидно, что устанавливать калорифер такой мощности не представляется возможным и его мощность придется уменьшить. Но как это сделать это без снижения уровня комфорта обитателей квартиры?

Как снизить потребление электроэнергии?

Вентустановка с рекуператором.
Для ее работы необходима сеть
приточных и вытяжных воздуховодов.

Система с переменным расходом воздуха или VAV (Variable Air Volume) система позволяет регулировать подачу воздуха в каждом помещении независимо друг от друга. С такой системой вы можете отключать вентиляцию в любой комнате точно так же, как привыкли выключать свет. Действительно, ведь мы не оставляем гореть свет там, где никого нет — это было бы неразумной тратой электроэнергии и денег. Зачем же позволять напрасно тратить энергию системе вентиляции с мощным калорифером? Однако традиционные системы вентиляции именно так и работают: подают нагретый воздух во все помещения, где могли бы находиться люди, независимо от того есть ли они там на самом деле. Если бы мы управляли светом точно так же, как традиционной вентиляцией — он бы горел сразу во всей квартире, даже ночью! Несмотря на очевидное преимущество VAV систем, в России, в отличие от западной Европы, они пока не получили широкого распространения, отчасти потому, что для их создания требуется сложная автоматика, которая существенно увеличивает стоимость всей системы. Однако стремительное удешевление электронных компонентов, которое происходит в последнее время, позволило разработать недорогие готовые решения для построения VAV систем. Но прежде, чем переходить к описанию примеров систем с переменным расходом воздуха, разберемся, как они работают.

Принцип работы VAV-системы

Принцип работы VAV-системы

На иллюстрации показана с максимальной производительностью 300 м³/ч, обслуживающая две зоны: гостиную и спальню. На первом рисунке подача воздуха производится в обе зоны: 200 м³/ч в гостиную и 100 м³/ч в спальню. Допустим, что зимой мощности калорифера будет недостаточно для нагрева такого потока воздуха до комфортной температуры. Если бы мы использовали обычную систему вентиляции, то нам пришлось бы снизить общую производительность, но тогда в обоих помещениях стало бы душно. Однако у нас установлена , поэтому днем мы можем подавать воздух только в гостиную, а ночью — только в спальню (как на втором рисунке). Для этого клапаны, регулирующие объем подаваемого в помещения воздуха, оборудуются электроприводами, которые позволяют с помощью обычных выключателей открывать и закрывать заслонки клапанов. Таким образом, нажав на выключатель, пользователь перед сном отключает вентиляцию в гостиной, где ночью никого нет. В этот момент дифференциальный датчик давления, который измеряет давление воздуха на выходе приточной установки, фиксирует увеличение измеряемого параметра (при закрывании клапана сопротивление воздухопроводной сети возрастает, приводя к увеличению давления воздуха в воздуховоде). Эта информация передается в приточную установку, которая автоматически снижает производительность вентилятора ровно на столько, чтобы давление в точке измерения оставалось неизменным. Если же давление в воздуховоде остается постоянным, то и расход воздуха через клапан в спальне не изменится, и будет составлять 100 м³/ч. Общая производительность системы снизится и также будет равна 100 м³/ч, то есть ночью потребляемая системой вентиляции энергия уменьшится в 3 раза без ущерба для комфорта людей! Если включать подачу воздуха попеременно: днем в гостиную, а ночью в спальню, то максимальную мощность калорифера можно будет сократить на треть, а среднюю потребляемую энергию — в два раза. Самое интересное заключается в том, что стоимость такой превышает стоимость обычной системы вентиляции всего на 10–15%, то есть эта переплата будет быстро компенсирована за счет снижения суммы счетов за электроэнергию.

Лучше понять принцип работы VAV-системы поможет небольшая видеопрезентация:

Теперь, разобравшись с принципом работы , посмотрим, как можно собрать такую систему на основе имеющегося на рынке оборудования. За основу мы возьмем российские приточные установки Breezart, которые позволяют создавать обслуживающие от 2 до 20 зон с централизованным управлением с пульта, по таймеру или датчику СО₂.

с позиционным управлением

Эта собрана на базе приточной установки Breezart 550 Lux производительностью 550 м³/ч, которой достаточно для обслуживания квартиры или небольшого коттеджа (с учетом того, что система с переменным расходом воздуха может иметь меньшую производительность по сравнению с традиционной системой вентиляции). Эту модель, как и все остальные вентустановки Breezart, можно использовать для создания . Дополнительно нам понадобится набор VAV-DP, в который входит датчик JL201DPR, измеряющий давление в канале воздуховода возле точки разветвления.

VAV-система на две зоны с позиционным управлением

Вентиляционная система разделена на 2 зоны, причем зоны могут состоять как из одного помещения (зона 1), так и из нескольких (зона 2). Это позволяет использовать подобные зонные системы не только в квартирах, но также в коттеджах или офисах. Управление клапанами каждой зоны производится независимо друг от друга с помощью обычных выключателей. Чаще всего такая конфигурация используется для переключения ночного (подача воздуха только в зону 1) и дневного (подача воздуха только в зону 2) режимов с возможностью подачи воздуха во все помещения, если, к примеру, к вам пришли гости.

По сравнению обычной системой (без VAV управления) увеличение стоимости базового оборудования составляет около 15%, а если учитывать суммарную стоимость всех элементов системы вместе с монтажными работами, то увеличение стоимости будет почти незаметным. Но даже такая простая позволяет экономить около 50% электроэнергии!

В приведенном примере мы использовали только две управляемых зоны, но их может быть любое количество: приточная установка просто поддерживает заданное давление в воздуховоде независимо от конфигурации воздухопроводной сети и количества управляемых . Это позволяет при недостатке средств сначала установить простейшую на две зоны, увеличив в дальнейшем их количество.

До сих пор мы рассматривали системы с позиционным регулированием, в которых либо открыт на 100%, либо полностью закрыт. Однако на практике чаще используют более удобные системы с пропорциональным управлением, позволяющие плавно регулировать объем подаваемого воздуха. Пример такой систем мы сейчас и рассмотрим.

с пропорциональным управлением

VAV-система на три зоны с пропорциональным управлением

В этой системе используется более производительная ПУ Breezart 1000 Aqua на 1000 м³/ч, которая применяется в офисах и коттеджах. Система состоит из зон с пропорциональным управлением. Для управления приводами клапанов с пропорциональным управлением используются модули . Вместо выключателей здесь применяются регуляторы (внешне похожие на диммеры). Такая система позволяет пользователю плавно регулировать подачу воздуха в каждой зоне в диапазоне от 0 до 100%.

Заметим, что в одной могут одновременно использовать зоны с позиционным и пропорциональным управлением. Кроме этого, управление может производиться от датчиков движения — это позволит подавать воздух в помещение только тогда, когда в нем есть.

Недостатком всех рассмотренных вариантов является то, что пользователю приходится вручную регулировать подачу воздуха в каждой зоне. Если таких зон много, то лучше создать систему с централизованным управлением.

с централизованным управлением

• Ночной режим. Воздух подается только в спальни. Во всех остальных помещениях клапаны открыты на минимальном уровне, чтобы не допустить застаивания воздуха.
• Дневной режим. Во все помещения, кроме спален, воздух подается в полном объеме. В спальных комнатах клапаны закрыты или открыты на минимальном уровне.
• Гости. Расход воздуха в гостиной увеличен.
• Циклическое проветривание (используется при длительном отсутствии людей). В каждое помещение подается небольшое количество воздуха — это позволяет избежать появления неприятных запахов и духоты, которые могут создать дискомфорт при возвращении людей.

VAV-система на три зоны с централизованным управлением

Для централизованного управления приводами клапанов используют модули JL201, которые объединяются в единую систему, управляемую по шине ModBus. Программирование сценариев и управление всеми модулями производится со штатного пульта вентустановки. К модулю JL201 можно подключить датчик концентрации углекислого газа или регулятор для локального (ручного) управления приводами.

В видеоролике рассказывается об управлении VAV-системой с централизованным управлением на 7 зон с пульта приточной установки Breezart 550 Lux:

Заключение

На этих трех примерах мы показали общие принципы построения и кратко описали возможности современных , более подробную информацию об этих системах можно найти на сайте Breezart.

Дополнительные возможности

Производители автоматики для вентиляции стремятся сделать свою продукцию не только более надёжной и функциональной, но и близкой к конечному пользователю. Ещё недавно наличие пульта управления было необязательной опцией, а сейчас это стало общепринятой нормой. Более того, ряд компаний предлагает своим потребителям диспетчеризацию (подключение к «умному дому»), управление вентиляцией через интернет, а также возможность управления вентиляцией с помощью мобильных устройств через специальные приложения по беспроводным стандартам (Wi-Fi, Bluetooth). Таким образом, автоматика вентиляции перестает быть сложным промышленным устройством и становится современной, легкой в обращении бытовой техникой.

Приточная установка SHUFT серия ECO

Эта серия приточных установок ( SHUFT 160, 200, 250, 315 ) предназначена для — квартир, офисов, загородных домов, коттеджей. Изготавливаются в четырех модификациях, с нагревателями различной мощности и напряжением 220В / 380В.
Звукоизолированный корпус установок, выполнен из оцинкованной стали , толщина теплоизоляции стенок-25мм. В составе каждой из установок — высокоэффективный вентилятор с уплотненными подшипниками с повышенным сроком эксплуатации и защитными встроенными термоконтактами для предотвращения перегрева. Установки комплектуются нагревательным элементом — тэн, с противопожарным отключением при перегреве. В каждой установке присутствует фильтр предварительной очистки воздуха класса G5. Интервал смены фильтра — не реже 2х раз в год.

Приточные установки выпускаются в двух вариантах, с системой автоматики и без нее. С блоком автоматики, приточные установки комплектуются сенсорным, проводным ЖК пультом дистанционного управления. Встроенная автоматика позволяет управлять работой приточной вентиляции, ее включением и выключением, скоростью вращения вентилятора и делает возможным, устанавливать температуру приточного воздуха, управляя нагревателем. Кроме того, чтобы вентиляция не вышла из строя раньше времени по вине загрязненного фильтра, есть возможность установить датчик состояния фильтра. Возможна установка обратного клапана с электроприводом или без ( эконом вариант ) для предотвращения проникновения холодного воздуха в помещение с выключенной установкой, в зимний период. Монтаж приточных установок осуществляется как горизонтально так и вертикально.

Технические характеристики серии установок ЕСО

Каждая приточная установка имеет свою маркировку в которой указывается диаметр присоеденительных воздуховодов, число фаз двигателя, мощность в кВт нагревателя воздуха и его фазность.

Как правильно выбрать нагреватель для установки.

Чтобы не ошибиться с выбором нагревателя для приточной вентиляционной установки, так как линейка ECO изготавливается на выбор с тремя или даже четырьмя различными нагревателями, поможет график зависимости перепада температуры нагрева воздуха от производительности установки и мощности нагревателя.

С помощью этого графика можно сориентироваться, с каким нагревателем необходимо брать установку, видя перепад температур, который обеспечивает тот или иной нагреватель и не забывая о том, что температура воздуха на выходе из установки должна быть не ниже +15 0 С.

Пульт дистанционного управления

Блоки автоматики позволяют контролировать приточные установки, управлять включением и выключением, контролировать общее состояние установок, температуру поступающего воздуха, делают возможным контролировать загрязнение воздушного фильтра при помощи датчика давления PS-500-B (заказывается отдельно), регулировать скорость вращения вентилятора по ступеням, и позволяют управлять приводом воздушной заслонки (заказывается отдельно).
Сенсорный пульт позволяет осуществлять дистанционное управление приточной вентиляционной установкой и может быть смонтирован в любом удобном для вас месте. Кроме возможности дистанционного управления вентилятором и нагревателем, пульт управления имеет недельный таймер для программирования включения и выключения приточной установки согласно дня недели и текущего времени.

Управление приточной установкой

Любая техника создается для людей, а значит, ее должно быть удобно контролировать. Поэтому вентиляционные установки, как правило, комплектуются пультом дистанционного управления. Он позволяет управлять включением и выключением оборудования, скоростью вращения вентилятора и температурой подаваемого воздуха. Также на самом корпусе часто есть панель, на которой отображаются время и степень засорения фильтров, а также код ошибки в случае неисправности.

Кроме того, у некоторых установок есть возможность управления через смартфон – например, система мониторинга качества воздуха и управления климатической техникой MagicAir контролирует работу бризера и других приборов. С помощью мобильного приложения Вы можете задать оборудованию расписание и необходимые параметры. Кроме того, MagicAir способна измерять уровень углекислого газа, температуру, влажность воздуха и автоматически включать бризер в нужном режиме.

Устройства, обеспечивающие поток воздуха:

• Воздуховоды;
• Запорные и регулирующие устройства (клапаны и диафрагмы);
• Воздухораспределители (решетки, щелевые устройства, плафоны, насадки с форсунками, перфорированные панели).

Через воздухозаборную решетку в систему вентиляции поступает наружный воздух. Эти решетки, как и все другие элементы вентиляционной системы, бывают круглой или прямоугольной формы. Воздухозаборные решетки не только выполняют декоративные функции, но и защищают систему вентиляции от попадания внутрь капель дождя и посторонних предметов.

Предотвращает попадание в помещение наружного воздуха при выключенной системе вентиляции. Воздушный клапан особенно необходим зимой, поскольку без него в помещение будет попадать холодный воздух и снег.
Как правило, в приточных системах вентиляции устанавливаются воздушные клапаны с электроприводом, что позволяет полностью автоматизировать управление системой. При включении вентилятора (и калорифера) клапан открывается, при выключении закрывается.

Воздушный фильтр

Необходим для защиты как самой системы вентиляции, так и вентилируемых помещений от пыли, пуха, насекомых. Обычно устанавливается один фильтр грубой очистки, который задерживает частицы величиной более 10 мкм. Если к чистоте воздуха предъявляются повышенные требования, то дополнительно могут быть установлены фильтры тонкой очистки (задерживают частицы до 1 мкм) и особо тонкой очистки (задерживают частицы до 0,1 мкм).
Фильтрующим материалом в фильтре грубой очистки служит ткань из синтетических волокон, например, акрила. Фильтр необходимо периодически очищать от грязи и пыли, обычно не реже 1 раза в месяц. Для контроля загрязненья фильтра можно установить дифференциальный датчик давления, который контролирует разность давления воздуха на входе и выходе фильтра. При загрязнении разность давления увеличивается.

Электрические и водяные воздухонагреватели предназначены для нагрева воздуха в канальных системах вентиляции и кондиционирования воздуха.
Воздухонагреватели используются для установки непосредственно в прямоугольный или круглый канал, как внутри помещения, так и снаружи. Воздух или другие невзрывоопасные газовые смеси не должены содержать клейких, твердых , волокнистых и агрессивных примесей, взрывоопасных веществ. Рабочая температура воздухонагревателей от -40°С до +40°С. Электроизоляция IP 40.
Канальные нагреватели должны устанавливаться так, чтобы направление воздушного потока соответствовало направлению стрелки на его крышке. Распределение потока воздуха должно быть равномерным по всему сечению нагревателя. Рекомендуемое расстояние от нагревателя до ближайшего изгиба канала, заслонки и т.п. должно быть не менее трех диаметров нагревателя.
Нагреватели могут устанавливаться в горизонтальном или вертикальном канале. Запрещается подавать питающее напряжение на нагреватель при отключенном вентиляторе. Для управления мощностью нагрева рекомендуется использовать тиристорные регуляторы Pulser или TTC. Если полная мощность нагревателей превышает допустимую мощность основного регулятора, необходимо использовать дополнительный регулятор.

Предназначен для охлаждения воздуха в вентиляционной ситсеме. Охлаждение осуществляется различными хладоносителями: вода, этиленгликоль, хладогент.

Вентилятор — основа любой системы искусственной вентиляции. Он подбирается с учетом двух основных параметров: производительности, то есть количества подаваемого воздуха и полном давлении. По конструктивному исполнению вентиляторы разделяются на осевые (пример — бытовые вентиляторы "на ножке") и радиальные или центробежные ("беличье колесо"). Осевые вентиляторы обеспечивают хорошую производительность, однако характеризуются низким полным давлением, то есть, если на пути воздушного потока встречается препятствие (длинный воздуховод с поворотами, решетка и т.п.), то скорость потока существенно уменьшается. Поэтому в системах вентиляции с разветвленной сетью воздуховодов применяют радиальные вентиляторы, отличающиеся высоким давлением созданного воздушного потока.
Другими важными характеристиками вентиляторов является уровень шума и габариты. Эти параметры в большой степени зависят от марки оборудования.

Предназначен для смешения двух потоков воздуха: наружного и возвращаемого из помещения. Позволяет существенно снижать расходы на нагрев воздуха во время зимнего периода и на охлаждение воздуха во время летнего периода.

Низкий уровень шума является одним из основных критериев комфорта, от которого в значительной степени зависит наше хорошее самочувствие. Источником шума вентиляторов являются любые колебательные явления, сопровождающие их работу. Колебательные процессы аэродинамического происхождения вызывают аэродинамический шум; а механические колебания элементов конструкции вызывают шум, распространяющийся по строительным конструкциям здания и примыкающим воздуховодам, иногда очень далеко от места установки.
Наиболее часто применяемые шумоглушители конструктивно делятся на пластинчатые и трубчатые. Главная их особенность — наличие развитых поверхностей, облицованных звукопоглощающим материалом.

После выхода из шумоглушителя, обработанный воздушный поток готов к распределению по помещениям. Для этих целей используются воздухопроводная сеть, состоящая из воздуховодов и фасонных изделий (тройников, поворотов, переходников).
Основными характеристиками воздуховодов являются площадь сечения, форма (круглая или прямоугольная) и жесткость (бывают жесткие, полугибкие и гибкие воздуховоды).
Скорость потока в воздуховоде не должна превышать определенного значения, иначе воздуховод станет источником шума. Площадь сечения воздуховодов подбирается исходя из расчетного значения воздухообмена и максимально допустимой скорости воздуха.
Жесткие воздуховоды изготавливаются из оцинкованной жести и могут иметь круглую или прямоугольную форму. В отдельных случаях жесткие воздуховоды должны быть изготовлены из нержавеющей стали.
Полугибкие и гибкие воздуховоды имеют круглую форму и изготавливаются из многослойной алюминиевой фольги. Круглую форму таким воздуховодам придает каркас из свитой в спираль стальной проволоки. Такая конструкция удобна тем, что воздуховоды при транспортировке и монтаже можно складывать "гармошкой". Недостатком гибких воздуховодов является высокое аэродинамическое сопротивление, вызванное неровной внутренней поверхностью, поэтому их используют только на участках небольшой протяженности.

Воздухораспределители могут быть приточными и вытяжными. Те и другие бывают регулируемыми и нерегулируемыми; круглой, квадратной, прямоугольной формы; металлические (чаще стальные или алюминиевые) или пластмассовые; с декоративным оформлением или без него; различных расцветок и размеров; с направлением потока приточного (или забором удаляемого) воздуха в одну, две, три или четыре стороны. В зависимости от конструкции решетки создают компактные, плоские, неполные веерные или иные типы струи.
Устанавливаются решетки приточных и вытяжных устройств чаще всего на стенах выше обслуживаемой зоны. В то же время они могут быть специально предназначенными для установки в потолке (для вытяжки, притока или универсальные), либо для напольной раздачи или удаления воздуха. Крепление решеток может быть на винтах или на специальных зажимах.

Объединение инженерных систем в единый механизм предоставляет действительно качественно новые возможности их использования, обеспечит все необходимые условия для деятельности находящихся в здании людей, высокий уровень безопасности, эффективность и экономичность эксплуатации здания и оборудования. Для более качественной вентиляции, а также для защиты оборудования, наряду с обычными вентиляционными установками применяется система автоматики вентиляции. Специальные датчики и электронные устройства следят за всеми параметрами, вмешиваясь в работу вентиляционных систем при необходимости или координируя их работу. Большее значение имеет автоматика приточной вентиляции. Электронная система по команде человека или сама задаёт оптимальный уровень притока воздуха, следит за его температурой, защищает вентиляторы от перегрева и выполняет много других функций.
Благодаря автоматике стала возможной защита от пожара. Датчики реагируют на появление дыма, огня или повышение температуры и включают противопожарные клапаны и вентиляторы дымоудаления для недопущения попадания дыма и продуктов горения в вентиляционную систему и жилые помещения и скорейшего их удаления.

Заключение

Многие домовладельцы самостоятельно занимаются обслуживанием своих отопительных агрегатов. Отсюда возникает интерес к работе автоматики газовых котлов различных типов. Мы осветили данный вопрос, но не советуем самостоятельно ремонтировать клапаны безопасности, если вы не разбираетесь в теме. Максимум, что можно сделать, — прочистить сетчатый фильтр, заменить негодную мембрану либо электромагнит. Настройку пламени горелки или запальника лучше доверить мастеру–газовщику.

Примечание. В статье использованы материалы производителя котлов «Лемакс», размещенные на официальном ресурсе.