Подробно об автоматизации вентиляции в здании

Управление вентиляцией: собираем, интегрируем, экономим

Современный дом не может существовать без вентиляции. Только система вентиляции обеспечивает нам требуемое качество воздуха, и, как следствие, здоровье, бодрость и долгие годы жизни. А умный дом не может существовать без механической системы приточно–вытяжной вентиляции, поскольку с естественной (т. е. нерегулируемой) вентиляцией требуемого комфорта и энергоэффективности не добиться. А такой системой надо умно управлять. Об этом сегодня и поговорим.

Коробочные решения

Если вы обладатель вентустановки «из коробки», со встроенной автоматикой, то вопроса управления самой установкой у вас не стоит. Но остается вопрос ее интеграции в общую систему автоматизации дома. Зачем и как — обсудим ниже, а пока пара слов о том, чем плохи «коробочные» решения.

Ключевая фраза — пользовательский интерфейс. У каждого «коробочного» решения есть свой пульт управления, часто есть мобильное приложение. И вот у владельца «умного дома» висят рядышком на стене панели управления котельной, кондиционерами, вентустановкой, воротами, пожарной и охранной сигнализациями. Там же висит видеодомофон. В его телефоне установлен аналогичный набор приложений. У производителей всего этого разные взгляды на дизайн, зачастую не самые прогрессивные. Необходимо постоянно помнить, в каком из пунктов меню какого пульта какие функции спрятаны. И управление любимым домом превращается в квест: сгорела яичница на кухне → отключи пожарную сигнализацию на пульте АУПС → включи отключившуюся по сигналу АУПС вентустановку на ее пульте → вентустановка встанет в аварию по защите от замерзания, поскольку газовый котел при резком снижении нагрузки (вентустановка то резко отключилась) заблокируется по перегреву на несколько минут → подожди, глядя на пульт котельной, пока котел включится, нагреется, снова сбрось аварию на пульте вентустановки. И т.д. Неудобно.

А удобно тогда, когда все управляется из одной программы, хоть на стационарной панели, хоть в мобильном устройстве. Конечно, эта программа может быть более высоким уровнем автоматизации и общаться с «коробочными» панелями управления, но такое решение сильно дороже. Ну и зачем платить больше?

Давайте попробуем сэкономить. И не просто сэкономить, а СЭКОНОМИТЬ.

DIY или сделай сам

Качественная вентустановка устроена не так сложно, как кажется. Все необходимые компоненты от известных производителей есть в свободной продаже, ничего «колхозить» не приходится. А собственноручно собрать к ней АСУ (Автоматизированную Систему Управления) и того проще. Не верите? Постараюсь вас убедить. Давайте сначала пробежимся по вентоборудованию, а потом погрузимся в тему автоматизации.

Вентиляционное оборудование

Мы с вами будем собирать «канальную» вентустановку круглого сечения — это оптимальный вариант как для большой, и даже очень большой квартиры, так и для дома разумного размера. Сразу оговоримся, что советов по подбору производительности вентилятора или мощности калорифера я давать не буду — лучше обратитесь к специалисту (можно фрилансеру), который вам и воздушный баланс посчитает, и аэродинамический расчет произведет, и с выбором компонентов вентустановки поможет. Я лишь расскажу в целом про эти компоненты и про то, как это все заставить совместно работать.

Итак, вентустановка. Вот так она будет выглядеть (все дальнейшие иллюстрации от компании «КОРФ» — достойного Российского производителя вентиляционного оборудования, источник: https://www.po-korf.ru/).

Соединяются между собой элементы крайне просто — на хомутах. И приточная, и вытяжная установки собираются из одних и тех же элементов. Давайте рассмотрим их на примере приточной установки.

Первой по ходу движения воздуха встанет поворотная заслонка.

Используется как для регулирования системы, так и для перекрытия потока воздуха. Перекрывать его нужно, например, при аварийных ситуациях, чтобы холодный воздух с улицы нам чего-нибудь не разморозил.

Для управления заслонкой нам нужен поворотный привод, вот такой.

Он монтируется вместо ручки на заслонку. При подаче питания привод заслонку открывает. Внутри привода есть возвратная пружина, и, при снятии питания, заслонка закроется за счет энергии сжатой пружины. Отключили электроэнергию — заслонка закрылась — ничего не замерзнет, дом в безопасности.

Еще в качестве опции у привода могут быть концевые выключатели. Их два, они срабатывают в крайних положениях заслонки, полностью открытом и полностью закрытом. Это нам полезно — вряд ли стоит включать вентилятор при закрытой заслонке (на больших системах это может привести даже к деформации воздуховодов). А если при выключенном вентиляторе заслонка не закрылась — мы незамедлительно должны получить об этом извещение и бежать реагировать.

• от АСУ привод ждет сигнала на открытие: 24V DC или 230V AC;
• в АСУ может передать два сигнала типа «сухой контакт», об открытом и закрытом положении.

После заслонки идет воздушный фильтр.

Устройство тривиальное, от АСУ ничего не ждет, и в АСУ ничего не передает. Но требует регулярной замены фильтрующей вставки! Соответственно, АСУ должна нас как–то известить о том, что фильтр пора менять. А если она при этом сама разместит заказ на фильтрующую вставку в интернет–магазине (что вполне реализуемо) — так и вообще хорошо.

Как этого добиться? Да очень просто — с помощью дифференциального реле давления.

Фильтр, пока чистый, оказывает небольшое сопротивление потоку воздуха. Как только это сопротивление выросло до критических значений — он загрязнен.

Дифференциальное реле измеряет разницу давлений между входом и выходом фильтра. Если оно выше значения, установленного на поворотном регуляторе (круглый диск с метками на фото) — переключаются контакты реле.

Физически реле к фильтру подключается трубками типа медицинских капельниц. На самом реле есть два штуцера под трубки, и такие же два штуцера есть в комплекте поставки. Сверлим в корпусе фильтра два отверстия, прикручиваем штуцеры, подсоединяем трубки — реле установлено.

От реле АСУ получает один дискретный сигнал типа «сухой контакт», замкнуто — пора менять фильтрующую вставку.

Что дальше? Воздух чистый, теперь его нужно нагреть. Если у вас есть котел — греть воздух будет калорифер.

Теплоноситель от котла протекает по множеству трубок с оребрением, а они уже греют воздух. Соответственно, чем горячей теплоноситель — тем теплей воздух на выходе нашей вентустановки. Значит, надо температуру теплоносителя как–то регулировать.

Как? При помощи смесительного узла.

В нем собственная «обратка» подмешивается в «подачу» и тем самым достигается требуемая температура. Управляемые устройства в узле — насос и привод смесительного клапана.

Датчика, в принципе, достаточно одного — температуры воздуха в канале. Но мы не обсудили важную проблему — защита калорифера от замерзания! Вдруг циркуляционный насос выйдет из строя? Если на улице мороз, теплоноситель в калорифере моментально замерзнет, и калориферу конец. Что можно сделать?

Есть решение «в лоб» — использовать антифриз. Но у антифризов минусов больше, чем плюсов, вода намного лучше. И, чтобы она не замерзла, мы можем измерять температуру теплоносителя на выходе калорифера. Понизилась температура до +10 (например) — отключаем вентилятор, закрываем заслонку, открываем смесительный узел «на полную», зажигаем лампочку «Авария» и шлем заинтересованным лицам СМС либо сообщения в Telegram.

Взаимодействие АСУ и смесительного узла:

• в АСУ идут сигналы от двух датчиков температуры (воздуха в канале и «обратки» теплоносителя);
• от АСУ на узел — три дискретных сигнала (включение насоса, сигналы «теплее» и «холоднее»).

Продолжаем собирать вентустановку. Воздух очищен и подогрет — пора ставить канальный вентилятор.

Многие вентиляторы имеют в обмотке термоконтакты, которые при перегреве двигателя (заклинило вал, например) размыкаются. По этому сигналу мы должны немедленно отключить питание вентилятора. Еще есть вентиляторы, в которых термоконтакты сразу размыкают цепь питания — там этого сигнала не будет.

Соответственно, сам вентилятор от нас ждет только питания. Дадим номинальное напряжение — будет вращаться на номинальных оборотах. Дадим пониженное — получим от него меньше воздуха.

Теперь вопрос: а надо ли регулировать обороты вентилятора? Мой ответ — чаще всего не надо. И вот почему. Санитарные нормы нам предписывают вентилировать помещение, даже при отсутствии в нем людей, с кратностью не ниже 0.35. Т.е. «дежурная» вентиляция за три часа воздух в помещении должна поменять полностью, независимо от нашего в нем присутствия. Те же санитарные нормы нам говорят, что для дыхания на одного человека достаточно подавать 30 м3/ч свежего воздуха (подавать больше — деньги на ветер, подавать меньше — страдает здоровье). А ведь мы говорим про большие квартиры или дома, в которых на одного человека приходится большая площадь (или объем) помещений. Таким образом, если объем квартиры/дома, приходящийся на одного человека, превышает 30/0.35=86 м3, то «дежурной» вентиляции, работающей в режиме с постоянным расходом воздуха с кратностью 0.35, достаточно и для дыхания тоже. А ведь это всего 35 м2 при стандартной высоте потолка. Таких квартир/домов подавляющее большинство. При отсутствии людей мы вентиляцию выключим полностью, за три часа до появления людей включим с постоянным расходом — энергоэффективность обеспечим и без всяких регуляторов. Алгоритм не самый умный, но вполне рабочий.

Есть нюанс: если наш вентилятор более производителен, чем нужно, то регулятор понадобится, чтобы не подавать «лишнего» воздуха. В этом случае подойдет самый простой, типа такого.

Один раз настроили — и забыли.

Есть еще нюанс: мы можем хотеть знать, действительно ли работает наш вентилятор, или он вышел из строя и мы дышим «грязным» воздухом. В этом случае на него надо поставить диф. реле, как на фильтр. Есть перепад давления — вентилятор работает. Нет — нет.

• в АСУ от вентилятора — два дискретных сигнала («сухой» контакт), о перегреве двигателя и о перепаде давления на вентиляторе;
• от АСУ — питание вентилятора (через регулятор или напрямую).

Ну и завершит нашу установку шумоглушитель — без него в загородном доме точно будет некомфортно.

От АСУ он ничего не ждет, в АСУ ничего не передает. Больше о нем сказать нечего.

Вот мы с вами и собрали приточную вентустановку с фильтрацией воздуха, его нагревом и даже подавлением шума. Вытяжная установка будет аналогичной, только надо исключить калорифер и смесительный узел, а порядок следования будет фильтр — вентилятор — заслонка (по ходу движения воздуха).

Предвижу вопрос «А зачем нужен фильтр на вытяжке»? Сразу отвечу: чтобы защитить вентилятор. Посмотрите на любую вытяжную решетку, проработавшую хотя бы месяц. Увидите на ней скопления пыли и чего–то жирного. Вот это все и осядет на рабочем колесе вентилятора, чем нарушит его балансировку. И не только на рабочем колесе, но и на поверхности двигателя, что будет препятствовать полноценному его охлаждению. Недолго вентилятор проработает в таких условиях эксплуатации. Не хотим регулярно менять вентилятор — ставим фильтр!

Оборудование АСУ

Теперь давайте соберем АСУ для нашей приточно — вытяжной установки. Будем исходить из того, что ваш дом уже «умный», т.е. система автоматизации на базе нашего оборудования уже есть. И в нее надо интегрировать управление вентустановкой, которую мы с вами только что скомплектовали.

Поправлюсь сразу. Мозгом вашего дома может быть не только Wiren Board, но и любой другой контроллер, поддерживающий Modbus RTU и 1-Wire — все, сказанное ниже, останется верным.

Начнем. Все сигналы, входные и выходные, вы можете видеть в таблице.

Элемент

Сигнал

Вход

Выход

дискретный

цифровой

реле

Приток

Подробно об автоматизации вентиляции в здании

Любая вентиляция помещения подразумевает замену воздуха при отсутствии замкнутого цикла, что очень важно не только для создания комфорта, но и с медицинской точки зрения. На сегодняшний день, когда такая потребность стала одной из первых необходимостей функционирования различных организаций, автоматизация систем вентиляции стала необходимым атрибутом любого предприятия. Даже для частного жилья сегодня можно установить систему умного дома, включающую в себя принудительный воздухообмен в помещениях.

Приборы для организации автоматического воздухообмена

Само собой разумеется, что автоматизации вентиляции подразумевает необходимость монтажа каких-то приборов, датчиков и турбин. Такой «освежающий набор» простых и сложных устройств от простого металлического шкафа до модулей с числовым программным управлением предназначен для регулировки состояния воздуха как в помещении в целом, так и в отдельных комнатах. Перевод управленческих функций в поле деятельности компьютеров позволяет обеспечить создание подобных систем на любых объектах закрытого типа с самыми разными характеристиками.

Конечно, условия для автоматизации системы вентиляции будут отличаться друг от друга в зависимости от условий на определенном объекте, а значит, требования тоже будут разными:

• Места, где можно обойтись общепринятыми модулями в виде шкафов с набором стандартного оборудования.
• Требования повышены и приходится комплектовать модуль в ручном режиме, ориентируясь на особенности и потребности данного объекта.

Различия в оборудовании модулей системы управления вентиляцией определяются частными характеристиками: назначением объекта и его непосредственной деятельностью, местом его расположения. В любом случае подборка и монтаж оборудования направлен на конечную цель – поддержание воздуха в свежем состоянии на протяжении всего цикла деятельности. Также автоматизация вентиляции направлена на то, чтобы свести к минимуму зависимость от вмешательства оператора (человека) в рабочий процесс и его регулировку.

Система управления приточной вентиляцией осуществляется за счет датчиков, расположенных во всех помещениях обслуживаемого здания. В большинстве случаев, это термостаты, реагирующие на повышение или понижение температуры воздуха. Кроме того, системы оснащаются программным управлением в виде искусственного интеллекта, который сам принимает решение, когда необходима новая порция свежего воздуха.

Сборка таких модулей осуществляется по принципу подбора узлов, которые можно разделить на три основные группы:

• Датчики — устройства, которые собирают и передают информацию об окружающей среде в компьютерный центр анализа сведений. В этом участвуют термостаты, влагомеры и газоанализаторы разного типа.
• Центр управления – пункт, куда стекается вся информация с вышеперечисленных контрольно-измерительных приборов. После обработки полученных данных системы автоматического управления вентиляцией выдают команды всем подчиненным механизмам типа фильтров, задвижек, клапанов, двигателей с турбинами.
• Исполнительные узлы – отвечают за выполнение команд, поступающих на действующие механизмы, от которых зависит вентилирование. Это преобразователи частоты вращения валов двигателей с лопастями крыльчаток, сервоприводы задвижек/заслонок и тому подобное.

Все центры управления приточно-вытяжной вентиляцией производят анализ воздуха в том или ином помещении на его температуру, влажность, соотношение кислорода-углерода и, при необходимости, на наличие других газов. В случае нарушения параметров, заданных по умолчанию, раздаются команды на проветривание помещения (отдельной комнаты или всего объекта). Когда все параметры возвращаются к требуемым нормам (заданным ранее по умолчанию), процесс обмена воздуха блокируется до следующего отклонения от нормы.

Автоматизация различных процессов (вентиляции в том числе) при помощи компьютеров коснулась практически всех видов деятельности homo sapiens современного. Действия оператора в таких случаях сводятся только к заданию режимов или их коррекции и периодической проверке системы на наличие или отсутствие сбоев.

Примечание: автоматизация систем вентиляции на производстве или предприятии приводит к сокращению необходимости большого штата технических работников разного уровня.

Способы работы воздухообмена, как правило, определяются конкретной ситуацией и конкретным местом потребления и это можно классифицировать по трем режимам:

• Ручной. Такой режим предусмотрен для самых разных ситуаций (в основном экстраординарных) – здесь все команды раздаются оператором удаленно через пульт управления.
• Автономный. Все компьютеризированные блоки раздают команды на обслуживающие механизмы вне зависимости от работы сопряженных инженерных систем, функционирующих в здании.
• Автоматический. Вся сеть управления воздухообменом интегрирована в систему общей регулировки всех инженерных комплексов данного здания. Это означает, что автоматические системы управления вентиляцией синхронизированы с прочими системами безопасности, как пожарная сигнализация, газоанализаторы для котлов отопления и прочими аварийными датчиками.

Подводя итоги можно сказать, что при автоматизации вентиляционных систем функции оператора сводятся к банальному пассивному наблюдению с минимализацией личного присутствия. Но, следует сказать, что без участия человека, хотя бы на уровне наблюдателя невозможен не один автоматический процесс, даже если ним управляют самые современные компьютеры.

Видео описание

Быстрая автоматизация вентиляции с ТРМ1033 и TRACE MODE.

ЩУВ – для чего он нужен

Для включения или выключения сплит системы (кондиционирование воздуха) или запуска турбины в вентиляционной шахте не нужно компьютерное управление – с этим без труда справится любой человек, ощутив состояние дискомфорта по отношению к окружающей среде. Но такое возможно не всегда: на больших предприятиях, в крупных организациях, торговых центрах, спортивных комплексах и т.д. такими вещами гораздо удобнее командовать с одного места при помощи пульта управления. Более того, когда ручной ПУ заменяет ЧПУ, установленное на компьютере, все происходит совсем по-другому.

Вся информация с каждого двигателя с нагнетающей или высасывающей турбиной, обогревателя любого типа, кондиционера или сплиттера поступает на компьютер общего центра ЩУВ. В этом же шкафу находятся и автоматы, непосредственно запускающие или блокирующие ту или иную систему. В современном исполнении ЩУВ может выглядеть, как открытая панель с индикаторами, регуляторами, тумблерами и кнопками либо, как навесной или напольный металлический шкаф с распашными дверями и навесным либо внутренним замком для защиты от постороннего вмешательства.

В чем заключается основной функционал ЩУВ:

• постоянный контроль всех приборов в системе вентиляции и кондиционирования данного здания;
• защита двигателей и отопительных систем от перегрева, блокировка системы в случае короткого замыкания в схеме цепи;
• управление мощностями и производительностью оборудования;
• программирование системы в целом либо отдельных блоков (задается оператором) для запуска или блокировки агрегатов по временным промежуткам (часы, дни);
• обеспечение индикации всех приборов на ПУ;
• поддержание установленной по умолчанию температуры воздуха путем кондиционирования и/или вентиляции;
• контроль над воздуховодами и состоянием воздушных фильтров по степени их загрязнения;
• предупреждение сбоев и неисправностей блоков, например, системы водяного отопления могут замерзнуть при наступлении заморозков.

Монтаж таких щитов (в основном, закрытых) в помещении различных предприятий, торговых центров, спортивных комплексов и жилых домов дает возможность обслуживающему персоналу следить за работой всего оборудования с одного места. Для удобства в таких щитовых шкафах также размещают индикаторы для устройств защиты от пожара и отопления, а также их могут подключать к общей системе контроля.

ШУПВВ по своей сути ни что иное, как ЩУВ (щит управления вентиляцией), только с запертой на замок распашной дверью. Их могут устанавливать либо на каждом этаже, в каждом цеху или торговом зале, либо в одном месте для управления оборудованием всего здания в целом. При пожаре или несанкционированной остановке вентиляционного оборудования в ШУПВВ срабатывает сигнал, оповещающий о необходимости предпринять какие-либо действия в ручном режиме, либо они включаются автоматически.

Видео описание

Автоматика систем вентиляции и центрального кондиционирования воздуха.

Задачи автоматики для вентиляции зданий

Сегодня на любом современном предприятии есть множество приборов и узлов для управления приточной вентиляцией и набор их функций порой не просто помогает, но даже может спасать здоровье и человеческие жизни. ПУ модуля ШУПВВ или ЩУВ оснащаются элементами электронного интеллекта для следующих действий:

• постоянное поддержание микроклимата помещения в заданном режиме (температура, влажность, загазованность);
• возможность дистанционного управления тем или иным блоком (запуск/блокировка, смена режима) удаленно (оператором при помощи ПУ);
• автоматически переход оборудования на другой режим при смене сезона (зима – лето);
• контроль всех фильтров на уровень загрязнение и автоматическая подача сигнала о необходимости их очистки/замены;
• автоматическое управление приточной вентиляцией при помощи заслонок;
• блокировка притока воздуха при срабатывании пожарных датчиков безопасности;
• отключение электропитания при возникновении скачков напряжения.

Читайте также:
Вентиляция в доме — виды, проектирование и монтаж

Примечание: подробный перечень всех функций, которыми снабжена система управления вентиляцией, нужно узнавать у продавца или у производителя, так как они могут отличаться.

Видео описание

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования.

Разновидности ЩУВ и ШУПВВ

Современный рынок электрооборудования предлагает широкий выбор самых разных ЩУВ и ШУПВВ, классифицируя их по размерам и по категориям. Все модификации можно разделить, как минимум, на четыре пункта:

• Оборудование для проветривания и удаления задымленности в помещениях. Такой климат-контроль нужен на производстве, например, для обустройства рабочего места сварщика или в кузне.
• ЩУ, контролирующие запуск, остановку и частоту вращения (мощность) систем вентиляции. Как правило, устройства такого типа имеют обширный функционал и могут устанавливаться как в подвесных, так и напольных шкафах управления. Возможна работа с фреонными установками, водяными калориферами и управление приточной вентиляцией.
• ЩУ электроснабжением приточно-вытяжной вентиляции. Сюда включается рекуператор для поддержания заданной температуры входящих и выходящих газовых потоков. Существуют также модификации, на основе гликоля (CₙH₂ₙ(OH)₂), где в системе теплоснабжения применяется циркуляция незамерзающих жидкостей типа антифриза. Сюда также входит циркуляционный насос и автоблокировка от неконтролируемых температурных перепадов.
• Модель с использованием обычного рекуператора рассматривается, как ЩУ приточной вентиляцией. Его легко перевести в любой режим. Сам рекуператор здесь выполнен в виде оцинкованного стального куба (квадратного или прямоугольного) с четырьмя патрубками – по два с каждой стороны. К ним подсоединяются металлические или пластиковые воздуховоды.

Рекомендации по сборке ЩУВ и ШУПВВ

В любом случае все работы по сборке и установке ЩУВ и ШУПВВ должны производится квалифицированными специалистами с соблюдением ТУ 3431-001-67762877-2013 и ТУ 4371-001-67762877-2016. Самостоятельный монтаж и сборка устройств управления категорически запрещена. Корпусы щитов или шкафов тоже нельзя изготавливать по собственному усмотрению – их заказывают в соответствии с предполагаемым оборудованием. В тех случаях, когда не хватает каких-то проводов, креплений или тумблеров (такое часто случается) их замена должна в точности соответствовать заданным техническим характеристикам.

К комплектации всех ЩУВ и ШУПВВ заводом-изготовителем всегда прилагается монтажная схема, которой будет руководствоваться специалист при сборке. Но её сохраняют на предприятии на случай необходимости проведения каких-либо ремонтных работ.

Видео описание

Щит автоматики поддержание постоянного расхода воздуха.

Заключение

В заключение можно сказать, что на сегодняшний день автоматизация вентиляции уже давно не является каким-то новшеством и в большинстве случаев, это обязательное условие для запуска того или иного предприятия (цеха). Кроме того, такое устройство постепенно захватывает не только промышленную, но и бытовую сферу – оно входит в систему «умного дома».

Источник https://habr.com/ru/companies/wirenboard/articles/702444/

Источник https://m-strana.ru/articles/avtomatizatsiya-ventilyatsii/