как создать комфортный климат в квартире
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:
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.
10 способов создать в квартире здоровый микроклимат
В здоровом теле – здоровый дух. А здоровый дух зависит от воздуха, которым мы дышим. Мельчайшие частицы пыли, мелкие насекомые, посторонние запахи, влажность и температура – все это и есть составляющие «погоды в доме». Давайте разберемся, какие факторы являются решающими в борьбе за свежий воздух и как создать идеальный микроклимат в квартире.
1. Кондиционированный рай
Всемирная организация здравоохранения рекомендует поддерживать в квартире постоянную температуру вне зависимости от времени года – +18–22 градуса по Цельсию. Теплый воздух в квартире губителен для слизистых оболочек и является одной из причин частых респираторных заболеваний. Не забывайте ежегодно проводить капитальную очистку кондиционера. А раз в две недели промывайте фильтры.
2. Мокрое дело
Влажность – еще одна важная составляющая здорового микроклимата. Она не должна опускаться ниже 40%, а в идеале – составлять 60%. Добиться этого можно с помощью увлажнителей. Выбирая прибор для увлажнения, обращайте внимание на тип испарения – естественное или ультразвуковое. Предпочтительнее использовать увлажнители с естественным типом увлажнения и водяными фильтрами – они более долговечны, работают тише и не образуют известковый налет на мебели.
3. Хитрая ловушка
Мойки воздуха – это «мышеловки» для болезнетворных микроорганизмов и аллергенов, которыми наполнено воздушное пространство городской квартиры. В таких приборах воздух проходит три стадии очистки. Первая – угольный фильтр – очищает от дыма и посторонних запахов. Далее – ХЕПА фильтр – воздушный фильтр тонкой очистки. Именно он задерживает опасные болезнетворные частицы. И последний этап – водяной фильтр – он «промывает» воздух и увлажняет его. Такие приборы позволяют поддерживать влажность на уровне 50–60% летом и 40% зимой.
4. Волшебный вентиль
Зимой регулировать температуру и влажность в квартире очень сложно. Кондиционер не работает при минусовых температурах. Проветривание дает временный результат и сушит воздух. Эффективный способ терморегуляции в холодное время года – вентили на батареях отопления. Благодаря им вы можете частично или полностью перекрыть подачу горячей воды и понизить температуру воздуха до необходимых 18–22 градусов.
5. Паровые ванны
Когда речь заходит об уборке, то предпочтения всегда на стороне универсальных приборов, которые экономят силы и время. Один из них – пароочиститель. Горячий пар, который подается под давлением, чистит практически любые твердые поверхности и при этом не повреждает их. Без химикатов, без существенных усилий вы почистите ванную, смесители, плитку, полы, окна, мебель и многое другое.
6. Опасный перегрев
Чрезмерное увлечение полами с подогревом – это мина замедленного действия у вас в квартире. Теплый пол сушит и нагревает воздух, что негативно сказывается на здоровье всех членов семьи, особенно, детей. В таком микроклимате трудно дышать, а в дополнение нарушается терморегуляция организма. Единственное место, где можно без зазрения совести установить подогрев, – это ванная комната.
7. Соляная бомба
Соляные лампы – это природные ионизаторы воздуха. В процессе насыщения атмосферы в комнате отрицательными ионами, уничтожаются бактерии и вирусы, воздух становится чище, прозрачнее, повышается влажность. Терапевтическое воздействие соляных ламп было неоднократно изучено: они способствуют повышению тонуса организма и укреплению иммунитета, улучшают детский сон, благотворно влияют на эмоциональное состояние. Чтобы представить себе эффект, производимый этими приборами, достаточно вспомнить ощущения от морского бриза или раннего утра в сосновом лесу.
8. Зимний сад
Домашние растения – легкие квартиры. Они очищают воздух и насыщают его кислородом. Каждое растение обладает теми или иными полезными свойствами. Например, герань обладает уникальным свойством уничтожать стафилококки и стрептококки, попадающие в воздух. А еще растение обладает антистрессовой активностью, а в летний период избавляет от комаров, мух и мошек. Туя и кипарис выделяют такое количество эфирных масел, что воздух становится поистине целебным. А фикус Бенджамина очищает воздух от частиц фенола и формальдегида.
9. Враг под прикрытием
Ковры и ковровые покрытия – это не только красиво, но и опасно. Длинный ворс собирает в себе огромное количество всевозможных органических остатков и является излюбленным местом жительства домашних паразитов. Ковровые покрытия населяют колонии пылевых клещей. Если вы не готовы отказаться от подобного декора, то не пренебрегайте регулярной химчисткой. Устраивайте генеральную чистку в домашних условиях не реже одного раза в неделю. Меняйте ковры раз в три–пять лет. Зимой полезно выбивать ковры снегом, а летом – оставлять на солнце на несколько часов.
10. Банально, но факт
Нет ничего эффективнее банальной влажной уборки, чтобы освежить воздух и поддерживать благоприятный микроклимат в квартире. Самая обычная мокрая тряпка собирает на себя сотни тысяч бактерий, тонны пыли, различных остатков еды, органических частиц и мелкого мусора. По сути, вы не только моете пол, вы моете воздух. Помните, что ни один кондиционер и увлажнитель не заменят пылесос и регулярную влажную уборку.
Советы эксперта: 3 супервозможности пароочистителя
Здоровый микроклимат в квартире – залог не только комфортной, но и счастливой жизни. Рассказываем, как с помощью одного современного предмета можно быстро улучшить экологию собственного дома.
Екатерина Кушнир – тренер по продукту в Академии Karcher. Считает, что уборка не должна отнимать силы и занимать выходные, а порядок и чистота в квартире – сфера контроля современной бытовой техники.
1. Никакой «химии»
Чтобы победить даже самые сложные и застарелые пятна, пароочистителю Karcher не нужна поддержка химикатов: воздействие горячего пара размягчает грязь, делая ее удаление гораздо более простым. Вы справляетесь с уборкой значительно быстрее, получая качественный результат и экономя бюджет.
2. С легкостью борется с бактериями
Согласно исследованиям независимой немецкой Лаборатории медицинской диагностики Enders & Partners, пароочистители Karcher уничтожают 99,99% всех распространенных в быту бактерий.
3. Заставляет дом блестеть
Пароочиститель – универсальный помощник в уборке. Пар проникает даже в самые микроскопически малые отверстия, что невозможно сделать никаким другим методом очистки. С его помощью возможна уборка кухни, ванной комнаты, детской. А еще это отличный инструмент для мойки окон и ухода за текстильными изделиями.
Климатическая система в квартире своими руками
Кто-то в детстве мечтает изобрести лекарство от рака, кто-то — стать космонавтом или владельцем свечного заводика. А я мечтал о том, что у меня появится климатическая система, и в квартире, наконец, не будет душно, вечная простуда от сквозняков исчезнет, а горло перестанет першить от сухости. И теперь мечта исполнена!
Примерно с декабря 2015 по июнь 2016 года я читал форумы, катался по строительным магазинам, собирал систему в квартире и на балконе, паял контроллер и писал прошивку — и добился своего.
В этой статье я собираюсь похвастаться результатом и рассказать, как устроена моя установка. Полностью описать процесс сборки в одной статье невозможно, но, надеюсь, краткое описание окажется интересным для тех, кто хочет дышать свежим тёплым воздухом. Если кратко, то моя установка устроена так:
Общая идея
Я не специалист по вентиляционным системам и вообще не инженер, и знал об установках контроля климата немного. Понятно было, что это что-то хорошее, обеспечивающее чистый свежий воздух в набитых людьми торговых центрах — но что-то сложное, намного сложнее обычных кондиционеров, которые охлаждают воздух, но не могут справиться с духотой и сухостью.
Понятно, что начинать действовать с такими знаниями не стоило. Поэтому я долго (около десяти лет в неспешном режиме, если честно) блуждал по интернету — пока не пришёл примерно к таким выводам:
Принцип противотока, на котором работает рекуператор.
Рекуператор
Рекуператоры для больших зданий бывают очень разных конструкций, но маломощные все устроены примерно одинаково: тёплый воздух идёт по узкой щели, навстречу ему идёт холодный воздух. Тёплый и холодный потоки разделены тонкой мембраной, и тёплый нагревает холодный, а сам охлаждается.
Когда тёплый воздух охлаждается, из него выпадает конденсат. Конденсат может впитываться в мембрану и испаряться с другой её стороны, в потоке нагревающегося воздуха. Или может каплями стекать вниз, тогда его нужно испарять в специальной камере. Ну или куда-нибудь сливать, если не нужен.
Рекуператоры серийного производства изготовлены из стопки металлических пластин, они надёжны и эффективны — но цены на достаточно производительные модели начинаются где-то от 50 тысяч рублей. Поэтому я решил собрать рекуператор самостоятельно: купил сотовый поликарбонат, полиуретановый герметик и плиты из ЭППС (что-то типа пенопласта, но прочнее), и больше недели потратил на резку поликарбоната, склейку из него стопок, установку стопок в ящик из ЭППС, герметизацию ящика…
Чтобы легче было представить, какой он огромный: то, что справа — это спинка кресла.
Подробно способ изготовления рекуператора описан, например, здесь. От себя добавлю только, что работа оказалась неожиданно долгой и нудной. Незадолго до того на Авито появились полусамодельные пластиковые теплообменники для рекуператоров. Тогда, полгода назад, отзывов о них ещё не было. Но если сейчас положительные отзывы появились, то лучше купить там, пусть и чуть дороже, а не клеить самостоятельно.
А ещё я открыл для себя полиуретановый герметик — по консистенции он похож на силиконовый, но имеет намного лучшие клеящие свойства. Отличная штука!
Увлажнитель
Если посмотреть цены на увлажнители для канальных систем, то станет ясно, что рекуператоры вовсе не такие дорогие. Потому что цены на канальные увлажнители измеряются в тысячах Евро.
Если не вдаваться в подробности, то увлажнители бывают трёх типов: традиционные (простейший вариант — мокрая простыня, засунутая одним концом в ведро с водой. Вода испаряется, влажность поднимается), паровые (вроде кипящего электрочайника) и ультразвуковые (ультразвуковой генератор создаёт туман, туман испаряется). От идеи сделать паровой увлажнитель я отказался сразу: он потребляет много электроэнергии, к тому же постоянно работающий самодельный кипятильник кажется мне пожароопасным. Проекты самодельных традиционных увлажнителей я находил, но они показались мне слишком сложными и громоздкими для квартиры. Поэтому остановился на ультразвуковом варианте.
В принципе, ультразвуковой увлажнитель можно купить готовый, и недорого. Я уже было совсем собрался это сделать, но вдруг нашёл на Алиэкспресс отдельные модули ультразвуковых увлажнителей — немного подумал, и решил, что корпус, удобный для подсоединения к вентиляционным каналам, проще сделать с нуля, а не переделывать готовый. К тому же это решает проблему ремонта: проще заменить стандартный бескорпусной модуль, установленный в самодельный ящик, чем менять целиком весь переделанный увлажнитель.
Оставалось решить проблему снабжения увлажнителя водой. Использовать водопроводную воду для этого не рекомендуется, от неё быстро портится резонатор увлажнителя, а на всех поверхностях в радиусе нескольких метров нарастает слой извести. К счастью, сейчас в продаже есть бюджетные системы обратноосмотической фильтрации; я установил Аквафор Осмо-50, но подойдёт и любая другая (единственный совет: если не хотите быть привязаны к конкретной серии конкретного производителя, выбирайте систему с картриджами стандартного типоразмера SL-10). Для присоединения фильтра к увлажнителю использовал пятнадцать метров четвертьдюймовой «трубки для подключения фильтров» и поплавок с того же Алиэкспресса.
Увлажнитель без крышки, склеен полиуретановым герметиком. В левом верхнем углу сифон перелива, защищённый крышечкой от брызг.
Кондиционер
Увы, готовые канальные кондиционеры… — да, вы угадали — стоят очень дорого.
К счастью, способ кустарного изготовления канальных кондиционеров давно обкатан: берётся обычный оконный кондиционер, из подручных средств изготавливаются переходники, и к входу и выходу кондиционера подсоединяются воздуховоды. Судя по многочисленным отзывам, оконные кондиционеры весьма надёжны, судя по менее многочисленным отзывам, в качестве канальных они работают не хуже. Так что я просто купил на Авито кондиционер с функцией обогрева за 2300 рублей. И ещё столько же заплатил за двадцать пять килограммов стального уголка, из которых собрал для него кронштейн — зато теперь я знаю, что кондиционер совершенно не обязательно вешать на уголок-шестидесятку.
Вот так, с помощью нехитрых приспособлений оконный кондиционер можно превратить в канальный.
Видна конструкция переходника для подключения воздуховода: ЭПСС плита, дощатые бортики и маленькие уголки, на которых всё это собрано.
А здесь этот переходник уже установлен на место, и все щели промазаны силиконом (вот не знаю, что, в данном случае, было лучше, силикон или полиуретан? Полиуретан надёжнее держит, но боится перегрева, а кондиционер градусов до 80 нагревается). На переднем плане маленький переходник, вставленный в выхлопное отверстие.
Озонатор
Если честно, озонатор не является стандартной деталью вентиляционной системы. И даже нестандартной не является. Причина понятна: озон крайней ядовит, он относится к веществам первого класса опасности, наравне с цианистым калием, стрихнином и зоманом.
С другой стороны, к первому же классу опасности относится невинный дихромат калия, озонаторы используют для дезодорации помещений и свободно продают в аккуратно относящихся к здоровью Соединённых Штатах, а опасностью заражения воздуховодов болезнетворными микроорганизмами часто пугают на форумах. В общем, для себя я решил, что озонатор лишним не будет, но понимаю, что это неоднозначное решение.
Озонатор, после некоторого колебания, взял из Китая, вот такой. Установил модуль целиком в просвет вентиляционного канала, включается озонирование, естественно, по таймеру, с защитой от случайного включения.
Опять-таки, упрощая, озонаторы бывают двух типов, ультрафиолетовые и газоразрядные.
Ультрафиолетовый озонатор — это обычная газоразрядная лампа, вроде «ламп дневного света», только из кварцевого стекла и без люминофора. Он способен работать в любых условиях, прост в обращении, надёжен, хоть и несколько громоздок. К сожалению, у него есть большой недостаток: озон синтезируется под действием очень жёсткого ультрафиолета (185 нм полоса в спектре излучения ртути), который поглощается любыми примесями в кварце; поэтому УФ-лампы делятся на безозоновые (из специального, не пропускающего 185нм-полосу стекла), условно озонирующие и хорошие озонирующие, из чистого (иногда даже синтетического, сплавленного из аэросила) кварца. Ещё иногда в качестве озонаторов пытаются использовать лампы ДРЛ с разбитой наружной колбой, но у них производительность совсем смешная.
Безозоновые лампы найти легко, что же касается озоновых, то в свободной продаже они бывают редко; я нашёл только отечественные ДБК, которые, вроде бы, можно заказать по почте из Питера, и какие-то китайские ламы, в описании которых иногда мелькает слово Pyrex. В общем, я решил не рисковать с доставкой стекла почтой и чистотой кварца, и обойтись газоразрядным озонатором.
Газоразрядный озонатор представляет собой два электрода, на которые подаётся высокое напряжение. Между электродами возникает электрический разряд, в котором и образуется озон. Беда в том, что в разряде, кроме озона, образуются многочисленные побочные продукты, в первую очередь, оксиды азота. Которые мало того что очень ядовиты, так от них ещё и электроды корродируют. Продукция оксидов азота увеличивается в тёплом влажном воздухе, одновременно сильно, в разы, падает выход озона; в прохладную сухую погоду, насколько я понял, газоразрядные озонаторы достаточно эффективны.
Теоретически, газоразрядный озонатор можно собрать самому, из блока питания на 12 вольт и автомобильной катушки зажигания. Я такой даже сделал, он старательно шипел тлеющим разрядом, но даже слабый запах озона не чувствовался. Поэтому я отказался от самодеятельности, пошёл на Алиэкспресс и купил готовый. Вроде, работает, нормально тестировать буду, когда похолодает.
Фильтры воздуха
Думаю, вы встречали в рекламе рассказы про гипоаллергенные HEPA фильтры сверхвысокой степени очистки, угольные фильтры, фотокаталитические фильтры и тому подобное. Все они существуют и в канальных версиях.
Но мне повезло: аллергии на пыльцу у меня нет, окна выходят во двор, так что защищаться от пыли особо не нужно. Поэтому я ограничился фильтрами первичной очистки, защищающими воздуховоды от зарастания грязью. Установил ФВК («Фильтры Вентиляционные Карманные», с фильтрующим элементом в виде мешков — ещё бывают «ФВ», они меньше, дешевле, но менять элемент надо в несколько раз чаще), класса G3 (самый обычный вариант защиты от крупной пыли, сделан из чего-то типа синтепона). На входе в приточный фильтр натянул сетку («от комаров»), для защиты от птиц и совсем уж крупного мусора — она меня уже спасала, когда летел тополиный пух.
Да, ещё. Фильтры первичной очистки составляют среди канального оборудования приятное исключение: они дешёвые.
Я встречал описания самодельных домашних вентиляционных систем с установленными фильтрами класса F7-F9 и угольными фильтрами.
Фильтры F7 и F9 — это что-то среднее между моим слабеньким фильтром G3 и HEPA H14 из рекламы. Типоразмеры у них стандартные, так что, если я захочу получить более чистый воздух, то смогу просто заменить в своей системе фильтрующий элемент G3 на F9. Только понадобится какой-нибудь кусок синтепона на место сетки от комаров натянуть, чтобы F9 не забивался слишком быстро.
Готовые угольные фильтры стоят дорого, поэтому их обычно делают самостоятельно: собирают какой-нибудь корпус (например, на основе того же ФВК) и засыпают активированным углём. Уголь продаётся в мешках.
Я не слышал ни об одной попытке поставить фотокаталитический, электростатический или HEPA фильтр в домашнюю систему вентиляции. Более того, на специализированных форумах я встречал мнение, что даже фотокаталитические фильтры для серьёзных канальных систем слишком капризны и ненадёжны, а HEPA H14 в бытовых комнатных фильтрах — чаще всего фикция, потому что настоящий H14 требует намного более качественную защиту от просачивания пыли через щели в корпусе — в общем, у меня сложилось ощущение, что в бюджетных домашних фильтарх эти высокотехнологичные системы очистки являются в большей степени маркетинговой уловкой, а не реально полезным узлом.
Пара вентиляторов Vents TT-125 C и корпус фильтра ФВК-125.
Вентиляторы
Для вентиляции квартиры, в которой живёт один человек, достаточно воздухообмена в сотню кубометров в час (это с большим запасом, вообще и пятидесяти хватит), то есть воздушного потока стандартного компьютерного кулера. К сожалению, оказалось, что вместо кулера придётся использовать большой, громоздкий и дорогой вентилятор центробежного или смешанного типа.
Когда-то я думал, что единственный важный технический параметр вентилятора — это то, сколько кубометров воздуха он может перемещать за час.
К счастью, я осознал свою ошибку до начала сборки системы. Дело в том, что вентилятор всегда работает против давления воздуха. Тому же кулеру компьютера приходится проталкивать воздух между радиодеталями и пластинами радиаторов, но пластины короткие, а щели между ними большие. В вентиляционной же системе вентилятор должен прогнать воздух через слои синтепона, стопки пластин рекуператора и радиатора кондиционера, а потом гнать его по длинному извилистому каналу, и для этого он должен уметь создавать куда большее давление. Если провести аналогию с автомобилями, то можно сказать, что Ока может ехать со скоростью КамАЗа — но если обе машины нагрузить тонной груза, то Ока не сможет сдвинуться с места, а КамАЗ даже не заметит прибавки в весе; точно так же в полной спецификации вентиляторов указывается кривая зависимости потока воздуха от давления — и по ней легко увидеть, что осевые вентиляторы (вроде тех, что обеспечивают охлаждение компьютера) дают хороший поток воздуха, но только при минимальном (несколько десятков Паскаль) сопротивлении.
Потеря давления воздуха — параметр, о котором говорится в любом описании элемента канальной вентиляции, но рассчитать суммарное падение давления во всей системе достаточно сложно. По моим оценкам, моя система должна была оказывать сопротивление порядка 100-200 Па. У меня не было опыта разработки вентиляционных систем, поэтому я решил взять вентилятор с минимальной зависимостью потока воздуха от давления, чтобы не бояться скачков скорости из-за каких-то случайных переконфигураций системы. Выбор пал на модель Vents ТТ 125 С. В старых статьях часто рекомендуют использовать вентиляторы Systemair, но, думаю, после падения курса рубля Vents обладают лучшим соотношением цены и качества.
Вентиляционные каналы и анемостаты
Вентиляционные каналы — это трубки, по которым движется воздух. Анемостаты — заглушки на концах этих трубок, рассеивающие воздух и позволяющие регулировать его поток.
Часть системы воздуховодов. Анемостаты обозначены синими стрелками.
Электроника
В моей системе есть блок питания, датчики и микроконтроллерная система управления.
Подробно описывать блок питания не интересно. Скажу только, что он выдаёт +5В (основное напряжение питания электронных схем), +12В (для анемометров и соленоидного клапана, если я соберусь его когда-нибудь подключить), +24В (для увлажнителя и поливалки цветов) и 170В-50Hz (для работы вентилятора на низких оборотах).
Вообще, самый правильный способ регулирования скорости вентилятора — это изменение частоты питающего напряжения. В серьёзных вентиляционных системах для этого используются специальные частотные преобразователи. К сожалению, у них есть большой недостаток — да, именно, «они очень дорого стоят».
Поэтому обычно для замедления маломощных вентиляторов используют или тиристорные регуляторы и димеры, или понижающие трансформаторы; трансформаторы предпочтительнее, потому что димеры искажают форму синусоиды, и вентиляторы начинают гудеть и греться.
Что касается выбора напряжения, то я снял с вентилятора вольтамперную характеристику, с помощью анемометра построил график зависимости производительности моей системы от напряжения, посмотрел характеристики купленного на Авито трансформатора, и решил, что на минимальной скорости на вентилятор будет подаваться 170 В.
График зависимости производительности вентитяторов (в м 3 /ч) от рабочего напряжения (в В). Кривые начинаются не от нуля за счёт естественной вентиляции.
Управляющее устройство
Его я собирал неожиданно долго: сказался мой недостаточный опыт работы с паяльником и компилятором. Собрано всё на микроконтроллере ATmega328 (c обвязкой Arduino Nano 3), запрограммировано на WinAVR C. Основные элементы управляющего устройства объединены шиной I2C, в качестве расширителей портов использованы переделанные модули I2C-LCD на PCF8574. Все мощные устройства управляются двумя десятками реле стандартных релейных модулей с АлиЭкспресс. Там, где нужно было сделать разъёмы, я намертво впаивал детали, а там, где стоило использовать пайку, обходился разъёмами. Мне кажется, все люди делятся на тех, кому быстрее и эффективнее будет создать такое устройство с нуля, и на тех, кто всё равно не сможет разобраться в моём индусском коде и скопировать этого монстра, поэтому подробно рассказывать, как оно у меня всё работает, я не буду. Но для особо желающих посмотреть тысячу с лишним строк спагетти-кода, всё же выложу ссылку на проект.
Пульт управления.
Датчики
В системе используется 8 датчиков температуры ds1820, датчик влажности DHT-22, измерительный модуль с датчиком концентрации углекислого газа MH-Z19 и два анемометра.
ds1820 — простые и дешёвые датчики температуры, расставленные во всех ключевых точках системы. Работают настолько хорошо, что я даже не знаю, что о них ещё сказать.
DHT-22 умеет измерять температуру и влажность. Я планировал использовать три датчика, но, увы, они оказались невероятно капризными; потратив несколько дней на наладку, я смирился с тем, что два датчика, подключённые к основному контроллеру, перестают работать, в лучшем случае, через несколько часов после включения, и оставил только третий, установленный в отдельном измерительном модуле.
В продаже есть много готовых измерителей концентрации углекислого газа (первая попавшаяся статья на Geektimes), но ни один из них не имеет штатного способа подключения к микроконтроллеру. Поэтому я решил самостоятельно собрать измеритель, который тоже можно было бы использовать как автономный прибор, но можно было бы и подключить к микроконтроллеру по интерфейсу I2С. Про него даже планировалось написать отдельную статью, но, пока я копался, похожих статей опубликовали уже несколько штук. Так что ограничусь общими словами: датчик углекислого газа MH-Z19, датчик температуры и влажности DHT-22, контроллер ATmega 328 (обвязка Arduino Nano 3), дисплей 8х2, подключение к I2C через разъём RJ-14. Связь через I2C работает не слишком стабильно, но благодаря нескольким костылям жить можно. Прошивка, если вдруг кому интересно; функция опроса датчика есть в прошивке управляющего устройства чуть выше.
А ещё я попытался откалибровать MH-Z19…
MH-Z19 — чисто китайский датчик, и даташит его представляет собой краткое невнятное описание объёмом в несколько страниц. В частности, упоминается способ калибровки нуля (нужно подать «Low» на пин «Hd»). Что за калибровка нуля — нигде не указано, зато известно, что калибровать его не обязательно.
Но во мне взыграло любопытство: со временем показания датчиков плывут, и их надо перекалибровывать по атмосферному воздуху (концентрация СО2 в нём берётся за 400 ppm) — почему бы ради эксперимента не сделать это сразу?
Так вот. «Калибровка нуля» — это не калибровка по базовому атмосферному уровню, это именно калибровка нулевого уровня углекислого газа. Проводить её можно только в потоке баллонного азота. После того, как я сдуру откалибровал датчик в обычном воздухе, он начал постоянно показывать
150 ppm. Попытки восстановить его, снова откалибровав при пониженном давлении или в воздухе над щёлочью, ни к чему не привели. Не помог и испаряющийся жидкий азот (оказалось, что он набирает углекислый газ из воздуха, и датчик зашкаливает, даже если у него сбита калибровка и он не реагирует ни на что другое). Я сумел получить доступ к баллону с азотом, и частично восстановить работу датчика, но, видимо, поток азота был слишком низкий, и сейчас датчик занижает показания — процентов на 30, если судить по показаниям на свежем воздухе. Боюсь, придётся покупать новый.
Поэтому повторю ещё раз:
Господа! Товарищи! Граждане! НИКОГДА! Никогда не проводите калибровку нуля датчиков MH-Z19, MH-Z16, MH-Z14 и им подобных, если только у вас нет свободного доступа к баллону с азотом или аргоном!
Анемометры — возможно, главные датчики вентиляционной установки. Интересно, что в серьёзных установках анемометры не ставятся, вместо них используют датчики перепада давления: например, если оказывается, что давление между входом вентилятора и окружающей средой больше 200 Па, значит, фильтр, через который вентилятор всасывает воздух, забился, и его пора менять. Наверное, датчиков давления достаточно для работы, но только в случае, если вентиляционную систему собирает квалифицированный инженер, который хорошо представляет себе, где и как будет идти воздух, когда система в норме.
Мне же нужно было видеть, как меняется поток воздуха при открывании и закрывании заслонок и анемостатов, изгибании трубок и открывании дверей.
Скажу сразу, что вентиляторы показали себя с лучшей стороны, и поток воздуха через них не зависит почти ни от чего — я даже решил, что зря поставил заслонку, позволяющую пускать воздух в обход кондиционера, когда он не работает. Но результат этот был совершенно не очевиден заранее, поэтому анемометры мне очень помогли.
Датчик электронного анемометра — это прибор, преобразующий скорость потока воздуха в электрический сигнал. Обычый вентилятор выполняет прямо противоположную задачу, поэтому простейший анемометр можно сделать, просто заставив вентилятор свободно вращаться в потоке воздуха (как на ветроэлектростанции), и измерив напряжения на линии питания, которое почти линейно зависит от скорости вращения лопастей. К сожалению, для того, чтобы раскрутить вентилятор и индуцировать напряжение на обмотках, нужна большая скорость ветра.
Но в современных кулерах, кроме обмотки, есть ещё собственный датчик скорости вращения; если снять крыльчатку вентиялтора, удалить обмотку и железный сердечник и поставить крыльчатку на место, то лопасти будут крутиться намного легче. Естественно, на линии питания ничего появляться больше не будет, наоборот, нужно подать на неё 12 вольт для работы схемы датчика — и тогда при вращении крыльчатки на третьем проводе (который нужно притянуть к питанию резистором) появится меандр. Да, ещё рекомендуют припаять пару каких-нибудь резисторов на мето удалённых обмоток — говорят, иногда без них микросхема вентилятора начинает чудить.
Чем больше диаметр вентилятора, тем, при прочих равных, легче он вращается, поэтому лучше всего использовать вентиляторы диаметром 120 мм. 120мм вентиляторы редко снабжены двумя подшипниками качения, а трение в подшипниках скольжениня слишком велико. Спасает то, что диаметры подшипников скольжения и качения примерно одинаковые (вообще, вентиляторы разных фирм и размеров внутри удивительно похожи), поэтому можно взять 120 мм вентилятор с подшипниками скольжения и переставить на него подшипники качения от вентиляторов меньшего диаметра.
Теперь мы можем установить наши анемометры в воздуховоды, подать на их линию питания к +12В, а линии данных подключить к пинам микроконтроллера, переведённым в режим Pull Up — и, считая количество импульсов в секунду, получить скорость воздуха в условных единицах.
Анемометр чашечный МС-13: выглядит стильно, но для задачи подходит плохо.
Всякие мелочи
Виброизолятор. Купил на авторынке — видимо, какая-то деталь ВАЗа.
Альтернативные варианты конструкции
Изготовление климатической системы потребовало много времени и денег. Естественно, существуют более простые и дешёвые варианты.
В качестве вентилятора можно взять, например, Vents 150 ВКО или аналогичную модель меньшего диаметра.
Принцип работы системы прост: правый анемостат регулирует объём воздуха, выдуваемого вентилятором в комнату, левый — объём, забираемый вентилятором с улицы. Если левый анемостат открыт слабее правого, то вентилятор будет подсасывать тёплый воздух через отверстия, просверленные в воздуховоде, и смешивать его с холодным уличным воздухом — что нам и требовалось.
Некоторые технические характеристики
850 Вт.
Сумма денег, затраченная на изготовление —
55 тысяч рублей.
Максимальная скорость воздухообмена — приток 100-200 м 3 /ч, отток 75-150 м 3 /ч.
Производительность увлажнителя —
400 г/ч.
Производительность кондиционера (паспортная) — 9000BTU.
Первые впечатления от использования
К сборке системы я приступил в середине декабря, первые пробные запуски произошли в феврале-марте, бетта-версия была готова к середине апреля, где-то до начала июня я исправлял самые серьёзные ошибки. Надеюсь, сейчас систему можно считать более-менее готовой, и рассказать об опыте её использования.
Во-первых, моё самочувствие действительно улучшилось. Я перестал страдать от духоты при закрытых форточках и от сквозняков при открытых.
Во-вторых, система почти не шумит. Обычно она работает на минимальном уровне, который едва слышен за тиканьем кварцевых часов. Если включить на максимум оба вентилятора и кондиционер, то уровень шума увеличивается, и различить тиканье становится тяжело.
Я не уверен, удаётся ли использовать все возможности кондиционера, но он поддерживает комфортную температуру сейчас (позавчера у нас было 32 градуса жары), и поддерживал её, когда температура за окном опускалась ниже 10°С.
Увлажнитель и озонатор как следует протестировать пока не могу, с этим нужно ждать осенней прохлады и зимней стужи.
Сейчас я, в основном, управляю функциями системы в ручном режиме, но, надеюсь, со временем смогу сформулировать, в каких ситуациях какой режим мне нужен, и автоматизирую его включение. Ещё планируется использовать систему для освещения и поливки растений — аппаратно задача почти решена, осталось посеять что-нибудь в ящик на окне.
Заключение
Изготовление вентиляционной системы оказалось огромной работой, я бы никогда не взялся за неё, если бы знал, насколько она сложна. С другой стороны, теперь, когда работа завершена, я рад, что вентиляционная система у меня есть, а проблем, из-за которой я о ней мечтал, наоборот, нет.
К сожалению, сложно подробно изложить в статье все результаты полугодовой работы: статья вышла объёмной, но мне всё равно пришлось опустить многие важные детали.
Но, надеюсь, она всё же будет интересна тем, кто думает о проблемах климата в доме, а кого-то, возможно, и подтолкнёт к действию.