Система увлажнения и очистки воздуха

Привет, Geektimes!

В своей прошлой публикации я делился размышлениями относительно модернизации смонтированной в моей квартире системы кондиционирования с подачей свежего воздуха добавлением увлажнения в холодный период года.

Учитывая все вот эти нюансы, я принял решение о натуральных испытаниях в холодное время года, когда температура наружного воздуха будет хотя бы 0 — +5 градусов.

Автор КДПВ — Вася Ложкин.

Сообщаю, что испытания проводятся, некоторыми результатами которых уже думаю здесь и сейчас поделиться, так как необходимое оборудование для автоматизации пока в пути, зима близится к концу и полноценные результаты подобного решения можно будет оценить скорее всего только в следующем отопительном сезоне.

Потечет/не потечет

Осенью в «поднебесной» была заказана система туманообразования, за месяц доставлена ко мне в город. В комплекте идет 5-ти метровая гибкая трубка, 10 распылителей, тройники соединяющие трубку и фоггеры, соединительные адаптеры для быстрого подключения к водопроводу. Первым делом проверил как работает распылитель и расход воды. Один наконечник формирует как бы облако мелкого-мелкого дождика, под водопроводным напором начиная с самой тоненькой струйки (подключал вместо лейки душа) и до максимум открытого крана может расход и меняется, но образуемое облако остается в прежних пределах — примерно на расстояние в 800 мм телесный угол в 30 градусов. Был произведен замер расхода по таймеру — за 30 минут в ведро собралось примерно 2,5 литра, 3-х литровой банкой измерил.

Следующий этап — проверить каким образом распространяется облако тумана внутри канального блока, в воздуховодах и решетках, как поведут себя ребра теплообменника.





Так как сразу курочить/дырявить модернизировать внутренний блок не хотелось, трубка для подключения к тройникам была заведена внутрь кондиционера через заглушку в пенопластовом поддоне слева, по ходу движения воздуха.
Открыл воду сначала просто так — оба распылителя функционировали как нужно, посторонних подтеков не заметил.
Установил на место поддон сбора конденсата. Запустил внутренний блок на режим вентиляции (работа только вентиляторов) на минимальной скорости и опять открыл воду. Визуально ничего не видно, так как все закрыто — но по звуку было понятно что распылители воду подают. Кстати шум от них даже больший, чем от работы кондиционера на минимальной скорости.
Кран был открыт 15 минут, т.е. в кондиционер было подано около 2,5 литра холодной воды. Внутренний блок работал 5 минут на минимальной, 5 минут на средней и 5 на максимальной скоростях вентиляторов. Все это время «махал руками» за теплообменником на выходном патрубке внутреннего блока, держал бумажную салфетку и т.п. Где-то на 10-й минуте (перед переключением на максимальную скорость) нижняя половина теплообменника стала влажной, за это время в поддоне справа уровень воды поднялся где-то до 7 мм. На 15-й минуте из патрубка с отсутствующей заглушкой начала капать вода, т.е. уровень воды в поддоне уже был довольно высок (около 10 мм в правом углу). Сходил перекрыл кран с подачей, услышал как начал работу конденсационный насос — сработал поплавок. Насос проработал 10 минут, режим вентиляции выключил вместе с водой.
В принципе, эксперимент считаю удачным, так как основные опасения не подтвердились и вода за пределы кондиционера не уходит.

Теоретическая часть

Обновленный эскиз с расположением оборудования в за потолочном пространстве гардеробной, обслуживающее детскую комнату и спальню:

Производительность внутреннего блока кондиционера по воздуху, согласно документации производителя на минимальной скорости — 425 м3/час.
Параметры рассматриваемых помещений в разрезе подаваемого кондиционером воздуха на минимальной скорости:

	Объем, м3	Воздух от кондиционера, м3	Кратность	Свежий воздух, м3
Детская	36	200	5,6	50
Спальня	27	200	7,4	50

Данные объемы были мною получены с помощью установки регулятора потока за приточной решеткой спальни, так как без регулятора за счет меньшего сопротивления подающего и обратного воздуховодов спальни, соотношение было 220/180. За счет больших теплопритоков и теплопотерь в спальне (3-х створчатое окно) было принято решение разделить воздушный поток поровну, а не по кратности. Данные по объему свежего воздуха замерить никаким известным мне способом возможности нет, поэтому получены простыми расчетам.
Из таблицы можно дополнительно рассчитать, что примерное время полной обработки кондиционером воздуха для помещений будет равно 8 и 11 минут, а 100% проветривание — подача свежего воздуха в полном объеме комнат 32 и 43 минуты.

Первое увлажнение

Разумеется, после получения положительных результатов о том, что мелкий дождик не выходит за пределы кондиционера — очень «чесались руки» провести более полноценную проверку. Подготовительные работы, собственно замеры и занесение результатов в таблицу заняли половину моего выходного дня. Были сняты воздухораспределительные решетки и регулятор. Отключен от питания вентилятор подмеса свежего воздуха в систему. Просверлен канальник, внутрь заведена трубка и на площадки/стяжки прикручены внутри распылители. Сфотографировать честно забыл как внутри это все выглядит, но не особо отличается от фотографии со скотчем. У коллег взял приборчик — анемометр Testo 410-2, им и проводились замеры. Методика замеров — 5 замеров на отверстие размером 100х500мм, по 10 секунд на точку. Замеры проводил на 2-х приточных и вытяжной решетке (притоки в детскую и спальню, вытяжка из спальни), до 2-й вытяжной решетки было трудно добраться — она над шкафом и перед ней пакеты с игрушками, а в комнате в это время младший сын спал. Воду подавал холодную из системы, старался подавать/отключать воду циклами по 10 мин примерно, начиная с 12:35. Первый замер до подачи воды показал влажность 41,4% на приточной решетке в спальню. Результаты работы в таблице ниже.

Наименование	Время	Влажность	Скорость	Температура
1. Спальня приток	12:36	50,2	1,3	22,2
2. Спальня вытяжка	12:38	43,6	1,2	22,9
3. Детская приток	12:39	49,6	1,0	22,2
4. Спальня приток	12:45	53,2	1,3	22,5
5. Спальня вытяжка	12:47	47,9	1,2	23,5
6. Детская приток	12:49	46,5	1,1	23,1
7. Спальня приток	12:56	57,8	1,5	21,7
8. Спальня вытяжка	12:59	50,6	1,2	23,4
9. Детская приток	13:01	51,8	1,1	22,4
10. Спальня приток	13:05	56,8	1,4	21,8
11. Спальня вытяжка	13:06	51,9	1,2	23,1
12. Детская приток	13:08	49,0	1,3	22,5
13. Спальня приток	13:16	58,2	1,4	22,0
14. Спальня вытяжка	13:17	51,8	1,2	23,5
15. Детская приток	13:19	51,8	1,1	22,4
16. Спальня приток	13:27	60,4	1,5	21,6
17. Спальня вытяжка	13:29	56,1	1,2	23,2
18. Детская приток	13:30	51,4	1,3	22,3
19. Спальня приток	13:36	59,5	1,4	22,4
20. Спальня вытяжка	13:37	54,3	1,2	23,8
21. Детская приток	13:39	53,3	1,3	22,3
22. Спальня приток	13:48	61,4	1,5	21,7
23. Спальня вытяжка	13:50	57,1	1,2	23,4
24. Детская приток	13:52	56,3	1,4	22,5

Красный текст — вода не подается во внутренний блок, синий текст — подается. На самом деле замеров было сделано куда больше, за 10 минут подачи или не подачи воды на распылители я успевал по два раза замерить все решетки подряд, но для аналитики результатов они не представляют ценности. Так же не стал вносить в представленную таблицу данные по включению/выключению конденсационного насоса — там все просто, автоматика внутреннего блока работает по следующему алгоритму: сработка поплавка — вывод сообщения на дисплей — работа насоса 10 минут.
Понятно из вышеприведенной таблицы, что за полтора часа работы системы туманообразования уровень влажности в комнатах поднялся до приемлемых 55-60% с мало комфортных 40% (сыграло роль +5 градусов на улице), температура воздуха проходящего над поддоном и через увлажненный теплообменник холодной водопроводной водой опускается на 1-2 градуса, что приемлемо.

Испытания продолжаются

В настоящее время проведено 4, подобных первому, испытания. В основном изменения касались времени подачи/отключения воды — 10/10, 5/15, 5/10, 10/20, так же играла роль температура наружного воздуха и зависимость от неё влажности внутри квартиры, во всех испытаниях за полтора часа влажность в комнатах повышалась свыше 50%. Наилучшие показатели стабильности работы системы увлажнения показал временной формат циклов 5/10, т.е. 5 минут подача воды на туманообразование, 10 минут просто работа на вентиляцию, но в таком случае в канализацию сливается насосом около 3,3 литров воды в час. Так же сильно заметно, что правая половина канального блока больше увлажняет воздух (та которая подает воздух в спальню). Мое мнение что это связано с тем, что воздух дополнительно проходит не только через влажный теплообменник, но и над поддоном, где собирается достаточно больше количество воды.
В связи с чем думаю убрать из внутреннего блока один из фоггеров, то есть оставить один из двух, при чем оставить тот, который находится слева (по ходу движения воздуха). Таким образом воздух для детской будет увлажняться проходя сквозь теплообменник, воздух для спальни будет увлажняться водой в поддоне и в два раза уменьшиться количество подаваемой воды внутрь кондиционера.

Arduino

Как уже выше я написал, arduino оборудование в пути, но в данную публикацию пока железная часть, к сожалению, не войдет.
Для себя выбрал необходимое оборудование:

1. DHT22/AM2302, Датчик температуры и влажности — 3 шт. Один установить после калорифера с целью контроля температуры подаваемого в систему свежего воздуха с улицы, два датчика установить в подающий и обратный воздуховоды.
2. MH-Z19, Датчик инфракрасный уровня углекислого газа — 1 шт. Установить в обратный воздуховод.
3. ACS712, Датчик тока 5А — 1 шт. Контролировать работу внутреннего блока, вкл/выкл вентилятора канальника, вкл/выкл дренажного насоса.
4. AC-DC 220V/5V 700mA, Блок питания Arduino — 1 шт.
5. ARM PIC AVR DSP, Модуль реле 4-х канальный Arduino — 1 шт. Питание клапана подачи воды во внутренний блок, вентилятора, облучателя кварцевого и калорифера.
6. Контроллер Arduino Nano 3.0 — 1 шт.

Отдельным списком идет не arduino оборудование:

1. Канальный нагреватель. Пока думаю покупать с заводской автоматикой или же сделать регулирование мощности самому — с автоматикой стоит в 2,5 раза дороже.
2. Клапан подачи воды. Решение случайно нашлось в виде клапана подачи воды от стиральной/посудомоечной машины.
3. Облучатель бактерицидный (кварцевый) настенный (Пользуясь случаем выражаю благодарность mr_klimenko за подсказку). Который установится в самую грязную часть внутреннего блока — обратный адаптер присоединения воздуховодов до фильтра.

Более детальная проработка функционала автоматики системы поставила пару вопросов, которые пока находятся в процессе поиска правильного решения. А именно плавная регулировка производительности вентилятора и калорифера, в гугле есть несколько решений на эту тему, пока изучаю.

Публикация предназначена для обсуждения решения, не претендует на правильность и всеобъемлемость и я готов и хочу услышать любую конструктивную критику, пожелания, замечания и тому подобное.

Продолжение следует…