Как стать автором
Обновить

Приточная вентиляция совмещенная с канальным кондиционером (часть 2 — водяная)

Умный дом DIY или Сделай сам Здоровье
drawing

Хочу поделиться опытом проектирования, монтажа и эксплуатации своей системы приточной вентиляции совмещенной с канальным кондиционером. Система
собиралась в 2012-2013 годах и с тех пор находится в постоянной эксплуатации.


Статью разделил на две части:


  • в первой части была описана классическая схема приточная вентиляции с использованием электрического канального подогревателя
  • в этой части расскажу про неоднозначный опыт переработки системы под водяной калорифер с питанием от общедомовой системы отопления

Благодарность мастерам


Еще раз огромное спасибо за конструктивные и критические советы специалистов, без которых я не смог бы создать и настроить систему.


  • пользователю Ким за крайне ценные советы и внимательно отношение к моим вопросам
  • пользователю Fresh за постоянную поддержку
  • пользователю mr-h за ценные советы и активное участие

Характеристики системы


Приточная вентиляция:


  • четыре комнаты, от 80 до 120 м3/час на комнату
  • вытяжка осуществляется в родные вытяжные каналы (3 канала: кухня, ванная, туалет)

Кондиционирование:


  • забор воздуха с улицы — до 300 м3/час
  • рециркуляция в квартире — до 300 м3/час
  • подача воздуха в каждую комнату (три комнаты) до 200 м3/час

Почему задумался про перевод на воду


Причин было три:


  • во первых водяной калорифер не "выжигает" кислород. Температура носителя от 45 °C (на улице 0 °C) до 70 °C (на улице -28 °C). Электрические калориферы в основном управляются по ШИМ с периодом около 1 минуты. Но так как площадь контакта с воздухом очень маленькая, то приходится держать высокую температуру.
  • во вторых была идея сэкономить за счет более дешевых цен на теплоноситель.
  • в третьих, наверное самое главное, мне было интересно. Интерес как раз и перевесил все предупреждения специалистов.

Оценка экономики перехода с электричества на воду:


  • данные по среднесуточной температуре в регионе проживания брал с какого-то сайта
  • температуре воздуха в канале взял в 15 °C, но по опыту лучше брать 19 °C
  • по оптимистичным оценкам экономия от воды — 5 000 — 7 000 руб./год (цены 2012)
  • стоимость оборудования и работ в районе 50 000 руб
  • прогнозная окупаемость — 8-10 лет

Что хотел реализовать:


  • летом работает просто приточка + кондиционер (при необходимости) в обход калорифера
  • зимой днем работает нагрев вода + электричество (приоритет на воду)
  • зимой ночью работает нагрев электричество + вода (приоритет на электричество — так дешевле)

Как говорится "Гладко было на бумаге, да забыли про овраги".


drawing

Разводка теплоносителя


Как выглядит разводка теплоносителя для батарей в моей квартире:


  • от общего стояка идет гребенка на 4 квартиры
  • между подачей и обраткой стоит регулятор перепада давления. Он настроен примерно на 200-300 кПа
  • ввод в квартиру выполнен металопластиком 20 мм
  • внутри квартиры изначально была выполнена разводка последовательно от одной батареи до другой
  • переделал последовательное подключение на гребенку с индивидуальной разводкой до каждой батареи

drawing drawing


drawing drawing


Первым делом решил сделать оценку, сколько я могу снять со своей трубы отопления:


  • рабочее давление в системе — 8-9 Bar, опрессовочное около 12-16 Bar
  • при уличной температуре 0 °C, входная вода — 40 °C, выходная — 25 °C
    • расход на отопление по счетчику примерно 20 кВт*час в сутки
    • на батареях стоят регуляторы — поэтому они еле теплые — этого хватает чтобы поддерживать комфортную температуру в квартире +23 °C
    • если полностью открыть все регуляторы, то расход будет порядка 50 кВт*час в стуки на квартиру
  • при уличной температуре -25 °C, входная вода — 70 °C, выходная — 45 °C
  • по моим оценкам у меня есть запас 2-4 кВт*час, которые я могу дополнительно снять не нарушая работу батарей

Мощность, которая доступна для водяного калорифера сильно зависит от домовой автоматики (а у нас она погодозависимая).
Поэтому я решил подстраховаться и поставить перед водяным дополнительно электрический калорифер, который уже эксплуатировался в приточке.


Контроллер


Я искал максимально готовый Контроллер, который мог бы управлять как электрическим, так и водяным + электрическим калориферами. Остановился на Electrotest OPTIMUS 911. Перечислю только минимум функций, что мне потребовались.


  • датчики температуры:
    • температура воздуха в канале
    • температура обратной воды на выходе из калорифера
  • управление EC вентилятором сигналом 1-10 В
  • управление трехходовым краном смесительного узла сигналом 1-10 В
  • управление приводом воздушной заслонки
  • управление электрокалорифером плавно по сигналу ШИМ, через твердотельные реле
  • задействовал программируемые входы аварий:
    • авария по внутреннему датчику перегрева в калорифере
    • авария по датчику пожарной сигнализации в калорифере
    • авария размораживания калорифера по капиллярному термостату
    • авария протечки воды
  • управление комбинированным нагревом: вода + электричество с приоритетом на воду
  • программируемый режим день / ночь

Типовые сценарии:


  • В режиме работы "электрокалорифер":
    • плавное регулирование по сигналу ШИМ с периодом 4 сек.
    • плавный старт с прогревом
    • плавное выключение с продувкой электрокалорифера на низкой скорости вентилятора
  • В режиме работы "вода":
    • настраиваются уставки для температуры обратной воды: "темп. рабочая" (+30 °С), "темп. дежурная" (+20 °С), "темп. угроза замораживания" (+10 °С), "темп. прогрева" (+45 °С)
    • если температура обратной воды падает ниже "темп. рабочая", то Контроллер переходит в режим работы по приоритету воды вместо температуры в канале
    • если температура обратной воды падает ниже "темп. угроза замораживания", то Контроллер переходит в режим аварии, выключает вентилятор, закрывает воздушную заслонку
    • при старте системы, сначала прогревается калорифер до "темп. прогрева", после этого открывается заслонка и включается вентилятор
    • при остановке, система переходит в дежурный режим, температура обратной воды поддерживается на уровне "темп. дежурная"
  • В режиме работы "вода + электро" с приоритетом на воду:
    • при старте системы, если температура обратной воды не достигает "темп. прогрева", то подключается электрокалорифер
    • в ходе работа, если теплопроизводительность водяного калорифера недостаточна, то включается в работу электрический калорифер
  • Переключение режима день / ночь:
    • переключается сухим контактом (например, по сигналу внешнего таймера): замкнуто — Ночь, разомкнуто — День. Эту функцию можно использовать для управления уставками температуры и скорости вентилятора по датчику влажности, СО

Интересные возможности Контроллера, которые планировал использовать:


  • возможность регулировки температуры по внешнему датчику температуры в помещении с каскадным коэффициентом, который показывает на сколько градусов надо изменить температуру воздуха в канале при изменении температуры в помещении на 1 °С
  • для калориферов из нескольких секций (у меня три секции по 1 кВт) предусмотрена ступенчатая коммутация: одна ступень плавно плюс три ступени дискретно

Электрический калорифер


Электрический калорифер был выбран Systemair CB 200-3,0. Мощности этого калорифера достаточно, чтобы подогреть 200 м3/час от -20 °C до + 18 °C.


  • минимальный воздушный поток — 170 м3/час
  • три отдельных секции по 1 кВт
  • калорифер укомплектован автоматической биметаллической защитой от перегрева (нормально замкнутый контакт) и дополнительной защитой от перегрева с ручным перезапуском.

drawing drawing


Я разделил его на две секции 1 + 2 кВт:


  • секция на 1 кВт будет работать в режиме вода + электричество (приоритет на воду), подключение электрического калорифера производится автоматически, если водяной не будет справляться. Управления этой секцией осуществляется через твердотельное реле.
  • секция на 2 кВт управляется от Контроллера PULSER. Его датчик температуры установлен после электрического калорифера, но перед водяным. Этот режим включается ночью — электричество + вода (приоритет на электричество). Две секции 2 кВт нагреют воздух на сколько смогут, остальное нагреет водяной калорифер.

Были опасения, что твердотельное реле будет перегреваться в корпусе калорифера, но оказалось, что он практически холодный. На всякий случай дополнительно в корпус калорифера был смонтирован стандартный пожарный датчик (температура срабатывания 70 °C) с нормально замкнутыми контактами.


drawing drawing


Водяной калорифер


Водяной калорифер был выбран Systemair VBC 200-2.


  • Max operating temperature 150 °C
  • Max operating pressure 1,6 MPa (16 Bar)

Расчет предельных характеристик калорифера. Входные данные:


  • воздушный поток — 300 м3/час
  • влажность входящего воздуха — 90 % r.H
  • температура воздуха на входе — -20 °C
  • температура носителя на входе — +75 °C
  • температура носителя на выходе — +40 °C

Результаты расчета:


  • температура воздуха на выходе — +15 °C
  • влажность выходящего воздуха — 5 % r.H
  • мощность — 4.1 кВт
  • необходимый поток теплоносителя — 0.1 м3/час

Как выглядит калорифер. Качество отличное, толстый метал, все швы промазаны герметиком.


drawing drawing


Аварийная защита водяного калорифера


Водяной калорифер замораживается за считанные секунды — образуется ледяная пробка, поток останавливает и все — разрыв трубопровода. А давление в системе 8 Bar.


Для защиты водяного калорифера от замораживания нужно:


  • обеспечить постоянный поток теплоносителя через калорифер с определенной скоростью и предусмотреть источник бесперебойного питания
  • контролировать температуру воды на выходе из калорифера
  • контролировать температуру воздуха после калорифера
  • предусмотреть систему аварийного перекрытия воздушного потока через калорифер
  • запуск калорифера возможен только на прогретой системе
  • остановка калорифера возможна только после перекрытия воздушного потока

Все эти функции берет на себя Контроллер.


Дополнительно с Контроллером желательно реализовать полностью независимую систему аварийной защиты от замораживания, которая срабатывала бы за несколько секунд. Датчики температуры воды и воздуха для этого не годятся — у них задержка показаний достигает нескольких минут.


Единственный действенный способ — это контроль температуры воздуха после калорифера капиллярным термостатом. Трубка термостата укладывается так, чтобы перекрыть всю площадь калорифера. Поток через калорифер будет неоднородным. В одном углу +15 °C, а в другом +5 °C. Особенно внимание нужно уделить месту, где сделан выход воды из калорифера — там самая большая вероятность заморозить.
Нормально замкнутый сухой контакт из термостата подключаются к аварийному выходу Контроллера и к дополнительному реле.
Если срабатывает защита, то параллельно с передачей сигнала на Контроллер, независимо от последнего, выключается приточный вентилятор и закрывается воздушная заслонка. Одновременно с этим, Контроллер максимально открывает трехходовой водяной кран и увеличивает подачу теплоносителя через калорифер.


Проблема в том, что если калорифер уже разморожен — то вода пошла из системы, а вас, например, нет дома.
Так что в дополнение еще нужно поставить систему защиты от протечек с датчиками в воздушном канале, которая перекроет всю систему подачи теплоносителя.


drawing drawing


Для аварийного закрытия заслонки нужен энергонезависимый механизм. Либо с мощной возвратной пружиной либо с суперконденсатором. У меня стоит Belimo TF, с весьма большим временем закрытия — 75 с. Это очень много, за это время калорифер уже успеет заморозиться.
Приходится это компенсировать высокой уставкой в капиллярном термостате, не ниже +15 °C.


drawing

Если есть возможность, то лучше купить такой Belimo NKQ24A-SZ, стоит он конечно в три раза дороже, но и время закрытия всего 4 с.


Еще одна проблема, это полная остановка системы с выключением потока теплоносителя. Одной заслонки, на которой стоит привод типа Belimo TF не достаточно. Со временем резинка изнашивается и ее начнет продувать. Рекомендуют иметь две заслонки, одну перед, а вторую после вентилятора.


Монтаж системы


Со стороны балкона схема поменялась, удалил входной глушитель, вместо него перед вентилятором поставил еще один фильтр G5. На основном канале вентиляции, в обход калориферов стоит клапан, в зимнем режиме он закрыт — воздух пойдет через калориферы.


drawing drawing


С помощью дворника была проделана дыра в стене на балкон. Хорошо, что стены легко ломать легко. Изнутри пенобетон, потом 15 см пенопласта и облицовка в пол кирпича. Планировка квартиры позволила сделать в углу около балкона маленькую кладовку размером 50х50 см.


drawing drawing


Задача усложнялась тем, что нужно было разместить глушитель (длина 110 см, диаметр 30 см) после калорифер. Из-за этого монтаж получился очень плотным.


С помощью сверла, какой-то матери и круглого отвода, врезался в основной канал вентиляции, который у меня проходит под потолком. Слева от новой врезки видно забор воздуха кондиционером для рециркуляции.
Установил шумоглушитель. Весит о порядка 5 кг, поэтому опирается на подпорки.


drawing drawing


Примерил калориферы. Встало все в притирку, запас всего пару сантиметров. Расстояние между электрическим и водяным получилось маловато — нужно не менее двух диаметров. Это была одна из моих серьезных ошибок.


Утеплил уголок и заслонку пенофолом 2 см и запенил дыру. Калориферы соединяются на быстросъемных хомутах FK 200 Fast clamp. Хомуты просто сказка, позволяют за несколько секунд снять любой узел, плюс к этому изолируют вибрационный шум от вентилятора.


drawing drawing


Смесительный узел


Контролировать работу калорифера можно двумя способами:


  • количественным — регулируя объем теплоносителя при постоянной температуре
  • качественным — регулируя температуру теплоносителя, но сохраняя постоянный поток

Качественные способ считается более безопасным с точки зрения риска замораживания калорифера. Готовые смесительные узлы стоят дорого и рассчитаны на большую подачу. Мне интересно было сделать смесительный узел самому. Основным источником информации являлись форумы forum.abok.ru/. Мастера с my.mastergrad.com выступили в качестве серьезных критиков.


Итоговая схема:


drawing
  • трехходовой клапан 1 подключен в качестве смесительного органа, он установлен так, что выход С (на котором всегда есть подача) обращен в сторону калорифера 3. Остальные два входа подключены к внешнему контуру 9 и внутреннему контуру 10 через обратный клапан 11. Вентиль 12 позволяет эксплуатировать клапан в режиме двухходового.
  • циркуляционный насос 2 установлен в малом контуре на обратке. Чтобы минимально влиять на сеть отопления, был выбран самый слабый Grundfos COMFORT 15-14. Были сомнения в производительности, но в итоге, он смог обеспечить необходимые калориферу 0,1 — 0,2 м3/час.
  • для балансировки внутреннего контура добавил байпас 4 с обратным клапаном 5 и вентилем 6
  • чтобы не остановить внешний контур добавил байпас 7 с вентилем 8
  • запорная арматура установлена с обоих концов 13
  • чтобы контролировать поток, через калорифер, поставил обычный водяной счетчик

На фото итоговый результат:


  • на втором фото запечатлен момент работы при наружной температуре -25 °C. При этом этом трехходовой клапан открыт примерно на половину, температура воды на подаче +75 °C, температура обратной воды +50 °C.

drawing drawing


Автоматика управления


Электрическую схему проектировал с использованием SPlan7.0. Схема в большом разрешении.


drawing

Для защиты от протечек дополнительно поставил NEPTUN BUGATTI BASE 1/2 ДЮЙМА. Контакты аварии вывел на Контроллер, дополнительно выключаю циркуляционный насос.


Монтаж щитка выполнил преимущественно на компонента ABB, единственно взял у Legrand силовые реле. Силовая часть собрана в нижней части щитка, низковольтная и сигнальная в верхней.


drawing drawing


Первое тестирование системы


Как только дали отопление, сразу начал тестировать систему


  • расход воздуха пока на минимуме — около 100-120 м3/час
  • перепад давления в сети отопления на грани чувствительности манометра — 0,1-0,2 Bar.
  • без насоса циркуляция через калорифер очень низкая — 90 л/час
  • при включенном насосе циркуляция поднялась до — 180-200 л/час
  • температура подающей воды — 35-37 °C
  • температура обратной воды — 30-31 °C
  • температура на улице — около 0 °C
  • температура в канале — 23 °C

Тестирование в экстремальных режимах:


  • старт системы с перекрытыми кранами, без подачи теплоносителя
    • циркуляции в калорифере нет, он наполнен горячей водой — температура обратки +35 °С
    • Контроллер открывает наружную заслонку и включает вентилятор (скорость — 30% — 100-120 м3/час)
    • температура обратки не меняется, так как нет потока, температура в канале начинает падать
    • через пару минут температура в канале упала до +15 °С (термостат защиты от замораживания настроен на +10)
    • включился электрический подогреватель и через несколько минут вытянул температуру до уставки
    • попробовал такой же эксперимент при высокой скорости вентилятора — 60%. Электрический подогреватель не успел включиться — сработал капиллярный термостат защиты — система обиделась и выключилась
  • работа системы без циркуляционного насоса
    • температура обратки +35 °С, система нормально стартует
    • через пару минут температура обратки падает до +25 °С, температура в канале не поднимается выше +18 °С
    • включился электрический подогреватель и через несколько минут вытянул температуру до уставки
  • нет электричества и рециркуляции, аварийная остановка системы
    • температура на улице -3 °С
    • температура обратки +37 °С
    • перекрыл краном подачу воды и выключил контроллер (перевел в дежурный режим)
    • заслонка закрывалась примерно 40 сек. Аварии по капиллярному термостату не было (он установлен на +15 °С).
    • включил Контроллер и включил подачу воды.
    • контроллер показал температура обратки +27 °С.

Впечатления после первой ночи эксплуатации:


  • ночью система работала с включенным циркуляционным насос (расход воды около 200 л/час) и расходом воздуха около 120 м3/час.
  • электрический калорифер не включался (проверяю расход по отдельному счетчику)
  • трехходовой клапан открыт не полностью — есть небольшой запас по мощности
  • в квартире установлено 5 батарей — на них термоголовки, выставленные в среднее положение. Все батареи были умеренно теплыми
  • расход тепла по счетчику отопления за 10 часов — 12 кВт*час включая батареи

Первый опыт эксплуатации


Эксплуатация и первые замеры:


  • с 30 сентября температуру подающей воды подняли до 40 °С.
  • при этой температуре система нормально работает при скорости 40 % (около 150-200 м3/час), максимальная температура в канале до 28 °С (на фото выше). И это при выключенном рециркуляционном насосе.
  • если включить насос, то трехходовой кран находится в почти закрытом положении. Это обнадеживает, что есть запас по мощности.

Сделал замеры по счетчикам всех квартир на площадке за 2 суток при выключенном насосе


  • 2-х комнатная 85 м2 — 78 кВт*час
  • 1-х комнатная 50 м2 — 44 кВт*час
  • 1-х комнатная 45 м2 — 43 кВт*час
  • 3-х комнатная 110 м2 — 76 кВт*час

Следующие 2 суток при включенном рециркуляционном насосе


  • 2-х комнатная 85 м2 — 77 кВт*час
  • 1-х комнатная 50 м2 — 44 кВт*час
  • 1-х комнатная 45 м2 — 41 кВт*час
  • 3-х комнатная 110 м2 — 77 кВт*час

Можно сделать предварительные выводы, что:


  • приточка не влияет на потребление соседей, как минимум при текущих параметрах.
  • радует, что я не зря потратил много сил на утепление наружных стен — на отопление я трачу как двушка

Завершился первый месяц эксплуатации.


  • был неприятный момент — выключали электричество во всем доме. При этом остановились и насосы отопления в подвале
  • приточка пыталась несколько перезапуститься автоматически, но у меня был выключен рециркуляционный насос и она каждый раз падала по аварии замораживания калорифера.
  • отключил автоматический рестарт и купил бесперебойник для питания насоса.

Первый месяц эксплуатации — октябрь 2013:


  • Показания счетчиков
    • вода — 983 кВт*час, включая батареи
    • электричество на приточку — 42 кВт*час (два дня была низкая температура воды, включался электрический калорифер)
    • в прошлом году приточка грелась от электричества — потратил 340 кВт*час.
  • Показания счетчиков отопления квартир на площадке (за месяц):
    • 2-х комнатная 85 м2 — 1102 кВт*час
    • 1-х комнатная 50 м2 — 561 кВт*час
    • 1-х комнатная 45 м2 — 608 кВт*час
    • 3-х комнатная 110 м2 — 983 кВт*час

Второй месяц эксплуатации — ноябрь 2013:


  • Показания счетчиков
    • вода — 1170 кВт*час, включая батареи
    • электричество на приточку — 39 кВт*час
  • Показания счетчиков отопления квартир на площадке (за месяц):
    • 2-х комнатная 85 м2 — 1132 кВтчас. Среднее — 13,3 кВтчас/м2
    • 1-х комнатная 50 м2 — 554 кВтчас. Среднее — 12,5 кВтчас/м2
    • 1-х комнатная 45 м2 — 627 кВтчас. Среднее — 12,3 кВтчас/м2
    • 3-х комнатная 110 м2 — 1170 кВтчас. Среднее — 10,6 кВтчас/м2

За первые три месяца эксплуатации на электричестве сэкономил 3000 кВт — около 10 000 руб.


Экстремальная эксплуатации -25 °С


Закончился январь 2013, показания счетчиков за месяц:


  • вода — 2215 кВт*час, включая батареи
  • электричество на приточку — 48 кВт*час

В самый холодные дни (-25 °С) ежедневное потребление составляло 120 кВт (батареи + приточка).
В январе сэкономил на электричестве 3500 руб (по сравнению с январем 2013 года).
Так же порадовало, что даже на открытых частях воздуховодов нет конденсата, только изморозь.


В самый холодный день января первый раз сработала защита.
Вечером прихожу с работы, на улице -25 °С, приточка выключена. Начал разбираться.


  • посмотрел в контроллере список аварий — сработал капиллярный термостат защиты калорифера.
  • заслонка закрыта, вентилятор выключен
  • давление воды в норме — 8 Атм, потеков воды нет
  • водяной счетчик показывает, что циркуляция воды в норме — 200 л/час.
  • а вот температуры воды на входе резко упала до +55 °С (а еще утром была +75 °С)

Решился на эксперимент:


  • включаю Контроллер. Прогревается калорифер и открывается заслонка, включается вентилятор.
  • температура воздуха в канале начинает медленно падать (не хватает температуры приточной воды в +55 °С).
  • через 1 мин температура в канале по датчику воздуха достигает +20 °С, срабатывает капиллярный термостат и приточка выключается.

У меня были выставлены следующие параметры защиты:


  • температура защиты от замораживания обратной воды +15 °С
  • температура защиты от замораживания приточного воздуха +16 °С
  • температура защиты от замораживания капиллярного термостата +15 °С

Капиллярный термостат наиболее быстро реагирует, поэтому он срабатывает первым. Калорифер обдувается не равномерно и на отдельных его частях температура упала ниже +15 °С.


Понизил температуру капиллярного термостата до +10 °С. Приточка нормально запустилась, температура воздуха в канале стабилизировалась на +18 °С. Через 3 мин. такой работы автоматически включился электрический нагреватель и поднял температуру в канале до заданных +25 °С. Через день, температуры воды на входе поднялась до +65 °С и электрический нагреватель автоматически выключился.


Это фиаско ...


Дело было так:


  • температура на улице достаточно быстро понижалась с -5 °С до -18 °С
  • вода в системе отопления оставалась на температуре +45 °С градусов. Наша домовая автоматика не спешила поднимать температуру.
  • производительности калорифера не хватило для поддержания уставки +23 °С и температура упала ниже +15 °С. Электрический калорифер не спешил включаться.
  • сработала защита калорифера от замораживания, которая была установлена на +15 и система выключилась
  • я понизил защиту калорифера до +5 °С градусов и включил систему расчет был, что система запустится сначала на воде и нагреет воздух примерно до +5°С через 5 минут должен подключиться электрический калорифер, который установлен перед водяным и он поднимет температуру до нормальных +23 °С
  • в целом все так и получилось, только через пару часов нашел большую лужу воды под калорифером
  • вскрытие показало, что медленно подтекает вода где-то в дальнем конце калорифера.

Перешел опять на подогрев электричеством.


Что дальше


Долгое время отапливался электричеством. Но наша управляющая компания сделала всем сюрприз. Отопление стали считать не по индивидуальным счетчикам, а по общедомовому. И распределять пропорционально площади квартир.


Я стал платить за отопление в 2 раза больше. Двушка на нашей площадке потребляет больше, чем моя квартира включая батареи и приточку. Наверно они стали платить меньше.


Так что буду восстанавливать систему.

Теги:
Хабы:
Всего голосов 16: ↑16 и ↓0 +16
Просмотры 11K
Комментарии Комментарии 44