В работе проанализированы устройства автоматического регулирования качества воздушной среды и их основные характеристики. Определены достоинства и недостатки вариантов исполнения для различных ценовых групп. Описывается подход, позволяющий в значительной степени разрешить имеющиеся противоречия.
Ключевые слова: очистка воздуха, управление, качество воздушной среды.
Предлагаемая работа представляет собой анализ современного состояния рынка систем автоматической регуляции качества воздушной среды в различных помещениях, поиска актуальных проблем и попытки их устранения за счет выявления и ликвидации причин существующих проблем. Описывается подход, позволяющий в значительной степени разрешить имеющиеся противоречия. Практическое применение предлагаемого подхода реализуется в разработке оригинального устройства автоматической регуляции подачи воздуха.
Проведенный анализ показал, что современные системы вентиляции не сильно отличаются от тех, что использовали 10–20 лет назад, за исключением одного — автоматика стала более доступной для потребителей разной категории. Однако даже в наше время такие системы остаются довольно дорогими, занимают много места или не имеют необходимых возможностей для автоматической работы. Если же дополнять систему соответствующей автоматикой, то ее стоимость может превышать стоимость самой вентиляции.
Причина сложившейся ситуации в том, что базовые вентиляционные системы представляют собой обычные нагнетатели воздуха, управляемые человеком вручную. А для обеспечения автоматической работы таким устройствам требуется дополнительное оборудование, в состав которого входят температурные датчики, регуляторы скорости, устройства для управления регулирования работы нагревателя и т. д., которое поставляется в комплекте с устройством или отдельно.
Основная часть
В зависимости от требования к системе устройства для автоматического управления могут комплектоваться различными датчиками. При установке автоматики для оборудования, не поставляемого вместе с ним в комплекте, общая стоимость всей системы возрастает до двукратного размера цены от начальной стоимости вентиляции.
Рассмотрим для примера дорогие устройства.
Рис. 1. Minibox E-650–1/5kW/G4 GTC
Minibox E-650–1/5kW/G4 GTC — приточная установка. [1]. Имеет встроенную автоматику, регулирующую скорость вращения вентилятора, возможность подключения к системе “умный дом”, имеет калорифер (нагреватель) на 5Вт. Достоинством данного устройства можно считать небольшие размеры (392х314х699). Из минусов — наличие только фильтра грубой очистки, что накладывает ограничение на использование данного устройства в различных помещениях.
Рис. 2. Minibox Home-350 Zentec
Minibox Home-350 Zentec так же, как и предыдущий вариант, имеет встроенную автоматику, регулирующую скорость вращения вентилятора и калорифер на 3.5 кВт, наличие фильтра особо тонкой очистки. [2]. Однако это влечет за собой так же увеличение стоимости.
При анализе проблем было также установлено, что на стоимость систем влияют и габаритные характеристики. За уменьшение размеров приходится расплачиваться увеличением цены или сокращением функциональных возможностей систем.
Далее рассмотрим недорогие варианты исполнения приточных установок.
Рис. 3. Shift CAUF 800 VIM
Shift CAUF 800 VIM. [3]. Имеет фильтр тонкой очистки. Из минусов — отсутствие нагревателя, возможности управления, фильтра грубой очистки, необходимого для меньшего засорения фильтра тонкой очистки.
Рис. 4. Аэроблок ECO 160/1–2.4/1-A
Аэроблок ECO 160/1–2.4/1-A. [4]. Имеет фильтр грубой очистки, возможность дистанционного управления, калорифер. Минусы — отсутствие автоматики.
Таким образом, проблемой является невозможность использовать системы автоматического управления качеством воздушной среды для бюджетного оборудовании из-за значительного увеличения их цены.
Дополнительный анализ проблем позволил выявить их причины.
Для большего охвата рынка производители отказываются даже от достаточно простых решений по автоматизации в бюджетных вариантах систем управления качеством воздушной среды. Например, использование датчиков температуры для автоматической работы таких устройств возможно при небольших дополнительных затратах.
Примером является температурное реле KP61–2 Dabfoss. [5]. Может управлять работой однофазных двигателей переменного тока, что позволит приточной установке работать без участия человека.
Кроме того, почти каждый производитель, в погоне за покупателем, старается создать как можно больший ассортимент своей продукции. Однако одни производственные мощности могут быть окупаемы, другие нет. Вследствие чего появляется необходимость добавления «лишних» функции для увеличения цены.
В результате анализа проблем и их причин предложен подход, основанный на выявлении и учете основных функциональных свойств при реализации систем автоматической регуляции качества воздуха бюджетных системах. За счет отказа от уменьшения габаритов возможно снижение цены устройств, при сохранении функционала и других необходимых свойств.
Таблица 1
Сравнение устройств (*— приблизительный расчет, основанный на сложении стоимости отдельных комплектующих или их размеров)
|
Название |
Размер, мм |
Калорифер, кВт. |
Фильтры |
Доп. функционал |
Цена |
|
Minibox E-650–1/5kW/G4 GTC |
392x314x699 |
5 |
G4 |
встроенная автоматика с возможность подключения к системе “умный дом” |
121000 |
|
Minibox Home-350 Zentec |
332x1088x349 |
3.5 |
G4, H11 |
Встроенная автоматика |
109000 |
|
Shift CAUF 800 VIM |
459x399x965 |
- |
F5 |
Возможность подключения автоматики |
27350 |
|
Аэроблок ECO 160/1–2.4/1-A |
460x490x960 |
2.4 |
G4 |
Пульт дистанционного управления |
33290 |
|
“Предлагаемое устройство” |
380х450х1570* |
3 |
G3, F5 |
Встроенная автоматика с возможностью подключения к системе “умный дом” |
32000* |
Устройство является сборкой уже готового вентилятора, калорифера, фильтров, но с наличием собственной автоматики. Главной целью является получение практичного варианта при небольших затратах.
Фильтры представлены двух видов: грубой очистки и тонкой.
Фильтры грубой очистки используются в помещениях и процессах с низкими требованиями к чистоте воздуха. [6]. Это предварительная очистка в системах вентиляции и центрального кондиционирования. Применяются при эксплуатации компрессоров, холодильных машин в условиях большой запыленности.
Фильтры тонкой очистки воздуха используют в системах кондиционирования и вентиляции. Применяются в качестве фильтров второй ступени очистки (доочистки). Используются в частных квартирах и домах, больничных палатах, административных зданиях, гостиницах, при производстве продуктов питания, лекарств, в электронной, мясомолочной промышленности и т. п.
Автоматика представлена микросхемами esp8266 для контроля работы устройства и u211b для контроля скорости вентилятора. Датчик температуры ds18b20 расположен на корпусе устройства (блока управления), передает данные esp8266, который, обрабатывая их, решает, включать устройство или нет, и на каких оборотах. За эти цели отвечает специализированное ПО. Так же, имеются датчики давления для определения загрязненности фильтров.
Кроме того, устройство можно запрограммировать на различные действия, в виду возможности дистанционного управления, используя WiFi, что позволяет так же использовать его, как часть системы “умного дома”.
Заключение
Таким образом, реализуя указанный подход, разработано устройство управления для автоматической регуляции подачи воздуха в помещение, которое, на наш взгляд, будет иметь лучшие характеристики по стоимости с достаточными функциональными возможностями для бюджетных вариантов систем.
Литература:
- Вентиляционная установка Minibox E-650–1/5kW/G4 GTC // Яндекс Маркет URL: https://market.yandex.ru/product--ventiliatsionnaia-ustanovka-minibox-e-650–1–5kw-g4-gtc/232463312/
- Вентиляционная установка Minibox Home-350 Zentec // Яндекс Маркет URL: https://market.yandex.ru/product--ventiliatsionnaia-ustanovka-minibox-home-350-zentec/232466331/
- Вентиляционная установка Shuft CAUF 800 VIM // Яндекс Маркет URL: https://market.yandex.ru/product--ventiliatsionnaia-ustanovka-shuft-cauf-800-vim/1721935855/
- Вентиляционная установка Аэроблок ECO 160/1–2,4/1-A // Яндекс Маркет URL: https://market.yandex.ru/product--ventiliatsionnaia-ustanovka-aeroblok-eco-160–1–2–4–1-a/1727724746/
- KP61–2 Danfoss Реле температуры // RoomKlimat URL: https://www.roomklimat.ru/item/5/27214-rele-temperatury-danfoss-kp61–2/
- Классификация воздушных фильтров // Свежий воздух URL: https://fresh-air.moscow/statja-1/
