Вентиляционный клапан с датчиком углекислого газа

Воздух является смесью газов, в котором углекислый газ (CO₂) занимает по количеству лишь четвертое место, однако важнейшее значение для всего живого. Измерить концентрацию углекислого газа достаточно легко, а данные о количестве CO₂ позволяют косвенно судить о содержании других веществ и использовать эти данные для анализа качества воздуха. Основной единицей измерения концентрации углекислого газа являются промилле (ppm).

При небольшом повышении уровня CO₂ человек ощущает духоту, усталость, сонливость, невозможность сосредоточиться, потерю внимания, раздражительность, снижение работоспособности и т. д. Если уровень CO₂ будет повышаться дальше, то наступают проблемы с дыханием, удушье, учащенный пульс, головокружение, а кто-то вообще падает в обморок.

В замкнутых помещениях с недостаточной вентиляцией человек достаточно активно поглощает кислород (O₂), при этом выдыхая большое количество углекислого газа, и если к перепадам содержания в воздухе кислорода человек мало восприимчив, то перепады содержания CO₂ чувствуются каждой клеткой (и это не метафора). Связанно это с тем, что процесс газообмена O2 и CO₂ в легких происходит за счет пассивной диффузии через мембрану клетки, а диффузионная способность CO₂ в 25-30 раз выше, чем у O₂, именно поэтому к изменениям концентрации CO₂ в воздухе, человек очень чувствителен.

Видео:ОБЗОР датчиков CO2 (углекислого газа) вентиляция ИМВЕНТ / плюсы и минусы / zigbee / ч2Скачать

Датчик СО₂ для CO₂ системы TURKOV

Пребывание в помещении с высоким содержанием СО2 ведет к негативным последствиям, поэтому так важно уделять внимание вентиляции помещений. Удобным и эффективным методом регулирования воздухообмена является использование датчика СО2 от TURKOV.

Как видим наиболее вредным является долговременное пребывание в помещениях с высоким содержанием CO₂ , именно поэтому особое внимание надо уделять домашней вентиляции и вентиляции рабочих мест. При этом наиболее правильный и энергоэффективный метод регулирования воздухообмена, это регулирование по датчику СО₂.

Детектор СО2 максимально точно (+/- 25 РРМ) контролирует уровень СО2 в помещении в автоматическом режиме, при этом не требуя дополнительной регулировки и настройки.

Как это работает? По датчику CO2, который установлен в вытяжном канале, автоматика распознает уровень CO2 в помещении и автоматически поддерживает его оптимальный уровень путем увеличения или уменьшения оборотов вентилятора. Приточный и вытяжной вентиляторы при этом работают синхронно. Диапазон регулирования вентиляторов от 0 до 100%.

Видео:вентиляция ИМВЕНТ КВАДРО беспроводной zigbee wi-fi датчик CO2 / умная система вентиляцииСкачать

Сенсорный пульт с датчиком СО₂ / SENSOR + CO₂

Режимы работы:
ON — открытие заслонки на 100%;
OFF — полностью закрытая заслонка;
AUTO — пропорциональное регулирование от 0 до 100%.

Для поддерживания необходимого уровня СО2 в помещении был разработан пульт с датчиком СО2, который предназначен для жилых помещений любой площади. Датчик СО2 встроен в пульт. Вы можете разместить пульт в любом удобном для вас месте.

Технические характеристики датчика сенсорного пульта СО₂:

Видео:Умная вентиляция недорого, вместо бестолковой за миллион.Скачать

Варианты управления по датчику CO₂

Следует обратить внимание, что возможно два типа регулирования воздухообмена по датчику CO₂.

1. Вентилирование одним агрегатом нескольких помещений.

Вентилирование нескольких изолированных объемов воздуха, например квартиры, дома, нескольких офисов. Применяется в основном на бытовой линейке оборудования CAPSULE и I-VENT, а так же на приточно-вытяжных агрегатах ZENIT, ZENIT HECO. Для каждого помещения нам потребуется:

• Пропорциональный клапан на приточном канале
• Пропорциональный клапан на вытяжном канале (Если вытяжка в каждом помещении)
• Датчик CO2 для каждого помещения или вытяжного канала каждого помещения.
• VAV-система на агрегате (устанавливается заводом-изготовителем).

При появлении в помещении человека, датчиком CO₂ будет регистрироваться повышение уровня CO₂. Пропорциональный клапан с электроприводом будет регулировать воздухообмен на основании показаний именно своего датчика CO₂. Такой вариант управления позволит максимально точно поддерживать качество воздуха в помещении, не позволяя появиться чувству нехватки воздуха, и не создавая излишнего воздухообмена.

Пример работы вентиляции по датчикам CO₂ установленным в помещениях:

В помещении №2 находится один человек, и для компенсации повышения концентрации CO₂ достаточно подавать в помещение 25 м³/ч, В помещении №1 же находятся два человека и для компенсации требуется подавать уже 75 м³/ч. Если из помещений выйдет по одному человеку, то в помещении №2 выделение CO₂ прекратится полностью, клапан закроется, и вентилирование помещения прекратится. В помещении №1 выделение CO₂ сократится, и агрегат постепенно снизит воздухообмен помещения №1 до 25 м³/ч.

Читайте также: Муфта с обратным клапаном 110 мм

Применение одного датчика CO₂ в вытяжном канале при наличии нескольких помещений нежелательно. Датчик CO₂ будет регистрировать суммарную концентрацию углекислого газа и в обоих помещениях одинаково увеличивать воздухообмен. В результате в верхнем помещении воздухообмена недостаточно для компенсации повышения уровня CO₂, а в нижнее подается излишнее количество воздуха.

2. Вентилирование одним агрегатом одного помещения.

Вентилирование одного изолированного объема воздуха, например офиса, спортзала, производственного помещения, квартиры-студии. В этом случае нам потребуется только датчик CO₂ установленный в вытяжном канале (устанавливается заводом-изготовителем). Воздухообмен будет автоматически регулироваться для поддержания требуемого уровня CO₂, независимо от изменения количества людей в помещении, а так же от их рода деятельности.

Данный вариант регулирования применяется в основном на промышленной линейке оборудования серии Zenit, Zenit HECO, CAPSULE и даже в установках i-Vent. Применение данной системы позволит организовать максимально энергоэффективную систему вентиляции, с минимальными эксплуатационными издержками и полностью автоматическим управлением.

Пример работы вентиляции по датчикам CO₂ установленным в вытяжном канале:

В помещении находится один человек, и для компенсации повышения концентрации CO₂ достаточно подавать в помещение 50 м³/ч, по мере увеличения в помещении количества людей увеличивается регистрируемый уровень CO₂, и агрегат автоматически увеличивает количество воздуха, которое требуется подавать в помещение, для компенсации повышения уровня CO_2.

Видео:Умный вентилятор / управление по датчикам CO2 влажности / #вентиляцияСкачать

Расчет системы вентиляции по СО₂

Это один из вариантов расчета системы вентиляции, но, к сожалению, применяется достаточно редко, так как систем умеющих регулировать воздухообмен по датчику CO₂ не слишком много. Для расчета нм понадобится знать следующие данные:

1. Концентрация CO₂ на улице.
2. Расписание пребывания людей в обслуживаемых помещениях.
3. Тип физической активности в обслуживаемых помещениях.
4. Требуемый поддерживаемый уровень CO₂.

Формула расчета воздухообмена для компенсации выделения CO₂ одним человеком: L=(Gx 550)/(X2-X1)

• L — воздухообмен, м3/ч;
• X1 — концентрация CO₂ в наружном (приточном) воздухе, ppm;
• X2 — допустимая концентрация CO₂ в воздухе помещения, ppm;
• G — количество CO₂ выделяемое одним человеком, л/час;
• 550 – преобразование значений X₁ и X₂ из ppm в г/м3.

Данные для G и концентрации CO₂ на улице подбираются из таблиц.

Концентрация СО2 на улице

Пример расчета квартиры с количеством проживающих 3 чел.

Если составить расписание дня, то можно будет увидеть картину изменения воздухообмена в течение дня, в зависимости от выделения CO₂ в квартире.

Как видим даже по усредненному расписанию график изменения воздухообмена весьма существенный, в реальности же система постоянно регулирует воздухообмен, практически не имея на графике «полок». При этом, если агрегат подобран верно, в данном случае это Zenit-350 Heco, то значение CO₂ в квартире всегда будет неизменно.

*Для расчета не принципиально, какой тип управления агрегатом по CO₂ применяется. Это может быть как датчик в вытяжном канале, если это вентиляция квартиры студии, так и комнатные датчики CO₂ совместно с VAV-системой.

Видео:ОБЗОР датчиков CO2 (углекислого газа) вентиляция ИМВЕНТ / плюсы и минусыСкачать

Доработка проветривателя или управление вентиляцией от датчика углекислого газа

Уровень углекислого газа (CO2) один из важных показателей качества воздуха в помещении. Еще его уровень очень удобно использовать для управления вентиляцией.

В статье расскажу о доработке проветривателя и дистанционном управлении вентиляторами посредством микроконтроллеров и датчика CO2.
Также, при желании, после небольшой доработки эту же схему можно применить и для управление приточной-вытяжной системой.

Среднестатистическая квартира обычно рассчитана на естественную вентиляцию. Это когда воздух поступает через щели в окнах и выходит через вытяжное отверстие где-то в районе кухни, туалете и т.п.
В квартире с установленными пластиковыми окна щелей, как правило, не бывает и, чтобы вентиляция работала, приходится приоткрывать окна или форточки, что улучшает ситуацию с воздухом при нормально работающей вытяжке.
Но таким образом мы добавляем уличный шум.

Читайте также: Регулировка тросика газа ваз 2110 инжектор 16 клапанов

Получить свежий воздух в помещении без шума можно установкой:

1. Приточной системы
2. Проветривателей, подающие воздух с улицы через дырку в капитальной стене

Первый вариант решает все проблемы, но дорог и требует места под оборудование, вентиляционные каналы.
Второй вариант попроще, но так как сам блок проветривателя ограниченного размера, то шумность будет зависеть от его режима работы.
Вот этот вариант и рассмотрим.

Приведу здесь таблицу уровней углекислого газа и влияния его на здоровье, чтобы знать к чему стремиться:

Таким образом, будем считать уровень CO2 равный 450-1000 ppm оптимальным для помещения.
Про своему опыту скажу, что при закрытых окнах и дверях, включенном на минимуме проветривателе и при нахождении в комнате двух человек, к утру получается где-то 1200-1500 ppm, что многовато.

Алгоритм работы

Примененный алгоритм для управлении производительностью вентиляции достаточно простой, но при желании можно и усложнить:

• Берется средний уровень CO2, полученный с датчика, за некоторое время.
• Есть 6 пороговых значений и в зависимости от этого выбирается скорость вентиляторов, которая передается по радиоканалу на микроконтроллеры, управляющие вентиляторами.
• При понижении уровня CO2 есть некоторый порог, только после которого происходит уменьшение скорости.
• Ночью максимальная скорость вентиляторов ограничена, чтобы уменьшить шум.
• По командам с пульта можно увеличивать или уменьшать общую производительность вентиляции и конкретно каждого вентилятора.

В качестве датчика углекислого газа использован не дорогой бытовой CO2 монитор MIC 98130.
Подача воздуха идет через проветриватель Aeropac 90A.
Вытяжка усилена канальным вентилятором SystemАir IF 150.

Для управления используются микроконтроллеры Atmel AVR ATtiny44A.
Данные передаются от контроллера, подключенного к монитору CO2, на контроллеры, управляющими вентиляторами, с помощью модулей на трансивере NRF24L01+.
Установка режима работы и настройка возможны с помощью любого ИК пульта, либо магнита или кнопки.

Доработка монитора CO2

Монитор СO2, заказанный на ebay, как оказалось, имеет внутри инфракрасный газовый анализатор SenseAir K22 с достаточно хорошей точностью.
А самое главное — имеет специальный выход с уровнем CO2 (на картинке белый разъем с четырьмя контактами).

На этом разъеме слева-направо:

1. питание +9В
2. общий
3. выход уровня CO2 в ШИМ от 350 до 2000 ppm

Свободного места внутри не много, поэтому для доработки использована мини плата с трансивером NRF24L01+ и на нее же запаян микроконтроллер в SOP14 корпусе c обвязкой. Перед запайкой был включен фьюз DWEN для программирования и отладки по протоколу debugWIRE.

По радио-модулям есть одно замечание — дальность передачи не достаточно велика.

Тем более если есть стены, двери между передатчиком и приемником. Так что лучше выбирать модули с внешней антенной или стараться чтобы между передатчиком и приемником было как можно меньше препятствий.

Существует совместимый с nRF24L01+ китайский чип с повышенной мощностью передачи — SI24R01.
Модули с ним обычно стоят дешевле, так что лучше брать с ним.
Я, правда, не нашел вменяемые мини модули с этим чипом и в проекте еще используются модули и с родным nRF24L01+ чипом.
Для включения повышенной мощности передачи у SI24R01 используется бит 0 регистра RF_SETUP.

На резисторах R1, R2 собран делитель для уменьшения напряжения, получаемого с датчика.

Величина CO2 получается при вычислении времени между сменой уровня на ноге контроллера. Время берется из счетчика 16 битного таймера.
Чтобы меньше проводить вычислений микроконтроллер работает на частоте 8.192МГц, а делитель таймера установлен в 1024.
Таким образом счетчик таймера TCNT1 увеличивается каждые 0.125мс.
Получается для того, чтобы вычислить уровень CO2 — нужно счетчик таймера разделить на 4 и вычесть 4.

ШИМ сигнал на выходе датчика:

Фоторезистор LDR1 используется для определения порога темноты, кнопка — для первоначального запоминания команд ИК пульта. Светодиод информирует об ошибках передачи, а так же используется для настройки.

Для управления и настройки решил использовать обычный ИК пульт, команды которого нужно сначала прописать в микроконтроллер.
Вход в режим программирования — нажать и удерживать кнопку более 3 секунд. Затем по порядку облучить ИК приемник, нажимая на кнопки пульта.
ИК команды:

1. вверх,
2. вниз,
3. выбор,
4. установка корректировки скорости каждого вентилятора.

В обычном режиме команды «вверх» и «вниз» увеличивают или уменьшают скорости всех вентиляторов на одну ступень.
Команда «выбор» — сброс.
С помощью команды 4 происходит вход в режим установки смещения скорости каждого вентилятора. Сначала выбирается номер вентилятора, затем после выбора вводится смещение. Светодиод в этому режиме промигивает текущий выбор.

Команды идентифицируются микроконтроллером таким образом:

• с помощью таймера 0 получаем время от предыдущего фронта сигнала (прерывание PCINT1)
• если это первый импульс, то проверяем его длительность, чтобы сразу исключить ложное срабатывание
• если произошло изменение длительности в 1.5 раза по сравнению с предыдущем значением, то добавляем в битовый массив 1, иначе 0.
• вычислям хеш (2 байта) битового массива и используем его для идентификации команды

Читайте также: Клапан регулировки турбины хендай гранд старекс

Используется простая хеш функция, для уменьшения нагрузки на контроллер,

По работе с радио-модулями NRF24L01 написано много статей, по этому углубляться в эту тему не буду.
Скажу только, что настроены они на работу со скоростью 1Mbps, используется CRC и каждая передача должна быть подтверждена ACK пакетом.
Для общения контроллера и модуля используется хардварный USI интерфейс.
Вывод IRQ не используется, проверка подтверждения передачи пакета идет в цикле в функции NRF24_Transmit.

Передается на каждый вентилятор — уровень CO2, скорость вентилятора и признак ночи.
В текущем проекте контроллеры, управляющие вентиляторами, пока используют только скорость.

Доработка проветривателя

У меня установлены проветриватели Aeropac 90A фирмы SIEGENIA-AUBI — это достаточно древняя модель.
Работает уже не один год и, как показала практика, штука в общем-то полезная.
Воздух он гонит через 80 мм отверстие в стене и имеет угольный фильтр.
Шумоизоляция от звуков с улицы очень хорошая.

Внутри установлен центробежный вентилятор Ebmpapst R2E133-BH96-19.
С шумностью самого вентилятора после стольких лет работы не все гладко. На низких оборотах может проявляться низкочастотный гул, а на высоких — некоторое подвывание.
Причем это проявляется индивидуально. Один вентилятор больше гудит на низких оборотах, другой посвистывает на высоких.
Решил эту проблему ограничением скорости.

В проветривателе очень интересно реализована схема регулировки оборотов двигателя — с низких оборотов до средних плавно, а затем включается сразу максимальная скорость.
Если на минимальной и средней скорости он работает достаточно тихо, то при максимальной скорости находиться в помещении не комфортно.
В новой модели — Aeropac SN, не смотря на цифровую ступенчатую регулировку, принцип регулировки оборотов остался прежним — c 1 по 6 скорости обороты регулируются где-то до середины, а потом сразу максимум.

На схеме электронный блок проветривателя обведен пунктирной линией:

Доработка заключается в перерезании дорожки, ведущей от среднего вывода переменного резистора RV1 к резисторам R6 и R7. В разрыв подключается оптопары U2 и U3, которые будут управлять оборотами вентилятора.
Управляющий ШИМ сигнал на оптопары подает микроконтроллер через интегрирующую RC цепочку.
Светодиод в оптопаре начинает проводить ток только с определенного напряжения, поэтому в программе есть настройка минимального значения ШИМ сигнала.
Переменный резистор остается, и им, при желании, можно ограничить максимальную скорость.

Если производительности на средней скорости не хватает, то ее возможно увеличить заменой конденсатора C9 на конденсатор большей емкости. На плате предусмотрительно есть отверстия под два размера конденсаторов — с расстоянием 27.5мм и 22мм между выводами.

Места внутри проветривателя достаточно — влезет и не одна плата.
Единственная проблема может возникнуть с радио модулями. Корпус двойной и сделан из толстого пластика.
С радио-модулем на родном чипе nRF24L01+ не было связи с соседней комнатой.
Выкрутился так — припаял одножильный медный провод к встроенной антенне, вывел его наружу через дырку для светодиода и расположил конец под крутилкой переменного резистора. С согласованием антенны не заморачивался.
Связь появилась.

Для настройки вместо кнопки используется геркон (SW1), чтобы не портить внешний вид и не нарушать звукоизоляцию.
Магнита от жесткого диска вполне хватает.

Вытяжка

Поступающий воздух должен в итоге куда-то выходить. Естественная вытяжка даже если как-то и справляется зимой, то уж летом ее скорее всего будет не достаточно.
В моем случае я использовал канальный вентилятор SystemАir IF 150 с однофазным двигателем. Внешний диаметр у него 15 см.

Регулировка его оборотов ступенчатая и сделана на конденсаторах. Опто-симисторы шунтируют конденсаторы, изменяя таким образом напряжение, подаваемое на двигатель вентилятора.
При двух конденсаторах получается 4 скорости.

Так как вытяжка установлена на кухне, решил заодно сделать дополнительное управление вентилятором от пульта.
Чтобы, если варится на плите что-то серьезное, нажатием одной кнопки включать вытяжку на максимум.
Скорость, полученная по радиоканалу при этом игнорируется.

Программа управления вентиляторами универсальная и, в зависимости от настроек в энергонезависимой памяти, может управлять вентиляторами как с помощью ШИМ, так и в дискретном режиме.
Подключен ли ИК приемник к контроллеру задается тоже в EEPROM.

В программу заложена возможность ретранслировать принятый пакет дальше — на другой вентилятор.
Таким образом, например, можно увеличить расстояние между датчиком CO2 и вентилятором вытяжки.

🎬 Видео

ТОП 8 лучших приточных клапанов в стенуСкачать

SCD40 - новый "народный" датчик CO2Скачать

Самодельная приточная вентиляция модификация КИВ-125Скачать

Датчики и детекторы углекислого газа. Обзор и сравнение Xiaomi и ДаджетСкачать

Vakio KivPro - приточный клапан. Обзор и сравнение с КИВ 125.Скачать

Умная вентиляция для дома до 200 кв.м.Скачать

Не ставьте приточный клапан ! Результат в -20Скачать

Автоматическая вентиляция за 6 тысяч рублейСкачать

Как сделать умный вентилятор? / вентиляция небольшого дома или квартирыСкачать

ДАТЧИК-ИЗМЕРИТЕЛЬ СО2 (УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА) С ВЫХОДОМ RS-485 и 4-20 mA от ИЗМЕРКОН. Детальный обзор.Скачать

подключение датчика CO2 в системе умной вентиляции ИМВЕНТ КВАДРО #вентиляцияСкачать

Купил детектор CO2 и понял, что жил неправильно.Скачать

Фальшивый датчик CO2 Tuya wi-fi Smart air box, датчик влажности для вентиляцииСкачать

Автоматическое проветривание помещений на Arduino, MH-Z19B и DHT11. Контроль уровня CO2 и влажности.Скачать

Как сделать практичную и надежную систему вентиляции, вытяжка кухни, принцип работы Народный ФахверкСкачать