Алгоритм работы вентиляции

Автоматизация приточно-вытяжной вентиляции в загородном доме

Источниками тепла для системы вентиляции являются:

1. Солнечный коллектор
2. Теплообменник грунтового коллектора (ВВТГК)
3. Электрический догреватель
4. Рекуператор (условно)

Исполнительные устройства системы вентиляции

1. Вентилятор притока
2. Вентилятор вытяжки
3. Электронагреватель на притоке
4. Клапаны системы вентиляции (управляемые электроприводами). См. ниже по алгоритму их работы. Всего их 3 на переключение солнечного коллектора, 2 на входе/выходе вентканалов в дом (закрываются при выключенных вентиляторах для предотвращения конденсата в воздуховодах на чердаке)
5. Циркуляционный насос системы предварительного подогрева/охлаждения приточного воздуха геотермальным коллектором.
6. Ручные клапаны вентиляции. Один перекрывает подачу приточки на 1 этаж (если нужно ночью подавать свежий воздух только в спальни 2 этажа). Второй — на байпасе рекуператора на чердаке, на него нужно также поставить электропривод и автоматизировать. 
7. Вентилятор вытяжки из парной.
8. Вентилятор вытяжки над варочной плитой в кухне

В соответствии со схемой движения воздуха требуется иметь информацию о температуре в следующих точках:

1. В точке забора воздуха — перед первым (грунтовым) теплообменником
2. После теплообменника в ВВТГК — температура подачи воздуха в солнечный коллектор
3. В верхней части солнечного коллектора 2 датчика на выходе воздуха из каждой секции СК
4. На воздуховоде от СК перед ответвлением на летний теплообменник — для замера общей температуры после солнечных коллекторов
5. На заборе воздуха в солнечный коллектор из чердака (опция) и на выходе  теплообменника ВВТСК (на чердаке) для управления летним режимом работы СК и оценки производительности системы
6. На входе и на выходе рекуператора — 4 точки: вход свежего воздуха, выход свежего воздуха, вход и выход вытяжного воздуха
7. На выходе электрического догревателя.
8. Температура на выходе вентканала воздуха из камина.
9. Температуры воздуха в контрольных точках 1 и 2 этажа (сколько их нужно?)

Всего получается 12 датчиков + еще как минимум 4 для замера температуры в комнатах. Это много. 

Также, нужны данные по влажности в ванной комнате и кухне для включения вытяжной вентиляции в случае ее превышения. 

При необходимости повышения влажности в спальнях необходимы датчики влажности (для включения увлажнителей воздуха в зимнее время). Также, желательно иметь датчики CO₂ для включения вентиляции по уровню углекислого газа — но это опция на случай нахождения в доме большого количества людей. При обычном режиме, когда в доме 2-4 человека, достаточно держать открытыми двери в комнатах и проветривать по таймеру. 

Для определения минимального количества датчиков, необходимых для обеспечения работы (не для наблюдения, мониторинга и статистики), нужно понимать, что и как должно управляться при работе системы вентиляции. 

Нужно также учитывать, что большую часть времени вентиляция в доме выключена для экономии тепла и электроэнергии. Включение вентиляции можно и нужно автоматизировать для следующих процессов.

Алгоритм работы клапанов

Предполагаются следующие условия для открытия/закрытия клапанов

1. Клапана 1-2-3 солнечного коллектора. Сравниваются температуры 1) воздуха после ВВТГК Т_вх1 2) воздуха в солнечных коллекторах Т_ск1 Т_ск2 3) воздуха в помещениях Т_пм1-4. Если температура воздуха в помещении менее 25 градусов, и температура Т_ск1 Т_ск2 больше температуры Т_вх1 на ΔТ (например, 10 градусов), то клапаны 1-2-3 переходят в позицию СК (1 закрыт, 2-3 открыты). В противном случае клапаны 1-2-3 в позиции байпас (1 открыт, 2-3 закрыты).
2. Клапан 4 (байпас рекуператора). Открывается при одном из следующих условий:
   1. Температура на выходе вытяжки из рекуператора Т_рквыт2  менее градусов 5 (?) для предотвращения обмерзания пластин рекуператора
   2. Температура на входе вытяжки до рекуператора Т_рквыт1 меньше, чем температура подаваемого воздуха Т_ркпод1. Т.е. если температура воздуха из солнечного коллектора больше, чем температура воздуха из помещения, чтобы не охлаждать подаваемый от СК воздух вытяжным из помещений. При условии, если требуется нагрев помещения, конечно, т.е. в помещениях менее 25°С.
3. Клапан 5 (подача воздуха на 1 этаж). Ручной режим. Прикрывается только ночью для экономии энергии на подогрев свежего воздуха, подаваемого на 1 этаж при условии, если на 1 этаже никто не спит. При закрытии этого клапана свежий подогретый воздух подается только на 2 этаж. Днем, особенно при нагреве воздуха СК — открыт, для подачи прогретого воздуха на оба этажа. Таким образом, сравниваются температуры датчиков Т_ск1 Т_ск2, температура в помещении Т_пм1-4 и время суток.
   Другой вариант управления этим клапаном — управление по уровню CO₂ в помещениях 1 этажа. При превышении уровня — клапан открывается. Если уровень в норме — закрыт. В этом случае нужно определять, нужен ли нагрев от СК помещений 1 этажа, если нужен — открыть, если из СК идет теплый воздух и 1 этаж нужно греть.

Управление включением вентиляторов

Тут 2 режима — собственно режим вентиляции в доме, и режим солнечного отопления.

В режиме вентиляции в отопительный сезон включаются оба вентилятора для работы рекуператора. Если не нужно догревать приточный воздух вытяжным, то можно включать только приточный вентилятор. Избыточный воздух будет уходить через щели и через камин. 

Включение системы вентиляции для подачи свежего воздуха — в идеале по уровню CO₂ в спальнях. Без датчиков CO₂ можно включать вентиляцию по таймеру в ночное время — например, на 10 минут каждые 2 часа.

При отсутствии людей в доме подачу воздуха нужно отключать. Если отключена подача, то нужно отключать и вытяжку.

В режиме отопления от солнечных коллекторов включается только приточный вентилятор, для того, чтобы не охлаждать приточный горячий воздух в рекуператоре. Предполагается, что рекуператор нагреется и далее не будет мешать работе солнечного отопления. Также, во время работы солнечного отопления нужно открывать клапан байпаса рекуператора. По факту оказалось, что даже при открытом байпасе значительная часть объема воздуха идет через рекуператор, поэтому нежелательно включать вытяжку во время работы солнечного отопления.

Солнечное отопление включается при температуре в солнечных коллекторах выше 40С. Такая температура выбрана исходя из того, что в воздуховодах теряется около 15 градусов. Отключается солнечное отопление при снижении температуры в солнечных коллекторах ниже 35 градусов. В настоящее время эта логика организована на простом термореле W-209. 

Зимний режим работы

В зимнем режиме автоматика должна управлять следующими процессами:

1. Циркуляция теплоносителя через ВВТГК. Циркуляция должна включаться, если температура входного воздуха ниже температуры теплоносителя из грунтового коллектора как минимум на 15 градусов и при этом включен вентилятор приточной вентиляции. Температура теплоносителя в ГК в начале зимы около 15°С, к окончанию холодного периода может опускаться до 5°С. Температуру теплоносителя ГК лучше измерять в котельной, потому что на чердаке показания могут быть с погрешностью. Так как без циркуляции теплоносителя невозможно измерить реальную температуру теплоносителя, при выключенном циркуляционном насосе можно принимать температуру теплоносителя равной 7-10С, и потом, через минут 10 работы насоса принимать для работы реальную температуру, измеренную датчиком температуры. 
2. Управление системой клапанов 1-2-3 для переключения подачи воздуха через СК или байпас. Клапана на 220В, положения открыто/закрыто. Через СК если система в режиме солнечного отопления, в остальных случаях — байпас. 
3. Управление частотой включения приточного вентилятора в ночное время — в зависимости от времени суток и от температур в помещениях и подаваемого в них свежего воздуха. В сильные морозы можно уменьшить частоту периодического проветривания, в другое время — 10 минут раз в 2 часа. 
4. Управление работой электрического нагревателя (поддержание температуры) и задержка выключения приточного вентилятора после отключения нагревателя. Включать нагреватель через ШИМ регулятор в зависимости от температуры в корпусе нагревателя, для предотвращения его перегрева. Всегда нужно помнить, что электронагреватель — это источник пожарной опасности на чердаке (нужно уделять внимание хорошим контактам, перегреву кабелей и корпуса, заземлить корпус ТЭНа и т.п.)
5. Управление работой байпаса рекуператора. Возможно ситуация, когда температура воздуха из СК будет выше, чем температура выходящего воздуха. Чтобы воздух из СК не охлаждался в рекуператоре выходящим воздухом, при таком условии нужно открывать клапан байпаса рекуператора. (см выше заметки про режим солнечного отопления)
6. Теоретически, клапан байпаса рекуператора также должен открываться для размораживания рекуператора в морозную погоду. Однако ни разу такой проблемы не возникало, поэтому можно это режим предусмотреть, но пока не реализовывать в алгоритме управления
7. Управление клапаном подачи свежего воздуха на первый этаж. Клапан ручной, стоит на подающем воздуховоде на первый этаж. Для удобства управления им планируется на него тоже установить электропривод и управлять им от клавиши выключателем в гостиной (одноклавишный выключатель рядом с проходным выключателем люстры)
8. Управление дополнительной вытяжной вентиляцией — 2 вентилятора (не участвуют в контуре рекуператора, поэтому в зимнее время через них чистые теплопотери, и нужно минимизировать время их работы):
   • вентилятор кухонной вытяжки — включается вручную при приготовлении пищи.
   • вентилятор вытяжки из парилки — включается вручную при приеме душа или при необходимости проветрить парилку.

В зимнее время было замечено, что при проветривании парилки влажный воздух, подаваемый вентилятром из парилки конденсировался на шахте вентиляции на крыше. Воды было так много, что она стекала ручьями до первого этажа по шахте вентиляции. Поэтому нужно сделать выход вентиляции из парилки не просто в крышу шахты, а вывести его полностью за пределы шахты, желательно на 10-15 см дальше. При этом необходим обратный клапан для предотвращения задувания ветра в эту трубу вентиляции. 

Автоматизация системы вентиляции

Исходя из перечисленных выше исходных данных, а именно:

1. состав датчиков
2. состав исполнительных устройств
3. алгоритмы работы в разные сезоны

необходимо сделать систему автоматизации вентиляции и работы солнечного воздушного коллектора. 
Необходимо выбрать и настроить контроллер, установить датчики температуры и влажности, управлять исполнительными устройствами 

В системе 5 вентиляторов (1 приточный, 3 вытяжных и 1 для воздушного солнечного коллектора), 5 клапанов (3 для переключения солнечного коллектора, 1 байпас рекуператора, 1 на подаче воздуха на 1 этаж), 2 ручных шибера для летнего режима солнечного коллектора, электронагреватель 2,2 кВт (догрев приточного воздуха).