Вентиляция и Кондиционирование (HVAC)

Приобретая своё жилище, будущий хозяин или владелец обращает внимание в первую очередь на внешний вид дома, его расположение, наличие других удобств. И мало кто с должной серьёзностью относится к системам климат-контроля и очистки воздуха. Редко кто задумывается о том, что чистый воздух и здоровый микроклимат внутри помещения не маловажен. Воздух в помещении такая же важная деталь, как и внешний вид помещения.

Перед тем как мы распишем технические особенности систем вентиляции и кондиционирования (HVAC) при построении Проектов Умного Дома (УД). Позволим себе немного технической теории, медицинских знаний, а также, подсветим несколько мифов и фактов. 

Миф №1: в закрытых помещениях трудно дышать из-за недостатка кислорода

Многие привыкли думать, что в душном помещении уменьшается количество кислорода в воздухе и от этого возникает состояние гипоксии. Кислорода в душном воздухе действительно становится меньше. Но организм реагирует не на недостаток кислорода, а на избыток углекислого газа.

Углекислого газа на свежем воздухе в городе порядка - 0,05%, или 500 ppm. Усталость и другие неприятные симптомы появляются у человека в 100% случаев, когда углекислого газа становится в 4 раза больше - 2000 ppm и более. Разница составляет 1500 ppm, всего 0,15%, но мы её ощущаем. Состояние организма при высокой концентрации СО2 в крови называется гиперкапния. 

Миф
В духоте нечем дышать, кислорода мало. Появляется гипоксия.

Факт
В духоте нечем дышать, много углекислого газа. Появляется гиперкапния, а потом уже гипоксия.

Кислорода в свежем воздухе порядка - 20%, а неприятные ощущения появятся, когда уровень О2 упадёт до 15%. Но прежде чем это произойдёт, концентрация СО2 успеет вырасти до критических значений. Так что в душном помещении первой появится не гипоксия, а гиперкапния.

Задача любой приточной вентиляции – снизить количество углекислого газа в воздухе, а не обогатить его кислородом.

При отравлении углекислым газом гемоглобин в крови хуже связывается с кислородом. В результате кровь переносит по организму меньше кислорода. И вот тут уже возникает гипоксия тканей.

Миф №2: кислородные товары помогут

Курс специальной кислородной терапии в США стоит больше 1000 долларов. Кислородные бары и магазины предлагают кучу товаров от гипоксии: кислородные коктейли, обогащённую кислородом воду, кислородную косметику, даже кислородные ванночки для ног. Системы УД также предлагают похожий функционал в связи с обслуживанием жильцов с ограниченными возможностями.

Ажиотаж вокруг всех этих кислородных товаров и приспособлений – есть, а клинических подтверждений и медицинских доказательств в их пользу – нет. Более того, есть товары против гипоксии, которые не имеют вообще никакого отношения к кислороду. Например, насыщенная кислородом вода от компании «Rose Creek Company» - лабораторные исследования кислорода в ней не обнаружили. И есть подозрения, что это не единственная компания, которая спекулирует на теме кислородного голодания.

Почему не доказана польза кислородных товаров? Причина элементарная: кислород усваивается в лёгких, и только в лёгких. Ни через кожу, ни через желудок и кишечник организм не может получить кислород для гликолиза.

Миф
Кислородные товары помогают при гипоксии.

Факт
Кислородные товары бесполезны при гипоксии.

Есть и другие заблуждения, касающиеся сна, вентиляции лёгких, алкоголя и сигарет, но они не являются предметом разбора нашей статьи. Позволим себе ещё одно лирическое отступление: - как в жизни работает система УД?

Дом проснулся за час до звонка твоего будильника, выпустил кота во двор, далее впустил обратно, сличив его физиономию и голос с образцом. Перевёл вентиляцию в спальне и кухне на ускоренный воздухообмен, чтобы подготовить атмосферу для бурной утренней деятельности. Поднял температуру в спальне на два градуса, до дневной отметки, чтобы легче было вылезать из-под одеяла. Запустил водонагреватель в ванной, чтобы к моменту умывания хватило на тебя, жену, детей и ещё на бритьё. Добавил в поток приточного воздуха лёгкий лимонный аромат. Начал плавное увеличение освещённости в спальне. Включил в кухне термопот на нагрев воды для приготовления кофе, мультиварку — с фруктовой кашей, а до этого, где-то в пять часов утра автономно (или по команде пульта управления) - стартовала хлебопечка, дабы у семьи утром был свежий хлеб. Пока кто-то самозабвенно ругался с котом, а непослушные дети пререкались с мамой, УД следил за кошачьей миской и тщетно мигал напоминанием. После ухода хозяев наполнил резервную миску сухим кормом, чтобы животное не голодало. Выключил термостат, водонагреватель и принудительную вентиляцию, открыв в окнах клапаны пассивного притока.

Снизил в помещениях температуру до приемлемой для комнатных растений, полил их. Загрузил из сети следующую главу увлекательной книжки про УД и углубился в чтение.

Конечно, функциональность УД можно настроить и по-другому или ещё гибче и здесь мы позволим себе третье научно-техническое отступление от основной темы.

Ритманализ — некое относительно новое течение в архитектурной науке и мысли. Придумал его французский философ и социолог Анри Лефевр. Кажется, он просто очень любил глядеть в окно. А в свободное от этого увлекательного занятия время — гулял и смотрел по сторонам, при этом всецело увлёкшись написанием очередной книги, где он учил и рассказывал много интересного про то, как жизнедеятельность людей влияет на окружающее их пространство. Он учил ловить колебания окружающей среды.

Пульс города — это необъёмная тема, там есть некоторые ритмы с периодом в десятки лет, но для небольшой обзорной статьи это слишком уж долго. А вот попытаться поймать и “приручить”, то есть использовать в своих целях, ритмы одного жилища вполне возможно.

Этак, для начала, какие у “умного дома” есть точки ввода и вывода?/h3>

УД получает информацию через датчики (освещённости, температуры, влажности, уровня углекислого газа, движения, звука и проч., и проч.). УДможет отслеживать открытие-закрытие дверей и окон, включение-выключение электроприборов и даже распознавать изображение с камер.

Реагировать на раздражители дом может включением-выключением и изменением режима разнообразных приборов, открытием-закрытием дверей и окон, оповещением хозяина о каких-то событиях.

Логично, что при анализе и поиске закономерностей во входящем потоке информации можно настроить более подходящий спектр реакций. Например, энергосбережением уже давно никого не удивишь.

Какие же ритмы могут влиять на жизнь отдельно взятого домохозяйства?

Во-первых, это суточные (они же циркадные) ритмы каждого обитателя, включая животных. Они составляют достаточно сложную комбинацию (как сложение колебаний в физике). Конечно, полноценную хронограмму дом сам составить не сможет, откуда он знает, что вы чешете коту пузо между ужином и чаем, но отметить ваше регулярное нахождение в одном помещении вполне способен.

Недельные ритмы. Если график работы кого-то из домочадцев не 5/2, то они опять же сложатся в причудливый рисунок с повторяемостью уже не еженедельной, а месячной, а то и более. Будут дни, когда все дома, когда никого, когда кто-то один, и его циклограмма становится ведущей для управляющей системы.

Годовые ритмы. Смена времён года, изменение длины светового дня, температуры воздуха и так далее. На недельных и суточных циклах они тоже скажутся (примерно, как модуляция низкочастотного управляющего сигнала высокочастотным несущим). Например, зимой вы дольше одеваетесь-раздеваетесь, раньше хотите спать, готовите другие блюда, предпочитаете иные виды отдыха, меняете соотношение пребывания дома и на улице.

Типы характера. Мы считаем, что на картинке ниже, типы характеров отражены достаточно точно.

Это всё теория, а как эти графики могут пригодиться в жизни, что при их помощи можно откалибровать?Да, в общем-то, любую систему УД можно подстраивать при помощи анализа ритмов и типов характера его обитателей.

Например, вентиляция. Если какие-то двери в доме закрыты, они делят его на отсеки, между которыми воздухообмен затруднён. Даже если у вас не стоит отдельная метеостанция в каждой комнате (sic!), можно вычислить объёмы, учесть точки притока и вытяжки и настроить мощность механического притока воздуха, открывание вентиляционных клапанов или форточек так, чтобы поддерживать комфортную атмосферу в каждом “отсеке”. Соответственно, когда дома все и все двери открыты и когда дома кто-то один и все двери закрыты, вентиляция будет работать очень по-разному.

Освещение. Про возможность устроить плавный “рассвет” голубоватым светильником для лёгкого просыпания уже было в начале. А вот обеспечение комнатным растениям оптимальной длины светового дня в любую погоду и время года при помощи специальной лампы — это другое, вы можете при желании задать годовой и суточный циклы и имитировать длину дня и количество света для любой широты. В зависимости от времени года, часа дня или дня недели можно калибровать и спектральные характеристики освещения. Например, если вы днём работаете дома, то стоит при необходимости в это время использовать холодный белый, чтобы не сбивать организм с толку, дёргая его часы туда-сюда. А вечером — тёплый белый и жёлтый, которые действуют успокаивающе. Кстати, если ваша собака живёт в будке, то в её жилище можно установить специальную лампу, которая своим излучением убивает всяких паразитов в шерсти собаки.

Температура. Здесь стоит отметить, что человек теряет тепло отнюдь не только из-за контакта с воздухом. Контакт с предметами, излучение, испарение влаги вносят больший вклад. За счёт этого в разное время года одна и та же температура воздуха может восприниматься очень по-разному благодаря разной температуре окружающих поверхностей и разной одежды на человеке. Можно откалибровать отопление и кондиционирование так, чтобы учитывать эти факторы и пожелания жильцов в автоматическом режиме, не создавая ситуаций, когда батарея работает на полную мощность под открытой форточкой.

Влажность. Она связана с вентиляцией и отоплением неразрывно, но в отличие от них, некоторые её источники динамичны: это сами перемещающиеся по дому жильцы, непрерывно выдыхающие пар, это санитарные помещения и кухня, используемые в циклическом режиме и создающие за раз различное количество пара, это растения, газообмен которых подчинён суточному ритму. Соответственно, увлажнителями тоже можно управлять не наобум.

Чем же парадигма Умного Дома с ритманализом отличается от обычной, и как её воплощать?
Вспомним разницу между понятиями «домашняя автоматизация» и «УД»: один просто исполняет комплекс заложенных сценариев, другой реализует некие адаптивные алгоритмы, позволяющие добиться при своей эксплуатации большей экономии, безопасности или комфорта. Ритманализ — это как раз один из таких адаптивных механизмов в составе «УД».

На входе модуль имеет заданные “по умолчанию” сценарии управления “начинкой” дома, инструменты для сбора и анализа разнообразной статистики, в том числе, поведения обитателей жилища, зависящие, в том числе, и от их темперамента, привычек и расписания в рабочие или выходные дни, включая случаи ручного вмешательства в работу автоматики «УД» самими хозяевами. 

На выходе получаем постоянную «подстройку» отдельных программ и сценариев УД по выбранным критериям эффективности и разнообразное комбинирование функций УД, с целью минимизировать случаи ручного регулирования. Например, если в доме проживают два человека с очень разными представлениями о биоклиматическом комфорте, получится комбинация из подпрограмм: “дома только А; тепло, темно и влажно”, “дома только Б; холодно, светло и сухо”, “дома А и Б; несколько компромиссных вариантов в зависимости от погоды и времени года и суток”, “никого нет; минимальное энергопотребление, максимальная безопасность” и более тонкие случаи вроде “А спит, Б работает; разбить дом на две зоны с разными параметрами”.

Система, очевидно, требует для обучения и калибровки достаточно долгого периода обычного ручного управления, ведь годовой цикл за неделю не сформируешь, да и в краткосрочном периоде ей требуется отфильтровать случайные единовременные изменения от периодических пиков. И это вряд ли бюджетное решение, на данном уровне развития техники. Однако в результате должна получиться адаптивная система управления УД, по аналогии в биологии с видом “homo sapiens sapiens”, заслуживающая названия - “smart smart home” или «Умный-умный Дом» (УУД). 
В общем, если потратить время на сбор и анализ информации, можно найти много интересного (а можно и не найти: все люди разные, и дома у них разные, как и понятия о комфорте). Только не стоит забывать учитывать собственные субъективные впечатления и пожелания, ведь “наблюдатель” — неотъемлемый инструмент ритманализа и главный источник собственно аналитической составляющей в настройке УД/УУД.

Нам кажется, мы должны были убедить владельцев и жильцов коттеджей и квартир в необходимости использования систем вентиляции и кондиционирования. Рассмотрим типичный сценарий (алгоритм) управления приточно-воздушными системами HVAC.

Типичный сценарий управления HVAC

Вряд-ли многие смогут сразу разобраться в этой схеме, при этом не стоит отчаиваться, специалисты MSF Studio на понятном русском языке, при составлении Проекта HVAC, доведут до Заказчика«УД» все нюансы управления системой HVACв его доме или коттедже. Мы, в свою очередь, приведём лишь общую информацию для понимания функционирования системой HVAC.

В настоящее время существует много различных вариантов выбора системы вентиляции-кондиционирования. Сегодня имеется широкий ассортимент климатических установок, которые индивидуально подбираются под различные типы строений. Это сплит-устройства, канальные кондиционеры и вентиляционные системы. Чем больше разновидностей самих установок, тем значительнее могут отличаются друг от друга их функции. Есть устройства, которые просто нагнетают воздух, другие же могут его подогревать и увлажнять. В данном случае, выбирая системы вентиляции и кондиционирования воздуха, все зависит только от предпочтений Заказчика. Можно выбрать отдельно приточные или вытяжные системы. Их отличительное свойство в том, что одна нагнетает чистый воздух с улицы, а другая вытягивает отработанный воздух с дома или помещения. 

Самой простой вентиляционной системой является моноблочная система, которая только нагнетает воздух в помещение. Чистый воздух вытесняет собой отработанный воздух через двери, щели, окна. Минусом такой системы будет то, что воздух нельзя будет нагреть или охладить. В таких случаях нужно позаботиться о системе кондиционирования и отопительной системе отдельно. Для того, чтобы можно было охлаждать и обогревать воздух в доме, устанавливают кондиционер. Такие системы выполняют функции притока воздуха и его одновременное охлаждение.

В системе УД, совместная и согласованная работа систем кондиционирования, отопления и управления теплыми полами позволяет создать в каждом помещении дома разные климатические зоны. Умный дом постоянно живет своей жизнью, замирая в отсутствие хозяев и просыпаясь при их появлении. Наиболее интересной функцией системы является создание полноценного климатического контроля. Климат-контроль позволяет оперировать такими параметрами как температура, влажность, приток свежего воздуха индивидуально для каждой комнаты, включать/выключать систему фильтрации воздуха. Умный климат-контроль самостоятельно создаст комфортные условия для сна к ночи температура понизится, а к утру повысится. В детской комнате система установит тепло, а в спальне немного прохлады. Для того, чтобы выставить требуемую температуру в комнате, достаточно задать значение температуры на панели электронного термостата или сенсорной управляющей панели. Система УД сама решит, какое тепловое устройство (радиаторы отопления, тёплые полы, электроконвекторы, тепловентиляторы, кондиционеры) и на какую мощность включить, чтобы добиться заданных параметров. При этом мощность и количество включенных тепловых приборов будут выбраны в зависимости от уличной температуры и нужной скорости прогрева. Система климат-контроля самостоятельно задаст нужный температурный режим, влажность, включит систему вентиляции таким образом, чтобы человеку было комфортно и уютно в своём жилище.

C помощью Умного дома можно управлять электронной системой озонирования, ионизации и очистки воздуха. Система озонирования и ионизации позволяет избавиться от бактерий, вирусов и микроорганизмов, гниения и плесени, неприятных запахов, табачного дыма, никотина, аллергенов, а также обогатить воздух кислородом. Находясь под неусыпным контролем, дом всегда будет свеж и чист. Управление системой очистки воздуха одна из важных функций Умного дома. Системы очистки воздуха воссоздает природные процессы при помощи ионизации и озона низкой концентрации, позволяя избавлять его от всевозможных примесей, вирусов, бактерий и т.д. следя за состоянием воздуха, управляет системой очистки, улучшая самочувствие и здоровый сон человека. Сейчас очень популярны и много рекламируются системы очистки воздуха HEPA™. На наш взгляд, применение подобных систем является неоправданным, а также, весьма затратным. Если кому-то из жильцов по медицинским показаниям действительно требуется подобная система очистки воздуха (астма, хронический бронхит, ХОБОЛ), то рекомендуем обратить Ваше внимание на более эффективные и менее дорогие системы очистки воздуха Российского производства типа «ДЕЗАР».

В зимнее время в средней полосе России воздух, обычно, пересушен, а кондиционеры не смогут работать и увлажнять воздух при температуре около «0». В этом случае настоятельно рекомендуется приобретение систем мойки/увлажнения воздуха или более бюджетные парогенераторы.

Также, с помощью Умного дома, пользователь может задать параметры автоматического поддержания температуры и влажности в специальных и подвальных комнатах. В некоторых помещениях должен соблюдаться особый температурный и влажностный режим. Это, например, винный погреб, библиотека или картинная галерея. Умный дом не позволит испортиться бесценной коллекцией книг, вин или картин, создавая наиболее благоприятные условия для их хранения.