Управление вентиляцией по датчику CO2

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:

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.

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.

ВНИМАНИЕ!!!

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.

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).

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 CO2.

Advanced со2 контроллер для точного анализа –

Алгоритм работы

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

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.

Варианты управления по датчику co2

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

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.

Схема:

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.

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%.

Датчик СО2

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:

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.

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.

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.

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.

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=(Gx550)/(X2-X1) 

где:

• 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.

Пример расчета квартиры с количеством проживающих 3 чел.

Для данных условий наиболее подходящим будет агрегат Zenit-350 Heco.

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.

ПВУ Zenit HECO

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.