VOC-технология позволяет вывести на принципиально новый уровень управление качеством воздуха в помещениях и открывает возможности дополнительного контроля источников техногенного загрязнения.
В последние годы KNX-инсталляции для интеллектуального управления жилым пространством все чаще включают в себя управление всеми климатическими системами объекта. При управлении отоплением и кондиционированием в системах
KNX редко возникают сложности, за исключением ситуаций, когда выбор технологического оборудования осуществлялся без их участия и без оценки совместимости с открытыми протоколами, интегрируемыми в KNX. Что нельзя сказать про управление системами вентиляции.
Здесь основные сложности лежат в области выбора системы вентиляции для объекта. Основная масса проектов вентиляции, которые предлагаются сегодня частному Заказчику – это системы с постоянным расходом воздуха (CAV или Constant Air Volume). Интеграция систем данного типа в KNX-инсталляции сводится к мониторингу состояния системы вентиляции и изменению режимов работы установки и температурной уставки. Однако последнее время наблюдается явный тренд к повышению требований Заказчиков к системам вентиляции. И это неудивительно. Мы, проживая и работая в мегаполисах, большую часть времени проводим в замкнутом пространстве: квартире, офисе, автомобиле.
Поэтому требования Заказчиков к внутреннему климату помещений растет, вместе с пониманием того факта, что климатические характеристики жилого пространства являются ключевыми для здоровья, работоспособности и самочувствия нас и наших близких. Все чаще в технических заданиях на вентиляцию попадаются термины «VAV» («Variable Air Volume», или «Система с переменным расходом воздуха») и «DCV» («Demand Controlled Ventilation», или «Управление расходом воздуха по потребности»).
Специалист, отвечающий за интеграцию всех инженерных и мультимедийных систем, а также за удобство интерфейса общения Заказчика с тем, что часто называют «Умным домом», дольше всех продолжает общаться с Клиентом, и часто вынужден средствами автоматики исправлять последствия того недопонимания, которое было между ним и проектировщиками технологий поддержания комфортного климата в помещениях. Что подразумевается под понятием «комфортного климата» в жилых помещениях?
Вот три основных фактора
1. термический комфорт,
2. акустический комфорт,
3. качество воздуха.
Начнем с самого простого — термического комфорта. С поддержанием необходимой температуры все обстоит достаточно просто, и приходится решать только вопросы, которые возникают на стыке проектов разных систем при их интеграции. Бывают вопросы с помещениями с большой площадью остекления, т.к солнце приводит к значительному искажению показаний температуры из-за прямых солнечных лучей, попадающих на датчики температуры. При завышении показаний температуры будут искажаться показания влажности, если прибор одновременно измеряет и влажность. Выходом из такой ситуации является установка датчиков температуры в места, куда не попадают солнечные лучи, либо, если это невозможно, установка нескольких датчиков температуры и усреднение их показаний.
Часто приходится встречать усреднение методом нахождения среднего арифметического значения, что приводит к неверной работе всего алгоритма поддержания температуры в помещении. Рассмотрим пример — помещение с тремя остекленными стенами. В нем пять датчиков температуры: один на стене (совмещенный с датчиком влажности) и четыре беспроводных температурных датчика EnOcean на мебели. Один или два из датчиков находятся под воздействием солнечных лучей, если светит солнце и не задернуты шторы.
По итогу математической обработки логов пишутся скрипты с вычислением значения медианы и коэффициэетов вариации для показаний каждого из датчиков и на их основе выдается значение температуры для записи в систему.
У многих по прочтении последних нескольких абзацев возникнет вопрос: «Разве KNX предназначен для решения такого рода задач?»
Но современные тренды таковы, что в арсенале технических решений в KNX-инсталляции должны присутствовать устройства, в которых можно писать логические сценарии с математической обработкой данных и средой свободного программирования. Иначе реализовать качественное управления климатом достаточно проблематично.
И именно поэтому еще 5-7 лет назад в KNX-инсталляциях полноценного управления климатом практически не было. Но сегодня на рынке существует достаточно большой выбор контроллеров с KNX TP1 «на борту», в которых есть возможность писать сложную логику. Многие из доступных контроллеров с KNX имеют еще поддержку широкого списка протоколов: Modbus, EnOcean, Bacnet, 1-Wire, M-Bus и др.
В последние годы в свох инсталляциях чаще применяем контроллеры семейства «LogicMachine» производителя «Embedded Systems». Основная концепция устройства -универсальный инструмент интеграции в KNX различных протоколов и стандартов, а также наличие встроенной среды программирования на языке LUA. Для инсталяторов это такой универсальный чемоданчик, из которого можно в любой момент достать нужный
инструмент и решить возникшую задачу.
Что подразумевается под понятием «акустический комфорт»?
Это шум, который возникает в процессе работы климатических систем.
Если на объекте не было грубых ошибок в проектировании климатических систем и в их монтаже, то шума от работающих механизмов в комнатах не должно быть слышно.
И если у нас на объекте применяется система с постоянным расходом воздуха, и она спроектирована без ошибок, то шума от движения воздуха в воздуховодах и шума от
вентиляционных решеток также не должно быть слышно. И если характеристики всех элементов системы подачи и забора воздуха из комнаты правильно подобраны
к диапазону допустимых скоростей потока воздуха, то шума от движения воздуха быть не может.
Но когда мы говорим о системах вентиляции с переменным расходом воздуха, то даже идеальный проект вентиляции с абсолютно корректными расчетами можно испортить
алгоритмом управления, в котором не учитываются пороги шумового комфорта системы вентиляции или некорректно реализована балансировка приточной и вытяжной вентиляции.
С учетом того, что в реальной жизни увидеть качественный проект системы приточно-вытяжной вентиляции с переменным расходом воздуха получается очень редко, при
интеграции в KNX-инсталляцию систем «VAV» («Variable Air Volume») или «DCV» («Demand Controlled Ventilation») появляется очень много проблем, связанных с повышенным
шумом, которые можно решить средствами автоматики прибегая к компромису. Мы можем либо обеспечить необходимые параметры по термическому комфорту и качеству воздуха, либо шумовой комфорт в помещении.
И главное, кратность воздухообмена при всех режимах работы системы вентиляции не должна превышать максимальную скорость воздушного потока в воздуховодах.
Исключением может быть режим интенсивного проветривания, при котором уровень шума не имеет большого значения, так как его применяют обычно при переходе от сценария «Уехал надолго» к сценарию «Подготовка дома к возвращению».
Естественно, максимальные скорости движения воздуха в воздуховодах, при которых сохраняется допустимый уровень шумового комфорта, должны быть рассчитаны как для
приточных, так и для вытяжных воздуховодов.
Третья составляющая климатического комфорта – качество воздуха.
Нет смысла приводить сейчас нормы для воздуха в помещениях (эти данные в ТЗ или в нормативной документации) и подробно разбирать алгоритмы управления вентиляцией для обеспечения необходимого качества воздуха, так как здесь все просто и понятно – чем больше загрязнений выделяется внутри помещения, тем больше должна быть кратность воздухообмена в этом помещении. Задачу повысить воздухообмен только в тех помещениях, где выделяются загрязнения, а не во всем здании, и призваны решать технологии приточно-вытяжной вентиляции с переменным расходом воздуха. Получается, все просто?
Однако, чтобы чем-то управлять, для начала нужно это научиться измерять. Так какие параметры воздушной смеси в помещении мы должны измерять и как интерпретировать
результаты этих измерений, чтобы регулировать качество воздуха?
Основные параметры, которые влияют на комфорт, самочувствие и здоровье людей в жилых помещениях, и которые мы можем измерять и регулировать – это содержание СО 2
и влажность. Я думаю, что подробно останавливаться на возможностях контроля уровня CО2 и влажности в помещениях смысла нет, так как большинство инсталляторов KNX с
этой темой знакомо, и у большинства представленных на рынке производителей KNX-оборудования есть в ассортименте датчики контроля СО2 и влажности. Причем представлено
много вариантов датчиков с одновременным измерением температуры, влажности и СО2 , как в настенном исполнении, так и для установки непосредственно в воздуховоды.
Интерпретация показаний для целей управления вентиляцией, также не представляет особых сложностей, так как существует много рекомендаций по пределам содержания СО2 и нормам по влажности для разных типов помещений.
Но в последние годы к измерению СО2 добавилась возможность измерения интегрального показателя качества воздуха по технологии VOC. Измерение VOC служит для определения качества воздуха и содержания вредных веществ.
Эта технология основана на использовании анализатора смешанного газа⁄VOC-датчика («volatile organic compounds», или «летучие органические смеси»). Датчики с сенсорами VOC можно применять:
• для анализа качества воздуха в офисных помещениях, отелях, помещениях для собраний и конференций, в театрах жилых, торговых помещениях, столовых и т.п.;
• для количественной оценки степени насыщенности воздуха в помещении загрязняющими газами (сигаретным дымом, выделениями человеческого организма, выдыхаемым воздухом, парами растворителей, выделениями частей зданий, мебели и чистящих средств);
• для проветривания помещений по мере необходимости, за счет чего достигается экономия электроэнергии, которая затрачивается только при достижении заданной степени загрязненности воздуха в помещении.
Обнаруживаемые газы при данной технологии измерения:
• смешанный газ,
• пары алифатических спиртов,
• сигаретный дым,
• автомобильные выхлопные газы,
• выдыхаемый воздух,
• дым от горения древесины, бумаги, пластмасс и т.п.
Также, используя технологию VOC, можно определить наличие в помещении смеси таких веществ, как, например: ароматические углеводороды, галогеноводороды, сложные эфиры, альдегиды и кетоны, а также вещества природного происхождения (например, терпены (испарения скипидара) и изопрен).
VOC также выделяются биохимическими продуктами: лакокрасочными материалами, клеящими и герметизирующими веществами, элементами обстановки, чистящими средствами и средствами для ухода за предметами интерьера, химическими продуктами для офиса и ковровыми покрытиями.
VOC-технология позволяет вывести на принципиально новый уровень управление качеством воздуха в помещениях и открывает возможности дополнительного контроля источников техногенного загрязнения. Например, VOC-датчики применяются (в числе прочего) и для контроля загрязненности фильтров кондиционеров и внутренних блоков VRV-систем. Если после включения блока в комнате резко повышается уровень VOC, то это говорит о выделении загрязняющих веществ из системы охлаждения воздуха, и можно формировать сервисный аларм.
Основной плюс в применении управления по параметрам VOC — вентиляция работает только там где это действительно нужно и с интенсивностью той, которая достаточна для поддержания заданного качества воздуха.
Но при всех плюсах и перспективах применения датчиков качества воздуха в KNX-инсталляциях существует большое количество «подводных камней».
Первое и самое важное, что нужно понимать, что с датчиком VOC нельзя работать, как с датчиком СО2 . И этому есть несколько причин. Значение СО 2 на улице достаточно постоянно и имеет небольшую амплитуду колебаний в течение суток. И для управления вентиляцией по содержанию СО 2 не было большой необходимости в контроле СО 2 на улице. При работе с показаниями датчика VOC ситуация другая: значения VOC на улице могут меняться очень сильно в течение достаточно короткого срока. Поэтому при установке датчиков VOC только внутри дома мы будем увеличивать интенсивность работы вентиляции при превышении порога. Но причиной этого повышения может быть сжигание опавших листьев и травы во дворе дома, и, в результате, вместо автоматического снижения забора воздуха с улицы из-за его повышенной загрязненности, наша система управления начнет, наоборот, более интенсивно наполнять внутренние помещения загрязненным продуктами горения воздухом, постоянно повышая кратность воздухообмена, так как показания VOC-датчиков будут постоянно расти. Поэтому алгоритмы управления вентиляцией по показаниям VOC-датчиков должны базироваться строго на разнице показаний между датчиком на входе воздуха в систему вентиляции и показаниям в помещениях. Кроме того, обязательно нужно реализовывать функцию снижения или полного прекращения забора воздуха с улицы при превышении порога загрязненности. Лучше, если VOC-датчики внутри помещений и для контроля забираемого воздуха будут одного производителя элемента VOC. Этот элемент калибруется производителем относительно калибровочного газа. И в реальности VOC-элемент измеряет отклонения относительно этого калибровочного газа, выдавая в ppm интегральный показатель загрязненности воздушной смести относительно калибровочного газа.
При работе с VOC-датчиками нужно понимать, что мы с них получаем
интегральный показатель загрязненности и из значения загрязненности — невозможно вычленить отдельные газы. Например, мы со стопроцентной вероятностью увидим резкое
увеличение показаний ppm с датчика, если в помещении закурили сигарету, но мы никогда не сможем понять, это увеличение загрязненности произошло из-за дыма сигареты или из-за моющего средства, с которым уборщица вымыла пол. Но увеличить воздухообмен для поддержания нормального качества воздуха нужно будет в обоих случаях.
Дополнительные сложности при применении датчиков качества воздуха связаны с нормами по содержанию загрязняющих веществ в воздухе внутри жилых и офисных помещений.
Дело в том, что большинство норм приведено в мг/м 3 (миллиграммы Показания VOC и СО 2 на метр кубический), а показания датчиков качества воздуха выдаются в ppm (миллилитр на метр кубический). Так как показания датчиков СО2 , с которыми у многих KNX-инсталляторов есть опыт работы, тоже выдаются в ppm, то кажется, что можно легко пересчитать нормы из мг/м 3 в ppm. Но то, что легко сделать с одним газом, молекулярная масса которого нам известна, уже невозможно сделать с набором газов неизвестного нам состава. Поэтому VOC-датчик не может заменить датчик СО2 , если нам нужно в помещении контролировать уровень СО 2 .
Теоретически, имея в своем распоряжении полные характеристики VOC-сенсора (включая кривые чувствительности к разным газам), можно попробовать реализовать алгоритм корректного контроля СО2 с помощью датчиков качества воздуха с VOC-технологией. Есть предпосылки,что в не очень отдаленном будущем производители предоставят полные характеристики VOC-сенсоров, используемых ими в датчиках качества воздуха, и на практике можно будет опробовать алгоритмы контроля превышения СО2 в помещениях с помощью VOC-датчиков.