Зачем все ставят вентиляторы в туалет или как мы решили сделать умный вентилятор, история по DIY

Большинство пользователей считают, что вентилятор в санузле нужен только для освежения самого помещения (при посещении туалета или после принятия душа или ванной). Но это в корне не верно.  Ниже вы узнаете почему. Эта статья о том, как должна работать вентиляция в квартирах в соответствии с современными нормами, какое место в этой работе отведено вентиляторам в санузле, ванной и кухне. Также вы узнаете зачем делать вентилятор умным и как он поможет освежить всю квартиру. А еще как мы из DIY пытаемся сделать что-то большее.

Как должна работать вентиляция в 99% наших квартир? И в 1% оставшихся.

Система вентиляции в подавляющем большинстве случаев организуется, как естественный приток и естественная вытяжка, в соответствии с СП 60.13330.2016 ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ, это означает, что приточный воздух должен попадать в комнаты через ограждающие конструкции (неплотности окон, режим микропроветривания окон или приточные клапаны) в помещение и вытеснять загрязненный воздух в грязные зоны: кухни, санузлы, ванные, в общем туда, где есть вытяжные каналы. Схема ниже.

Другой альтернативой вентиляции является применение бризеров, вентиляционных установок, рекуператоров про это написано в нашей первой статье на Хабр «…О современной вентиляции» . Это хорошее решение если устраивает по цене.

 Системы вентиляции в подавляющем большинстве в наших домах работают по принципу естественной вентиляции, что означает устойчивую работу только в холодный период года и как правило на нижних этажах. Более подробно об этом написано в статье «Как работают системы вентиляции»

Три фактора для правильной работы естественной вентиляции:

1. Приток воздуха через ограждающие конструкции (неплотности и щели, режим микропроветривания окон, приточные клапаны и бризеры).

2. Беспрепятственное прохождение воздуха от окна до вытяжного канала: организуется либо за счет подпила полотна на 15-20 мм или установкой переточной решетки в дверях. 

3. Удаление загрязненного воздуха через вытяжные каналы круглый год.

Так работают системы вентиляции не только у нас, но и у европейцев. Например, приток воздуха через приточные клапаны и удаление через вытяжные каналы организуется в Германии, Франции, Англии, Польше, Финляндии и странах Скандинавии (что подкреплено законодательно).

Три фактора для правильной работы естественной вентиляции:

1. Приток воздуха через ограждающие конструкции (неплотности и щели, режим микропроветривания окон, приточные клапаны и бризеры).

2. Беспрепятственное прохождение воздуха от окна до вытяжного канала: организуется либо за счет подпила полотна на 15-20 мм или установкой переточной решетки в дверях. 

3. Удаление загрязненного воздуха через вытяжные каналы круглый год.

Так работают системы вентиляции не только у нас, но и у европейцев. Например, приток воздуха через приточные клапаны и удаление через вытяжные каналы организуется в Германии, Франции, Англии, Польше, Финляндии и странах Скандинавии (что подкреплено законодательно).

Работа естественных систем вентиляции зависит от тяги. Что это такое и зачем.

Свежий воздух должен поступать через окно, неплотности или приточные клапаны, проходя помещение, свежий воздух вытесняет загрязненный и тот удаляется через вытяжные каналы. Так мы получаем свежий воздух в квартире и выбрасываем в окружающую среду загрязненный (СО2, пыль, летучие органические вещества, химические вещества от отделочных материалов и мебели и т.д.)

Для работы вентиляции по такому принципу необходима вентиляционная тяга (движущая сила, выталкивающая воздух на улицу), но она появляется только в холодное время года, когда появляется разность температур внутри квартиры и на улице, так как движение возникает за счет разности плотностей воздуха в квартире и на улице. Так в соответствии с СП «Отопление, вентиляция и кондиционирование» системы вентиляции проектируют для температуры уличного воздуха не выше 5 С.

Это похоже на движение воздушного шара, который нагревают горелкой.

Если горелки нет, то шар не летит – если на улице тепло, то вентиляция, увы, не работает.

Вентиляционная тяга по закону Архимеда зависит от разницы плотностей воздуха в квартире и на улице (которые зависят от температуры воздуха там и там) и от высоты вентиляционной шахты. Поэтому  когда на последних этажах высота шахты маленькая, то вентиляция не работает даже зимой из-за отсутствия вентиляционной тяги.

Таким образом, от наличия естественной вентиляционной тяги в доме зависит работа всего воздухообмена у Вас.

Чтобы гарантировать стабильную работу вентиляции применяют вытяжные вентиляторы, такие ставят в многоквартирных домах на крыше или у жильцов в санузлах. К сожалению, центральные крышные вытяжные вентиляторы — это пока редкость даже в больших мегаполисах.

Почему нужно использовать вентилятор для работы вентсистемы.

Нужно иметь возможность управлять своей системой вентиляции. Именно поэтому вытяжные вентиляторы решают проблему наличия вентиляционной тяги и позволяют проветривать всю квартиру.

В Европе это довольно частое явление, когда в квартире или доме ставится вытяжной вентилятор и он отвечает за работу вентиляции. Т.е. вентилятор работает постоянно, а не как мы привыкли только когда посетили санузел.

Практика в нашей стране говорит, что у нас ставят вентилятор в санузел для включения его (как правило по отдельной клавише выключателя или вместе со светом), когда пользовались туалетом или ванной, что в корне не верно, так как мы нуждаемся в притоке свежего и удалении загрязненного воздуха постоянно, а не только когда ходим в туалет.

В добавок к этому, выключенный вентилятор может создавать дополнительное сопротивление для движения воздуха, что еще и ухудшает работу вентиляции.

Обычно люди не знают, что этот вентилятор может улучшить климат во всей квартире, если его не выключать. Реальная производительность бытовых вентиляторов подключенных в сеть воздуховодов составляет от 30 до 50 м3/ч. Что ниже норм по вентиляции всей квартиры минимум 110 м3/ч. Поэтому и должен он трудится всегда, когда мы хотим, чтобы работала вентиляция.

Нужно отметить, что бытовой вентилятор не может перевернуть всю вентиляцию и загнать воздух к соседям по стояку. Бытовые осевые вентиляторы имеют довольно низкий напор в пределах 10-30 Па и этого давления едва хватает, чтобы протолкнуть воздух в шахту. Но если речь идет о центробежном вентиляторе, то давление может быть порядка 100-300 Па и в этом случае все соседи будут чувствовать, что происходит у Вас дома и, что Вы готовите. В системах, не предназначенных для таких мощных вентиляторов, их устанавливать не верно. Если речь идет об одноквартирных домах, то это может быть хорошим вариантом.

 Вот обзор работы вентиляции в гостинице Германии по такой схеме известным в своих кругах блогером: https://www.youtube.com/watch?v=IEwSiI6gZ4M

 Таким образом, для правильной работы системы вентиляции нужно:

• круглый год применять вытяжные вентиляторы для создания напора,

• дополнительно не забывать про приток воздуха.

Про современный приток воздуха будет в следующей статье. Представим интересное специальное приточное устройство нового типа.

Обычный или умный вентилятор, в чем разница.

Для постоянной работы вентиляции по потребности (по присутствию человека) можно применять обычные вентиляторы и включать их только когда Вы дома, когда нужно чтобы вентиляция работала – например отдельной клавишей включения света. Или использовать автоматические вентиляторы, которые умеют сами определять необходимость вентиляции по датчикам воздуха.

Пример обычных вентиляторов (не забываем гугл или яндекс):

1. Пример Россия

2. Пример Европа

Автоматических вентиляторов пока что мало на рынке, пример:

1. Бытовой вентилятор РФ

2. Вентилятор Европа

3. Вентилятор для коттеджа

В случае применения автоматических вентиляторов с датчиками качества воздуха, вентилятор отслеживает удаляемый воздух и при его ухудшении начинает работать интенсивнее. А при улучшении качества воздуха —понижает свою производительность. Разумно и экономично. Схематично это изображено на рисунке ниже.

Например, у Вас в квартире много людей и качество воздуха требует вентиляции, вентилятор на вытяжке это «увидит» и сможет интенсифицировать работу вентиляции.

А если Вы ушли из квартиры, воздух на вытяжке стал свежим и можно минимизировать работу вентиляции или выключить вовсе. Тяга уменьшится, и вы не будете гонять и обогревать лишний воздух.

Такое решение дает ряд преимуществ:

1. Автоматизация вентиляции – не нужно следить за вентиляцией, она сама определяет, когда ей нужно работать.

2. Шум от вентилятора локализован в санузле или ванной, наличие двери всегда экранирует шум. Такое решение работает тише, чем бризер (при таком решении вентилятор располагается в комнате).

3. Энергоэффективно, так как на нагрев уличного воздуха в современных домах приходится до 40-50% затрат на отопление, рационально снижать объем вентиляции, когда она не востребована.

Как пришло в голову делать вентилятор для туалета умным.

Озадачившись работой вентиляции в своей новостройке, а точнее ее отсутствием, я начал разбираться как она должна работать.

Все оказалось просто, как написано выше, подавай свежий и удаляй загрязненный.

Подавать воздух я решил через приточный клапан, так как мне не понравилось бегать открывать и закрывать окно. А главное, как понять, что ты достаточно приоткрыл окно, и теперь воздух свежий? Если много открыл, то жалко тепла и холодно, если мало открыл, думаешь — чем же дышит твой ребенок, ведь везде так много загрязняющих веществ таких как: высокий уровень СО2, фенолы из мебели, радон от стен и подвала и много еще чего непонятного.

 После установки клапанов зимой, когда существовала вентиляционная тяга, я остался очень доволен. Дома всегда свежо, при этом жена перестала открывать окно, уходя на прогулку с ребенком. Шума с улицы не слышно, и не нужно по сути контролировать работу.

Но вот пришло теплое время года и дома опять стало несвежо. Оказалось, все перестало работать, так как старые советские нормы не обещают работу вентиляции выше 5С. Это, кстати, все из-за того, что китайцы и итальянцы тогда не делали бытовых вентиляторов, а мы сами не могли, так как занимались космосом (шутка).

 После понимания сути проблемы я поставил себе бытовой вентилятор и жизнь опять наладилась до прихода холодов, когда появилась вентиляционная тяга. Тогда вместе с работающим вентилятором они начали нещадно высасывать тепло из моей квартиры.

 Человек я не жадный, понимаю, греть улицу будет хорошо, так как будет быстрее приходить лето. Но жалко ведь повышать таким образом уровень СО2 на планете.

Поэтому задумался, как вентилятору понять, что дома есть люди?

Оказалось, что это достаточно просто организовать по датчику качества воздуха.

Вот, к стати, интересный анекдот иллюстрирующий как это работает от известного блогера строительной сферы — видео анекдот ( 48 секунд).

 

История вентилятора, как делали и из чего состоит.

Первый прототип был суров, сделан из кулера и американской технологии Стелс (Папье-маше), см ниже.

Идея понравилась, но как сделать мелкую серию?

Из анализа работы первого прототипа было решено применить следующие датчики для определения режимов работы:

• датчик света,

• датчик температуры/влажности SHT30 или HTU21,

• датчик качества воздуха типа ccs-811 или sgp40,

Датчик качества воздуха решили ставить MOX, так как более продвинутые NDIR имеют больший габарит и цену. Выбранный датчик MOX измеряет VOC и эквивалент концентрации СО2, мы решили, что это лучший вариант. Так как в грязных зонах много органики и также нужно понимать уровень СО2.

Хотя мы понимаем, что лучшим решением будет датчик NDIR и VOC, но пока это дорого и, наверное, рано.

Работу устройства нужно настраивать от смартфона, так как по-другому уже несовременно, значит добавляем разработку ПО для смартфона и какой-то интерфейс для взаимодействия. На данный момент программа на телефон сделана на Xamarin, у этой платформы есть почитатели и критики. Мне пока не очень понравилась сама платформа Хамарин, но возможно все дело в тонкостях программирования, а не в самой Платформе.

Советуют дальнейшие шаги делать на Flutter, так как современная, динамично развивается и так же мульти-платформенная, как и Xamarin среда разработки. Так что переделку текущего приложения и разработку новых для остальных устройств хотим делать на Flutter. Но специалистов, работающих на Flutter по ощущениям, еще меньше и найти сложнее. Поделитесь в комментариях так ли это?

 Для управления скоростью работы вентилятора на разных режимах работы было решено сделать симисторное управление, оно отличается от обычного димера наличием датчика перехода через ноль. С этой мелочью мы не долго мучились, настраивали скорости по анемометру.

В целом, для управления производительностью работы вентилятора лучше использовать DC вентиляторы с PWM управлением, улучшается качество регулировки и энергоэффективность. Хотя управлять современными DC куллерами проще, но сделать законченное устройство — сложнее из-за большего объема работы по корпусу и дополнительного блока питания.

 Следующий прототип было решено делать на базе существующего вентилятора, такой нашли, но в результате не все понравилось, пример ниже.

Этот прототип пробовали делать на ESP32 и на BLE nrf52 от Nordic, блок питания пробовали использовать заводской импульсный и самодельный без гальванической развязки конденсаторный как в розетке Редмонд, см. статью на Хабре.

 В результате остановились на микроконтроллере nrf52 Nordic, так как делать на ESP32 было сложнее из-за необходимости разработки серверной части, а веб-интерфейс не устроил. Второй причиной использования nrf52 стала разработка еще одного устройства на Nordic с батарейным питанием.

У кого есть опыт с ESP32 и серверной частью, просьба, напишите в комментах, сложно ли это все делать?

Эксперименты с конденсаторными блоками привели к взрыву и были прекращены). Теперь все только с гальванической развязкой!

В результате от прототипа в этом корпусе отказались, хотя он был красивый и закрывался эстетичной лицевой панелью. Отказались в первую очередь из-за высокой стоимости донора, также датчик света не видел света. А свет — это тоже один из основных индикаторов использования темных комнат, окон в туалетах новостроек почти не делают, так как это очень укромное место.

 Решили сделать все тоже самое в более бюджетном корпусе, пример прототипа №2 ниже.

Прототип №2 работал хорошо и стоимость донора устраивала. Было проведено апробирование работы у тестеров.

В целом все устроило, но некоторым не понравился уровень шума крыльчатки вентилятора, еще появились пожелания по дизайну устройства. Лично Я был удивлен замечаниям по дизайну и откровенно расстроен уровнем шума…

 Прототип №2 имеет следующие фичи:

• режим работы по датчикам как по отдельности, так и совместно: качество воздуха (VOC+eCO2), температура влажность, освещенность,

• ручные настройки работы по любому из датчиков, так и просто работа с постоянной скоростью,

• настройка режимов работы от смартфона через приложение.

Короткий обзор, прототипа 2.

 Подведя итог работы и всех пожеланий по устранению ошибок сделали третий прототип, который уже имеет хорошую крыльчатку, тихою в работе, ниже представлены два прототипа и образец, к которому пришли, эволюция отражена слева на право.

Сейчас вентилятор состоит из 4–х частей: базы с вентилятором, электронной платы управления с блютузом для подключения к смартфону (пока Андройд), крышки вентилятора, которую делаем индивидуально и лицевой панели. Лицевая панель крепится на магниты. Все датчики располагаются на плате с левой стороны, можно посмотреть на фото ниже.

Тестовую партию поставили через знакомых и старых клиентов, и сейчас тестируем рынок.

Узким местом прототипа №3 стал корпус, который приходится изготавливать по технологии мелкосерийного литья пластика. Пока решили изготавливать корпуса самостоятельно методом литья в силикон.

При этом пришлось набить много шишек и 60% крышек ушло в брак. Но теперь мы начали, что-то понимать в самой технологии литья в силикон, надеюсь, что это добавит к карме плюсиков.

Хорошо бы написать статью про литье в силикон. Так много рекламной информации, что поддавшись на красивые обещания, мы даже приобрели камеру дегазации, но для тестовых образцов вполне можно обойтись и без нее. Однако про такое обычно не пишут, боятся раскрывать секреты.

Следующие крышки хотим делать литьем на ТПА на алюминиевых прессформах, так как настоящие стальные это минимум 15 тыс. зеленых. На рынке не много фирм, которые работают с алюминиевыми прессформами и реальных отзывов не нашел. Если кто-то сталкивался с алюминиевыми пресс формами пишите в комментах, обсудим подробнее. В основном сталь и делают в Китае.

Итого на выходе мы имеем:

1. Вентилятор который умеет работать как по отдельности по каждому типу датчика: влажность, освещенность, качество воздуха, так и в режиме Смарт сразу по всем трем датчикам.

2. Удобный интерфейс для настройки режимов работы. Пока, что только для Андройда.

3. Красивый дизайн с панелями разного цвета (по запросу, можем и индивидуальную изготовить).

4. Тихою работу за счет качественной и хорошей крыльчатки.

Видеообзор с реальным устройством выглядит вот так

В текущей версии вентилятор имеет:

Ручные режимы работы для настройки работы по отдельным датчикам:

1. По скорости – выбираем нужную скорость

2. По влажности – работает по уставке влажности

3. По освещенности – работает по включению света

4. По качеству воздуха – выбираем в качестве уставки качество воздуха

Отдельно имеется режим Смарт (мы его так назвали).

Смарт работает по всем датчикам по специальному алгоритму и индивидуальные настройки. В этом режиме вентилятор самостоятельно отслеживает среднюю влажность и включится в работу только при ее превышении. При этом довольно хорошо происходит отслеживание присутствия и деятельности человека, так как влажность, свет и воздух о многом говорят.

Вот пример-скрин программы с режимами работы.

Что хотим добавить в вентилятор.

Многие пользователи на тестах попросили сделать удаленное управление через интернет. Как вы считаете нужно или нет?

Я считаю, что этот вентилятор должен настраиваться один раз в жизни и вы должны про него забыть, он должен работать Сам! Но все любят иметь возможность контролировать и, поэтому хотят удаленно управление. Так как разработка устройства с возможностью подключения к интернету сложнее по причине серверной части и полноценного приложения, то в планах делать систему на WI-FI второй очередью.

Команда

Вопрос команды очень важен, так как от этого зависит успех любого проекта. Аутсорс и привлечение разработчиков на фрилансе довольно опасен для стартапа, так как сжигает много ресурсов финансовых, временных (приходится все переделывать по несколько раз, в добавок всегда нужно четкое ТЗ). Но сделать хорошее ТЗ на ранней стадии — это тоже отдельная задача, так как если ты разрабатываешь продукт сам, а не копируешь, то это итерационный путь. И за каждый шаг приходится платить. Поэтому было наделано много ошибок.

Самым правильным пунктом про команду будет мысль, что нужно искать единомышленников, без них сделать что-нибудь стоящее сложно.

Кто знает, как искать единомышленников — пишите. Мы ищем!

В итоге: для такого проекта понадобились скилы: схемотехника, программиста, разработчика ПО для смартфонов, конструктора и руководителя.

У нас запланирована серия устройств: автоматический вентилятор, приточное устройство, станция управления климатом, управление термостатами отопления от станции контроля климата.

Это большая работа и кому интересна тема климата и управления ими пишите в группу, всегда рады новым идеям.

Планы на будущее

Говорят, не нужно афишировать, а мы будем. Написав это здесь, мы будем стремится не опускать руки и двигаться по пунктам, не сбиваясь с ориентиров.

Итак:

1. Сделать вентилятор не только D100 мм, но и D120 мм.

2. Сделать вентилятор с WI-FI.

3. Довести до конца разработку приточного устройства для ограждающих конструкций, сейчас идут тесты. Устройство будет отвечать за приток воздуха, стоимость будет ниже чем у бризерорв и самое главное – у него на много более простой монтаж.

После выполнения этих пунктов хотим запустить для умную станцию управления по датчику СО2. Эта станция должна управлять как вентиляцией, так и отоплением.

Следующая статья планируется про приточное устройство, которое представлено выше, сейчас идут его тесты и доработка. Так как суровая зима 2020/21 показала некоторые промахи в конструкции.

 Кому интересна тема управления климатом пишите и присоединяйтесь к нам в группе в телеграмме GreenVent, мы рады и критике, и новым идеям.

Главное, что Вы не равнодушны!