Предположим, что квартира состоит из четырёх комнат (гостиная, три спальни), кухни, двух туалетов, ванной. Можно, конечно, и больше, это зависит только от количеств входов и выходов контроллера. В каждой комнате есть окно с воздушным клапаном (клапан может быть с ручным или электрическим приводом). В кухне есть вытяжной вентилятор над плитой, в ванной и туалетах тоже есть вытяжные вентиляторы. Есть контроллер, который предназначен для управления воздухообменом в квартире. Рассмотрим, как можно с использованием этих элементов построить организованный воздухообмен в квартире.
За основу можно взять аэродинамические характеристики используемых вентиляторов. Рассмотрим эту тему подробнее. В настоящее время рынок заполнен осевыми вытяжными вентиляторами для туалета и ванной (это вентиляторы»Эра», «Вентз», «Блауберг» (есть и другие аналогичные китайские вентиляторы) и они , в большинстве, являются , практически, близнецами. В кухонной вытяжке используются центробежные вентиляторы. Во-первых, указанные осевые вентиляторы часто реально не обеспечивают те области производительностей, которые указаны в их паспортах (на упаковке или на этикетках). Максимальная объёмная производительность может быть 0,7-0,8 от указанной. Кроме того, осевые вентиляторы малых диаметров (100, 125, 150 мм) с частотами вращения от 2300 до 2700 об./мин. не могут создавать достаточные статические давления, чтобы преодолеть типичные аэродинамические потери вытяжной квартирной вентиляции. Это приводит к уходу рабочих точек в область совсем малых производительностей и срывных режимов работы таких вентиляторов. Результатом является неудовлетворительный воздухообмен и повышенные уровни шума от вентиляторов. Кроме того, у осевого вентилятора малых размеров аэродинамика очень сильно зависит от радиального зазора между концами лопаток и цилиндрическим корпусом. Это, в частности, влияет на повторяемость реальных аэродинамических характеристик малых осевых вентиляторов.
По этой причине был разработан и доведен до рабочего состояния центробежный малый прямоточный вентилятор. Испытания и доводка производились для осевого вентилятора с характерным диаметром 100 мм. Вписать в диаметр 100 мм центробежное рабочее колесо и вентилятор не получилось, но получилось вписаться в квадрат 100 мм х 100 мм. Это условные размеры, поскольку надо было, чтобы вентилятор состыковывался с обычным серийным воздуховодом 100 мм (внутренний диаметр)/103 мм (внешний диаметр). Получился вентилятор, максимальная производительность которого примерно на 15% меньше, чем у осевого, но в рабочей зоне статическое давление примерно в 2 раза выше (рис. 1). Диаметр рабочего колеса у него меньше, чем у осевого и шум на входе меньше. Электродвигатель использовался в обоих вентиляторах один и тот же, частоты вращения примерно близки, потребляемая мощность у центробежного вентилятора немного меньше (хотя это и не имеет особого значения, поскольку потребляемая аэродинамическая мощность составляла в обоих случаях около 1 Вт). Существенной особенностью центробежного вентилятора является слабая зависимость его работы от качества аэродинамических зазоров, т.е. можно достаточно надежно измерять аэродинамическую характеристику такого вентилятора и использовать её для управления режимами работы вентилятора.
В основе управления можно использовать следующие факторы.
- КПД электродвигателя с расщеплёнными полюсами достаточно низок;
- частота вращения зависит от потребляемой мощности;
- потребляемая двигателем мощность зависит от напряжения питания; при стабилизированном питании 220 В переменного тока можно получать стабильные аэродинамические характеристики;
- температура воздуха в квартире достаточно стабильна и может быть (18-22)оС.
Это основные данные для контроллера системы управления воздухообмена в квартире.
У каждого из вентиляторов должен быть задан номинальный расход воздуха. Он должен определяться на основании ряда исходных данных (среднего количества людей или объёма помещений, требуемого расхода через туалет, ванную, кухню). Сеть каждого вентилятора состоит из воздуховодов после вентилятора и условной сети перед вентилятором. Условная сеть перед вентилятором включает потери давления в оконных клапанах, потери давления в отверстиях под дверьми (или в дверях) по пути следования воздуха, потери давления на защитной сетке вентилятора, потери давления на клапане вентилятора.
На рис.2 показаны пересчитанные аэродинамические характеристики трёх основных размеров вентиляторов. При пересчёте условно бралась частота вращения вентилятора такая же, как у размера 100мм, хотя при применении соответствующих размерам двигателей частоты будут несколько отличаться. Это надо уточнять экспериментально.
Оконные клапаны могут быть зафиксированы в каком-то положении или могут иметь электропривод. Во втором случае электропривод клапанов должен управляться контроллером в зависимости от помещений, в которых находятся люди, например, по датчикам присутствия.
Алгоритмы должны быть прописаны и введены в контроллер. Например, если в помещении нет людей, то клапан в окне можно закрыть и открыть его при наличии людей.
Это общее пунктирное описание алгоритма работы системы. При конкретном построении работы алгоритмы и составы систем будут уточняться.
Вентиляторы для указанных выше применений надо делать трёх типоразмеров, под диаметры 100мм, 125мм и 150мм. Это пластмассовое литьё. Для каждого размера вентилятор состоит из пяти простых пластмассовых литых деталей (для них надо разрабатывать и изготавливать литьевые формы). Металлических частей в них нет. Электродвигатели китайского производства известны, выпускаются массово и имеют небольшую стоимость. Систему управления и программу надо делать (можно делать, опираясь на существующие серийные контроллеры). Можно делать и продавать просто вентиляторы, но разумно из этих вентиляторов собирать квартирные контроллерные системы воздухообмена и либо продавать их, либо продавать их с услугами монтажа. Систему можно построить так, чтобы она не требовала участия человека в своей работе.
Всё это большая и серьёзная тема с потенциально очень большим рынком.
В дополнение к написанному можно добавить, что вытяжка над кухонной плитой может отличаться от типовых, присутствующих на рынке. Она может более эффективно защищать окружающее пространство от боковых выбросов паров и дыма от поверхности плиты. Но её также надо делать немного другой, не такой, какие выпускаются в настоящее время.
Я проработал достаточно детально конструкцию вентилятора, идеологию простейшей автономной системы управления и потенциальную организацию работ. Поскольку у меня достаточно большой возраст, меня интересует партнёр, который в состоянии взять на себя проблемы подготовки и организации производства и продаж на взаимовыгодных условиях. Хочу отметить, что сформулированная задача является началом большой работы. Её продолжением может быть подготовка производства и выпуск высокоэффективных малошумных канальных центробежных вентиляторов с круглым корпусом, работа над которыми уже закончена и может послужить основой для выпуска таких вентиляторов полностью из пластмассы с характерными для них типоразмерами по присоединительным диаметрам от 150 мм до 315 мм.
Караджи Вячеслав Георгиевич
27.11.2025г.
