Качество воздуха в доме зимой
Зимой воздух в помещении хуже всего. Духота, сухость. Работает отопление, проветривать часто нельзя, потому что замерзнешь. Особенно актуально, когда дома есть маленькие дети.
Как соблюсти баланс? Возможно ли это?
В статье я приведу цифры и расчеты. А еще свой вариант решения проблемы и устройство, собранное для этого. Кому интересно, прошу под кат…
Содержание СО2
На Хабре написано много статей про углекислый газ, про его нормативы и контроль.
По этому, сильно много писать про это не буду. Скажу лишь что надо хорошо проветривать чтобы удержать уровень СО2 в норме. Но тогда остро встает другая проблема:
Влажность
Сухой воздух в помещении это очень плохо. У людей появляется сухость во рту, корочки в носу. Появляется статическое электричество, одежда трещит и бьет током.
Деревянные вещи дома рассыхаются и портятся.
При низких температурах воздух может удерживать очень мало влаги. И чем ниже температура, тем хуже.
Вот табличка максимального содержания влаги в воздухе при разных температурах:
Допустим, сейчас на улице температура -20 и относительная влажность 60%.
Смотрим по табличке, считаем. 0,88 г/м3 х 0,6 = 0,53 г влаги содержится в 1 м3 забортного воздуха.
Теперь мы открыли окно и запустили этот забортный воздух домой. Батарея нагрела его до 25 градусов и что мы получаем?
При 25 градусах влажность этого воздуха будет 0,53 / 22,8×100% = 2,3%.
Ого! Это же очень мало! Это потому что максимальное содержание влаги в воздухе при 25 градусах 22,8 г/м3 (смотрим табличку).
Именно по этому воздух в помещении зимой очень сухой. И чем холоднее на улице, тем он суше.
Если не принимать мер, то влажность падает до 7%, обычный влагомер с сухим и мокрым термометром при этом зашкаливает.
И, само собой, проявляются все симптомы сухости.
Норма влажности в помещении зимой 30–40%, летом 40–60%. При этом люди чувствуют себя хорошо. Но чтобы обеспечить даже минимальный уровень влажности в 30%, нам надо добавить в каждый кубометр уличного воздуха: 22,8×0,3 — 0,53 = 6,3 г воды.
И это еще очень грубый расчет. Я не учел расширение воздуха при нагреве. По факту, будет еще хуже.
Где ее взять эту недостающую воду? Необходимо интенсивное увлажнение! Человек выдыхает примерно 40 г воды в час, но этого очень мало.
Проветривание
Человек дышит и безнадежно портит воздух. Причем очень много воздуха!
Этот воздух необходимо заменять путем проветривания. Посчитаем, как именно нам надо проветривать помещение.
Человек в спокойном состоянии выдыхает в сутки 800–900 г углекислого газа. При физических нагрузках — до 1,5 кг.
Будем считать, что в помещении человек спокоен и выдыхает 800 г СО2 в сутки или 800 / 27 = 33,3 г в час.
Норма содержания СО2 в помещении — до 1000ppm
После 2000ppm уже очень душно.
Поддерживать норму в 1000ppm зимой практически не реально. Почему?
Сейчас посчитаем:
Плотность воздуха при 25 градусах 1,18 кг/м3
Предположим, что забортный воздух кристально свежий и содержание СО2 в нем 400ppm.
Ну, такой вот идеальный случай.
Если примем за максимум 1000ppm, то мы сможем «выдохнуть» 1000 — 400 = 600ppm
Или 1180×600 / 1000000 = 0,7 г/м3 СО2
Если примем за максимум 2000ppm, то 2000 — 400 = 1600
Или 1180×1600 / 1000000 = 1,88 г/м3 СО2
Ранее мы посчитали, что человек выдыхает 33,3 г СО2 в час. Теперь посчитаем сколько кубов воздуха человек безнадежно испортит за 1 час:
Если максимум 1000ppm, то 33,3 / 0,7 = 47,6 м3
Если максимум 2000ppm, то 33,3 / 1,88 = 17,7 м3
Объем обычной комнаты в 20 м2 и высотой 2,5 м будет 50 м3
Это значит, что для того чтобы поддерживать уровень 1000ppm в обычной комнате при одном дышащем в ней человеке, нам надо заменять почти весь объем этой комнаты свежим воздухом каждый час! И нам надо весь этот воздух нагреть и увлажнить, чтобы привести его в кондицию по остальным нормам.
Ну ладно. Допустим, батареи жарят на полную. Посчитаем сколько воды надо испарить, чтобы привести в норму такой объем вновь поступившего с улицы воздуха.
Мы помним, что человек выдыхает 40 г влаги в час. Сразу учтем это.
Если максимум 1000ppm, то 47,6×6,3 — 40 = 260 г
Если максимум 2000ppm, то 17,7×6,3 — 40 = 71 г
То есть, чтобы поднять влажность при таком проветривании, надо потратить 6,24 л воды в сутки в первом или 1,7 л во втором случае. Это на каждого дышащего человека!
2000 / 1000 = 2 6,24 / 1,7 = 3,67
Зависимость не линейная. Чем свежее воздух мы хотим, тем больше и больше воды нам придется тратить. Ну и отопления тоже. И это только чтобы дотянуть до минимума по влажности!
Испарять 6,24л воды в сутки на каждого человека я считаю слишком много. По этому, придется мириться с духотой зимой. Тут ничего не поделаешь.
Я сейчас стараюсь поддерживать уровень СО2 1500ppm и влажность 30% при температуре 25 градусов. Посмотрим, что получится.
Я использую увлажнитель вот такой:
Производительность у него 300 мл/ч. То есть, на 2–3 дышащих человек его хватит.
Увлажнитель заправляется дистиллированной водой. Если заправлять обычной, то соли из воды оседают везде в виде белого налета. Это есть очень не хорошо.
Вода продается у нас вот в таких бутылях на 19л.
Посчитайте сами, сколько таких бутылей надо в месяц на вашу семью в первом и во втором случае проветривания.
Ну, а теперь надо автоматизировать процесс
Для этого я собрал нехитрое устройство.
Вот оно:
А вот его схема:
Кликабельно
Я использовал ИК датчик СО2 MH-Z19, датчик температуры / влажности HTU21D.
Датчик температуры / влажности вынесен за пределы коробочки, чтобы нагрев коробочки меньше влиял на показания.
Управляет этим всем Arduino Nano, связь с внешним миром через модуль Bluetooth.
У моего устройства есть 2 канала управления. Я использую пока только 1 для включения увлажнителя. На второй можно подключить, например автоматическую вентиляцию или обогреватель.
Реле на 220в включается через оптический симистор.
В качестве корпуса я взял распред коробку. Дешево, сердито и много отверстий для датчиков и индикаторов.
Я могу задать устройству «вилку» параметров, при которых надо включать и выключать внешние устройства. Устройство умеет передавать данные по Bluetooth.
А еще на лицевой панели есть индикаторы:
Слева «пердахтунг». Или индикатор спернутости низкого качества воздуха, если по-научному, по-правильному.
Справа индикатор низкой влажности. Горит когда включается увлажнитель.
Автоматической проветривалки у меня нет. Так что как только загорится красный ахтунг, пора покидать помещение со всех ног открывать окошко.
Вот и все. Пишите комменты.
