Контроллер для твердотопливного котла своими руками: Как собирается автоматика для твердотопливного котла своими руками

Как собирается автоматика для твердотопливного котла своими руками

Одно время специализировался на отопительных котлах – их установке, подключении, автоматике, производстве. В последнее время крайне редко занимаюсь подобными заказами, но недавно взялся за один из таких. Нужно было подключить очень навороченный котёл. После того, как я его увидел, у меня загорелся интерес сделать подобную автоматику для твердотопливного котла своими руками. Поэтому дальше расскажу про неё, её функции и как сделать простейшую автоматику для котла.

Про новые модели твердотопливных котлов

Твердотопливные котлы нового образца отличаются от предыдущих собратьев специальной модернизированной системой управления. Она увеличивает функциональные возможности и число опций, а также упрощает процесс эксплуатации агрегата.

Надстройка нужных для работы параметров этих котлов достаточно выгодная с эргономической точки зрения, так как она проводится всего один раз, при этом нет надобности в периодической регулировке.

Кроме качества комплектующих, на стоимость твердотопливных котлов влияет и их главное отличие – усовершенствованный вариант блока управление, естественно, чем дороже агрегат, тем современнее автоматика, что в нём используется.

Основное направление работы системы автоматического управления – это контроль над процессом горения в теплогенераторе. Основными задачами блока управления и вентилятора являются поддерживание заданной температуры теплоносителя в системы, обеспечения высокого показателя КПД и способствование повышения общего уровня эффективности. Работают они независимо от качества топлива. Благодаря оснащению котла автоматической системой управления позволило увеличивать время горения одной загрузки на 25-35%, а также стала возможна регулировка температурного режима.

Принцип работы твердотопливного котла

В то время, как в старых моделях твердотопливных котлов необходимо было температуру отслеживать самостоятельно, по термометру, а для регулирования подачи воздуха нужно было вручную открывать или закрывать дверца зольника, в новых моделях агрегатов установлен автоматический регулятор тяги.

В его список функций входит как закрытие, так и открытие заслонки зольника, в зависимости от температуры воды, а сам прибор является энергозависимым.

Вместо неэффективного терморегулятора в новых моделях начали ставить подобные автоматические вентиляторы для подачи необходимого объёма воздуха в камеру сгорания. Всё этого из-за того, что производители начали учитывать зависимость агрегата от естественной тяги в дымоходе и неточность настройки. При этом работу вентилятора обеспечивает контроллер, что принимает информацию о состоянии воды и её температуре напрямую с датчика.

В свою очередь контроллер состоит из экрана и пульта управления, благодаря которому происходит выставление необходимой температуры нагрева теплоносителя.

Модели, что не имеют подобного элемента, можно оснастить подобным комплектом. Предварительно перед установкой следует отсоединить дверцу зольника, а установка самого вентилятора производится на монтажной пластине.

Настройку температуры теплоносителя можно осуществлять независимо от внешних условий. Также можно установить дополнительную автоматическую систему на котёл с увеличенным набором возможностей, в число которых входит датчик наружного воздуха и выносные регуляторы температуры.

Это следует сделать для поддержания температурного режима в помещении при учёте уличных условий.

Для подключения этой системы используют как проводной, так и беспроводной способ. Благодаря датчикам, что находятся в отапливаемом помещении, информация о температуре передаётся к системе и таким образом поддерживается выбранный режим температуры в помещении.

Это считается наиболее рациональным приёмом.

Предохранительный клапан

В современных автоматических моделях твердотопливных котлов присутствуют контроль розжига, система розжига и даже непрерывная подача топлива.

Для самостоятельного розжига предусмотрен специальный электрический элемент накаливания, который включается после подачи паллет в шнековый контейнер, горелку. Сигналом для отключения электророзжига является устойчивое пламя, которое фиксирует фотодатчик и передаёт на контроллер в виде импульса.

Во время работы в шнек подаются гранулы из бункера. Объём последнего позволяет обеспечивать теплом всё помещение в течении нескольких дней без дополнительного участия человека.

Новые модели твердотопливных котлов оснащаются приборами для управления системой отопления, а также и более новыми приборами безопасности, одним из которых является предохранительный клапан.

Данный прибор нужен для сброса воды из котлового бака, если теплоноситель перегреется. Это делается для защиты обшивки от разрушения и стабилизации давления.

Дополнительно в комплекте агрегата может присутствовать датчик перегрева, который будет сигнализировать о превышении температуры на начальном этапе.

Подытожим. Современные твердотопливные котлы оснащаются лучшей автоматикой: датчиком контроля тяги, регистраторами давления, вентилятором, дымососом, датчиками уровня воды в рубашке, датчиками уровня пеллет или угля в ёмкости, циркулярным насосом. Все эти приборы связаны с контроллером, благодаря которому производится управление и уведомление об экстренных ситуациях. Наиболее навороченные модели могут иметь функцию удалённого управления – посредством мобильных приложений и интернета производится управление автоматикой твердотопливного котла.

Автоматика для твердотопливного котла из подручных средств

Термостат, что используется как автоматический прибор для регулировки работы отопительной системы, можно приобрести в любой торговой сети электротоваров. У прибора сзади будет иметься теплоснимающая пластина, которую нужно будет прижать к оголённой части котла.

Внутри же прибора будет три контакта – нормально закрытый, нормально открытый и общий. Во время вращения ручки можно менять положение этих контактов. Поэтому дальше необходимо установить рукоятку на минимальную отметку, после чего провести подключение на разомкнувшиеся контакты следующим образом:

  • К общему контакту нужно присоединить фазу. 
  • К разомкнутому подключается один провод из турбины. 
  • Ко второму же проводу от турбины присоединяется прямой ноль.

Рекомендую следующее видео, в котором автор изготавливает автоматику для твердотопливного котла:

Что в итоге…

Автоматика для твердотопливного котла – это набор приборов для регулировки и управления всей отопительной системой. В их число входят датчики контроля тяги, датчики уровня пеллет или угля в ёмкости, регистраторы давления, датчики уровня воды в рубашке, циркулярный насос, система удалённого управления, фотодатчики, датчики температуры и другие. Сделать простейшую автоматику для твердотопливного котла несложно для этого потребуется купить и подключить термостат к котлу.

Напишите в комментариях, как считаете оправдана ли цена за наиболее современные модели твердотопливных котлов?

Наиболее распространенные проблемы связанные с работой контроллеров для котлов

С началом октября и понижением температуры на улице, как правило, начинаем интенсивно отапливать помещения в нашем доме.

Если у нас есть котел, оснащенный интеллектуальной автоматикой – то с уверенностью можно сказать, что его работа будет эффективной и экономичной. В случае неожиданной аварии необходимо знать, как определить ее причину  и вернуть и восстановить нормальную работу контроллера. Сегодня в нашем блоге хотим описать 8 наиболее распространенных сигналов тревог и неисправностей, связанных с работой контроллеров для котлов, с которыми Вы можете встречаться во время отопительного сезона. Профессиональные советы на тему возможных причин неполадок, а также способов их диагностики сможет дать наш сервисный отдел, контакты которого Вы можете найти на нашем сайте www.techpribor.com

 Основные термины

Для того, чтобы понять основные моменты, касающиеся обслуживания контроллеров для котлов важно знать три основных термина, связанных с их работой, которые описываем ниже

  1. Ручная работа  – каждый контроллер фирмы TECHоснащен функцией «ручная работа», которая находится в основном меню

Настройки контроллера в ручном режиме

Если один из приборов, подключенных к контроллеру, не работает в режиме автоматической работы, основным действием, которое необходимо осуществить – войти в меню и попытаться запустить прибор для его диагностики. Если прибор работает в режиме «ручной работы» (например вентилятор), то вероятнее всего, что как контроллер, так и прибор исправны, а проблема заключается в неправильных настройках. Если Вы не можете самостоятельно решить проблему – можете воспользоваться функцией «заводские установки», которые опишем в следующем пункте.

2.  Заводские установки  –  каждый контроллер фирмы TECH оснащен функцией «заводские настройки», которая находится в основном меню.

Возврат прибора в режим «заводские настройки»

После подтверждения функции «заводские настройки» прибор получит обратно все настройки, которые были изменены пользователем с момента получения прибора с фабрики, например, конфигурация насосов, установки вентилятора, питателя и др.

3. Подключение прибора «на прямую» – к каждому исполнительному прибору (например насос, вентилятор, бункер) подключенному к контроллеру TECH поступает напряжение 230В. Можно эти приборы подключить непосредственно в розетку (например, с помощью кабеля для компьютера), для проверки работает он или нет.

Подключение прибора «на прямую» (с помощью кабеля)

Часто встречающиеся сигналы тревоги и неисправности

Ниже приведены наиболее распространенные проблемы, с которыми Вы можете столкнуться во время обслуживания контроллеров для котлов. Какие действия Вы можете осуществить для восстановления правильной работы контроллера, а когда необходимо обратиться в сервис? В этой статье Вы найдете ответы на данные вопросы.

1. Датчик температуры поврежден

Сигнал тревоги связан с отсутствием данных с датчика (датчик не должен быть поврежден).

Возможные причины и способы диагностики:

  • проверить, правильно ли подключен датчик

Неправильное/правильное подключение датчика

  • если датчик удлинён – необходимо проверить качество соединения (рекомендуется соединение пайкой)
  • необходимо проверить, не имеет ли механического повреждения кабель (особенно касается это кабеля датчика питателя, который часто плавится)
  • для правильности работы датчика можно заменить датчики местами (например датчик ГВС с датчиком бункера)
  • если есть такая возможность можно проверить сопротивление датчика. В комнатной температуре оно должно составлять ~ 2k Ω для датчика температуры и ~ 1k Ω для датчика температуры газов сгорания.

2. Температура mosfet слишком высокая

Сигнал тревоги, связанный с перегревом системы управления вентилятором

Возможные причины и способы диагностики:

  • очень загрязнен вентилятор
  • неисправен вентилятор
  • конденсатор вентилятора потерял свою емкость (такой вентилятор можно заменить самому)

Если после исключения вышеуказанных факторов проблема всё же появляется — тогда причиной сигнала тревоги может быть неисправность контроллера. В такой ситуации необходим ремонт контроллера в нашем сервисе.

3. Подающее устройство заблокировано / ошибка датчика Холла

Сигнал тревоги связан с отсутствием получения данных от датчика Холла, который проверяет позицию ящика (толкателя/поршня) 

Датчик Холла для котлов с поршневым фидером

Возможные причины и способы диагностики:

  • проверить, можно ли в ручном режиме запустить устройство подачи и вентилятор
  • если не работает ни одно из приборов, необходимо выполнить действия, описанные в 4 пункте, т. е.: «не работает вентилятор и устройство подачи в режиме автоматическом»

Если не работает исключительно подающее устройство, то причиной неисправности может быть одна из трех нижеописанных ситуаций:

  • механически заблокировано подающее устройство – необходимо проверить в ручном режиме, можно ли его включить. Если двигатель нагревается и гудит – скорее всего он механически заблокирован. Рекомендуется контакт со специалистами с пункта обслуживания котла.
  • поврежден двигатель моторедуктора – если двигатель в режиме ручной работы не подает никаких звуков, то для проверки его работоспособности можно подключить «на прямую»
  • плохо установленный датчик Холла – правильная настройка датчика представлена на нижеуказанной фотографии.

Установка датчика Холла на редукторе

4. Не работает вентилятор и подающий механизм в режиме автоматической работы

Если не работает как вентилятор, так и подающий механизм в режиме автоматической работы – то в первую очередь необходимо проверить, работают ли эти приборы в ручном режиме.

Возможные причины и способы диагностики:

  • отсутствие соединения с «термиком» — каждый контроллер фирмы TECHоснащен биметаллическим датчиком «термик», который в зависимости от типа контроллера выключает подаватель и вентилятор при температуре 85-95°C. После падения температуры на несколько градусов приборы должны работать.
  • неисправный либо неправильно подключенный «термик» – необходимо проверить, правильно ли подключен «термик». Если мы уверены, что «термик» правильно подключен – можем проверить правильность работы, вставляя перемычку на его место.

Правильно сделанная перемычка

Если после подключения перемычки получилось включить подающий механизм и вентилятор – в такой ситуации необходимо заменить «термик» на новый.

5. Не работает вентилятор в автоматическом режиме, но подающий механизм работает.

Вентилятор не включается в автоматическом режиме работы.

Возможные причины и способы диагностики:

  • необходимо проверить в меню «ручная работа», можно ли включить вентилятор
  • если вентилятор правильно работает – то причиной неправильной работы является одна из настроек (например, включенный комнатный терморегулятор)

Если вентилятор  в режиме ручной работы не работает, то причины могут быть следующие:

  • неисправный вентилятор – можно прибор подключить «напрямую» и проверить
  • отключенный термик STB – если котел работает в закрытом контуре, то может иметь термик  STB, который работает как дополнительная защита котла и выключает вентилятор, когда температура достигнет  85- 95°C. В зависимости от модели котла эту защиту перезагрузить в ручную.

Термик STB подключенный/отключенный

6. Не работает насос ЦО

Контроллер не включает циркуляционного насоса ЦО

Возможные причины и способы диагностики:

  • необходимо проверить в меню ручной работы можно ли включить насос ЦО

Если насос работает должным образом, то возможной причиной неполадки может быть одна из настроек:

I неправильный режим работы насоса (включен летний режим)

II включен комнатный терморегулятор
III не достигнут порог включения насоса на датчике ЦО (смотрите информацию в инструкции к контроллеру).

Если нет уверенности, что установки правильные мы можем вернуть настройки контроллера в режим «заводские настройки».

Если насос в ручном режиме работы не работает, причина может быть следующей:

  • неисправный насос – необходимо заменить или отремонтировать насос
  • неисправный контроллер – необходимо сконтактироваться с сервисом фирмы TECH в России (контакты можете найти на сайте www.techpribor.com)

7. Насос ГВС не выключается в летнем режиме

Насос в летнем режиме постоянно работает и не выключается, несмотря на достижение заданной температуры ГВС. Это предотвращает перегрев котла в летнем режиме.

Возможные причины и способы диагностики:

  • изменить настройку «НАСОС ГВС ЛЕТО» на «выключить» (если Вы хотите, чтобы насос выключался в летнем режиме в соответствии с установками ГВС). Такие настройки доступны в сервисном меню.

8. Не работает насос ГВС

Контроллер не включает насоса ГВС.

Возможные причины и способы диагностики:

  • необходимо проверить в меню «ручная работа» можно ли включить насос ГВС

Если насос работает должным образом, то вероятной причиной неполадки может быть одна из следующих настроек: 

  • неправильный режим работы насоса (включен режим отопления дома)
  • температура ЦО ниже, чем текущая температура ГВС
  • температура не достигла порога включения на датчике ЦО (смотрите инструкцию обслуживания контроллера)

Если нет уверенности, что настройки правильно установлены – то необходимо контроллер перевести в режим «заводских настроек».

Как говорит директор польского сервиса Збигнев Миторай:

Пользователи наших контроллеров совершают две основные ошибки. Во-первых в период, когда не пользуются котлом забывают выключать питание из сети – в это время происходит больше всего ударов молний, которые могут повредить наше оборудование. Во-вторых очень поздно делают технические осмотры своих систем отопления перед отопительным сезоном.

Это очень часто приводит к поломкам. Временами проблемы настолько серьезные, что только лицо, имеющую соответствующие знания и опыт может их решить. При этом ранее достаточно было бы изменить конкретные параметры контроллера котла или вернуть настройки в режим «заводских настроек», чтобы прибор начал правильно работать.

С проблемами, связанными с работой контроллеров фирмы TECH можно обращаться как во время гарантии, так и после окончания гарантийного срока. Сервисные обращения принимаем с понедельника по пятницу с 8.00 до 17.00 по московскому времени. Ответы на вопросы связанные с работой либо сервисом приборов фирмы TECH можно получить контактируясь с сотрудниками нашего представительства в России: 8(495)230-17-12, либо выслать сообщение с помощью заполнения анкеты на сайте. 

 

 

Автоматический котел своими руками — это просто! | Отопление Котлы Дробилки

Думаю, многим владельцам твердотопливных котлов с ручной загрузкой топлива это знакомо. ..через год — другой использования надоедает несколько раз в день загружать топливо… а утром все равно просыпаться в холодном доме…а после выгружать золы столько же, сколько загрузили угля…
Покупать новый автоматический котел дорого, да и выбросить абсолютно рабочий свой котел как то жалко… решили автоматизировать…смотрите что получилось…
Переделывать решили традиционный твердотопливный котел Dakon DOR- 16 производства Чехии.

Комплект для переделки котла включал в себя:

1. Шнековый механизм подачи топлива с горелкой и моторредуктором.
2. Контроллер управления
3. Вентилятор наддува
4. Подставку под котел (изготавливается индивидуально, по размерам котла)
5. Увеличенный топливный бункер (400 л)

Заказать оборудование можно здесь.
Мы заказывали полный комплект с бункером и подставкой, но можно было купить и только автоматику отдельно…это для тех, кто сможет сам изготовить бункер и подставку.

Вот такой комплект:

Оборудование смонтировали за 1 день…пришлось правда перенести трубы подвода, обратки и дымоход, т. к. котел стал выше примерно на полметра.
Для начала вырезали отверстие в днище котла и приварили поставку:

Вот так выглядел комплект оборудования в разобранном виде:

Установили горелку в подставку котла, зафиксировав ее на герметик и болты.

Далее смонтировали шнековую подачу… установив ее строго горизонтально по уровню.

Через прокладку прикрепили вентилятор наддува воздуха.

Подключили в розетку моторредуктор и засыпав немного угля семечки, проверили как работает шнековая подача.

Далее также через прокладку прикрутили болтами топливный бункер:

Вот что у нас в итоге получилось…
После первого розжига настроили работу котла с помощью комнадоконтроллера. Пульт мы выбрали «навороченный» … может управлять насосами системы отопления, горячего водоснабжения, теплого пола, насосом рециркуляции. Можно подключать комнатный контроллер, удаленное управление через интернет, выносные панели для удаленного управления из другого помещения.
Если покупать систему допустим только для отопления гаража, можно выбрать пульт попроще-подешевле и сэкономить тысяч 5.
Теперь загружаем котел топливом примерно раз в неделю. А раз в две недели выгружаем золу.
Золы примерно ведро — если топить углем, а если пеллетой…еще меньше…
Контроллер регулирует интервалы и скорость подачи топлива на горелку, силу подачи воздуха вентилятором, управлять насосами ГВС (горячего водоснабжения) и ЦО (центрального отопления) в автоматическом режиме, без участия человека. Наличие датчиков и контроллеров позволяет системе самой реагировать на меняющуюся ситуацию. На основании заданных параметров, котел работает в установленных режимах.

ООО «КрасПром», г. Красноярск
тел. +7 (902) 940-62-44
Сайт: http://kotel124.ru/

Другие публикации канала:

Бизнес-идея: Производство угля для автоматических котлов

Как своими руками подготовить уголь для автоматического котла и при этом сэкономить?

Новинка РЕСОЛ — Контроллер твердотопливного котла FK

  • Как обеспечить твердость гранул в процессе производства машины для производства соломенных гранул

    Машина для гранулирования соломы — это оборудование, которое может превращать некоторые сельскохозяйственные отходы в новое топливо или кормовые гранулы, что не только решает проблему сельскохозяйственных отходов, но и обеспечивает новое направление развития для новой энергии. Однако в процессе использования машины для производства соломенных гранул у нас есть требования к качеству гранул из соломы, производимых на этой машине. Надеюсь, эта статья поможет вам узнать больше о качестве кормовых гранул, если вы хотите построить собственную линию по производству кормовых гранул,…

  • Использование машины для производства древесных гранул для производства топливных гранул из сосновой биомассы

    Сырье для производства пеллет из биомассы довольно обширно. Он может производиться из соломы сельскохозяйственных культур, отходов лесного хозяйства, даже навоза домашнего скота, бытовых отходов и так далее. Пеллеты из биомассы отличаются от традиционных видов топлива, таких как уголь и нефть. Топливо — это новый вид энергии, возобновляемая энергия и повторно используемая энергия. Сырье для производства пеллет из биомассы можно увидеть повсюду: через механическое измельчение (молотковая мельница), сушку, экструзию, грануляцию (машина для производства пеллет из биомассы) и другие процессы, а затем…

  • Знаете ли вы преимущества машины для производства пеллет из биомассы в продаже

    Топливные гранулы из биомассы — это своего рода новая энергия для защиты окружающей среды, которая производится из отходов соломы, рисовой шелухи, шелухи арахиса, кукурузных початков, шелухи масла камелии, шелухи семян хлопка и так далее.Пеллеты из биомассы богаты сырьем, которое может удовлетворить потребности в сжигании больших и малых котлов. Древесные гранулы могут заменить древесину, сырой уголь, мазут, природный газ и т. д., широко используются в отоплении, водогрейных котлах, промышленных котлах, электростанциях и т. д., особенно подходят для производственных предприятий…

  • Вот что вам нужно знать Линия по производству древесных гранул

    С развитием экономики оборудование в машиностроении также совершенствуется, линия по производству древесных гранул остается прежней. В будущем древесные пеллеты — это новая энергия биомассы, которая относится к отрасли защиты окружающей среды. Zhengzhou Fusmar Machinery является профессиональным производителем линий по производству древесных гранул. В этой статье подробно представлена ​​линия по производству древесных гранул. Введение в топливные пеллеты Древесные пеллеты – это новая биоэнергетика, она может заменить древесину, мазут, сжиженное топливо…

  • Машина для производства древесных гранул из биомассы способствует экологичности

    В настоящее время постоянно упоминается охрана окружающей среды. Машины для производства пеллет из биомассы быстро развиваются. Машина для производства древесных гранул из биомассы способствует защите окружающей среды. Что еще более важно, использование пеллетного топлива из биомассы не приводит к образованию газов, вредных для окружающей среды.Машина для производства древесных гранул из биомассы способствует защите окружающей среды Машина для производства пеллет из биомассы обладает такими преимуществами, как высокая производительность, низкая цена, низкое энергопотребление и высокая адаптируемость материалов. Он имеет очень хорошие преимущества с точки зрения…

  • Контроль загрязнения воздуха с поправкой на токсичность при сжигании твердого топлива

    Реальные ТЧ

    2,5 Профили выбросов

    Коэффициенты выбросов (КВ) (количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в окружающий воздух на единицу сожженного топлива) ТЧ 2. 5 от бытового сжигания примерно в 264–324 раза выше, чем от CFPP, которые соответствуют самым строгим стандартам сверхнизких выбросов (ULE) в Китае (рис. 1a). КВ PM 2,5 для сжигания угля в домашних условиях были оценены с весовыми коэффициентами потребления угля (дополнительное примечание 7). Наблюдаемые КВ PM 2,5 от сжигания в жилых помещениях согласуются с теми, о которых сообщалось в предыдущих исследованиях 19,20,24,25 , включая КВ PM 2,5 , полученные в результате общенациональных измерений полевых выбросов, проведенных недавно в сельских районах Китая 26 .Кроме того, полученные КВ PM 2,5 для УГТЭС согласуются с данными, полученными в системах непрерывного мониторинга выбросов (измерения концентрации выбросов ТЧ в дымовых трубах УГТЭ в режиме реального времени по всей стране), которые к 2017 г. были установлены более чем на 95% энергетических мощностей Китая. (ссылки 7,27 ). Большое расхождение КВ PM 2,5 между жилым сектором и сектором электростанций согласуется с предыдущими исследованиями 20,24,25 . Относительное распределение химических компонентов PM 2.5 демонстрируют большие различия между бытовыми печами и CFPP (рис. 1b–d). Из-за низкой полноты сжигания твердого бытового топлива углеродсодержащие соединения, включая органические вещества и элементарный углерод, образуют основные компоненты бытовых ТЧ 2,5 , составляющие 83,1 ± 6,5% от общего количества ТЧ 2,5 , выбрасываемых из бытовых печей. Массовые доли органического вещества и элементарного углерода, содержащиеся в PM 2,5 , составляют 37,4–85,6 % и 7,8–44,0 % для выбросов от сжигания бытовых отходов соответственно, в то время как неорганические составляющие (то есть сульфаты, нитраты, хлориды и элементы) составляют второстепенные фракции. бытовой ПМ 2.5 . Напротив, в выбросах CFPP PM 2,5 преобладают неорганические частицы (то есть водорастворимые ионы (WSI) и элементы), на долю которых приходится 82,3  ±  10,9% от общей массовой концентрации PM 2,5 , в то время как углеродсодержащие частицы вносят всего 6,7 ± 4,1% в общее количество PM 2,5 . Сульфат и хлорид являются преобладающими ионами, ответственными за 25,4 ± 11,9% и 17,9 ± 5,7% от общего количества CFPP PM 2,5 соответственно. Наблюдаемые составы PM 2,5 от бытового сжигания и CFPP согласуются с теми, о которых сообщалось в предыдущих исследованиях (дополнительная таблица 1).Углеродосодержащие материалы преобладают в выбросах PM 2,5 в результате сжигания в жилых помещениях, в то время как неорганические частицы являются основным компонентом CFPP PM 2,5 . Среди этих химических веществ только незначительные фракции этих углеродистых материалов и неорганических веществ (например, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и металлы) часто являются мишенями и считаются ключевыми факторами негативного воздействия на здоровье. 28,29

    Рис. 1: Реальные профили выбросов PM 2,5 .

    a , PM 2,5 КВ для жилого сектора и CFPP. Цветные точки (желтые квадраты и зеленые кружки) представляют собой измеренные КВ отдельных образцов, а красные и синие ромбы представляют антрацит и битуминозный уголь соответственно. Данные представлены в виде средних значений ± s.d. b d , Относительное массовое распределение ТЧ 2,5 , выбрасываемых при сжигании угля в домашних хозяйствах ( b ), сжигании биомассы в домашних хозяйствах ( c ) и CFPP ( d ).Органическое вещество (ОВ) оценивается как органический углерод (ОС) × 1,2; элементы включают Al, Ca, K, Mg, Na, P, S, Si, Li, Be, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se , Rb, Sr, Mo, Pd, Ag, Cd, Sn, Sb, Cs, Ba, Pt, Au, Ti и Pb; И другие WSIS включают Li + , NH + , NH + , NH 4 + , K + , MG 2+ , CA 2+ , F , BR и PO 4 3− . EC, элементарный углерод. e , f , Массовые концентрации 16 ПАУ на единицу массы ТЧ 2.5 проб ( e ) и 10 токсичных металлов ( f ) (то есть V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Cd и Pb) на единицу массы PM 2,5 проб ; данные представлены в виде средних значений ± s. d. См. Дополнительную таблицу 2 для ПАУ и их сокращений.

    Исходные данные

    Имеются большие расхождения в выбросах 16 PM 2,5 связанных ПАУ между жилым сектором и CFPPs, оборудованными передовыми системами контроля выбросов (рис. 1e). КВ 16 ПАУ на единицу массы ТЧ 2.5 , выбрасываемых при сжигании угля (6,29 ± 3,20 мг г −1 ) и биомассы (13,0 ± 6,1 мг г −1 ) в бытовых печах, намного выше, чем у ПАУ, выбрасываемых из УФПП (1,08 0). −1 ). По сравнению с ПАУ, связанными с PM 2,5 из CFPP, ПАУ, выбрасываемые жилым сектором, содержат гораздо больше ПАУ с высокой токсичностью и активностью (TEF больше или равен 0,1), что в совокупности составляет 39,0–45,9% от общего количества ПАУ. (Дополнительный рис. 1а). Напротив, КВ десяти приоритетных токсичных металлов (то есть V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Cd и Pb) на единицу массы PM 2.5 излучаемых CFPPS (16,0 ± 7,0 мг G -1 ) больше, чем у металлов, излучаемых из горящего угля (3,49 ± 3,12 мг г -1 ) и биомассы (2,75 ± 2,04 мг г -1 ) в бытовых печах (рис. 1е). Относительные доли этих металлов в PM 2,5 , выбрасываемые из УФПП, превышают таковые в PM 2,5 , выбрасываемые при сжигании твердого топлива в жилых помещениях, примерно в 4,6–5,8 раза с большим расхождением (дополнительный рис. 1b), в основном из-за различного содержание металлов в твердом топливе 30 .Тем не менее, топливные КВ целевых металлов в бытовом секторе более чем в 40 раз выше, чем у CFPP, в то время как топливные КВ 16 ПАУ более чем на три порядка выше для бытового твердого топлива. чем для CFPP.

    Неодинаковая токсичность выбрасываемых ТЧ

    2,5

    На рис. 2a,b показаны соответствующие бензо(а)пиреновые (BaP)-эквивалентные значения канцерогенной активности (BaP eq ) для всех 16 ПАУ и Cr-эквивалентная канцерогенная активность (Cr eq ) значения десяти токсичных металлов соответственно (дополнительные таблицы 2 и 3).EFS BAP EQ на единицу MAST PM 2,5 , излучаемых из бытового угля (0,78 ± 0,44 мг г -1 ) и биомассы (1,12 ± 0,53 мг г -1 ) сгорания значительно ( p = 2 × 10 -6 ) выше, чем выбросы из УФПП (1,41 ± 0,88 мкг г -1 ), превышая последние значения примерно в 553 и 794 раза соответственно. Высокотоксичные соединения, в том числе BaP, бензо(а)антрацен и дибензо(a,h)антрацен, преобладали в содержании BaP eq в жилом секторе, составляя 83.5–87,9% от общего количества BaP eq . В образцах PM 2,5 , выделяемых CFPP, три верхних вещества (то есть флуорантен, фенантрен и антрацен), вносящие вклад в BaP eq , вместе составляющие примерно 95,0% от общего количества BaP eq , являются менее токсичными соединениями. . Из-за значительно ( P  = 1 × 1 × 10 −5 ) более высоких КВ первичных ТЧ и высокотоксичных ПАУ, связанных с ТЧ, из жилого сектора, КВ на основе топлива BaP eq для жилого сектора примерно на пять порядков выше, чем у CFPP.Эти результаты показывают, что воздействие PM 2,5 , образующихся в результате сжигания в домашних условиях, обладает гораздо более высокой канцерогенной активностью. КВ Cr , экв. на единицу массы PM 2,5 , выбрасываемых из УФПП (1,36 ± 0,78 мг г −1 ), на порядок выше, чем выбросы из жилого сектора. Напротив, общие значения Cr eq на основе топлива для жилого сектора в 7–16 раз выше на единицу массы твердого топлива, чем для CFPP. Эти оценочные значения BaP eq и Cr eq могут иметь дополнительные неопределенности, поскольку взаимодействие между отдельными видами не учитывалось.Из-за больших различий в химических компонентах, особенно опасных видов, между PM 2,5 , выделяемыми жилыми помещениями и CFPP, специфическая химическая токсичность PM 2,5 , выделяемых из бытовых печей и CFPP, должна быть изучена и определена количественно.

    Рис. 2: Неодинаковая токсичность первичных ТЧ 2,5 , выбрасываемых при сжигании твердого топлива.

    a , b , Токсический эквивалент канцерогенной активности ПАУ (BaP eq ) ( a ) и токсичных металлов (Cr eq ) ( b 2,0 PM 9009) на единицу массы5 проб при сжигании бытового угля (HC), бытового биомассы (HB) и CFPP. «Другие» включают Nap, Ace, Acy, Flu, Phe, Ant, Flt, Pyr, Chry и BghiP (с коэффициентами токсической эквивалентности <0,1). c , d , EC 1.5 ( c ) и IC 20 ( d ) образцов PM 2.5 , выбрасываемых из жилого сектора; их значения уменьшаются с увеличением токсичности. ОС, оксидативный стресс и ХТ, цитотоксичность. Цветные точки соответствуют токсичности отдельных образцов, а голубые и голубые ромбы представляют антрацит и битуминозный уголь соответственно.Данные представлены в виде средних значений ± s.d.

    Исходные данные. = 6 × 10 −16 ) (рис. 2в,г). Конечные точки образования инициированных реактивных окислительных частиц (АФК) и жизнеспособности клеток в линиях клеток легких человека (A549) представлены как EC 1.5 (эффективная концентрация, вызывающая 1,5-кратную индукцию внутриклеточной генерации АФК) и IC 20 (ингибирующая концентрация, приводящая к снижению жизнеспособности клеток на 20%). Токсичность PM 2,5 повышалась с уменьшением значений EC 1,5 и IC 20 . Значения PM 2,5 EC 1,5 для бытового сжигания угля и биомассы составляют 8,1 ± 3,0 и 3,7 ± 2,3 мкг мл -1 соответственно, что почти на порядок выше, чем для PM 2 .5 , выбрасываемых из CFPP (72,0 ± 7,3 мкг мл -1 ). Значения PM 2,5 IC 20 для бытового сжигания угля и биомассы составляют 38,7 ± 24,1 и 49,4 ± 22,7 мкг мл −1 , соответственно, что примерно в 19- и 2,5 раз больше, чем у PM590CFPP4 . (748 ± 213 мкг мл -1 ). Результат оценки клеточной токсичности показывает, что первичные ТЧ 2,5 , выбрасываемые при сжигании твердого топлива в бытовых условиях, намного более токсичны, чем выбрасываемые из CFPP.

    Гораздо более высокая токсическая активность PM 2,5 , выбрасываемая в результате сжигания бытовых отходов, в значительной степени связана с BaP eq из 16 ПАУ, содержащихся в PM 2,5 , коэффициенты корреляции между токсической активностью PM 2,5 (окислительный стресс и цитотоксичность) и BaP eq составляют 92% и 75% соответственно (дополнительная рис. 2). Эти высокие корреляции предполагают, что 16 ПАУ или связанные с ними органические химические вещества играют жизненно важную роль в PM 2.5 -сопутствующая неравная токсичность. ПАУ, как тугоплавкая фракция органического углерода, в основном образуются и выделяются в процессах неполного сгорания твердого топлива 31 . Взаимосвязь между BaP eq и модифицированной эффективностью неполного сгорания (MICE), определяемой как 1 − MCE (модифицированная эффективность сгорания) для характеристики завершения сгорания, предполагает, что выброс токсичных ПАУ в основном определяется процессом сгорания. Значения BaP eq для бытовых печей значительно коррелированы ( P  = 1.3 × 10 -5 ) с MICE и составляет 90% вариации BaP eq (дополнительная рис. 3). Соответствующая линейная аппроксимация дает следующее уравнение: BaP eq  = 16,04 × MICE-0,33, где MICE является независимой переменной для BaP eq . Крайне неполное сгорание происходит, когда уголь и биомасса сжигаются в бытовых печах (значения MICE варьируются от 3,7% до 10,6%). Среднее значение MICE для бытовых печей (6,7 ± 2,3%) значительно выше ( P  = 4 × 10 −7 ), чем для CFPP (0.03 ± 0,02%), что указывает на то, что процесс сжигания в жилых помещениях является существенно неполным по сравнению с сжиганием в промышленных котлах 32 .

    Доля вклада целевых ПАУ составляет 64–97% в жилые ТЧ 2,5 -индуцированных внутриклеточных АФК (дополнительная рис. 4), что оценивается на основе эталонной модели добавления концентрации 29 . Результат также показывает, что BaP eq , образующийся в результате процессов неполного сгорания, доминирует над токсической активностью бытового PM 2.5 . Большинство ПАУ при сжигании в быту, особенно ароматические соединения с высоким содержанием циклов, существуют в связанном состоянии PM 2,5 и, таким образом, вызывают большую токсическую активность. Напротив, выбранные металлы, которые известны как ключевые токсичные компоненты, преобладают в общем вкладе в образование АФК, индуцированное CFPP PM 2,5 (81 ± 7%). Хотя предыдущие исследования показали, что металлы и ПАУ вносят одинаковый вклад в атмосферную токсичность ТЧ 29,33,34,35 , их относительная значимость сильно различается в токсичности ТЧ при сжигании твердого топлива в жилом секторе и на CFPP.Гораздо более высокая токсичность первичных PM 2,5 , выбрасываемых при сжигании твердого топлива в жилых помещениях, может быть в основном связана с неполным сгоранием выделяемых ПАУ, в то время как в токсичности PM 2,5 , выбрасываемых с CFPP, преобладают токсичные металлы. Наблюдаемая токсичность, связанная с PM 2,5 , может отражать токсичность PM 2,5 , источником которой являются эти две категории источников.

    PM

    2.5 — связанные с токсичностью выбросы с поправкой на мощность

    Расход твердого топлива, PM 2. 5 Выбросы и токсичность, связанная с PM 2,5 — (включая оценки окислительного стресса и цитотоксичности) — скорректированные выбросы, внесенные жилым сектором и CFPP в 2017 г. в материковом Китае, показаны на рис. 3. Общее количество потребленного твердого топлива , включая бытовой уголь и биомассу, а также первичные ТЧ 2,5 , образующиеся в результате бытового сжигания и CFPP, были получены из кадастра выбросов ABaCAS, разработанного в Университете Цинхуа 17,36 .Среди этих двух секторов жилой сектор потребляет только 9,9% от общего объема потребляемого твердого топлива, из них 4,0% (61 миллион тонн угольного эквивалента (Мт у.т.)) и 5,9% (88 млн у.т.) приходится на бытовой уголь и биомассу, соответственно, в то время как На УГТЗ приходится большая часть потребления твердого топлива – 90,1% (1 357 млн ​​т у.т.) (рис. 3а). ТЧ 2,5 , образующиеся в результате сжигания в домашних условиях (82,8%, 64,0–89,4%), преобладают над общим объемом выбросов ТЧ 2,5 , выбрасываемых при сжигании твердого топлива для прямого использования энергии в двух секторах, в то время как доля ТЧ, выбрасываемых при сжигании углепластика 2 . 5 относительно невелика (17,2 %, 10,4–35,8 %) (рис. 3б). Кроме того, в национальных выбросах с поправкой на токсичность, связанных с PM 2,5 (дополнительное примечание 7), из двух секторов преобладают выбросы PM 2,5 , выбрасываемые домашними хозяйствами, с относительным вкладом 98,9% (98,5–99,1%) и 98,8% ( 98,4–99,1%) для окислительного стресса и цитотоксичности соответственно. Вклад PM 2,5 в выбросы CFPP составляет небольшую долю общенациональных выбросов PM 2,5 с поправкой на токсичность с долей 1.1% (0,9–1,5%) и 1,2% (0,9–1,6%) для окислительного стресса и цитотоксичности соответственно; эти вклады можно считать незначительными по сравнению с вкладами жилого сектора (рис. 3в).

    Рис. 3: Расход топлива, выбросы PM 2,5 и токсичные выбросы, связанные с PM 2,5 , с поправкой на мощность.

    a c , Потребление твердого топлива ( a ), выбросы PM 2,5 ( b ) и выбросы PM 2,5 ) связаны с 909 токсичными выбросами с поправкой на сектора и CFPPs. Синий и оранжевый представляют выбросы PM 2,5 и связанные с ними токсичные выбросы с поправкой на эффективность от сжигания бытового угля (HC) и биомассы (HB) в 2017 году, соответственно, а красный цвет представляет выбросы PM 2,5 с поправкой на токсичность от CFPP. в 2017 г. Данные о выбросах PM 2,5 и связанных с ними выбросах с поправкой на токсичность представлены в виде средних значений ± 95% доверительных интервалов (в скобках).

    Годовые колебания расхода твердого топлива, PM 2.5 Выбросы и выбросы PM 2,5 с поправкой на токсичность для жилого сектора и CFPP с 2005 по 2017 год показаны на дополнительном рисунке 5. Для жилого сектора потребление угля незначительно колебалось за 12 лет, а потребление биомассы снизилось. быстро (на 62 %) в связи с бурным развитием урбанизации в Китае, при этом потребление угля на УГТЦ увеличилось за этот период на 81 %. Однако из-за высокого ПДС и отсутствия средств контроля за загрязнением атмосферного воздуха на небольшую долю твердого топлива, сжигаемого в бытовых печах, приходится 76–83% от общего количества ТЧ 2 . 5 выбросов от национального сжигания твердого топлива. Поскольку китайские CFPP должны соответствовать ужесточающимся стандартам выбросов местных органов власти, общие выбросы PM 2,5 от CFPP постепенно снижались, особенно после введения стандартов ULE в 2014 году, даже несмотря на увеличение относительного потребления угля. Общий вклад CFPP в выбросы PM 2,5 неуклонно снижался с 2005 по 2017 год, в течение которых относительный вклад CFPP в выбросы с поправкой на окислительный стресс и цитотоксичность уменьшился на 35.5% и 34,6% соответственно. Темп снижения выбросов PM 2,5 , с поправкой на токсичность, от CFPP значительно больше, чем от бытового сектора. Следовательно, относительный вклад PM 2,5 , выбрасываемых в домохозяйствах, в национальные выбросы PM 2,5 , индуцированные АФК, и выбросы, скорректированные на цитотоксичность, постепенно увеличивались.

    Хотя потребление твердого топлива в жилищах с высокими значениями MICE ежегодно снижается в течение этого периода, бремя риска воздействия выбрасываемых ТЧ 2. 5 остается стабильным, и в нем преобладает вклад от сжигания твердого топлива из-за их неодинаковой токсичности. Токсичные выбросы с поправкой на мощность от сжигания в жилых помещениях намного превышают вклад от CFPP в материковом Китае. После введения стандартов ULE для CFPP в 2014 году относительный вклад CFPP быстро уменьшился и теперь может считаться незначительным. Кроме того, региональные различия в потреблении твердого топлива двумя секторами могут привести к временным и пространственным вариациям выбросов ТЧ и связанного с этим воздействия ТЧ с поправкой на токсичность по всей стране.

    Бытовое сжигание преобладает над токсичным воздействием ТЧ с поправкой на мощность

    ТЧ 2,5 Концентрации и вклады секторов были смоделированы с использованием модели WRF-CMAQ. Среднегодовые концентрации PM 2,5 в жилом секторе намного выше, чем в CFPP в материковом Китае в 2013 и 2017 годах (дополнительные рисунки 6 и 7). Воздействие PM 2,5 , взвешенное по населению (PWE), преобладает в жилом секторе, на долю которого приходится 90. 0% (87,3–93,5%) и 92,4% (90,5–93,0%) от общего PWE в 2013 и 2017 годах соответственно (дополнительная таблица 4). TPAE используется в качестве показателя для индекса риска воздействия PM 2,5 с поправкой на токсическую активность, включая оценки воздействия PM 2,5 с поправкой на окислительный стресс и цитотоксичность (TPAE OS и TPAE CT ). . На рис. 4 показано пространственное распределение TPAE OS для жилого сектора и CFPP в 2013 и 2017 годах. С 2014 года в Китае введены самые строгие стандарты ULE для CFPP.Значительно более высокая интенсивность TPAE OS для жилого сектора, чем для CFPP, наблюдается на материковом Китае в оба года (рис. 4a,b). Гораздо более высокие уровни жилых TPAE OS наблюдаются на Северо-Восточной Китайской равнине, Северо-Китайской равнине и Сычуаньской котловине, особенно в центральной части Цзилиня, южной части Хэбэя и восточной части Сычуани, поскольку эти районы являются основными сельскохозяйственными регионами с более низким уровнем урбанизации и более высокой численностью населения. плотности, чем в других регионах 30 .Различия в TPAE OS между бытовым углем и биомассой (дополнительный рис. 8) в основном связаны с географическим неравенством и дисбалансом в региональном экономическом развитии, что привело к региональным различиям в потреблении твердого топлива и связанных с ним PM 2,5 выбросы и их токсичность (дополнительная таблица 5).

    Рис. 4: Пространственное распределение первичных ТЧ 2,5 , связанных с окислительным стрессом, с поправкой на воздействие.

    a d , Пространственное распределение индекса риска TPAE OS , происходящего из жилого сектора в 2013 ( a ) и 2017 ( b ) и CFPPs в 201031 и 2017 ( д ). e , f , Относительный вклад ТЧ 2,5 , выбрасываемых CFPP, в общий TPAE OS по стране в 2013 г. ( e ) и 2017 г. ( f ).

    Взвешенный по населению показатель TPAE OS , происходящий из жилого сектора, преобладает над общим показателем TPAE OS , взвешенным по населению, по всей стране на протяжении многих лет, который увеличился с 99,4% (99,1–99,5%) до 99,5% (99,3–99,6). %) за этот период (дополнительная таблица 6), хотя абсолютный взвешенный по численности населения TPAE OS для жилых секторов снизился на 32%.Взвешенная по популяции TPAE OS , происходящая из CFPP, за этот период снизилась на 52%. Области с высоким TPAE OS от CFPP распределены в северном и восточном Китае (рис. 4c, d), особенно в провинциях Шаньдун и Хэнань, где концентрации штабелей CFPP являются самыми высокими в стране 7 . С введением в 2014 году самых строгих стандартов выбросов для CFPP относительный вклад CFPP в общий TPAE OS в двух секторах снизился по всей стране за 5 лет (рис.4e,f), а самые высокие сокращения произошли в районе дельты реки Янцзы. Тенденция TPAE CT в значительной степени соответствует тенденции TPAE OS в материковом Китае (дополнительные рисунки 9 и 10).

    Относительный вклад ТЧ, выбрасываемых CFPP 2,5 , составлял примерно 0,5% от общего взвешенного по населению TPAE в 2017 г. Результаты показывают, что национальные стратегии смягчения последствий, в основном сосредоточенные на CFPP, могут не смягчить токсическое воздействие с поправкой на эффективность риски от бытового энергопотребления.Жилой сектор, более важный антропогенный источник рисков воздействия на население, чем считалось ранее, на протяжении многих лет игнорировался. Выбросы от бытового использования энергии (т. е. отопление и приготовление пищи) оказывают наибольшее влияние на преждевременную смертность в глобальном масштабе, особенно в Китае и Индии 4 . Общенациональное исследование также показывает, что потребление угля в жилом секторе привело к преждевременной смерти в 40 раз больше, чем в энергетическом и промышленном секторах 37 .Однако в популяционных исследованиях не сообщалось о результатах повышенной токсичности сжигания в жилых помещениях. Отсутствие связи с эпидемиологическими данными может увеличить неопределенность текущей оценки токсичности аэрозолей при сжигании твердого топлива. Следовательно, ожидается, что популяционные когортные исследования сжигания твердого топлива будут объединены с различными токсикологическими данными для всесторонней оценки рисков для здоровья населения в будущем.

    Необходимо срочно контролировать выбросы ТЧ из жилого сектора (массовый выброс наряду с токсичностью) для снижения риска воздействия вдыхаемых аэрозолей, особенно в менее развитых регионах Китая.Поскольку бытовое энергопотребление преобладает в развивающихся странах (то есть в Индии, Индонезии, Непале, Эфиопии, Нигерии и Кении и т. д.) 4,11,14,38 и даже в высокоразвитых регионах (то есть в Финляндии и Нидерландах) 39,40 , жители этих стран могут подвергаться более высокому риску токсического воздействия в результате выбросов в жилых помещениях, чем считалось ранее. Местным и национальным органам власти необходимо срочно принять меры по ограничению значительных выбросов ТЧ в результате неполного сгорания твердого топлива в жилых помещениях.

    Поскольку это исследование сосредоточено в основном на первичных выбросах ТЧ и токсичности, связанной с ТЧ, результат может занижать неблагоприятное воздействие выбрасываемых ТЧ при сжигании твердого топлива без учета вторичных ТЧ, преобразованных из газообразных загрязнителей в результате сжигания твердого топлива в жилых помещениях 41 . Кроме того, связанная с ТЧ токсичность, основанная на внутриклеточной оценке, обеспечивает скрининг краткосрочного воздействия и не отражает эффекта долгосрочного воздействия, что может ограничивать всестороннее понимание токсических эффектов, связанных с ТЧ.Оценка вклада конкретных токсичных компонентов в общую токсичность, связанную с ТЧ, на основе модели добавления концентрации, вероятно, не учитывает взаимодействующий эффект каждого отдельного токсичного соединения в смеси, особенно среди металлов, что может повлиять на точность прогноза. Ограниченные полевые измерения не включали все виды топлива из биомассы и угля, используемые в жилом секторе, а также CFPP, оснащенные различными устройствами контроля загрязнения воздуха по всей стране, и это приводит к дополнительным неопределенностям в этом исследовании (дополнительное примечание 9). ).Наблюдаемые токсические свойства жилых помещений и CFPP PM 2,5 из текущего исследования могут иметь неопределенность из-за ограниченного количества полевых образцов. Необходимы дополнительные усилия для исследования и объяснения токсикологических свойств жилых помещений и CFPP PM 2,5 , а также других PM 2,5 , зависящих от источника, в различных районах. В будущей работе также необходимо интегрировать вторичные аэрозоли и связанную с ними токсичность в соответствующее воздействие ТЧ с поправкой на токсичность. Кроме того, следует использовать более широкие биологические конечные точки, имеющие отношение к здоровью (т. е. иммунотоксические и генотоксические конечные точки), основанные на тестах in vitro и in vivo, и увязывать их с эпидемиологическими данными человека для объяснения токсического потенциала, связанного с ТЧ, таким образом стремясь всесторонне оценить воздействие на здоровье. опасность сжигания твердого топлива.CFPPs важны в высокоразвитых регионах, включая США, в то время как потребление твердого топлива в жилых помещениях не является ведущим источником загрязнения в этих регионах 4,11 . Результаты, наблюдаемые в этом исследовании, могут быть неприменимы к регионам, которые не демонстрируют широкого использования твердого топлива в жилищном секторе. Кроме того, в этом исследовании не обсуждаются польза для здоровья и оценка затрат и выгод. Ожидается, что дальнейшие исследования будут направлены на решение этих важных вопросов.

    %PDF-1.7 % 1755 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 1755 82 0000000016 00000 н 0000003970 00000 н 0000004293 00000 н 0000004347 00000 н 0000004477 00000 н 0000004819 00000 н 0000005455 00000 н 0000005494 00000 н 0000005609 00000 н 0000006400 00000 н 0000006885 00000 н 0000007378 00000 н 0000007767 00000 н 0000010418 00000 н 0000053161 00000 н 0000053432 00000 н 0000054076 00000 н 0000079336 00000 н 0000079593 00000 н 0000080172 00000 н 0000109343 00000 н 0000109594 00000 н 0000110186 00000 н 0000121380 00000 н 0000121638 00000 н 0000122014 00000 н 0000187557 00000 н 0000248063 00000 н 0000248138 00000 н 0000248242 00000 н 0000248358 00000 н 0000248415 00000 н 0000248564 00000 н 0000248621 00000 н 0000248715 00000 н 0000248858 00000 н 0000248915 00000 н 0000249005 00000 н 0000249150 00000 н 0000249206 00000 н 0000249356 00000 н 0000249496 00000 н 0000249663 00000 н 0000249719 00000 н 0000249821 00000 н 0000249933 00000 н 0000250094 00000 н 0000250150 00000 н 0000250268 00000 н 0000250368 00000 н 0000250553 00000 н 0000250609 00000 н 0000250715 00000 н 0000250817 00000 н 0000250939 00000 н 0000250995 00000 н 0000251105 00000 н 0000251161 00000 н 0000251277 00000 н 0000251333 00000 н 0000251451 00000 н 0000251507 00000 н 0000251601 00000 н 0000251649 00000 н 0000251706 00000 н 0000251763 00000 н 0000251819 00000 н 0000251951 00000 н 0000252007 00000 н 0000252063 00000 н 0000252119 00000 н 0000252237 00000 н 0000252293 00000 н 0000252409 00000 н 0000252465 00000 н 0000252521 00000 н 0000252577 00000 н 0000252633 00000 н 0000252690 00000 н 0000252747 00000 н 0000003757 00000 н 0000001980 00000 н трейлер ]/Предыдущая 2534661/XRefStm 3757>> startxref 0 %%EOF 1836 0 объект >поток hagged UiPSW>HX hİ[email protected](biŭƊB>5(XU»eQ @-. `V+ ZT.Lul[`;strgsν/

    Система управления отоплением умный дом своими руками – www.DavidHunt.ie

    Наконец-то я решился и удалил термостат Nest, который получил пару месяцев назад. Меня не устраивала его способность поддерживать в моем доме стабильную температуру. Также была проблема с циркуляционным насосом, подающим нагретую воду к радиаторам (описано в другом месте в этом блоге).

    Как только я решил, как будет выглядеть система, я приступил к ее созданию. Только после этого я нарисовал следующую схему.Щелкните для полного размера.

    Конструкция с двумя переключателями должна была облегчить требование в доме (от семьи), что любое «умное» устройство, которое я создаю, должно работать так же, как и раньше, тогда умные вещи могут происходить сверху. Например, если я вставляю умный выключатель света, то он должен работать, когда вы переключаете выключатель. Если WiFi не работает, он все равно должен включать/выключать свет. Никаких оправданий. Таким образом, микроконтроллер запрограммирован на выполнение базовых функций, даже если он не может выполнять умные функции. То же самое и в конструкции системы отопления. «Постоянный» переключатель есть, если WiFi не работает. Когда переключатель установлен в положение «постоянно», термостат игнорируется, и любые входящие сообщения MQTT о включении или выключении горелки игнорируются. Работает как старая система, когда была включена константа, тепло отводилось. Внутренний термостат в котле доводит воду до необходимой температуры, а затем отключает пламя. Температуру этой воды по-прежнему можно регулировать с помощью ручки на передней панели котла.Таким образом, систему можно использовать даже при отсутствии WiFi или планшета Kindle Fire для управления термостатом.

    Затем, когда переключатель переключается в положение «термостат», происходит интеллектуальная работа, и «запрос на тепло» управляется алгоритмом, основанным на сравнении текущей температуры в доме с желаемой температурой.

    И, конечно же, выключатель системы указывает, включен ли обогрев вообще. Если горит, то использует алгоритмы константы или термостата, если нет, то отключается вся система. Ничего не произошло. 🙂

    Итак, моя новая конструкция должна была включать более одного устройства независимо, саму горелку, а также циркуляционный насос. Поэтому мне понадобилась установка с несколькими реле. К счастью, у меня были все необходимые запчасти. Я использовал 4-контактную релейную плату для проверки на будущее 🙂

    Кроме того, я решил использовать плату NodeMCU, а не меньшую WeMos D1 Mini, так как у нее было много GPIO для экспериментов. Мне нужно:

    4 для реле
    2 для переключателей
    1 для 2 датчиков температуры DS18b20

    Я, вероятно, сошёл бы с рук с D1 mini, но на NodeMCU доступно больше контактов GND, что немного упрощает подключение.Затем встал вопрос об ограждении. Что ж, учитывая, что через него будет проходить переменное напряжение 240 Вольт, я подумал, что лучше использовать электрический шкаф, поэтому в местном хозяйственном магазине я купил пустую двухсекционную лицевую панель и коробку. Я установил модуль реле и NodeMCU, чтобы проверить размер, а затем добавил несколько 12-миллиметровых стоек, чтобы удерживать их на месте.

    Я также нашел два хороших переключателя, приятные на ощупь и хорошего качества. Идеально подходит для включения/выключения и постоянного/автоматического переключения.Я установил переключатели на той стороне коробки, где они были бы вдали от сетевого напряжения, и они хорошо подходили к NodeMCU.

    Вот коробка со всеми подключенными GPIO. Пара к выключателям, четыре к релейному модулю и один к двум датчикам температуры DS18b20 для трубы ГВС из котла.

    На концах белого многожильного кабеля (сигнализация-6-жильный) стоят датчики температуры DS18B20, которые привяжу к подаче и обратке на котле.Это маленькие устройства, которые выглядят как маленькие транзисторы:

    .

    Поэтому я припаял их к другому концу кабелей, выходящих из блока управления, с большим количеством термоусадки, оставив само устройство открытым, чтобы я мог нанести на него большое количество термопасты, чтобы получить более точные показания с водяных труб. . Вот установка датчиков температуры, показан термоусадочный кабель и кабельная стяжка, удерживающая его на месте, вместе с термопастой.

    Итак, когда вся проводка была сделана на стороне постоянного тока, а затем на стороне переменного тока.Подготовка к этому заключалась в том, чтобы подготовить программное обеспечение для NodeMCU, которое обрабатывало кнопки, соответствующим образом включало реле и позволяло мне повторно прошивать прошивку по беспроводной сети, так как я не хотел этого делать. открывая коробку, если я хотел внести улучшения в программное обеспечение. Основой программного обеспечения на NodeMCU является превосходный эскиз Sonoff Тео Арендса. Я модифицировал его для нас с помощью NodeMCU, чтобы он лучше подходил для случая использования. Например, включение и выключение циркуляционного насоса в зависимости от разницы температур между подающей и обратной трубами котла.А еще у него есть веб-интерфейс! 🙂

    Веб-интерфейс редко используется для переключения реле, так как это остается за алгоритмами и программным обеспечением термостата, работающим в другом месте, но основная функция заключается в загрузке в него нового программного обеспечения, что так же просто, как просмотр локального файла и его загрузка.

    Алгоритм работы циркуляционного насоса примерно такой

    , если «запрос тепла» ИСТИНА (это может быть постоянное переключение или температура термостата ниже измеренной температуры),
    включить насос
    иначе
    если температура > 30
    включить насос
    если температура < 28
    включить от насоса

    Это одна из двух основных причин, по которым я списал Nest Thermostat.Циркуляционный насос отключался, как только выключалась горелка. Они были связаны вместе. Так что горячая вода оставалась возле котла и циркулировала только при включенной горелке. Мой сантехник сказал, что это не идеально, и что он должен оставаться на основе разницы между температурой воды в подающем и обратном трубопроводе. Возможно, Nest можно было бы подключить для независимого управления насосом, но я предпочел возможность сделать это на основе разницы температур подающей и обратной труб.

    Как бы то ни было, после того, как я протестировал программное обеспечение на стенде, чтобы убедиться, что оно достаточно близко, чтобы я мог работать с системой отопления (я не хотел замораживать семью), я начал работу по прокладке кабелей. для горелки и циркуляционного насоса.

    Итак, вот изображение завершенной электрической проводки и включенного питания (в этой конфигурации, когда горят светодиоды, реле разомкнуто)

    На изображении выше вы могли заметить, что я добавил толстый пластиковый разделитель между частью блока управления постоянным током и частью блока переменного тока сетевого напряжения.Для дополнительной изоляции.

    И коробка закрыта, готова к использованию.

    Мне просто нравится временная этикетка. 🙂

    Я планирую принести еще одну пустую пластину в местный FabLab и выгравировать на ней лазером несколько красивых букв. Я должен решить, какие они будут первыми, и, может быть, даже поставить большой причудливый логотип с названием системы или что-то в этом роде. Не стесняйтесь предлагать что-то в комментариях ниже 🙂

    Я работал 24 часа и настраивал программное обеспечение по ходу дела.Теперь он довольно стабилен, и, как вы можете видеть на графике ниже, он довольно стабилен в правой части, с последним программным обеспечением и температурой, установленной на 19,5 ° C.

    Термостат Nest действительно изо всех сил пытался добиться такой консистенции. И я надеюсь улучшить алгоритм в ближайшие дни, чтобы уменьшить дисперсию. Это очень простое включение/выключение, когда температура ниже/выше заданного значения.

    На другом конце системы находится планшет Kindle Fire HD6, закрепленный на стене на кухне, с установленным программным обеспечением Imperihome.См. здесь статью о монтировке, которую я спроектировал и распечатал на 3D-принтере, а также файлы STL для бесплатной загрузки!

    Виджет термостата идеально подходит для этой системы. Вы можете установить температуру с помощью «+/-», включить и выключить нагрев с помощью «Mode». Кроме того, я добавил значок пламени, который показывает, когда система запрашивает тепло, а также дополнительную информацию о том, что система работает. Датчик температуры в левом нижнем углу — это то, что влияет на то, нужно ли нам тепло или нет, и это исходит от устройства в центре кухни.У меня около дюжины температурных датчиков по всему дому, я мог бы сделать что-то среднее в будущем, это может быть лучше, чем основывать потребность в тепле на температуре одной комнаты, особенно кухни, так как это может стать довольно теплое без подогрева, особенно если идет приготовление пищи.

    Одной из действительно приятных особенностей приложения Imperihome является то, что камеру можно настроить так, чтобы она следила за движением, поэтому, если кто-то пройдет мимо или подойдет к планшету, появится приборная панель.Очень удобно, одна из лучших функций программного обеспечения. Одним из недостатков планшета является то, что он от Amazon, и по умолчанию на нем нет магазина Google Play, поэтому мне пришлось сначала загрузить его, прежде чем я смог купить Imperihome.

    О, и есть еще одна часть системы, о которой стоит упомянуть, и это Node-Red, который на самом деле является мозгом всего этого. Планшет является входом/выходом, как и горелка, циркуляционный насос и датчики температуры подающей трубы, но Node-Red решает, как все это соединить вместе.Node-Red, а также все остальное для моего домашнего мониторинга работает на Up-Board, небольшом одноплатном компьютере от Aaeon.

    Вот изображение некоторых потоков, которые в настоящее время запущены в моей системе.

    Также есть узел таймер-переключатель (нижний поток), который имеет расписание включения/выключения. Этот узел будет отправлять изменение состояния в определенное время в день, и у него есть предустановленные температуры. Так ночью устанавливается низкая температура (16,5 градусов), а вечером – 19.0 градусов. Конечно, как только кто-то настраивает температуру с помощью виджета термостата, это имеет приоритет. Я планирую добавить более сложный тайминг в ближайшем будущем, но в краткосрочной перспективе это нормально.

    Имейте в виду, что здесь происходит гораздо больше, чем просто система отопления, он также управляет элементами управления Imperihome для рождественских огней, насосом для нагнетания воды в доме, офисными светильниками и т. д.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.

    *