Rys. 17 Widok panelu sterowania po dodaniu pomiaru przepływu wody.
Teraz mamy wyświetlony bieżący pomiar przepływu wody w litrach na minutę. Tym sposobem podstawowy ekran urządzenia i podstawowe pomiary zostały zaimplementowane.
Rys. 18 Ekran statystyk pracy maszyny.
System prawie gotów do pomiarów skuteczności, jednak przepływy chwilowe będą trochę zbyt mało miarodajne. W tym celu na ekranie głównym nad przyciskiem funkcyjnym F2 pojawił się napis STATS. Naciskając go przechodzimy na ekran na którym wyświetlane będą statystyki pracy maszyny. Czas pracy, całkowita ilość przedmuchanego powietrza i sumaryczna ilość wody jaka przepłukała to powietrze. Badając skuteczność maszyny będziemy mogli porównać wyniki ze statystykami, ale jakie wyniki ?
Rys. 19 Czujnik Temperatury i wilgotności powietrza DHT11 na platformie Arduino.
Pierwszym parametrem jaki będziemy chcieli zbadać będzie ściśle związany z medium, którym oczyszczamy powietrze. Chodzi oczywiście o wilgotność. Powietrze w trakcie kontaktu z wodą zabiera jej cząsteczki i musimy sprawdzić czy za duża ich ilość nie znajdzie się w powietrzu zamiast z powrotem w zbiorniku. Zbadamy przyrost wilgotności w określonym czasie w pomieszczeniu. W tym celu do platformy Arduino podłączyliśmy czujnik DKT11. Mierzy on wilgotność powietrza w zakresie od 0 do 100 % a przy okazji także temperaturę.
Rys. 20 Czujnik jakości powietrza SDS011 na platformie Arduino.
Kolejne parametry jakie uda nam się zbadać są już ściśle związane z jakością powietrza, mowa o zawartości pyłów zawieszonych PM10 oraz PM2,5. Zbadamy je za pomocą laserowego czujnika cząstek zawartych w powietrzu SDS011. Czujnik mierzy zawartość tych reprezentatywnych pyłów i może wystawiać w sposób cyfrowy na zewnątrz za pomocą interfejsu RS-232. Odczytamy je również na platformie Arduino. Dodatkowo zastosowaliśmy nowoczesny i efektowny wyświetlacz graficzny typu OLED o organizacji 128x64px.
Rys. 21 Duże cząsteczki kurzu spłukane z powietrza.
Większych cząsteczek kurzu na obecną chwilę nie mamy jak precyzyjnie zbadać ale dość dobrze je widać w zbiorniku już po niezbyt długim czasie pracy na pełnych obrotach. Te cząstki nie są związane z zanieczyszczeniem powietrza na zewnątrz a raczej kurzem powstałym w domu. Z pomiarami skuteczności oczyszczania musieliśmy czekać na niższe temperatury na zewnątrz bo jak widać na ekranie na zdjęciu Nr 20 wartość PM 10 wynosi 26 ug/m3 a wartość PM2,5 15 ug/m3. Odpowiada to dobrej jakości powietrza więc na razie nie ma za bardzo czego oczyszczać.
Rys. 21 Zmiana temperatury i wilgotności powietrza w trakcie 8 godzin pracy maszyny.
Powyżej przedstawiamy wykres zmian temperatury powietrza oraz jego wilgotności w trakcie 8 godzin pracy maszyny. Dom o powierzchni 120 m2, wysokość 2,8m. Wbrew obawom wilgotność wzrosła nieznacznie. Zaobserwowaliśmy także spadek temperatury powietrza z 23 do 21 stopni Celsjusza.
Rys. 22 Pomiar jakości powietrza przed oczyszczaniem.
Dziś mamy 18 stycznia 2021r., noc, jest zimno - na zewnątrz -12 oC. Dokonujemy pomiaru cząstek zawieszonych w powietrzu w mieszkaniu i niestety nie jest najlepiej, PM2,5 - 73 ug/m3, PM10 - 79 ug/m3. Z ciekawości zajrzałem na https://airly.org/map/pl/ by zobaczyć jak wyglądają parametry powietrza na zewnątrz. Jeden z czujników systemu znajduje się w przedszkolu znajdującym się ok. 100m od mojego domu.
Rys. 23 Odczyt parametrów pomiarowych systemu airly.org w pobliżu.
Wyniki pomiarów prezentowane na żywo informują, że powietrze na zewnątrz jest bardzo złej jakości, wartość PM2,5 - 219 ug/m3, PM10 - 330 ug/m3. Pocieszający jest fakt, że budynek sam w sobie zapewnia pewien poziom ochrony przed większością z tego niekorzystnego stężenia pyłów. Jest jednak jeszcze sporo do usunięcia.
Rys. 24 Pomiar jakości powietrza po 2,5 godzinach pracy maszyny.
Ze względu na hałas, jaki generuje pompa maszyny i wentylator uruchomiliśmy maszynę w zamkniętym pokoju o powierzchni 18m2. Po 2,5 godziny pracy na pełnych obrotach wartości stężenia pyłów zawieszonych zmniejszyły się znacząco: PM2,5 do 11 ug/m3 a PM10 do 18ug/m3. Przefiltrowaliśmy ok 160 m3 powietrza za pomocą ponad 200 litrów wody pracującej w obiegu zamkniętym. Fitlr w tym czasie usunął 85% pyłu PM2,5 oraz 77% pyłu PM10. Ten rodzaj filtra na pewno bardzo dobrze poradzi sobie także z zanieczyszczeniami rozpuszczalnymi w wodzie jak tlenki azotu oraz siarki, które są równie szkodliwe. Na obecną chwilę nie posiadamy czujników pozwalających oznaczyć te stężenia.
Podsumowanie
Głównym zadaniem tego projektu było sprawdzenie koncepcji oczyszczania powietrza z zanieczyszczeń za pomocą mokrego filtra zraszającego złoże rozwijające powierzchnię kontaktu. Uzyskane wyniki pozwalają jasno stwierdzić że ten pomysł ma dość duży potencjał i na pewno wysoką skuteczność usuwania zanieczyszczeń mechanicznych. Im większe cząsteczki zawieszone tym wyższa skuteczność. Jednocześnie zaimplementowana lampa UV zapewnia dodatkową dezynfekcję pośrednią powietrza nie powodując powstawania dodatkowych zanieczyszczeń w postaci ozonu, jak to ma miejsce przy dezynfekcji bezpośredniej. Filtr na pewno bardzo dobrze poradzi sobie z innymi ważnymi składnikami smogu jak tlenki azotu i siarki, choć badań takich nie przeprowadzono jak na razie. Znając jednak ich naturę można jasno to stwierdzić.
Głównymi wadami tego rodzaju filtra jest duży stopień skomplikowania jak na to zastosowanie a co za tym idzie cena, wysoki poziom generowanego hałasu, duże rozmiary i waga. Nie wspominam tu o wzroście wilgotności powietrza i emisji aerozolu z filtra bo w mojej ocenie poprawia to warunki klimatyczne w domu jednak w wielu potencjalnych zastosowaniach stanowiło by to cechę negatywną.
