Дослідження систем забезпечення мікроклімату в укритті

Шаповал, Роман Григорович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6286
Title:	Дослідження систем забезпечення мікроклімату в укритті
Authors:	Рудаков, Костянтин Сергійович Шаповал, Роман Григорович
Issue Date:	Jan-2025
Abstract:	У магістерській кваліфікаційній роботі розглядається актуальне питання підвищення ефективності та оптимізації процесів керування мікрокліматом у сховищах. Метою дослідження є розробка автоматизованої системи для точного налаштування і контролю ключових параметрів мікроклімату, що сприятиме підвищенню комфорту та енергоефективності. Для реалізації цього використовувалася платформа Arduino, яка є відкритою апаратно-програмною системою з широкими можливостями для створення вбудованих рішень. Дослідження охоплює аналіз принципів побудови автоматизованої системи з використанням мікроконтролера ATmega328, включаючи вибір необхідного обладнання та модулів, розробку програмного забезпечення та інтерфейсу користувача. Програмований мікроконтролер дозволяє налаштовувати мікроклімат відповідно до потреб користувача, регулюючи параметри, як от температура, рівень вуглекислого газу, освітленість та вологість. Результати показують, що проєкт на базі Arduino забезпечує ефективне управління мікрокліматом у сховищі. Впровадження такої системи допоможе знизити витрати на опалення та кондиціонування, покращити комфорт у приміщенні та зменшити енергоспоживання. Перспективи подальших досліджень полягають у тестуванні запропонованих методів на реальних укриттях.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6286
Appears in Collections:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
М_174_2024_Шаповал.pdf Restricted Access		3.16 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ  І  НАУКИ  УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ  УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ  ІНФОРМАЦІЙНИХ  ТЕХНОЛОГІЙ  І СИСТЕМ 
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ 
 
 
 
 
 
 
 
 
Пояснювальна записка 
до кваліфікаційної роботи 
освітнього ступеню «магістр» 
 
 
на тему:  ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ 
МІКРОКЛІМАТУ В УКРИТТІ 
 
 
 
 
Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, 
групи МАКІТ-2309 
спеціальності 174 Автоматизація, 
комп'ютерно-інтегровані технології 
та робототехніка,  освітня програма  
„Автоматизація та комп'ютерно-
інтегровані технологічні системи та 
компоненти” 
 Шаповал Роман Григорович   
(Прізвище ім’я по-батькові) 
 
Керівник       Рудаков К.С.    
(Прізвище ім’я по-батькові)   
 
Рецензент        
(Прізвище ім’я по-батькові)
    
 
 
 
 
 
 
Черкаси 2024 року 
 4 
 
ЗМІСТ 
ВСТУП .........................................................................................................6 
РОЗДІЛ 1. ДОСЛІДЖЕННЯ   ПАРАМЕТРІВ ТА МЕТОДІВ 
КЕРУВАННЯ МІКРОКЛІМАТОМ В  ПРИМІЩЕННЯХ УКРИТТЯ .....11 
1.1  Параметри  мікроклімату     укриття…............................... ....................... 11 
1.1.1  Температура та  вологість    повітря  ................................................12 
1.1.2  Концентрація  СО2 та   озонування...................................................14 
1.1.3  Освітленість  різних зон  укриття  ....................................................17  
1.2 Огляд методів керування мікрокліматом в закритих спорудах..................23  
1.2.1  Закони керування  мікропроцессорними  системами  виконаними  
для відслідковування показників з метою їх зміни в необхідний 
час..........................................................................................................23 
1.2.2 Пропорційно-інтегрально-диференційний метод керування 
мікрокліматом........................................................................................26 
Висновки до розділу 1..........................................................................................30 
РОЗДІЛ 2. ДОСЛІДЖЕННЯ  ТА АНАЛІЗ  СИСТЕМ 
КЕРУВАННЯ   МІКРОКЛІМАТОМ  ПРИМІЩЕНЬ  ................................32 
2.1 Огляд  автоматизованих  систем  та  пристроїв для забезпечення  
контролю  за мікрокліматом........................................................................... 32 
2.1.1   Термогігрометр ..................................................................................33   
2.1.2   Озонування як система контролю якості повітря............................35   
2.1.3   Система регулювання параметрів мікроклімату на  базі технології 
1-wire.....................................................................................................37 
2.1.4  Мікрокомп'ютер Raspberry Pi.............................................................40 
2.2 Дослідження проблеми ефективності енергозбереження при  управлінні 
мікрокліматом  .................................................................................................42  
Висновки до розділу 2..........................................................................................48 
 
 5 
РОЗДІЛ 3. РОЗРОБКА ТА ПРОЕКТУВАННЯ ТЕХНІЧНИХ 
СКЛАДОВИХ СИСТЕМИ  ...............................................................................49 
3.1 Проєктування структурної  схеми ................................................................50  
3.2 Проєктування функціональної схеми  автоматизації та опис елементів ..53  
3.3 Підбір компонентів системи  ........................................................................58 
3.3.1  Вибір  датчиків вимірювання температури та вологості  повітря .60  
3.3.2  Вибір  газоаналізатора рівня вуглекислого газу  .............................62  
3.3.3  Вибір  датчика  руху  ..........................................................................64  
3.4  Проєктування    електричної принципової схеми ......................................66  
3.5 Способи  покращення  ефективності  системи  за  рахунок  врахування 
індивідуальних вимог   користувача  ............................................................68  
Висновки  до розділу 3.........................................................................................71 
ВИСНОВКИ  ..........................................................................................73  
ПЕРЕЛІК  ВИКОРИСТАНОЇ   ЛІТЕРАТУРИ................................74 
 6 
ВСТУП 
 
Сьогодні в Україні укриття стали невід'ємною частиною повсякденного 
життя. Кожна сфера національної економіки тією чи іншою мірою 
використовує укриття для забезпечення своєї діяльності. У зв'язку з цим 
постає нагальне питання щодо розробки та впровадження сучасних вимог до 
цих приміщень. Ці вимоги мають враховувати принципи, методи та підходи, 
спрямовані на підвищення рівня безпеки укриттів, що зумовило посилення 
стандартів захисту населення та їх багатогранність. Захист та безпека 
населення нашої держави стає першочерговим завданням. На противагу 
старим бомбосховищам проектуються та зводяться сучасні 
багатофункціональні захисні укриття, проводиться реконструкція та 
перепрофілювання існуючих захисних споруд. 
У захисних спорудах необхідно забезпечувати нормативні умови для 
життєдіяльності людини за температурою, вологістю та чистотою повітря та 
створювати комфортні умови для того, щоб люди протягом декількох діб –
 до 48 годин мали можливість захиститися від впливу небезпечних засобів 
масового ураження у цей нелегкий час та за умови настання надзвичайних 
ситуацій у мирний час. 
Проведений аналіз показує, що значна частина укриттів 
використовується освітніми закладами, тому особливу увагу слід 
загострювати на забезпеченні комфортних умов перебування в них під час 
освітнього процесу. Комфорт визначається параметрами мікроклімату, 
такими як температура, рівень вологості та якісті повітря, освітлення, 
електромагнітне випромінювання, запиленість тощо. Для підтримання цих 
показників у нормативних межах необхідно проводити моніторинг і 
контроль, а також виготовляти й впроваджувати спеціальні механізми та 
інструменти для їх дотримання. 
З огляду на постійне зростання інформаційного потоку в сучасному 
світі, процедури моніторингу доцільно створювати на основі новітніх 
 7 
інтелектуальних систем. Це, в свою чергу, змушує розробляти інструментарії 
для збору, обробки, оцінювання та швидкого реагування на дані про стан 
мікроклімату. 
Таким чином одним з важливих напрямів контролю параметрів 
мікроклімату обєктів укриття є удосконалення принципів, засобів та методів 
збору та обробки інформації, а також науково-обґрунтованого вибору 
сенсорів та відповідного програмного забезпечення. Саме даний підхід 
дозволяє в динаміці отримувати інформацію щодо зміни параметрів 
мікроклімату укриттів. 
Актуальність теми.  
Актуальність. Розробка системи клімат-контролю є вкрай актуальною 
на сьогоднішній день. У цій роботі представлені принципи та підходи до 
створення автоматизованої системи управління параметрами мікроклімату 
приміщень. Основою системи є мікроконтролер, що дозволяє своєчасно 
отримувати інформацію про різні параметри, які характеризують 
мікроклімат. Серед них у роботі виділено такі показники, як температура 
повітря, відносна вологість, швидкість повітряних потоків і склад повітря. 
Проте для нашого об'єкта (укриттів) важливими є не лише ці 
параметри. Відповідно до стандарту ISO 14644-1 [2], додаткові параметри, 
що впливають на комфортність перебування людини, включають 
освітленість, рівень шуму та вібрацій, електромагнітне випромінювання, 
запиленість і атмосферний тиск. Це особливо актуально, оскільки укриття 
(бомбосховища) сьогодні використовуються всіма субєктами 
господарювання на всій території України. 
Мета і завдання дослідження.  
Метою дослідження є вибір та обґрунтування методів, принципів та 
підходів для побудови систем моніторингу та контролю параметрів 
досягнення рівня комфортності мікроклімату укриттів з урахуванням потреб 
суспільства під час війскового стану. 
Для досягнення поставленої мети вирішуються наступні завдання: 
 8 
- Проведення критичного аналізу розроблених методів, принципів та 
підходів щодо контролю параметрів мікроклімату. 
- Вибір та обґрунтування механізмів та інструментів для контролю 
параметрів комфортності мікроклімату. 
- Розробка рекомендацій щодо побудови системи збору та контролю 
параметрів мікроклімату укритів (бомбосховищ). 
- Розробити апаратну модель реалізаії мікросистеми керування 
мікрокліматом та проведено експериментальні дослідження. 
Об’єкт дослідження – процес забезпечення мікроклімату в укритті. 
Предметом дослідження є методи та моделі управління системою 
забезпечення комфортного мікроклімату в приміщеннях, а також 
удосконалення інженерно-технічних рішень для проєктування захисних 
споруд на основі адаптованих приміщень в умовах особливого періоду.  
Методи дослідження – для розв’язання поставлених задач 
використовувалися методи для аналізу, розробки та валідації. Ось деякі з 
основних використаних методів дослідження: 
- Літературний огляд: Проведення аналізу існуючих алгоритмів для 
формулювання розуміння стану галузі та виявлення невирішених 
питань. 
- Моделювання та симуляції: Використання комп'ютерних моделей та 
симуляцій для вивчення поведінки параметрів мікроклімату. 
- Розробка прототипів: Створення прототипів нових моделей управління 
та їхнє тестування в обмеженому масштабі або на реальних об'єктах. 
- Експериментальне дослідження: Проведення експериментів для збору 
даних та валідації в реальних або симульованих умовах. 
- Аналіз даних: Використання статистичних методів для обробки та 
аналізу зібраних даних для отримання висновків та розуміння 
результатів експериментів. 
 9 
- Тестування на реальних системах: Випробування розроблених 
алгоритмів на реальних укриттях для оцінки їхньої роботи в реальному 
часі. 
Комбінація цих методів дозволяє отримати комплексний погляд на 
ефективність та можливості забезпечення комфортного перебування людини 
в системі укриттів яка постійно змінюється. 
Наукова новизна одержаних результатів. В процесі вирішення 
поставлених задач автором отримані такі результати: 
- вперше проведенно критичний аналіз розроблених методів, принципів 
та підходів щодо контролю параметрів мікроклімату у відповідності до 
вимог, які висуваються до систем забезпечення комфорту та в 
розв’язанні актуальної наукової проблеми побудови національної 
системи цивільного захисту в контексті розробки практичного 
забезпечення захисних споруд технічними пристроями управління 
елементами укриття; 
- вперше вибрані та обґрунтуванні механізми та інструменти для 
контролю параметрів комфортності мікроклімату шляхом 
експериментальної валідації, що дозволило визначити ефективність та 
продуктивність алгоритмів у реальних умовах та дало змогу отримати 
порівняльні показники з існуючими системами. 
Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що 
значна частина запропонованих технічних рішень логічно доведена до рівня 
конкретних пропозицій, що можна впроваджувати в практичну діяльність. 
- розроблено рекомендації щодо побудови системи збору та контролю 
параметрів мікроклімату укритів (бомбосховищ), за рахунок підбору 
необхідних компонентів для структурної схеми системи контролю 
мікроклімату, що дало можливість сформулювати рекомендацій щодо 
розробки функціональної схеми автоматизації системи контролю 
мікроклімату приміщень; 
 10 
- розроблено апаратну модель реалізації мікросистеми керування 
мікрокліматом та проведено експериментальні дослідження, що 
дозволило вимірювати та мати можливість контролювати показники 
якості повітря; керувати роботою складових елементів системи задля 
підтримки оптимальних значень показників стану якості повітря; 
оптимізувати систему освітлення для підвищення самопочуття людини. 
Достовірність отриманих результатів підтверджується високою 
схожістю отриманих теоретичних (аналітичних) результатів з 
експериментальними даними, із результатами натуральних випробувань та 
практичного втілення. 
Особистий внесок здобувача вищої освіти. Теоретичні результати 
дослідження, що виносяться на захист, отримані автором особисто. 
Результати прикладного характеру отримані за участю автора спільно з 
колективом співробітників ЧДТУ. 
Апробація результатів. 
Основні положення дослідження доповідалися і обговорювалися на 
науково-практичній конференції ЧДТУ. 
Структура і обсяг роботи. Робота складається із вступу, трьох 
розділів, висновків, списку використаних літературних джерел. Загальний 
обсяг складає 76 сторінок, із них 69 сторінок основного тексту, 19 рисунків, 6 
таблиць. Список використаної літератури містить 28 найменування. 
 
 11 
 
РОЗДІЛ 1. ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТА МЕТОДІВ 
КЕРУВАННЯ МІКРОКЛІМАТОМ В ПРИМІЩЕННЯХ УКРИТТЯ 
 
1.1 Параметри мікроклімату укриття 
 
Проблема контролю параметрів функціонування укриття стає все більш 
пріоритетною у зв'язку з розповсюдженням автоматизованих комплексів 
керування енерговитратами та мікрокліматом. Ці системи забезпечують 
безперервний процес моніторингу та корекцію різних параметрів, таких як 
температура, вологість, циркуляція та інтенсивність повітряних потоків, 
рівень освітлення та інші, у рутині реального життя.  
Мікроклімат у приміщеннях створюється під впливом багатьох 
фізичних факторів, таких як температура, вологість, повітряні потоки, 
атмосферний тиск, рівень освітленості, склад газів (кисень, вуглекислий газ, 
аміак, сірководень) та наявність механічних домішок (пил, мікроорганізми). 
Основними складовими, які підлягають контролю, є температура, вологість 
повітря, концентрація  вуглекислого газу та рівень освітленості [1]. 
Відповідно до санітарно-гігієнічних норм, оптимальні параметри 
мікроклімату в приміщеннях укриттів мають бути такими: температура від 
+18°C до +25°C, вологість повітря від 40% до 60%, вміст вуглекислого газу 
на рівні від 0,03% до 0,04% (400-800 ppm), а освітленість має бути  — від 30 
до 5000 люкс. 
Отже, забезпечення постійного моніторингу та підтримки цих 
параметрів вирішує  ключову проблему комфорту та безпеки людей при 
перебуванні у захисних спорудах 
 
 
 
 
 12 
 
1.1.1 Температура та вологість повітря 
 
Одним із найбільш значущих  параметрів, що має вплив на 
комфортність мікроклімату будь-якого приміщення в тому числі і укриттів  є 
температура повітря. 
Діючі вимоги до температурного режиму приміщень дозволяють 
перепади температури в межах 2-3°C. Згідно з встановленими нормативами, 
комфортна температура повинна становити: 22-25°C влітку, 18-22°C у 
холодну пору року, а для виробничих приміщень — 18°C [3]. Підтримувати 
температуру в даних межах можливо лише за допомогою автоматизованих 
систем керування. 
Однак, враховуючи інформаційну невизначеність, спровоковану 
відсутністю даних для встановлення параметрів комфортності мікроклімату в 
укриттях (бомбосховищах), необхідно проєктувати та впроваджувати 
інтелектуальні системи керування. При цьому для прийняття виваженого 
рішення відносно вибору структури інформаційної системи необхідно 
осмислювати  величину параметрів мікроклімату, якими потрібно керувати. 
Дана кількість визначається відповідно до вимог стандарту ISO 7730 [4]. 
Для досягнення комфортного стану середовища, важливо 
дотримуватися затверджених нормативів для відносної вологості повітря та 
температурних показників у споруді укриття. 
Приклад встановлення меж зон комфортності мікроклімату за 
вимогами ISO 7730 наведено на рисунку 1.1. 
Як видно з рисунка 1.1. комфортність перебування в приміщенні 
укриття залежить від температури та відносної вологості повітря. 
 13 
 
 
Рис. 1.1.  Визначення комфортності відповідно до  ISO 7730 
 
Рівні вологості повітря різних зон укриття залежать від різних джерел, 
які або виділяють, або поглинають вологу. Тому для забезпечення 
встановлення  оптимального рівня відносної вологості необхідно 
враховувати аутентичні особливості кожного приміщення. 
Температура та вологість, як ключові показники повітря, повинні 
підтримуватися в межах оптимальних величин з метою забезпечення здоров'я 
людини, відповідно до встановлених норм. Для досягнення цього необхідно 
впроваджувати заходи, такі як контроль за опаленням укриття, не допускати 
перезволоження та пересушування повітря. Вихід за межі встановлених 
величин може призвести до погіршення самопочуття та здоров'я. Оптимальна 
вологість у приміщенні сприяє здоров'ю дихальної та нервової системи, 
 14 
проте її величина повинна бути в межах затверджених норм, без 
перевищення та заниження. 
Високий рівень вологості, що перевищує 40%, вважається 
найзручнішим для загального самопочуття людини. Мікроклімат у 
середовищі укриття має значний вплив на фізичний стан людини. Параметри, 
такі як температура, насиченість повітря вологою, швидкість його 
переміщення та інфрачервоне випромінювання від опалювальних пристроїв, 
формують клімат в укритті. 
Для підтримання оптимальних величин параметрів мікроклімату 
застосовуються системи вентиляції з механічним переміщенням та 
кондиціюванням повітря. Згідно з санітарними нормами, оптимальна 
відносна вологість повинна становити від 40% до 60%, з максимально 
допустимим значенням до 75%. Крім того, встановлені верхні межі 
температурної регуляції для спокійного стану організму при різних 
відносних вологостях. Важливо забезпечити оптимальне співвідношення 
температури, вологості та швидкості руху повітря для комфортного 
самопочуття працівників [5]. 
 
 
1.1.2 Концентрація СО2 та озонування 
 
Рівень вуглекислого газу має суттєвий вплив на самопочуття людей та 
продуктивність розумової роботи під час  виконання різних завдань. 
Встановлено, що люди повинні вдихати повітря, яке насичене на 21,5 
відсоток киснем та 0,03-0,04  вуглекислим газом. У замкненому просторі, в 
процесі життєдіяльності людини, концентрація кисню у повітрі, що 
вдихається знижується з 20,9% до 16,3%, в той час як концентрація оксиду 
вуглецю зростає з 0,03% до 4%. Це означає, що вміст вуглекислого газу може 
збільшитися більш ніж у 100 разів. 
 15 
Навіть невелике порушення балансу газів у повітрі може значно 
збільшити вміст вуглекислого газу, який практично не відчувається через 
дихальні або інші чуттєві органи. Проте при рівні оксиду вуглецю понад 1% 
дихання стає смертельно небезпечним. Таким чином рівень концентрації 
вуглекислого газу є першочерговим  визначником якості повітря. 
Якщо вміст вуглекислого газу становить 0,1% (1000 ppm), людина 
може отримати головний біль, відчувати задуху, слабкість, та відсутність  
концентрації уваги. Довготривалий вплив навіть невеликих концентрацій 
вуглекислого газу може призвести до хронічних отруєнь, що проявляються 
легкою втомлюваністю, слабкістю та погіршенням пам'яті. 
 
Довготривале перебування в укритті з високим вмістом в повітрі 
вуглекислого газу впливає на кровоносну, центральну нервову та дихальну 
системи, погіршує швидкість розумової  діяльністі. 
В таблиці 1.1. наведено інтенсивність емісії людиною оксиду вуглецю 
в залежності від різновиду діяльності. 
Таблиця 1.1. 
Інтенсивність виділення СО2 
Виділення людиною СО2 л/год Діяльність 
 
18 Стан спокою 
24 Робота за компютером 
30 Ходіння 
36 Легке фізичне навантаження 
34-38 Робота по дому 
 
Контроль рівня оксиду вуглецю в укритті, де перебувають люди, має 
велике значення. Підвищений вміст вуглекислого газу може негативно 
впливати на самопочуття та продуктивність роботи організму. Тому важливо 
регулярно відстежувати цей показник для забезпечення комфортного 
 16 
перебування у сховищі. Контроль вмісту CO2 є критично важливим аспектом 
для створення сприятливих умов праці. 
Система повітрообміну повинна забезпечувати достатній обсяг свіжого 
повітря, очищеного від диму, токсичних біологічних або хімічних речовин, а 
також радіоактивного пилу, у разі необхідності. Подається повітря може бути 
підігріте або охолоджене, а також осушене чи зволожене, залежно від вимог 
мікроклімату приміщення.Режими вентиляції в укритті вибираються в 
залежності від стану та ступеня забруднення зовнішнього повітря. 
Завданнями системи повітрообміну в бомбосховищі або укритті є 
забезпечення людей, що знаходяться там, повітрям допустимим за рівнем 
вологості, температури. 
Для сховищ, спроєктованих на незначну кількість людей (до 40 осіб), 
передбачено природний повітрообмін. 
В укриттях система примусової вентиляції поділяється на такі режими: 
режим 1 – чистої вентиляції; 
режим 2 – фільтровентиляції; 
режим 3 – фільтровентиляції з регенерацією внутрішнього повітря. 
У режимі чистої вентиляції в укриття примусово подається свіже, 
очищене від пилу, зовнішнє повітря в достатньому обсязі, щоб повністю 
видаляти з приміщень відпрацьоване повітря, а також тепло і вологу, що 
постійно виділяються. 
У режимі фільтровентиляції зовнішнє повітря, що подається в 
бомбосховище або укриття, обов'язково пропускається через систему 
фільтрів і очищається від пилу та газоподібних речовин та аерозолів зброї 
масового ураження (отруйних, хімічних та радіоактивних речовин, 
біологічних отруйних речовин) та продуктів горіння. Система очищення 
повітря розташовується в окремих фільтровентиляційних камерах або в 
загальному приміщенні для невеликого укриття. 
Режим регенерації внутрішнього повітря необхідний, якщо укриття 
можуть перебувати в умовах з особливо забрудненим продуктами горіння та 
 17 
небезпечними хімічними або радіоактивними речовинами повітрям. Такий 
режим має бути передбачений і для герметичних укриттів розташованих у 
зонах можливого затоплення. 
У приміщеннях захисних споруд, де перебуває велика кількість людей і 
має місце щільне розміщення, необхідно нормалізувати мікроклімат через 
його дезіонізацію. Проєктування включає використання ультрафіолетових 
світлодіодів для знезараження повітря, дотримуючи вимоги біологічної 
безпеки відповідно до ДСТУ EN 62471:2017. 
З огляду на присутність людей та вимоги безпеки, експериментальні 
дослідження показали, що ультрафіолетові світлодіоди можна застосовувати 
у присутності людей за умови розміщення випромінювачів на відстані 2 м від 
них і дотримання всіх норм біологічної безпеки. Успішні експерименти 
підтверджують можливість ефективного використання ультрафіолетових 
світлодіодів для знезараження повітря в захисних спору 
 
1.1.3 Освітленість  різних зон укриття 
 
Людська здатність орієнтуватися в просторі, виконувати фізіологічні 
функції та проводити роботи залежить від типу, а також інтенсивності 
освітлення оточуючого середовища. Затверджені певні гігієнічні норми, що 
регламентують якість освітлення. Освітлення має бути  однорідним і 
достатнім для швидкого і легкого розрізнення об'єктів, а також для 
сприйняття  реального контрасту між предметом і його фоном. Джерело 
світла не повинно провокувати сліпоту і не має генерувати миготіння на 
спостережуваному об'єкті. Збалансоване освітлення території укриття сприяє 
психологічному комфорту, зменшує ризик настання очної та загальнії втоми, 
а також підвищує продуктивність. Недостатнє освітлення в укритті може 
призвести до нещасних випадків. 
 18 
Штучне освітлення поділяється на загальне, місцеве або комбіноване за 
конструкцією, а також робоче, аварійне, евакуаційне чи охоронне за 
функціональним призначенням. 
Загальне освітлення забезпечує рівномірний розподіл світла по всьому 
укриттю, що може бути або рівномірним, або локалізованим. 
Комбіноване освітлення поєднує загальне та місцеве світло для 
досягнення оптимальної освітленості на конкретних ділянках. 
В укриттях зазвичай використовують комбіноване освітлення для 
забезпечення необхідного рівня освітленості в різних зонах. 
Електричні світильники мають бути захищеними від механічного 
пошкодження. Використання світильників із незахищеними лампами 
розжарювання не допускається. Для освітлення захисних споруд (укриттів) 
можна використовувати світлодіодні та інші енергоощадні лампи. 
Використання люмінесцентних ламп не допускається. 
Норми освітленості встановлені на рівні від 30 до 5000 люксів 
нормативом  ДБН В.2.5-28-2006, що враховують характер зорової роботи, 
яскравість фону, контраст між об’єктом і фоном, тип  джерела світла та 
різновид системи освітлення.  
Для забезпечення якісного освітлення приміщень необхідно 
дотримуватися певних стандартів та враховувати наступні параметри: 
• Колірна температура. Для загального та місцевого освітлення 
рекомендується використовувати джерела світла з колірною 
температурою від 2400 К до 6800 К. 
• Інтенсивність ультрафіолетового опромінення. Інтенсивність 
ультрафіолетового випромінювання в спектральному діапазоні 
320-400 нм не повинна перевищувати 0,03 Вт/м². 
Випромінювання з довжиною хвилі менше 320 нм має бути 
виключене. 
• Енергоекономічність. Для загального штучного освітлення слід 
використовувати найбільш енергоефективні джерела світла, 
 19 
надаючи перевагу тим, що мають вищу світловіддачу та довший 
строк служби при однаковій потужності. 
• Світлова віддача. Світлова віддача джерел світла повинна 
відповідати встановленим вимогам. Світлодіодні лампи повинні 
мати відповідні параметри світловіддачі. 
• Індекс кольоропередавання. Світлова віддача джерел світла для 
загального освітлення приміщень при мінімальних допустимих 
індексах кольоропередавання повинна відповідати значенням, 
наведеним у відповідній таблиці стандартів. 
Ці параметри допоможуть забезпечити оптимальні умови освітлення 
для комфортної роботи та безпеки в приміщеннях. 
Світлова віддача джерел світла для загального освітлення приміщень 
при мінімальнодопустимих індексах кольоропередавання не повинна бути 
менше значень наведених у таблиці 1.2 
Також в укриттях проєктується аварійне освітлення. Аварійне 
освітлення встановлюється як запобіжний захід для забезпечення освітлення 
у випадку відключення основного джерела світла.  
Допустимий показник інтенсивності освітленості необхідний для 
аварійного режиму, встановлений на рівні, що  становить не менше 5% від 
нормативного значення загального освітлення, але не менше 2 лк всередині 
будівлі та не  менше 1 лк на прилеглій до сховища території. 
Індекс кольоропередавання застосованих ждерел світла для аварійного 
освітлення повинен бути не менше ніж 40. 
Аварійне освітлення що поділяється на: 
• Евакуаційне освітлення; 
• Резервне освітлення. 
 
 
 
 
 20 
 
Таблиця 1.2. 
Мінімальна світлова віддача джерел світла для штучного освітлення 
приміщень при мінімально допустимих індексах кольоропередачі 
 Колірна  Світлова віддача лм/Вт, не менше, 
Тип джерела світла температура, примінімальнодопустимих індексах 
 К кольоропередавання 
>90 90-80 80-60 60- 45-25 
45 
Дугові ртутні лампи 4000-6500 - - - 55  
Натрієві лампи 2100-2400 - - 75 - 100 
високого тиску 
Світлодіодні лампи 2700-3500 75 98-75 144-98 - - 
Світлодіодні лампи 4000-5700 75 98-75 144-98 - - 
Світлодіодні лампи 5700-6500 75 98-75 144-98 - - 
Світлодіодні світильники 2700-3500 75 98-75 144-98 - - 
з розсіювальними 
елементами та 
вторинною оптикою 
Світлодіодні світильники 4000-5700 75 98-75 144-98 - - 
з розсіювальними 
елементами та 
вторинною оптикою 
Світлодіодні 5700-6500 75 98-75 144-98 - - 
світильники 
 
Евакуаційне освітлення призначене і повинно забезпечувати безпечний 
вихід людей з приміщення в разі надзвичайної події та при відмові робочого 
освітлення. 
 21 
Евакуаційне овітлення підрозділяється на: освітлення шляхів евакуації, 
антипанічне освітлення і освітлення зон підвищеної небезпеки.  
У приміщеннях для позначення напрямків евакуації використовують 
світлові знаки "Вихід" білого кольору на зеленому полі, що підєднані  до 
мережі евакуаційного  освітлення. Потрібно, щоб для освітлення не 
задіювалися відкриті лампи. Замість цього слід застосовувати світильники 
захищеного типу, що складаються з джерела світла та арматури. 
Світильники поділяються на різні класи в залежності від розподілу 
світлового потоку: 
• Пряме світло 
• Переважно пряме світло 
• Розсіяне світло 
• Переважно розсіяне світло 
• Відбите світло 
Щоб зменшити засліплюючий ефект на очі людини, світильники 
повинні бути обладнані захисним кутом не менше 30°. 
Освітлення шляхів евакуації має забезпечуватися протягом не менше 1 
год.: 
• 50% нормованої освітленості через 5с після порушення живлення 
робочого освітлення; 
• 100% нормованої освітленості через 60с. 
Освітлення шляхів евакуації в приміщеннях має бути: 
• перед кожним евакуаційним виходом; 
• в коридорах і проходах по шляхах евакуації; 
• в місцях зміни рівня підлоги; 
• на сходах кожен марш повинен бути освітлений прямим світлом, 
особливо верхня і нижня сходинки; 
• в зоні кожної зміни напрямку руху; 
• на перетині проходів і коридорів; 
 22 
• в місцях розміщення засобів екстренного звязку; 
• в місцях розміщення первинних засобів пожежогасіння; 
• в місцях розміщення плану евакуації; 
• зовні перед кожним кінцевим виходом з укриття. 
Антипанічне освітлення для освітлення території приміщень розміром 
більше 60 м2, в яких може розміщуватися 30 та більше людей має 
забезпечувати прийнятні візуальні умови для запобігання паніки, безпечного 
руху людей в напрямку шляхів евакуації і видимість будь-яких перешкод 
заввишки до 2 м над площиною руху людей. 
Значення освітленості резервного освітлення повинно бути не менше 
30% значення нормованої освітленості для загального освітлення. 
Для аварійного освітлення слід застосовувати світлодіодні джерела 
світла. 
При наданні переваги освітлення укриття  світлодіодами необхідно 
вибирати зону комфортного освітлення, що залежить від колірної 
температури світлодіодних джерел світла. Норми освітленості для 
світлодіодних джерел світла з колірною температурою від 2700К до 6000К і 
більше треба повязувати з зоною комфорту за номограмою і збільшувати із 
зростанням колірної температури. 
Нормована середня освітленість залежить від колірної температури і 
має бути суттєво збільшена при  збільшенні колірної температури джерела 
світла відповідно до номограми Крюітгофа (рисунок 1.2) [6]. 
 
 23 
 
Рис. 1.2.  Номограма Крюітгофа 
 
 
 
1.2 Огляд методів керування мікрокліматом в закритих спорудах. 
 
1.2.1 Закони керування мікропроцессорними системами виконаними 
для відслідковування показників з метою їх зміни в необхідний час. 
 
Методи керування мікрокліматом в захищених спорудах 
використовуються для забезпечення оптимальних умов мікроклімату в 
приміщеннях, де знаходяться люди. Ці методи дозволяють підтримувати 
стабільну температуру, вологість та освітленість, що позитивно впливає на 
самопочуття.  
Одним з методів керування мікрокліматом є використання 
автоматизованих систем контролю та керування. Ці системи вимірюють 
 24 
показники температури, вологості,  освітленості та інших параметрів  
мікроклімату та автоматично регулюють роботу систем опалення, 
охолодження, зволоження та освітлення. Це дозволяє  підтримувати  
оптимальні  умови  мікроклімату протягом доби, що максимально сприяє 
ефективності використання різноманітних приладів  та  обладнання, таких  як 
вентилятори, кондиціонери, зволожувачі, освітлювальні системи та інші. Ці 
засоби дозволяють регулювати рівень вологості, температури та освітленості  
в  приміщенні в залежності від потреб.   
Інший метод керування мікрокліматом  - це  використання спеціальних 
матеріалів для облаштування  приміщень. Наприклад, екструдований 
пінополістирол дозволяє зменшити втрати  тепла та забезпечує ефективніше 
використання енергії, необхідної для опалення. Також використовуються 
спеціальні полімерні матеріали, які дозволяють зберігати приміщення та 
захищають від шкідливого впливу зовнішніх факторів. 
Загальний огляд можливих законів керування включає: 
• Пропорційний закон  керування. Цей метод передбачає 
регулювання вихідного сигналу пропорційно  до відхилення 
вимірюваного показника від заданого значення. Такий метод 
досить простий, але не дозволяє досягнути точної сталості 
показників у режимі сталої роботи. 
• Інтегральний закон керування. Цей метод використовується для 
компенсації невеликих  похибок  пропорційного  закону.  За  
допомогою  інтегрального закону керування забезпечується 
точність регулювання, але може виникати проблема зі 
збільшенням часу на досягнення сталого режиму роботи. Закон  
при  якому  керуючий  сигнал,  що  виробляється  автоматичним 
регулятором,  дорівнює  інтегралу  від  розузгодження  в  часі. 
• Диференційний закон керування. Цей метод використовується 
для компенсації змін зовнішніх умов та динамічних перехідних 
процесів. Диференційний закон керування дозволяє швидко  
 25 
реагувати на зміни вхідного сигналу, але може призводити до 
появи коливань у вихідному сигналі. Диференціальний закон 
керування реалізується за допомогою диференціюючих ланок. 
• Комбінований закон керування. Цей метод передбачає 
використання комбінації пропорційного, інтегрального та 
диференційного законів керування з метою досягнення 
максимальної точності та  сталості роботи. 
• Оптимальне керування. Цей метод передбачає використання 
математичних методів для  знаходження оптимальних рішень в 
системах керування. Оптимальне керування дозволяє досягнути 
максимальної ефективності та точності регулювання, але вимагає 
складнішої обчислювальної техніки. 
Узагальнюючи, методи (закони) керування в залежності від параметрів 
системи та поставлених завдань можуть бути різними за ефективністю, 
складністю реалізації та точністю регулювання. 
Крім того, існують також методи керування, які використовуються для 
керування системами з нелінійними динамічними властивостями,  наприклад, 
метод зворотного зв'язку по стану, метод  в'язку по вихідному сигналу, метод 
адаптивного керування, метод нечіткого керування та інші. 
При виборі методу керування необхідно враховувати особливості 
конкретної системи та поставлені завдання, такі як точність регулювання, 
швидкість відгуку, стійкість до зовнішніх збудників та інші. Крім того, 
необхідно  враховувати складність реалізації, обмеження на обчислювальні 
ресурси та складність реалізації методу керування. 
 
 
 
 
 
 26 
1.2.2 Пропорційно-інтегрально-диференційний метод керування 
мікрокліматом. 
 
Пропорційно-інтегрально-диференційний  регуляторний метод 
керування є одним з найпоширеніших методів керування  системами, які 
мають складні динамічні характеристики.  В  контексті  керування  
мікрокліматом в спорудах, метод  дозволяє  автоматично регулювати  
температуру, вологість, освітлення та  інші  параметри мікроклімату 
відповідно до заданої точності. Наприклад система управляє величиною y(t), 
тобто виводить  величину y(t) на задане  начення ззовні r(t). На вхід ПІД-
регулятора подається  помилка e(t),  вихід  ПІД-регулятора  є  впливом  u(t),  
що  управляє,  для деякого процесу (для об'єкта управління), керуючого 
величиною y(t). (рисунок 1.3.)  [23]. 
 
 
Рис. 1.3. Система управління із зворотним зв'язком за участю 
пропорційно-інтегрально-диференційного регулятора 
 
Пропорційна складова (рисунок 1.4. a)  регулятора  забезпечує 
пропорційну залежність  виходу  системи  від  різниці  між  поточним  
значенням  та  заданим значенням. Це означає, що чим більша різниця між 
поточним значенням та заданим значенням, тим більша буде сила впливу 
пропорційної складової на вихід системи. 
 27 
Інтегральна  складова (рисунок 1.4. b)  регулятора забезпечує 
інтегруючий ефект виходу системи, тобто залежність виходу від часу 
інтегрує різницю між поточним значенням і заданим значенням. Це означає, 
що чим довше система не доходить до заданого значення, тим більшу силу 
впливу має інтегральна складова на вихід системи. 
Диференційна складова (рисунок 1.4. c) регулятора забезпечує 
диференціюючий ефект виходу системи, тобто залежність виходу від 
швидкості зміни вхідного сигналу. Це означає, що чим швидше змінюється 
вхідний сигнал, тим більша буде сила впливу диференційної складової на 
вихід системи. 
 
 
Рис. 1.4.  Вплив зміни параметрів регулятора (Kp, Ki, Kd) на перехідну 
характеристику системи 
 
 28 
Інтегруючий ефект  інтегральної складової  регулятора дуже корисний 
для керування мікрокліматом, оскільки параметри мікроклімату можуть 
змінюватись дуже повільно, і система повинна забезпечити стабільність 
параметрів на довгий час. Пропорційна складова  регулятора допомагає 
управляти моментом  зміни  параметрів  мікроклімату, тоді  як  диференційна 
складова допомагає управляти швидкістю зміни цих параметрів. 
Для того, щоб застосувати регуляторний метод в керуванні 
мікрокліматом, потрібно використовувати сенсори, які вимірюють значення 
температури, вологості, освітлення та інших параметрів мікроклімату. 
Зібрані дані передаються до регулятора, який обробляє ці  дані  та  відповідно 
до налаштувань видає сигнали керуючого пристрою, який в  свою чергу 
регулює параметри мікроклімату відповідно до заданого значення. 
Одним з найважливіших елементів регуляторного методу є зворотний 
зв'язок. Зворотний в'язок забезпечує зв'язок між сенсорами та  керуючим 
пристроєм, що дозволяє коригувати параметри мікроклімату в  реальному 
часі. Зворотний зв'язок дозволяє системі  керування  реагувати на зміни 
параметрів мікроклімату в приміщенні та  швидко коригувати роботу 
системи,  щоб забезпечити оптимальні умови. 
Пропорційно-інтегрально-диференційний регуляторний метод 
керування мікрокліматом є дуже ефективним методом, оскільки він дозволяє 
автоматично контролювати і коригувати параметри мікроклімату для 
досягнення найкращого результату з точки зору комфорту.  Проте,  для  
успішного  використання регулятора в керуванні мікрокліматом, необхідно 
мати достатньо знань про налаштування та роботу цієї системи, а також 
використовувати високоякісні сенсори та керуючі пристрої, щоб забезпечити 
стабільність та точність регулювання параметрів мікроклімату. 
У контексті керування мікрокліматом в захищених спорудах,  
Пропорційно-інтегрально-диференційний регуляторний метод може бути 
використаний для керування різними параметрами мікроклімату, такими як 
температура, вологість, освітлення, рівень CO2 та інші. 
 29 
Наприклад, для  ерування температурою можна використовувати 
сенсори температури, які будуть вимірювати температуру повітря в 
приміщенні. Регулятор буде обробляти ці дані та видавати сигнали 
керуючому пристрою, який може регулювати роботу обігрівачів або 
охолоджувачів, щоб забезпечити потрібний рівень температури. 
Для керування вологістю та рівнем  CO2 в приміщенні можна 
використовувати сенсори вологості та рівня вуглекислого газу, які будуть 
вимірювати параметри якості повітря. Регулятор буде обробляти ці  дані  та  
видавати  сигнали  керуючому  пристрою, який може регулювати  роботу 
вентиляторів, щоб забезпечити потрібний склад повітря. 
Також використання регуляторного  етоду  дозволяє знизити  витрати  
на електроенергію, яка  використовується для  управління мікрокліматом  в 
укритті, тому що система керування буде працювати більш ефективно та 
економно. 
Крім того, пропорційно-інтегрально-диференційний регуляторний 
метод може бути використаний для керування іншими  параметрами,  такими  
як  освітлення. За допомогою сенсорів освітлення, регулятор може керувати 
включенням та вимиканням ламп, щоб  абезпечити потрібний рівень світла 
для комфортного перебування людей в укритті. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 30 
Висновки  до  розділу 1 
 
Аналіз параметрів мікроклімату приміщень укриттів показує, що 
найбільш важливими факторами комфорту є температура, вологість, 
концентрація вуглекислого газу та освітленість.  
Кожен з цих показників має свій вплив на комфорт і безпеку людини. 
Вологість, хоча і важлива, має менш критичний вплив на здоров’я 
людини в порівнянні з іншими факторами. Натомість, високий рівень 
вуглекислого газу або надто низька температура можуть суттєво загрожувати 
здоров'ю і навіть життю. Освітленість важлива для забезпечення 
комфортного перебування та безпеки переміщення в укритті. 
Комбінований пропорційно-інтегрально-диференційний метод 
керування мікрокліматом в спорудах захищеного типу є ефективним 
способом забезпечення стабільного клімату, та  має свої переваги і недоліки. 
Переваги  комбінованого   методу  керування  мікрокліматом  в  
спорудах  включають: 
• гнучкість:  комбінований    метод  може  бути  настроєний  на  
виконання різних функцій, в залежності від потреб користувача. 
Він може регулювати температуру, вологість, концентрацію 
CO2 та інші параметри мікроклімату в споруді. 
•    економічність: комбінований метод може допомогти 
зменшити витрати на  опалення,  охолодження  та  інші  
енергетичні  витрати.  Він  може забезпечити ефективніше 
використання енергії та ресурсів. 
•  висока  точність:  комбінований    метод  забезпечує  високу  
точність регулювання  параметрів  мікроклімату  в  споруді  і 
дозволяє  досягнути  точності  керування  в  межах  ±0,5°C,.  Це  
забезпечує максимальну  ефективність  роботи  системи  та  
знижує  ризик  виникнення проблем.  
 31 
• забезпечує  швидкість  реагування  на  зміни  показників.  
Комбінований  метод дозволяє швидко реагувати на зміни 
внутрішніх та зовнішніх умов, що забезпечує стійкий рівень 
клімату в приміщенні. 
• можливість  автоматизації.  Комбінований    метод  може  бути  
повністю автоматизований,  що  зменшує  витрати  на  
управління  та  забезпечує оптимальні умови. 
Недоліки комбінованого методу включають: 
• складність управління: комбінований метод потребує 
налагодження та настроювання,  що  може  бути  складним  для  
користувача.  Неправильно налаштована  система  може  
призвести  до  недостатнього  контролю  над мікрокліматом в 
споруді. 
• Ризик  виникнення  помилок:  комбінований  метод  може  
викликати помилки, які можуть призвести до неправильного 
регулювання параметрів мікроклімату  в  споруді  .  Необхідно  
ретельно  усе налаштовувати. 
• Висока  складність  реалізації.  Комбінований    метод  є  досить  
складним для реалізації та вимагає високої кваліфікації фахівців. 
• Необхідність налагодження. Комбінований метод потребує 
постійного налагодження та підтримки, що може займати значну 
кількість часу та зусиль фахівців. 
 32 
РОЗДІЛ 2. ДОСЛІДЖЕННЯ ТА АНАЛІЗ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ 
МІКРОКЛІМАТОМ  ПРИМІЩЕНЬ 
 
2.1 Огляд  автоматизованих  систем  та  пристроїв для забезпечення  
контролю  за мікрокліматом 
 
З огляду на зростаючі  вимоги забезпечення цивільного захисту для 
об’єктів, на яких постійно перебуватимуть понад 50 фізичних  осіб,    
важливим стає необхідність  постійного  контролю  мікроклімату укриттів,  
де  люди  живуть, працюють або виготовляють продукцію. 
Важливо забезпечити, щоб параметри мікроклімату підтримували 
нормальний тепловий стан організму, що гармонійно поєднується із 
навколишнім середовищем, без викликання дискомфорту чи погіршення 
здоров'я під час перебування в укритті. Ці величини мають бути 
пріоритетними для забезпечення комфорту. 
Вдосконалення контролю за мікрокліматом у приміщеннях набирає все 
більшої важливості в сучасному світі. Даний момент реалізується завдяки 
автоматизованим системам, які не лише суттєво економлять енергію, а й 
забезпечують тотальний контроль, нівелюючи вплив "людського фактора" на 
мікроклімат. Сукупність засобів для  контролю клімату в укритті неможлива 
без автоматизованого управління, що забезпечує  оптимізацію використання 
кліматичного обладнання. Цим самим підвищується надійність 
функціонування системи контролю та захищає її складові від передчасного 
спрацювання і відмов під впливом різних чинників [7]. 
Автоматизована система встановлення параметрів клімату — це 
система пристроїв, що керуються та збирають інформацію для підтримки 
встановлених стандартів клімату в приміщеннях, враховуючи технологічні та 
санітарно-гігієнічні вимоги. [8]. 
Основними особливостями цієї системи є її універсальність і здатність 
до масштабування. Розроблена система може застосовуватися в будь-якому 
типі приміщень. Система також легко піддається розширенню шляхом 
 33 
додавання нових модулів та датчиків, що дозволяє покращувати контроль 
мікрокліматичних параметрів у приміщеннях різного розміру та 
призначення. 
Технологічна система для забезпечення мікроклімату в  просторі 
кількох приміщень одночасно використовує засоби та прилади, що 
застосовуються для відстеження функціональної роботи окремих складових 
елементів системи та системи в цілому[9]. 
Сучасний ринок пропонує широкий спектр систем для контролю 
мікроклімату, що використовуються в різних галузях, від житлових і 
промислових об'єктів до автомобілів і сільськогосподарських споруд. Ці 
системи охоплюють різноманітні пристрої, включаючи: 
• Термометри та термогігрометри для базового вимірювання 
температури і вологості. 
• Розумні системи управління будинком, що інтегрують численні 
датчики і автоматизують контроль кліматичних параметрів, 
забезпечуючи комфорт і енергоефективність. 
Ці пристрої і системи дозволяють ефективно контролювати параметри 
мікроклімату, забезпечуючи необхідний рівень комфорту і безпеки в різних 
середовищах. [10] 
 
2.1.1 Термогігрометр 
 
Цифрові термогігрометри стали стандартом для точного вимірювання 
температури і вологості завдяки їхній простоті та точності. Вони дозволяють 
швидко отримувати дані, що є критично важливим для підтримки 
комфортних і безпечних умов у різних середовищах. У промислових і 
адміністративних приміщеннях їх використання допомагає забезпечити 
відповідні умови праці і зменшити ризики, пов’язані з несприятливим 
мікрокліматом. 
 34 
На рисунку  2.1. відтворений функціональний вигляд термогігрометра 
Xiaomi E-ink . [12] 
Цифрові термогігрометри - це  сучасні високотехнологічні  пристрої. 
Метою створення яких була  ефективна заміна аналогових приладів. До 
основних  переваг даних пристроїв можна віднести  високу точність 
вимірювань, широкі діапазони, а також забезпечення зберігання великої  
кількості  результатів роботи.  Вони  можуть  бути  застосовані  у 
облаштуванні приміщень освітньої галузі,    та  інших  галузях  для  
контролю  та  вимірювання параметрів мікроклімату. 
 
 
 
Рис. 2.1. Цифровий  термогігрометр  Xiaomi E-ink  
 
Такі прилади можуть встановлювати допустимі діапазони температури 
та вологості і сповіщати користувача про перевищення заданих значень за 
допомогою світлових або звукових сигналів. Їх принцип роботи обумовлений 
 35 
вимірюванням та контролем окремих параметрів, і не забезпечує 
комплексноого управлінні мікрокліматом у приміщеннях. Тому ці системи не 
мають можливості управляти всією мікрокліматичною системою в разі 
потреби. 
 
2.1.2 Озонування як система контролю якості повітря 
 
У приміщеннях захисних споруд з великою кількістю людей і щільним 
розміщенням необхідно забезпечити нормалізацію мікроклімату, зокрема 
якість повітря, його дезіонізацію та знезараження для забезпечення безпеки 
при перебуванні в укритті. 
Експериментальні дослідження показали, що світлодіоди 
ультрафіолетового випромінювання можуть ефективно використовуватися 
при присутності людей, якщо їх розташувати на відстані не менше ніж 2 
метри від осіб, дотримуючись всіх вимог біологічної безпеки. Позитивні 
результати підтверджують можливість застосування цих світлодіодів для 
ефективного знезараження повітря. 
Прогресивний підхід до іонізації повітря на основі ультрафіолетового 
випромінювання має значні переваги порівняно з популярними методами 
штучної іонізації. Карденальною перевагою даного методу є швидке 
зростання рівня аероіонів обох знаків протягом декількох хвилин. На 
противагу іншим методам, цей підхід запобігає розсіюванню іонів через 
спрямований рух повітря, який переносить дрібнодисперсний пил та 
аерозолі. 
Достатня концентрація аероіонів забезпечує ефективний осад 
дрібнодисперсних аерозолей та пилу на поверхнях, де вони утримуються 
завдяки електризації. Цей метод дозволяє швидко досягти необхідного 
ефекту при невеликому енергоспоживанні, підтримуючи сховища у 
належному стані готовності навіть при їх нерегулярному використанні. 
 36 
Озонатори забезпечують лише корисні функції, що спрощують їх 
експлуатацію. Їхня досконала конструкція дозволяє легко обслуговувати 
пристрій без спеціальних інструментів. Регулярне очищення фільтра та його 
правильне встановлення забезпечують нормальну роботу агрегату. 
 
 
 
Рис. 2.2. Промисловий озонатор  компанії  "Енергомаш"  
 
Озонатори компанії "Енергомаш" (рисунок 2.2.) ефективно очищують 
повітря, предмети інтер'єру та поверхні. Завдяки озонуванню можна 
дезінфікувати квартири, медичні установи, складські приміщення та ферми. 
Цей метод популярний у різних сферах завдяки своїй високій ефективності та 
швидкості. [13] 
Статистика показує, що ефективність озонування залежить від 
концентрації озону: чим вона вища, тим більший вплив на навколишнє 
середовище. Озонатори для побутового використання призначені для 
очищення повітря в домашніх умовах, тоді як промислові озонатори 
забезпечують чистоту на підприємствах і заводах. 
У сучасний час однією з основних проблем є забезпечення чистоти в 
укриттях, де часто виявляється висока вологість, що сприяє росту 
 37 
мікроорганізмів. Особливо уразливі до забруднення приміщення, що 
взаємодіють з продуктами харчування, коли їх недостатньо регулярно 
оброблятють. 
Використання озону має суттєву перевагу: він не тільки відновлює 
повітря та очищає поверхні, але й знищує широкий спектр мікрофлори. У 
укриттях застосування озонаторів є обов'язковим для забезпечення чистоти. 
На відміну від інших методів дезінфекції, використання озону відрізняється 
тим, що його молекули швидко розпадаються на молекули активного кисню, 
та  не завдають будь-якої шкоди здоров'ю людини. 
Застосування озонування  має охоплювати всі об'єкти в приміщенні. 
Озон проникає всередину матеріалів на глибину 4 см, включаючи бетонні та 
цегляні стіни, що дозволяє ефективно знищувати внутрішні грибкові 
забруднення. Застосування озонаторів в кімнатах, де зберігаються продукти 
харчування допомагає подовжити час зберігання. Регулярне озонування 
укриттів суттєво знижує рівень мікрофлори, запобігає росту грибків. 
Виробники озонаторів виготовляють  різноманітні моделі з різною 
продуктивністю, що дає можливість  вибрати оптимальний пристрій для 
конкретного застосування. 
 
2.1.3 Система регулювання параметрів мікроклімату на  базі технології 
1-wire 
 
Однопровідний інтерфейс 1-Wire, розроблений в кінці 90-х років 
фірмою Dallas Semiconductor і регламентований розробниками для 
використання в трьох основних сферах-застосуваннях:   
• системи ідентифікації і контролю доступу (технологія iButton або 
Touch Memory);  
• програмування вбудованої пам'яті інтегральних компонентів; 
• системи автоматизації . 
 38 
Взаємодія пристроїв через однопровідний інтерфейс організована за 
принципом "веде-ведений" (master-slave). У цій системі головний пристрій 
(веде) здійснює управління, а один або кілька підлеглих пристроїв (ведені) 
відповідають на запити головного. Комунікація між кількома пристроями та 
головним пристроєм по одній двонаправленій лінії забезпечується за 
допомогою апаратних засобів. 
 
 
Рис. 2.3. Схема обміну по 1-wire інтерфейсу 
 
На рисунку 2.3. показана спрощена схема апаратної реалізації 
інтерфейсу 1- Wire. Виведення DQ пристрою є входом КМОП- елементу. 
Обмін інформацією через шинний інтерфейс 1-Wire завжди ініціюється 
одним ведучим пристроєм, який зазвичай є мікроконтролером. Для 
інтерфейсу 1-Wire передбачається можливість "гарячого" підключення та 
відключення пристроїв. Будь-яка передача даних починається з подачі 
імпульсу скидання ("Reset Pulse" або просто RESET) від ведучого пристрою 
на лінію 1-Wire. 
Після підключення до живлення, будь-який пристрій на шині видає 
імпульс присутності ("Presence Pulse"). Обмін інформацією здійснюється 
через так звані тайм-слоти: один тайм-слот відповідає передачі одного біта 
інформації. Дані передаються побайтно, починаючи з молодшого біта. Для 
 39 
забезпечення достовірності переданих або прийнятих даних 
використовується перевірка на основі циклічної контрольної суми, що 
гарантує відсутність спотворень. [14] 
Кожен пристрій 1-Wire має унікальний ідентифікаційний 64-бітовим 
номер, що програмується на етапі виробництва мікросхеми. Унікальний - це 
означає, що фірма-виробник гарантує, що не знайдеться двох мікросхем з 
однаковим ідентифікаційним номером (принаймні впродовж декількох 
десятків років при існуючих темпах виробництва).[11] 
Контроль параметрів може здійснюватися за часом, за добовим часом 
та за датчиками. Відповідно для моніторингу та складання статистики 
потрібно не лише добовий час, а повноцінна система з календарем. Важливо 
враховувати показання датчика навіть тоді коли він не використовується в 
циклі, щоб вчасно виявити несправну роботу системи. Окремою частиною 
системи можна винести створення звітів, та безпровідний контроль. Не 
завжди це має необхідність, але це спрощує роботу персоналу та допомагає 
виявити несправності та зношення датчиків, що допомагає підтримувати 
справність всієї системи. Схема на рисунку 2.3 демонструє принцип 
взаємодії контролера та керованого середовища, а саме укриття. Це 
відбувається на основі прийняття сигналів з датчиків та подання сигналів на 
підєднані пристрої. 
Мікроконтролер та пристрої, з яких збирається система забезпечення 
мікроклімату укриття завжди повинна відповідати наступним вимогам: 
• стійкість до умов в яких буде використовуватись, тобто стійкість 
до вологи, та температурних значень 
•  можливість автоматично відновлювати роботу при перепадах 
напруги  
• інформування про несправності  
• мати можливість швидкої заміни контролера в системі при 
несправності чи поломці. 
 40 
Використання мікропроцесорів у промисловому обладнанні дозволяє 
знизити вартість системи в десять разів у порівнянні з системами на 
елементах малого та середнього ступеня інтеграції, які виконують подібні 
функції. Це також призводить до значного зменшення маси, габаритних 
розмірів та енергоспоживання системи. 
Сучасний ринок пропонує широкий спектр мікроконтролерів і 
мікропроцесорних пристроїв, таких як Parallax Basic Stamp, Netmedia's BX-
24, Phidgets, MIT's Handyboard та інші. Ці пристрої мають схожу 
функціональність та спрощують користувачам програмування апаратних 
засобів, забезпечуючи простий і зручний інтерфейс без необхідності 
детального знання внутрішньої структури мікроконтролерів 
 
 
2.1.4  Мікрокомп'ютер Raspberry Pi 
 
Одноплатний мікрокомп'ютер Raspberry Pi представляє собою новий 
рівень вдосконалень у популярній серії мікрокомп'ютерів. Він відрізняється 
підвищеною швидкістю процесора, поліпшеною мультимедійною 
продуктивністю, збільшеною оперативною пам'яттю та оновленими 
мережевими можливостями, при цьому зберігаючи низький рівень 
енергоспоживання та сумісність з периферійними пристроями. Raspberry Pi 
забезпечує продуктивність на рівні базових стаціонарних рішень X86 
архітектури для кінцевого користувача. 
Ключові характеристики включають: 
• 64-розрядний чотирьохядерний процесор високої 
продуктивності. 
• Підтримка двох дисплеїв з роздільною здатністю до 4K через 
пару micro-HDMI портів. 
• Апаратне декодування відео в 4Kp60. 
• Оперативна пам'ять від 1 до 4 Гб (залежно від моделі). 
 41 
• Бездротова мережа двох діапазонів: 2,4 і 5,0 ГГц. 
• Bluetooth 5.0. 
• Gigabit Ethernet. 
• Два порти USB 3.0. 
• PoE підтримка (через окремий модуль PoE HAT). 
Модулі бездротової LAN і Bluetooth сертифіковані, що спрощує 
інтеграцію плати у кінцеві продукти, зменшуючи витрати на тестування 
відповідності стандартам та прискорюючи вихід на ринок. 
. 
 
Рис. 2.4. Одноплатний Мікрокомп'ютер Raspberry Pi 4 Model B 
 
Інтерфейс GPIO дозволяє підключати до плати Raspberry різні зовнішні 
пристрої. Операційна система Raspbian, створена на базі Linux, дає 
можливість застосовувати Raspberry як звичайний комп'ютер, що має всі 
необхідні функції. [15] 
 42 
Мініатюрні одноплатні комп'ютери розміром з банківську картку дають 
можливість керувати  практично будь-якою технікою. Цього можна досягти 
методом інтеграції датчиків, аналітики даних та автоматизованих систем, які 
коригують налаштування відповідно до попередньо визначених параметрів 
та побажань користувача. Користувачі можуть дистанційно управляти 
системою та моніторити її через смартфони або інші пристрої, що дозволяє 
налаштовувати персоналізовані параметри і забезпечує економію енергії. 
Додатково можуть бути інтегровані різноманітні дистанційні датчики, такі як 
датчики вологості або зовнішньої температури, в залежності від обставин. 
Підключення до мережі не лише розширює можливості управління, але й 
підвищує комфорт і зручність використання систем користувача,  а  також 
забезпечує можливість дистанційного обслуговування. 
Вітчизняні виробники пропонують широкий спектр рішень для 
контролю мікроклімату, від простих термостатів до складніших систем 
автоматизованого управління, які можна інтегрувати з мікрокомп'ютером 
Raspberry Pi. Імпортні системи, представлені на українському ринку, 
включають продукти відомих світових брендів. Вони забезпечують різні 
функції, такі як контроль температури, вологості, рівня CO2 та інших 
параметрів мікроклімату. Ці системи відрізняються розширеною 
функціональністю, передовими технологіями та стильним дизайном, проте 
часто є дорожчими порівняно з вітчизняними аналогами. 
 
2.2 Дослідження проблеми ефективності енергозбереження при  
управлінні мікрокліматом   
 
Сьогодні важливо знижувати енерговитрати в приміщеннях закритого 
типу. Значна частина витрат пов'язана з підтриманням мікрокліматичних 
параметрів, які необхідно постійно контролювати та підтримувати в строго 
визначених межах, оскільки навіть незначні відхилення можуть призвести до 
негативних наслідків. 
 43 
Основним завданням є виявлення і запобігання негативним наслідкам 
внутрішніх і зовнішніх загроз шляхом забезпечення постійної готовності 
системи керування. Це дозволяє оперативно реагувати на навіть незначні 
зміни параметрів мікроклімату в приміщеннях 
Тепловтрати є важливим фактором, який впливає на параметри 
мікроклімату укриття, такі як температура повітря,  вологість. Найбільшу 
проблему представляють тепловтрати через високу неоднорідність. Таким 
чином в різних зонах укриття перепади температури можуть досягати 
декількох градусів. Тепловтрати на пряму залежать від матеріалу з якого 
побудовано стіни укриття, та від заглиблення.  
У  зв’язку  з  подорожчанням  електроенергії перед  сучасними  
укриттями поставлена  найскладніша  задача  їх  переобладнання з  метою  
підвищення  продуктивності  та ефективності роботи електрообладнання.  
Тому,  враховуючи  складність  процесу  оптимізації  мікроклімату,  
зумовлену  наявністю  багатьох збурюючих  впливів  і  необхідністю  
безперервного контролю й управління об’єктом, ефективне функціонування  
таких  систем  можливо  лише  в разі їх автоматизації [26 ]. 
Ефективний  метод  забезпечення  параметрів  мікроклімату  та 
ефективної  вентиляції  побудований на  використанні  механічної  системи  
вентиляції  з рекуперацією  тепла.  Даний  тип  вентиляції  застосовує  
припливно -витяжні  установки  із  тепловою  рекуперацією,  припливних  та  
витяжних повітропроводів та повітрозабірних пристроїв. Ця система 
забезпечує регулярний обмін повітря в закритих приміщеннях. На відміну від 
традиційних вентиляційних систем, блок рекуперації має компактні розміри і 
може бути  швидко  встановлений  на  зовнішню  стіну. 
Термін "рекуперація" відноситься до процесу повернення та 
повторного використання енергії, витраченої під час вентиляційних процесів. 
Це включає обмін тепловою енергією між припливним і витяжним 
повітрям.[25] 
 44 
Наприклад, у зимовий період повітря, що надходить з вулиці, може 
бути на рівні -40 градусів. Відповідно до нормативів воно має бути підігріте 
до +20 градусів перед тим, як потрапити в приміщення. В той час як тепле 
забруднене повітря з температурою приблизно +20 або +22 градуси 
видаляється з приміщення через витяжну систему. 
Щоб забезпечити ефективність та економію енергії в системах 
припливно-витяжної вентиляції, рекомендується використовувати 
рекуператори. Рекуператор або теплообмінник служить для утилізації тепла 
витяжних газів. Перш ніж витяжне повітря буде викинуте на вулицю, 
рекуператор забирає з нього тепло, яке потім використовується для підігріву 
припливного повітря в холодну пору року. Це дозволяє зекономити до 90% 
енергії, що витрачається на нагрів зовнішнього холодного повітря. 
При проходженні через рекуператор припливне повітря практично не 
перемішується з витяжним, оскільки потоки відділені тонкими пластинами. 
Різниця температур між повітрям що надходить і видаляється реалізує 
тепловий обмін через стінки теплообмінника, при цьому тепле відпрацьоване 
повітря передає тепло холодному припливному повітрю. Рекуператори здатні 
підігрівати припливне повітря від 14°C до 20°C, залежно від зовнішньої 
температури. Ефективність рекуператора визначається його коефіцієнтом 
корисної дії (ККД), який показує, який відсоток тепла може бути вилучено 
рекуператором з віддаляємого з приміщення повітря. 
Коефіцієнт корисної дії (ККД) рекуператорів може коливатися в межах 
від 30% до 95%, і його ефективність залежить від конструкції та додаткових 
елементів, таких як калорифер. Калорифер, який може бути водяним або 
електричним, забезпечує додатковий підігрів припливного повітря до 
потрібних параметрів. 
Серед різновидів рекуператорів важливе місце займають пластинчасті 
рекуператори (рисунок 2.5), що часто використовуються в системах 
припливно-витяжної вентиляції для зниження витрат на обігрів припливного 
повітря. Основою цих пристроїв є пластинчастий перехресно-потоковий 
 45 
рекуператор, який складається з пакета тонких металевих пластин, листів 
пластику або спеціально обробленої целюлози. Між пластинами 
залишаються проміжки, через які проходить повітря. 
Відпрацьоване повітря з приміщення проходить кожним другим 
проміжком між пластинами, а свіже повітря – через інші. Завдяки такій 
конструкції, тепло передається від теплого витяжного повітря до холодного 
припливного, забезпечуючи економію енергії. Рекуператори з целюлози 
мають додаткову властивість вирівнювати концентрацію водяної пари між 
припливним і витяжним повітрям, що дозволяє регулювати рівень вологості 
в приміщенні, покращуючи мікроклімат. 
. 
 
 
Рис. 2.5. Пластинчатий рекуператор 
 
Використання припливно-витяжних установок з перехресно-потоковим 
рекуператором дійсно забезпечує високу ефективність в умовах помірних 
температур, але може зіткнутися з проблемами при температурі зовнішнього 
повітря від -3 до -8 °C через утворення льоду між пластинами рекуператора. 
Для вирішення цієї проблеми часто використовуються електронагрівачі або 
обвідні канали (байпаси), які допомагають уникнути обмерзання і 
підтримувати ефективність системи. 
Роторні рекуператори (рисунок 2.6.) представляють собою ще один 
ефективний варіант для систем припливно-витяжної вентиляції. Вони 
 46 
функціонують за принципом обертання ротора, який складається з плоских і 
гофрованих стрічок, що формують відкриті канали для повітря. Коли ротор 
обертається, він переміщується між припливним і витяжним потоками 
повітря, відбираючи тепло з гарячого повітря і передаючи його холодному 
потоку. Це забезпечує високий рівень теплообміну і дозволяє досягти 
ефективності в межах 80-85%, що робить роторні рекуператори дуже 
ефективними для підтримки енергетичної ефективності системи вентиляції. 
Таким чином, обидва типи рекуператорів мають свої переваги і 
обмеження, і вибір між ними залежить від конкретних умов експлуатації та 
вимог до енергетичної ефективності. 
 
 
 
Рис. 2.6. Роторний рекуператор 
 
Вентиляційні  установки з роторним рекуператором характеризуються 
високою ефективністю енергозбереження, завдяки здатності 
використовувати тепло витяжного повітря для підігріву припливного. Це 
дозволяє зменшити потребу в додатковому підігріванні, особливо в регіонах 
з помірним кліматом, таких як південна та центральна частина України. 
 47 
У таких умовах, де приватні будинки обладнані індивідуальним 
опаленням з надлишковим теплом, роторні рекуператори можуть працювати 
без стандартного повітронагрівача. Автоматизовані системи управління 
регулюють подачу припливного повітря, що дозволяє оптимально 
використовувати енергію і підтримувати комфортний мікроклімат без зайвих 
витрат. 
Це підкреслює важливість застосування систем вентиляції з 
рекуперацією тепла як ефективного методу для зниження енергетичних 
витрат і забезпечення сталого енергоспоживання.[27] 
Для підвищення ефективності енергозбереження автоматизовані 
системи управління мікрокліматом можуть регулювати опалення, 
охолодження та вентиляцію відповідно до фактичного використання 
приміщення. Встановлення датчиків руху для контролю температури та 
освітленості в періоди активного використання та простою допоможе 
зменшити витрати електроенергії на освітлення та обігрів, сприяючи 
оптимізації використання енергії і покращенню управління мікрокліматом. 
Використання мікропроцесорів та мікрокомпютерів у складі  
промислового  обладнання  забезпечує  зниження на порядок їх вартості в 
порівнянні із системами на елементах малого й середнього ступеня 
інтеграції, які реалізують аналогічні функції. Одночасно досягається різке 
зменшення маси й габаритних розмірів, а також енергоспоживання системи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 48 
Висновки до розділу 2 
 
Описані системи і пристрої призначені для контролю та підтримки 
кліматичних параметрів у приміщеннях. Однак не всі з них здатні 
регулювати ці параметри або управляти умовами для забезпечення комфорту. 
Наприклад, термогігрометри надають лише інформацію про величину 
параметрів без можливості втручання в оточуюче середовище. 
Системи, що використовують штучний інтелект, часто базуються на 
апріорних моделях, які можуть не повністю відповідати реальності і мають 
функції, не завжди корисні для приміщень укриттів. Оптимальним рішенням 
є система, яка не тільки збирає інформацію про параметри повітря, рівень 
освітленості та рівень концентрації вуглекислого газу, але й постійно 
контролює ці параметри. Дана система повинна постійно моніторити та 
надавати інформацію оператору про стан середовища, а також регулювати 
освітленість в залежності від наявності людей у приміщенні. Управління 
освітленням і обігрівом також сприяє зниженню використання електроенергії 
та зменшенню споживання інших ресурсів. 
Таким чином, вирішення питання енергозбереження в системах 
управління мікрокліматом є важливим аспектом для підвищення 
ефективності та комфорту у приміщеннях. 
 
 49 
РОЗДІЛ 3. РОЗРОБКА ТА ПРОЕКТУВАННЯ ТЕХНІЧНИХ 
СКЛАДОВИХ СИСТЕМИ   
 
Систему контролю мікроклімату в приміщенні неможливо розробити 
без автоматизованого управління. Такі системи забезпечують оптимізацію 
роботи кліматичного обладнання, знижуючи енергоспоживання за рахунок 
ефективного регулювання використання електроенергії. Окрім цього, 
автоматизація підвищує надійність кліматичної системи та захищає її 
компоненти від передчасного зносу або поломок під впливом різних 
факторів. 
Раціональне  енергоспоживання в системах контролю мікроклімату 
передбачає оптимізацію використання енергоефективного обладнання і 
технологій енергозбереження для обробки повітря. Також важливими є 
організаційні заходи, такі як автоматичне регулювання температури 
протягом часу доби, періодичне включення опалення, охолодження та 
вентиляції. Встановлення датчиків присутності людей для контролю 
температури та освітлення дозволяє значно знизити енергоспоживання для 
освітлення та опалення приміщень. 
Автоматизована система контролю стану параметрів повітря, регулює 
температуру, вологість і рівень вуглекислого газу, шляхом управління 
відповідними пристроями. Вона вмикає вентиляцію, системи обігріву та 
кондиціонування повітря, а також освітлення різних зон приміщення залежно 
від потреб. Основна мета цієї системи — забезпечення енергоефективності 
через оптимальне використання освітлення та обігріву. Крім того, система 
автоматично знижує температуру та вимикає опалення тоді коли приміщення 
порожнє, підтримуючи мінімальний рівень тепла, що значно скорочує 
витрати на енергію для освітлення та опалення. [16]. 
 
 
 
 50 
3.1 Проєктування структурної  схеми 
 
Для проєктування структурної схеми автоматизованої системи 
контролю мікроклімату, основні компоненти повинні охоплювати наступні 
елементи: 
1. Датчики: 
• Температури (внутрішнього та зовнішнього повітря) 
• Вологості 
• Рівня CO2 
• Освітленості 
• Датчики присутності (руху) 
2. Контролер (центральний блок управління) для обробки даних з 
датчиків і управління виконавчими пристроями і виконання 
функцій обробки сигналів і виконання алгоритмів управління. 
3. Виконавчі пристрої: 
• Системи обігріву/кондиціонування (радіатори, конвектори, 
кондиціонери) 
• Системи вентиляції (вентилятори, рекуператори) 
• Освітлювальні прилади (світильники з можливістю 
димування або вимкнення) 
4.  Комунікаційні модулі. Провідні або безпровідні протоколи для 
передачі даних між датчиками, контролером і виконавчими пристроями (Wi-
Fi, ZigBee, Bluetooth, Ethernet). 
5.  Інтерфейс користувача: 
• Додаток або веб-інтерфейс для моніторингу та ручного 
керування системою з мобільного пристрою або комп'ютера. 
• Інформаційні панелі для відображення параметрів мікроклімату 
та стану системи. 
6.  Блок живлення для  забезпечення живлення всіх компонентів 
системи. 
 51 
 
Опис процесів: 
• Датчики передають дані про температуру, вологість, рівень CO2 і 
освітленість до контролера. 
• Контролер аналізує отримані дані та на основі заданих 
алгоритмів приймає рішення щодо управління виконавчими 
пристроями. 
Система контролю мікроклімату реалізована на базі мікроконтролера, 
який взаємодіє з кількома сенсорами для моніторингу ключових параметрів 
мікроклімату в приміщенні. 
Якщо приміщення зайняте (згідно з даними датчика присутності), 
система автоматично підтримує комфортний мікроклімат і необхідний рівень 
освітленості. 
Якщо приміщення порожнє, система автоматично знижує температуру, 
відключає освітлення та зменшує роботу обігрівачів для економії енергії.[17]. 
Контроль параметрів мікроклімату реалізований через керувальний 
пристрій, що взаємодіє з додатковими блоками для регулювання ключових 
параметрів: 
• Температура: 
Керувальний пристрій контролює заслінку на радіаторі обігрівача, що 
відповідає за нагрівання повітря в холодний період. Це дозволяє 
підтримувати оптимальну температуру в приміщенні, змінюючи 
інтенсивність нагрівання залежно від потреб. 
• Вологість і вентиляція: 
Реле для вентиляції керує подачею свіжого повітря в приміщення. Це 
допомагає не тільки зменшувати рівень вуглекислого газу, але й 
підтримувати оптимальну вологість повітря. Вентиляція активується або 
інтенсивність її роботи змінюється залежно від виміряних показників СО2 та 
вологості. 
 52 
• Освітлення: 
Освітлення регулюється відповідно до рівня природного світла, 
вимірюваного фоторезистором, та присутності людей у приміщенні. Це 
допомагає зменшити витрати на електроенергію шляхом автоматичного 
вимкнення світла у відсутність людей. 
Ця система керує параметрами мікроклімату в режимі реального часу, 
підтримуючи комфортні умови та економлячи енергію. 
Для відображення параметрів мікроклімату та повідомлень система має 
включати екран, який показує оператору інформацію з датчиків у зручному 
форматі. Основні функції екрана: 
1. Відображення поточних параметрів: 
• Температура повітря 
• Вологість 
• Освітленість 
• Концентрація CO2 
2. Візуалізація рівня CO2: 
Рівень вуглекислого газу показується у форматі: 
• Сприятливий (низька концентрація, комфортний рівень) 
• Помірний (підвищена концентрація, необхідність вентиляції) 
• Небезпечний (висока концентрація, необхідна негайна 
вентиляція) 
3. Повідомлення для оператора: 
• Попередження про перевищення критичних параметрів (CO2, 
температура) 
• Стан роботи системи вентиляції, обігріву та освітлення 
• Інформація про присутність або відсутність людей у приміщенні 
Екран також дозволяє оператору швидко оцінювати стан мікроклімату 
та приймати рішення щодо налаштувань системи. 
Принципова структура схеми: 
• Датчики → Контролер → Виконавчі пристрої 
 53 
• Інтерфейс користувача ↔ Контролер 
• Живлення → Всі компоненти 
Це забезпечить гнучку, енергоефективну систему, здатну до 
автоматизованого управління параметрами мікроклімату на основі реальних 
даних і потреб користувачів. 
 
3.2  Проєктування функціональної схеми  автоматизації та опис 
елементів. 
 
Функціональна схема відображає ключові процеси, які відбуваються в 
різних компонентах системи контролю клімату. Її основна мета — показати, 
як відбуваються перетворення даних і якими елементами керується кожен 
процес. 
У цій системі клімат-контролю здійснюється безперервний моніторинг 
таких параметрів, як температура, вологість, освітленість і концентрація 
CO2. Дані, отримані від відповідних сенсорів, передаються на головний 
керуючий пристрій, який їх обробляє, порівнює з безпечними значеннями і 
виводить результати на екран у зручному для користувача форматі. Якщо 
значення будь-якого параметра виходять за допустимі межі, система 
автоматично сповіщає оператора, активуючи звукову чи візуальну 
сигналізацію, а також пропонує відповідні дії. 
Крім автоматичних дій, оператор може самостійно коригувати 
налаштування системи через клавіатуру. У випадках перевищення безпечних 
меж, система не тільки сигналізує, але й надає пояснення про причину 
перевищення і можливі варіанти його усунення. [18]. 
Кожен елемент системи має строго визначені функції і відповідні 
входи/виходи для забезпечення коректної роботи. Така функціональна схема 
будується на основі структурної схеми для кожного блоку системи, з яких 
формується загальна схема об’єкта. 
 54 
Це забезпечує ефективну координацію всіх компонентів системи та 
дозволяє підтримувати стабільний мікроклімат у приміщенні відповідно до 
заданих параметрів. 
Система контролю клімату регулює температуру в приміщенні шляхом 
управління кількістю тепла, що надходить через теплову мережу. Для цього 
на радіаторах опалення встановлені електричні заслінки, які забезпечують 
точний контроль теплопостачання. 
Ці електричні заслінки працюють за командою головного контролера, 
що заснований на мікроконтролері. Коли система виявляє зміни в 
температурі, отримані з датчика, мікроконтролер надсилає сигнали для 
відкриття або закриття заслінок. Таким чином, регулюється подача тепла до 
приміщення, щоб підтримувати комфортний мікроклімат відповідно до 
встановлених параметрів. 
Це рішення дозволяє автоматизувати управління теплом і оптимізувати 
енерговитрати, зберігаючи при цьому стабільну температуру в приміщенні. 
На  рисунку 3.1  зображена  функціональна  схема  автоматизації 
опалення у системі контролю клімату для приміщень. Заслінки, що 
корегують надходження тепла з теплової мережі на радіатор опалення, 
позначені цифрами 1.1 та 1.3 на функціональній схемі. Датчики температури 
позначені як TE1.7 та TE1.11,  а датчики вологості повітря - ME1.5 та  ME1.9. 
Значення параметра вологості повітря, отримані від датчиків 
(наприклад, BME280), передаються до мікроконтролера через інтерфейс I2C. 
Мікроконтролер аналізує ці дані і порівнює їх з встановленими межами 
комфортності. 
Аналогічно, значення параметра температури надходять до 
мікроконтролера від температурних датчиків. Мікроконтролер, обробивши ці 
дані, приймає рішення щодо необхідності регулювання температури в 
приміщенні. 
Керуючі впливи, що надходять до управляючих модулів (зокрема, 
заслінок радіаторів), генеруються мікроконтролером. У разі потреби 
 55 
збільшення або зменшення подачі тепла до приміщення, мікроконтролер 
надсилає сигнали до модулів заслінок, відкриваючи або закриваючи їх для 
регулювання теплопостачання. 
Цей процес забезпечує автоматизоване підтримання оптимальних 
мікрокліматичних параметрів у приміщенні. 
4o 
 
 
Рис. 3.1. Функціональна схема автоматизації опалення у системі 
кліматконтролю  приміщень 
 
У системі клімат-контролю для регулювання вологості повітря 
використовуються твердотілі реле, які керують увімкненням та вимкненням 
зволожувачів. Головний керуючий пристрій — мікроконтролер — через ці 
реле регулює роботу зволожувачів залежно від рівня вологості, отриманого з 
відповідних датчиків. 
На функціональній схемі автоматизації освітлення та зволоження 
повітря, твердотілі реле для зволожувачів позначені номерами 2.1. та 2.3. 
Датчики освітлення позначені RE2.5 та RE2.9, а датчики концентрації 
вуглекислого газу — QE2.7 та QE2.11. 
 56 
Керуючий вплив від мікроконтролера на твердотілі реле, що 
регулюють зволожувачі, позначено цифрами 7 та 8 (рисунок 3.2.). Значення 
параметра освітленості, які надходять до мікроконтролера від датчиків 
освітленості, позначені цифрами 9 та 11. Дані про концентрацію 
вуглекислого газу, отримані з датчиків, надходять до мікроконтролера і 
позначені цифрами 10 та 12. 
Така структура забезпечує точний контроль над освітленням, 
концентрацією CO2 і вологістю повітря в приміщенні, дозволяючи системі 
автоматично підтримувати комфортні умови для користувачів. 
 
 
Рис. 3.2. Функціональна схема автоматизації зволоження повітря та 
освітлення приміщення у  складі системи кліматконтролю 
 
 57 
На функціональній схемі автоматизації вентиляції приміщення 
(рисунок 3.3.) у системі клімат-контролю після отримання даних від датчиків 
вуглекислого газу мікроконтролер проводить порівняння отриманих 
показників із заздалегідь встановленими межами. У разі перевищення 
допустимих рівнів концентрації СО2 мікроконтролер надсилає керуючий 
сигнал на мотори вентиляторів. 
Цей сигнал активує вентилятори для примусової вентиляції 
приміщення, що сприяє оновленню повітря та зниженню концентрації 
вуглекислого газу до безпечного рівня. Система працює в автоматичному 
режимі для забезпечення комфортного та безпечного мікроклімату в 
приміщенні без потреби у втручанні оператора. 
 
 
 
Рис. 3.3. Функціональна схема автоматизації вентиляції приміщення у 
складі системи клімат-контролю 
 
Ця функціональна схема демонструє, що система вентиляції 
складається з двох вентиляторів і відповідних їм моторів, які керують рухом 
повітря в приміщенні. Вентилятор В1 і мотор М1 відповідають за подачу 
 58 
свіжого повітря всередину приміщення, тоді як вентилятор В2 і мотор М2 
відводять відпрацьоване повітря назовні. 
Для забезпечення належного повітрообміну використовуються датчики 
тиску, розташовані в трубах. Вони контролюють тиск повітря як на вході, так 
і на виході з приміщення, що дозволяє системі коригувати роботу 
вентиляторів відповідно до умов у приміщенні та підтримувати оптимальні 
параметри повітряного середовища. 
Це рішення забезпечує ефективний повітрообмін, сприяючи підтримці 
здорового мікроклімату та чистоти повітря в приміщенні. 
 
3.3 Підбір компонентів системи 
 
На етапі підбору елементів для системи було обрано мікроконтролер 
ATmega328, встановлений на платі Arduino Nano V3, як головний керуючий 
пристрій. Цей мікроконтролер має достатню кількість цифрових входів і 
виходів для збору даних від різних сенсорів та їх обробки. На основі 
отриманої інформації він керує периферійними модулями, такими як 
вентиляція, освітлення, та системи обігріву. 
Крім цього, мікроконтролер передає оброблену інформацію з 
датчиків на екран комп'ютера оператора за допомогою перетворювача 
UART/ETHERNET, що дозволяє віддалено контролювати параметри 
мікроклімату та своєчасно реагувати на їх зміни. 
На  рисунку  3.4. зображено загальний  вигляд  мікроконтролера  
ATmega328,  що  розміщений  на  платі Arduino  Nano  V3. [19] 
Живлення  плати  можна  забезпечити  двома  способами,  через  
підключення  до комп'ютера  за  допомогою  mini-USB,  або  використовуючи  
зовнішнє  джерело живлення з напругою від 5 до 20 В, з низьким рівнем 
пульсацій. 
 
 59 
 
Рис. 3.4. Зовнішній вигляд Arduino Nano V3  
 
В  обраній  моделі  платформи  мікроконтроллера,  зовнішнє  джерело  
живлення стабілізується за допомогою схеми LM1117IMPX-5.0, що 
забезпечує напругу 5 В. Але при підключенні через кабель від комп'ютера, 
підключення до стабілізатора відбувається за допомогою діода Шотткі. 
 
Таблиця 3.1. 
Технічні характеристики Arduino Nano V3 
Живлення, В 5 
Кількість цифрових пінів 14 
Кількість цифрових пінів ШІМ 6 
Кількість аналогових пінів 8 
Максимальний струм цифрового виходу, мА 40 
Кількість Flash пам’яті, Кб 32 
Кількість EEPROM пам’яті, Кб 1 
Кількість ОЗУ, Кб 2 
Частота, МГц 16 
Розміри, мм 19*42 
Вага, гр 7 
 
 
 60 
На  платі  Arduino  Nano  доступні  кілька  пристроїв  для  з'єднання  з 
комп'ютерами,  іншими  пристроями  Arduino  або  мікроконтролерами. 
Мікропроцесори  ATmega168  і  ATmega328  підтримують  послідовний  
інтерфейс TTL UART 5V, використовуючи виводи RX та TX. Для 
підключення до комп'ютера за допомогою USB використовується мікросхема 
FTDI FT232RL-IC, а в програмі Arduino вбудовані драйвери FTDI, які 
дозволяють створити віртуальний COM-порт на  комп'ютері.  Послідовна  
шина  програми  Arduino  дозволяє  передавати  та отримувати дані у 
текстовому форматі. Світлодіоди RX і TX на платі світитимуться під  час  
передачі  даних  через  чіп  FTDI  або  по  USB-з'єднанню.  Крім  того, 
мікропроцесори ATmega168 і ATmega328 підтримують інтерфейси I2C (TWI) 
і SPI. В Arduino включена бібліотека Wire, яка спрощує використання шини 
I2C. 
 
3.3.1 Вибір датчиків вимірювання температури та вологості  повітря   
 
Для  вимірювання  температури,  вологості  та  тиску  повітря  в  
системі використовується комбінований мікродатчик BME280, що є 
останньою розробкою компанії Bosch (рисунок 3.5.) [20]. 
 
 
Рис. 3.5. Мікродатчик температури, вологості і тиску BME280  
 61 
Датчик  BME280,  розроблений  компанією  Bosch,  є  комбінованим 
мікродатчиком,  який  забезпечує  вимірювання  температури,  вологості  та  
тиску повітря з високою точністю та надійністю. Цей датчик є результатом 
передових технологій і досліджень у галузі сенсорної електроніки. 
Вимірювання  температури  здійснюється  за  допомогою  вбудованого 
терморезистора з високою стабільністю і точністю. Вологість повітря 
визначається шляхом  вимірювання  зміни  електричного  опору  
вологопоглинувального матеріалу.  Для  вимірювання  атмосферного  тиску  
використовується  принцип п'єзорезистивної технології, де зміна 
електричного опору п'єзорезистора залежить від внутрішнього тиску. 
 
Таблиця 3.2.  
Технічні характеристики мікродатчика BME280 
В DD діапазон основної напруги живлення, В 1,71 – 3,6 
В DDIO діапазон інтерфейсу напруги живлення, В 1,2 – 3,6 
Струм при вологості і температурі,  мА 1,8 
Струм при тиску і температурі, мА 2,8 
Струм при вологості, тиску і температурі, мА 3,6 
Струм в сплячому режимі, мА 0,1 
Робочий діапазон температур, ° С від -40 до +85 
Діапазон вологості,  % 0-100 
Діапазон тиску,  Па 300-1100 
Розміри, мм 2,5*2,5*0,93 
Вага, гр 10 
Цифровий інтерфейс I²C \ SPI, МГц до 3,4\ до 10 
Гістерезис, с 1 
 
Основними  характеристиками  датчика  BME280  є  його  висока  
точність вимірювань. Температура вимірюється з точністю до ±1°C,  
вологість  -  до ±3%, а атмосферний  тиск  -  до  ±1  hPa.  Широкий  робочий  
 62 
діапазон  датчика  включає температуру від  -40°C до +85°C, вологість від 0% 
до 100% та тиск від 300 hPa до 1100  hPa.  Для  забезпечення  зручної  
інтеграції,  датчик  BME280  підтримує інтерфейси  зв'язку  I2C  та  SPI,  що  
дозволяє  його  легко  інтегрувати  з  різними мікроконтролерами  та  
мікропроцесорами.  Крім  того,  датчик  має  вбудований апаратний фільтр, 
який знижує вплив зовнішніх шумів на точність вимірювань. 
Завдяки  своїм  передовим  характеристикам  та  надійності,  датчик  
BME280 заслуговує  на  широке  застосування  у  вимірювальних  системах,  
дослідженнях повітряного середовища та інженерних проектах, де 
вимагається висока точність та стабільність вимірювань параметрів повітря. 
 
 
3.3.2 Вибір  газоаналізатора рівня вуглекислого газу     
 
Для вимірювання концентрації вуглекислого газу в системі контролю 
мікроклімату можна використовувати датчик Winsen MH-Z19B. Він 
забезпечує точні показники концентрації вуглекислого газу в повітрі та 
підключається до мікроконтролера через інтерфейс UART, що дозволяє 
ефективно передавати дані для подальшої обробки. 
На рисунку 3.6 показано загальний вигляд датчика MH-Z19B, який 
використовується для вимірювання концентрації CO2, що є важливим для 
контролю якості повітря в приміщенні та підтримки оптимального 
мікроклімату. 
Газоаналізатор  MH-Z19B  використовує  інфрачервоний  датчик 
недисперсійного  типу (NDIR), який є спеціальним цифровим датчиком 
компактних розмірів.  Принцип  виявлення  наявності  CO2  в  повітрі  
базується  на  високій селективності, незалежності від рівня кисню та 
довготривалому функціонуванні. Датчик  має  вбудовану  температурну  
компенсацію  і  надає  вихідні  дані  через інтерфейс  UART  та  сигнал  
ШИМ.  Інфрачервоний  газовий  датчик  MH -Z19B використовує  
 63 
технологію  поглинання  інфрачервоного  випромінювання  для виявлення 
газу. [21] 
 
 
Рис. 3.6.  Газоаналізатор MH-Z19B  
 
Газоаналізатор MH-Z19B Gas Sensor є оптичним інфрачервоним 
датчиком, який  призначений для контролю та вимірювання концентрації 
вуглекислого газу (CO2) в повітрі. Модуль має два виходи даних  -  
послідовний UART-інтерфейс та ШИМ-сигнал. Логічний рівень інтерфейсів 
становить 3.3 В, але вони сумісні з 5 -вольтовою логікою. 
Датчик MH-Z19B має два доступні діапазони вимірювання: 0-2000 або 
0-5000 ppm. Вибір потрібного діапазону здійснюється програмно через 
UART-інтерфейс. У датчику вбудована термокомпенсація, що дозволяє йому 
працювати в широкому температурному діапазоні від 0 °C до +50 °C з 
мінімальними похибками. 
При використанні датчика CO2 MH-Z19B важливо враховувати його 
певну інерцію в показаннях. Якщо концентрація вуглекислого газу 
змінюється, датчику знадобиться приблизно одна хвилина, щоб відобразити 
правильні значення. Крім того, слід зазначити, що після включення датчика 
потрібно приблизно три хвилини для його попередньої підготовки до роботи. 
Протягом цього періоду показники концентрації CO2 не можна вважати 
достовірними, оскільки вони значно відрізняються від реальних значень. 
 64 
 
Таблиця 3.3. 
Технічні характеристики мікродатчика MH-Z19B 
Живлення, В 4.4 - 5.5 
Струм навантаження, мА 60 
Вихідні сигнали   UART\PWM 
Діапазон вимірювань, ppm 0 - 5000 
Діапазон робочих температур, °C від 0 до +50 
Розміри, мм 33x20x9 
 
 
3.3.3 Вибір  датчика  руху   
 
Для стабільної та ефективної роботи системи управління освітленням 
було обрано інфрачервоний датчик руху HC-SR501 (рисунок 3.7.), який 
сумісний з Arduino та іншими мікроконтролерами. Цей датчик може 
виявляти рух людей або домашніх тварин на відстані до 7 метрів, причому 
діапазон може бути налаштований відповідно до потреб системи. 
HC-SR501 має два контакти для живлення (+5 В і земля) та один 
цифровий вихід, який передає дані про присутність об'єктів. У разі 
відсутності перешкод на виході буде високий рівень сигналу (3,3 В), а при 
виявленні руху сигнал змінюється на низький рівень (0 В). 
Якщо перемичка встановлена в положення H, то на виході буде 
високий рівень весь час, поки датчик буде вловлювати рух, якщо в стан L, то 
стан виходу буде переключатися з високого на низький і назад приблизно раз 
в секунду.  
 
 65 
 
Рис. 3.7. Інфрачервоний датчик руху HC-SR501 
Інфрачервоний датчик руху HC-SR501 має один інтерфейс для 
підключення до мікроконтролера. Це 3-х контактний штирьовий інтерфейс 
для підключення до мікроконтролера.  Контакти: OUT (вихідний сигнал) – 
контакт обміну даними між датчиком і микроконтроллером; VCC – напруга 
живлення; GND – загальний контакт.[22] 
Таблиця 3.4. 
Технічні характеристики мікродатчика HC-SR501 
Дальність виявлення, м 0-7 
Кут спрацювання, градусів 110 
Напруга живлення, В 4,5-12 
Вихідна напруга логічного рівня, В 0-3,3 
Споживаний струм, мА 65 
Робочі температури, С -20 - +50 
Розміри, мм 32*24 
 
Описані раніше датчики є каліброваними та оснащені внутрішньою 
системою термостабілізації, що сприяє їх легкій інтеграції в систему 
контролю мікроклімату. Ці датчики забезпечують точне вимірювання таких 
параметрів, як температура, вологість, рівень CO2, а також освітленість, і є 
ключовими компонентами інформаційної частини автоматизованої системи 
управління мікрокліматом. 
 66 
Модулі управління, які отримують керуючі сигнали від головного 
керуючого пристрою (мікроконтролера), включають в себе: 
• Модуль електричної заслінки на радіаторі обігрівача — для 
керування потоком тепла в приміщенні. 
• Пристрій дистанційного управління кондиціонером — дозволяє 
автоматизувати охолодження або підігрівання повітря. 
• Модулі вмикання вентиляторів — регулюють подачу свіжого 
повітря та відведення відпрацьованого. 
 Для керування цими модулями використовуються твердотілі реле, які 
здатні забезпечити надійне перемикання високонавантажених ділянок 
системи при низькій напрузі на керуючих клемах. Це дозволяє безпечно 
керувати обладнанням з високим енергоспоживанням, таким як електричні 
обігрівачі, вентилятори та кондиціонери. 
Інформація від датчиків виводиться на екран для оператора, а також 
надається можливість внесення змін до налаштувань системи через інтерфейс 
UART/Ethernet. Для живлення всієї системи використовується AC/DC 
перетворювач на 5В 10Вт, що забезпечує стабільне живлення для всіх 
компонентів. [24] 
 
3.4 Проєктування    електричної принципової схеми 
 
Рекомендую використовувати мікроконтролер ATmega328, 
розташований на платі Arduino Nano V3, як основний пристрій. 
Мікроконтролер виконує вбудовану програму і відповідає за отримання та 
обробку інформації про стан повітря та рівень освітленості. Цю інформацію 
він передає на екран оператора через перетворювач UART/ETHERNET. Крім 
того, мікроконтролер управляє елементами системи, які відповідають за 
освітлення, вологість, опалення, кондиціонування та вентиляцію. [23]. 
Відповідно до функціональної схеми та підібраних компонентів 
аппаратної частини, створено електричну принципову схему системи 
 67 
представлена на рисунку 3.8 Схема  отримує  живлення за рахунок   напруги  
220В,  що  знижується  до  +5В  за  допомогою  перетворювача  AC/DC.  Ця  
напруга  забезпечує функціонування мікроконтролера,  датчиків  вологості  
та  температури. Ультрачервоний  датчик  МН-Z19B  використовується  для  
контролю  рівня СО2  і  має  можливість  калібрування.  Датчик  BME280  
відслідковує  вологість  та температуру  повітря. 
Згідно з розрахунками споживаної потужності, живлення системи 
забезпечується промисловим блоком живлення напругами 12В та 5В з 
функцією резервного живлення від акумуляторної батареї. ADD-155A (рис. 
3.9.) [22]   
 
 
Рис. 3.8. Електрична принципова схема системи керування 
мікрокліматом 
 
 68 
 
Рис. 3.9.  Блок живлення ADD-155A  
 
 
3.5 Способи  покращення  ефективності  системи  за  рахунок  
врахування індивідуальних вимог   користувача  . 
 
Для покращення роботи системи управління мікрокліматом і 
досягнення оптимальних результатів можна впровадити індивідуальний 
підхід до кожного користувача. Це забезпечить підвищення ефективності та 
комфортності системи. Ось кілька способів, як це можна реалізувати: 
1. Персоналізовані налаштування клімату: 
Індивідуальні профілі: Створення профілів для кожного користувача, 
що дозволяє зберігати їхні уподобання щодо температури, вологості та 
освітленості. Система може автоматично налаштовувати параметри 
відповідно до профілю, коли користувач заходить у приміщення. 
Модульне управління: Впровадження модулів управління для різних 
зон в одному приміщенні, що дозволяє регулювати умови в кожній зоні 
відповідно до індивідуальних потреб. 
2. Динамічне адаптування: 
• Збір даних про поведінку: Аналіз даних про час 
перебування користувачів у приміщеннях, їх активність і 
вподобання. На основі цих даних система може 
 69 
прогнозувати потреби і автоматично коригувати 
параметри. 
• Адаптивні алгоритми: Використання алгоритмів 
машинного навчання для адаптації системи до змінюваних 
умов і поведінки користувачів, що дозволяє підвищити 
ефективність і комфорт. 
3. Інтерактивний інтерфейс: 
• Мобільний додаток: Розробка мобільного додатку або веб-
інтерфейсу для управління системою, який дозволяє 
користувачам вносити зміни у свої налаштування з будь-якої 
точки. 
• Інтуїтивний інтерфейс: Створення зручного інтерфейсу для 
управління системою, який дозволяє користувачам легко 
коригувати параметри без складних налаштувань. 
4. Інтеграція з іншими системами: 
• Синхронізація з календарем: Інтеграція з календарем або 
розкладом користувача для автоматичного коригування 
параметрів в залежності від запланованих подій або часу. 
• Системи "розумного дому": Інтеграція з іншими системами 
"розумного дому" для координації роботи різних пристроїв і 
оптимізації енергоспоживання. 
5. Реакція на екстрені ситуації: 
• Попередження і сповіщення: Система може автоматично 
надсилати сповіщення про відхилення від оптимальних 
параметрів або про потенційні проблеми, що дозволяє 
користувачам швидко реагувати на зміни. 
• Аварійне управління: Впровадження механізмів автоматичного 
реагування на критичні ситуації, такі як перевищення 
допустимих рівнів CO2 або відсутність тепла в морозний період. 
 70 
Застосування цих підходів дозволить підвищити ефективність роботи 
системи, забезпечити максимальний комфорт користувачів та оптимізувати 
використання ресурсів. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 71 
Висновки до розділу 3 
 
У цьому розділі розглянуто рекомендації для розробки структурної, 
функціональної та принципової електричної схем, а також обґрунтування 
вибору елементів функціональної схеми та компонентів системи. Структурна 
схема повинна відображати загальну архітектуру системи, зокрема, як різні 
компоненти взаємодіють між собою. Функціональна схема описує 
функціональні блоки системи та їх взаємодію для досягнення цілей контролю 
мікроклімату, а  принципова електрична схема показує деталі електричних 
з'єднань і компонентів системи 
Для основного керування системою контролю мікроклімату обрано 
мікроконтролер ATmega328 на платі Arduino Nano V3. Цей мікроконтролер 
забезпечує достатню кількість цифрових входів і виходів для обробки даних 
від різних датчиків і керування периферійними модулями. 
Для вимірювання температури і вологості використано датчик BME280 
з інтерфейсом I2C. Цей датчик вибрано через його точність і простоту 
інтеграції в систему. 
Щоб зменшити споживання енергії і скористатися додатковими 
функціями, обрано датчик концентрації вуглекислого газу Winsen MH-Z19. 
Даний датчик забезпечує ефективний моніторинг концентрації CO2 і 
відповідає вимогам системи. 
Для вимірювання рівня освітленості використовується інфрачервоний 
датчик руху HC-SR501. Цей датчик допоможе контролювати освітлення в 
залежності від присутності людей у приміщенні. 
Проект  розроблений  з  урахуванням  економічних  факторів.  
Використовуються  бюджетні  рішення,  передові  технології  та  раціональне  
використання ресурсів. Це дозволило забезпечити оптимальну вартість 
проекту і  зробити його економічно доцільним. 
Ключовим аспектом є забезпечення зворотного зв'язку з користувачем, 
що дозволяє оперативно змінювати налаштувань системи. З метою 
 72 
підвищення комфорту користувачів важливо створити базу даних, яка 
дозволить системі пропонувати шаблонні налаштування з врахуванням 
зовнішніх умов. Це дозволить користувачам швидко адаптувати систему до 
їхніх потреб без потреби в детальному налаштуванні кожного параметра 
вручну. 
 
 73 
ВИСНОВКИ 
 
В даній роботі обґрунтувано методи, принципи та підходи для 
побудови систем моніторингу та контролю параметрів досягнення рівня 
комфортності мікроклімату укриттів з урахуванням потреб суспільства під 
час війскового стану. 
Наукова новизна полягає в  вирішенні автором поставлених задач та 
отриманні таких результатів: 
- вперше проведенно критичний аналіз розроблених методів, принципів 
та підходів щодо контролю параметрів мікроклімату у відповідності до 
вимог, які висуваються до систем забезпечення комфорту та в 
розв’язанні актуальної наукової проблеми побудови національної 
системи цивільного захисту в контексті розробки практичного 
забезпечення захисних споруд технічними пристроями управління 
елементами укриття; 
- вперше вибрані та обґрунтуванні механізми та інструменти для 
контролю параметрів комфортності мікроклімату шляхом 
експериментальної валідації, що дозволило визначити ефективність та 
продуктивність алгоритмів у реальних умовах та дало змогу отримати 
порівняльні показники з існуючими системами. 
Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що значна 
частина запропонованих технічних рішень логічно доведена до рівня 
конкретних пропозицій, що можна впроваджувати в практичну діяльність. 
Проект  розроблений  з  урахуванням  економічних  факторів.  
Використовуються  бюджетні  рішення,  передові  технології  та  раціональне  
використання ресурсів. Це дозволило забезпечити оптимальну вартість 
проекту і  зробити його економічно доцільним. 
 
 
 74 
ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 
 
1.  Діордієв  В.Т.,  Кашкарьов  А.О.,  Діордієв  О.О.  Автоматизована  
система  моніторингу  та  керування мікрокліматом. Матеріали науково-
технічної конференції студентів та магістрантів. Науковий вісник 
ТДАТУ.Мелітополь, 2018..  
2.  ДСТУ  ISO  14644-1:2009  Чисті  приміщення  та  пов`язані  з  ними  
контрольовані  середовища.  Частина  1.  Класифікація  чистоти повітря (ІSO 
14644-1:2009, ІDT) 
3.   Шмельов  Ю.М.,  Волканін  Є.Є.,  Заливча  І.В.,  Гаврилюк  Ю.М. 
Автоматизація опалення житлових приміщень з метою зниження 
енерговитрат.  Вісник  Херсонського  національного  технічного 
університету. №1(68). Херсон. 2019  
4.  ISO 7730:2005 (2005). Ergonomics of the thermal environment —
Analytical  determination  and  interpretation  of  thermal  comfort  using 
calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria. 
11.2005. 
5.  Усольцев В.А. Вимірювання вологості повітря. К. : 
Гідрометеовидання, 1959. 
6.  ДБН В.2.5-28:2018 Природне і штучне освітлення, 2018 
7.   Коркін  Л.Р.,  Давидовский  О.С.,    Пилинович  Л.П., Яшин  К.Д.  
Інжиніринг  автоматизованої  системи  моніторингу мікроклімату приміщень. 
BIG DATA and Advanced Analytics. BIG DATA і аналіз  найвищого рівня  : 
матеріали VII науч.-практ. конф.,  Львів,  2020. 
8.  Букієвський  С.О.  Інтелектуальна  система  клімат-контролю 
виробничого  приміщення.  URL: 
http://ir.lib.vntu.edu.ua/handle/123456789/26181 
9.  Бородін  І.Ф.,  Неділько  Н.М.  Автоматизація  технологічних 
процесів.– К.: Агропромвидання, 1986. 
 75 
10.   Лещинський О. Л., Іщенко А. О. Використання нейромереж у  
процесі  інтелектуального  (кластерного)  аналізу  даних.  Економіка  і 
суспільство. 2017. № 11. С. 
11.  Лукінюк М.В. Автоматизація типових технологічних процесів: 
Технологічні обєкти керування та схеми автоматизації._К.: НТУУ, 2018 
12.   Офіційна документація цифрового  термогігрометра  Xiaomi E-ink 
URL: https://touch.com.ua/item/datchik-temperatury-i-vlazhnosti-xiaomi-mijia-e-
ink-mho-c201/?srslti 
13.  Офіційна документація промислового озонатора  компанії  
"Енергомаш" URL.: https://energomash.in.ua/ua/g16866908 
14.   Jack R. Smith. Programming the PIC Microcontroller with 
MBASIC. — Newnes, 2005. 
15.  Barnes  R.  Raspberry Pi. The Complete Manual /  Russell Barnes  -  
Imagine  Publishing Ltd, 2014. 
16.  Беркут  А.І.,  Рульнов  А.А.  Автоматичний контроль технологічних 
параметрів. К.: КДСУ, 2004. 
17.  Левченко  Ю.Н.,  Голубєв  Л.П.,  Пипиленко  Ю.Н.,  Дроменко  В.Б. 
Розробка мікропроцесорної системи контролю і моніторингу вологості в 
приміщенні. Технології та дизайн : журнал №4, 2017 
18.  Меклер  В.Я.,  Раввін  Л.С.  Автоматичне регулювання 
санітарнотехнічних і вентиляційних систем. пер. с англ., К.:  
Агропромвидання,  1992. 
19.  Arduino Nano V3.0 [Електронний ресурс] // arduino.  –  2019.  –  
[Цит. 2024,  24 жовтня]  Режим  доступу  до  ресурсу: 
https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoNano. 
20.    BME  280  Digital  humidity  and  temperature  sensor  [Електронний  
ресурс]  //  Bosch  BST-BME280-DS002-15.  –  2018.  –  [Цит.  2024,  25  
жовтня]  Режим доступу  до  ресурсу:  
https://www.boschsensortec.com/media/boschsensortec/downloads/datasheets/bst-
bme280-ds002.pdf. 
 76 
21.    Intelligent  Infrared  CO2  Module  (Model:  MH-Z19B)  
[Електронний  ресурс]  //  Zhengzhou  Winsen  Electronics  Technology  Co.,  
Ltd  ISO9001  certificated  company.  –  2016.  –  [Цит.  2024,  26  жовтня]    
Режим  доступу  до  ресурсу: https://www.winsen-sensor.com/d/files/infrared-
gas-sensor/mh-z19b-co2-ver1_0.pdf. 
22.    Датчик освітлення  [Електронний ресурс] // smarthof.  –  2021.  –  
[Цит. 20241,  25  жовтня]  Режим  доступу  до  ресурсу:  
https://www.smarthof.ua/info/datchikosveshheniya%20/. 
23.   Іванов  А.  О.  Теорія  автоматичного  керування:  Підручник.  — 
Дніпропетровськ: Національний гірничий університет. — 2003. 
24.  Столяров  В.Г.,  Голубев  Л.П.  Автоматизированное  удаленное 
управление  устройствами  при  помощи  Ардуино.  Технології  та  дизайн  :  
журнал №4,  2016. URL: http://nbuv/gov/ua/UJRN/td_2016_4_12 
25.  Рекуператор // Термінологічний словник-довідник з будівництва та 
архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; 
за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. 
26. ISO 7730:2005 (2005). Ergonomics of the thermal environment —
Analytical  determination  and  interpretation  of  thermal  comfort  using 
calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria. 
11.2005. 
27.  Кэйс В. М., Лондон А. Л., Компактные теплообменники, пер. с 
англ., 2 изд., К., 1987 
28.  Datasheet ADD-155A [Електронний ресурс] // Mean Well 
International Co. Ltd.  –  2014.  –  [Цит.  2024,  20  жовтня]    Режим  доступу  
до  ресурсу: https://www.sea.com.ua/producer/mean-well-international-co-ltd/.
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
