🐬 🤟🏻 📏 Hackeando condicionadores de ar portáteis 👨🏾‍🎓 🎐 ☺️

Em abril de 2020, comprei um par de condicionadores de ar para exteriores EdgeStar AP14001HS porque pensei que passaria a maior parte do meu verão dentro de casa. Em casa, não posso instalar ar condicionado de janela, embora sejam uma escolha óbvia em termos de eficiência, porque todas as peças de aquecimento ficam do lado de fora.

Modelos semelhantes

A julgar pelas fotos da Internet, os seguintes aparelhos de ar condicionado têm um design semelhante:

EdgeStar AP14001HS
Whynter ARC-14S
Whynter ARC-14SH
Whynter ARC-141BG
Whynter ARC-143MX

Não posso dizer o quão semelhantes eles são, mas o conteúdo deste artigo pode se aplicar a eles também.

Lacunas de ar

Eu queria comprar um ar condicionado de duto duplo porque os modelos de duto único são termodinamicamente subótimos. Soprar ar quente da janela cria pressão negativa na sala, devido à qual o ar de fora é sugado de volta por várias rachaduras. Em teoria, os modelos de duto duplo eliminam esse problema ao resfriar o condensador com ar externo, que é então ventilado novamente.

Porém, ao verificar os dutos de entrada e saída do AP14001HS, constatou-se que o volume de ar que passa pelo duto de entrada é muito menor, ou seja, o ar deve entrar na câmara do condensador vindo da sala, e também se mover entre a sala e a rua com o ventilador desligado. Existem dois lugares principais onde isso acontece:

1. Na junção da parte inferior da caixa com a frente:

Cobri com fita adesiva:

2. Atrás, sob o filtro de ar:

Para cobrir este orifício, cortei um retângulo de 436 mm x 98 mm de uma folha de ABS de 1/16 "(1,5 mm) . Uma caixa de aveia de papelão funcionaria como um protótipo. No geral, o material deve ser bastante fino, mas resistente o suficiente para permanecer achatado. Quando

o compressor está funcionando, o plástico é atraído para a parte de trás e, de outra forma, para a frente, então um pedaço de fita adesiva ou fita adesiva permitirá que

você o segure no lugar. Chave de fenda Phillips de 12 '' para M3.5-M5 ), será possível colocar fita adesiva nas aberturas do duto / fio interno, mas não sei o quanto são importantes.

Não vai queimar?

Essas modificações têm como objetivo aumentar a temperatura do compartimento do condensador, o que pode reduzir a vida útil de alguns componentes, mas não tenho ideia de quais e de quanto. Pelo menos eu tenho algumas provas de que essa não é uma ideia tão ruim:

1. Eu perguntei ao suporte técnico do EdgeStar sobre como vedar a lacuna inferior:

[]

EdgeStar AP14001HS , , . , . . , . , - ? , , .

[ EdgeStar]

, ,

EdgeStar.

.

, . , .

[]

. , , , , .

AP14001HS :

(ASHRAE) 14000 BTU (4,1 *)

(SACC) 8600 BTU (2,5 *) ( 38% )

, « » SACC:

https://support.edgestar.com/hc/en-us/articles/115005480926-What-is-SACC-Seasonally-Adjusted-Cooling-Capacity

( ) ?

[ EdgeStar]

, ,

.

. , SACC . . .

, , , . SACC, .

2. Um usuário no fórum de produtores relatou que o Whynter ARC-143MX é capaz de ser selado o suficiente para manter uma alta atmosfera de CO2. Não está claro no texto quanto tempo funcionou, mas o tópico foi aberto há 4 anos, e seu autor não escreveu nada sobre falhas de equipamentos.

Portanto, não se pode dizer que não há perigo de danificar o dispositivo, mas pelo menos alguém já tentou isso.

Depois de isolar essas lacunas, senti que mais ar entra pelo duto de entrada e, quando ele é bloqueado por um breve momento, menos ar começa a fluir da saída.

Afaste-se, vou fazer ciência

Para testar essas modificações, instalei o ar condicionado em um armário de 1,5 m² bastante isolado. Inicialmente a temperatura estava em torno de 72 ° F (22 ° C), ajustando o ar condicionado para 61 ° F (16 ° C) (mínimo), liguei e esperei cerca de 3 minutos até o ventilador desligar.

O experimento foi repetido três vezes na configuração de fábrica (linhas vermelhas), três vezes com vãos fechados (linhas azuis) e, finalmente, duas vezes no “modo de duto único” (linhas pretas) em que a sucção era realizada diretamente do espaço do gabinete. Registrei a temperatura com o fone apontado para o termômetro, no qual a foto foi iniciada pelo aplicativo Open Camera, repetida a cada 10 segundos:

Não acho que esse circuito seja confiável o suficiente para calcular a eficiência absoluta, mas está claro que a configuração de gap fechado é melhor para resfriamento e o modo de duto único é terrível.

Ranzinza

Acho vergonhoso que os fabricantes de condicionadores de ar de piso sejam tão descuidados com a eficiência, que pode ser melhorada com a ajuda de simples utensílios domésticos. Isso me lembra da indústria de fontes de alimentação de computadores antes do lançamento do 80 Plus, quando tudo era uma droga e ninguém sabia o que comprar. Por que toda a inovação está concentrada em projetos de ar condicionado de duto único?

Lugares como a área da baía de São Francisco estão cheios de apartamentos e quartos que gradualmente se tornam inutilizáveis conforme a temperatura aumenta, então seria ótimo se as pessoas pudessem comprar um produto decente.

Provavelmente conhece suas coisas http://www.climax-air.com/porque esta empresa produz (pelo menos em 2020) o único ar condicionado de chão com dupla conduta e compressor de velocidade variável. Mas só descobri no site porque seus produtos são muito escassos. Talvez eu preste atenção neles novamente quando o EdgeStar falhar.

Imagens de instalação no gabinete

(O segundo AP14001HS, visto no espelho, foi usado para definir a temperatura ambiente.)

Informações da sala

Cada dispositivo consome cerca de 10,5 A, por isso é importante determinar quais disjuntores estão conectados a quais tomadas para não conectar o dispositivo a um circuito com outros dispositivos com alto consumo de corrente, como forno de micro-ondas ou chaleira elétrica. Idealmente, eles também devem estar em extremidades opostas da máquina principal. Até agora, não tive problemas para conectar o dispositivo a um circuito de 15 A junto com uma geladeira ou computador.

Em um dia em que a temperatura máxima atinge 95 ° F (35 ° C), dois condicionadores de ar sempre ligados podem manter uma temperatura de 850 sq. pés (78 metros quadrados) aproximadamente 75 ° F (24 ° C). Com base no meu termômetro infravermelho, o teto é muito mais quente do que as paredes, então pode valer a pena melhorar o isolamento do sótão.

Pretendo ligá-los no inverno para aquecimento, embora usem menos energia do que os aquecedores resistivos de rodapé, mas o tempo dirá o quanto isso é verdade.

A falha desse esquema é que minhas janelas estão bloqueadas / lacradas, então não posso abri-las à noite, quando o ar externo está mais frio. Seria bom ter um modo de ventilação automático para este caso. No entanto, o ar condicionado resfriado por ar frio expele um ar ainda mais frio, portanto, não precisa funcionar nesse estado por muito tempo.

Hackers mais simples

Este aparelho sopra o ar interno principalmente para cima. Abri a caixa e removi o refletor embutido, substituindo-o por um Frost King HD9. Ele cria um fluxo de ar aproximadamente horizontal, e o dispositivo parece um pouco mais silencioso devido à falta dessas placas extras.

(Nota na foto: eu colei os LEDs para escurecê-los e um pedaço de espuma sobrou de um experimento de isolamento acústico abandonado usando cola semipermanente.)

Esses dutos podem ser isolados com uma manga de tubo de algodão de 6 ". Após 5 minutos de corrida com duas camadas de algodão, obtive 122 ° F (50 ° C) no duto e 102 ° F (38 ° C) na superfície do tecido. Não é o melhor material de isolamento, mas é barato, fácil de usar e bastante adequado.

Você pode abrir o filtro de ar do aquecedor padrão e cortar uma parte em zigue-zague para encaixar na estrutura de plástico do duto de entrada. Deve-se observar que isso restringirá o fluxo de ar, portanto, faz sentido aumentar a velocidade do ventilador. Depois de tirar essa foto, aumentei um pouco a densidade:

Insonorização

Para manter o dispositivo silencioso, primeiro embrulhei-o em um edredom, preso com fita adesiva. Os dutos de ar não permitem que nada bloqueie a entrada de ar ambiente. Aqui está o meu protótipo para um "burrito condicionador":

Depois de operar a unidade por várias horas a 90 ° F (32 ° C) do lado de fora, a parte mais quente sob o cobertor estava em torno de 94 ° F (34 ° C), então parece que a unidade está indo muito bem com o resfriamento.

Para criar a versão aprimorada, usei vinil carregado em massa (MLV) envolto em um cobertor de algodão com velcro preso com grampos.

Aqui estão os custos de material aproximados para os dois acessórios:

Role MLV 1 psi 4 pés x 12,5 pés: $ 110
Dois edredons duplos de algodão (66 x 90 polegadas): $ 50
Múltiplas jardas de velcro de 2 polegadas: $ 10
9/16 '' grampos (Bostitch BTHT73533): $ 4

Usei os seguintes tamanhos:

Cortei a MLV no tamanho certo usando uma fita métrica, um esquadro, um lápis e uma tesoura. Ao cortar os cantos inferiores, deixamos espaço para o cabo de alimentação. Os lados têm comprimentos diferentes porque o cabo de alimentação está descentralizado.

Os fechos de velcro são fixados na parte superior e lateral (os fechos correspondentes são colados ao ar condicionado com uma pistola de cola) para que o "burrito" possa ser preso pelas pontas.

Fotos de Burritos do MLV:

No final das contas, o MLV reduziu o ruído do compressor, mas o ruído do ventilador ainda é bastante alto. Não sei o quanto o "envoltório" de algodão ajuda a reduzir o som refletido, mas pelo menos fica mais bonito assim do que com vinil puro.

Passei muito tempo prendendo e dobrando centenas de grampos. Acho que vale a pena recomendar a uma pessoa sã que fique com minha solução inicial com manta dobrada e fita adesiva, porque leva apenas alguns minutos e o MLV não é muito melhor.

Controle de rede

Eu conectei um microcontrolador ESP32 aos terminais “relé do compressor estágio 1” (Y1) e “válvula de mudança da bomba de calor” (O) do termostato Nest, cuja saída de “calor auxiliar” controla o relé do aquecedor da placa de base. (Eu verifiquei que o Nest pode ligá-lo individualmente, mas o tempo dirá se ele pode lidar com dois métodos de aquecimento no inverno.)

Cada saída de relé 24VAC alimenta os pinos de entrada do optoacoplador SFH620AGB através de um resistor de 10K (24V / 10K ohms irá ser alimentado aos LEDs optoacopladores de vários mA). O optoacoplador é compatível com GPIO no modo INPUT_PULLUP

e usa software para limpar o sinal. Peguei essa ideia emprestada de um post no StackExchange , embora 24VAC seja menos intimidante do que 120-240VAC.

No lado do ar condicionado, eu controlo um LED infravermelho padrão por meio de um resistor de 150 ohms usando uma função sendRaw()

do IRremoteESP8266 .

Cortei a caneta esferográfica ao meio, pintei-a de preto e fixei-a sobre os LEDs de indicação de modo, e o fotodiodo INL-3APD80 detectará as mudanças de brilho quando os modos forem alternados. Parece que o fotodiodo funciona melhor no modo fotovoltaico com o ânodo conectado à entrada do ADC e o cátodo conectado ao GND. Eu faço uma leitura a cada 50μs e faço a média dos valores acima de 1000ms (20.000 amostras) para obter um sinal limpo. Ao adicionar um capacitor em paralelo com o fotodiodo, o tempo de estabilização é reduzido; 10nF parece ser um bom equilíbrio entre ruído e tempo de resposta, reduzindo o tempo de leitura para 100-200ms.

A justificativa para conectar um ar condicionado externo ao Nest é a seguinte:

Os recursos inteligentes usuais que a Nest oferece
-
/ , , 60-70

Estou interceptando os códigos do console usando o mode2

pacote LIRC que transmite a marca / espaço-tempo em microssegundos, que é compatível com a função mencionada acima sendRaw()

.

Foi realizada a engenharia reversa do protocolo IR: todas as marcas têm o mesmo comprimento e os dados são codificados em espaços. Eles parecem ter 32 bits por pacote, alinhados como [id, ~id, code, ~code]

. Eu tentei todos os 256 códigos, tentando encontrar funções não documentadas como "definir energia para X" ou "definir modo para X", mas, infelizmente, eles eram todos duplicados dos 6 botões padrão, então saber o protocolo é quase desnecessário.

Aqui estão os códigos JSON IR simplificadosirrp.py

(Eu experimentei originalmente pigpio

em um Raspberry Pi.)

Este algoritmo permite que o ESP32 detecte a condição do ar condicionado na inicialização às cegas:

Amostrando o brilho do fotodiodo
Enviando POWER
Se o brilho aumentou, significa que ligamos algo, então transmitimos POWER novamente
Agora sabemos que o dispositivo está desligado
Enviamos 4 vezes MODE, lendo o brilho após cada transmissão
Marcamos o modo mais brilhante como COOL (porque este LED está mais próximo do fotodiodo)
Marcamos todos os outros modos em sua ordem em relação ao COOL

É possível sincronizar a velocidade do ventilador executando DESUMIDIFICAR por um curto período (este modo faz com que o ventilador mude para o modo BAIXO), mas decidi não fazer isso e apenas deixar o usuário selecionar a velocidade do ventilador.

Encontrei os seguintes bugs específicos do AP14001HS:

Não é possível alternar os modos de forma confiável enquanto a energia está ligada, porque, por exemplo, ao alternar na ordem COOL-> DESUMIDIFICAR-> VENTILADOR, às vezes o modo intermediário (DESUMIDIFICAR) é ligado, mesmo se o sinal IR for aplicado o mais rápido possível. Então eu tive que mudar o compressor para inativo enviando TEMP UP em vez de mudar para FAN.
(OFF), MODE-MODE-POWER , , , . 1000 MODE POWER.
«» , 0-2 . , , - F->C->F .
, IR- ; .
IR- 1200 , . , , «1».

É possível definir uma temperatura específica enviando comandos PARA BAIXO para atingir o valor mínimo, seguidos de comandos PARA CIMA para aumentar até a temperatura desejada. Em teoria, o controlador sempre usa 16C para resfriamento e 32C para inativo, mas eu prefiro 18C-27C porque leva apenas 9 cliques (ruído mais curto) e o usuário pode definir manualmente o ponto de resfriamento para evitar que a pequena sala fique muito fria. O ajuste manual só é possível no modo Celsius devido a um bug de conversão de temperatura, por isso é muito inconveniente que o ar condicionado retorne a Fahrenheit quando a energia é desligada. O melhor que descobri é enviar comandos UP suficientes para inicializar o modo de resfriamento para atingir o valor máximo em Fahrenheit,e para o modo de aquecimento - o mesmo com os comandos PARA BAIXO. Quaisquer alterações após este ponto serão contadas em graus Celsius, portanto a temperatura nunca ficará baixa o suficiente para esfriar ou alta o suficiente para aquecer até que o usuário alterne para o modo Celsius e reinicie o ESP32. Em outras palavras, é melhor deixá-lo nunca funciona, do que funciona de alguma forma .

Fotos do controlador

Não consegui encontrar uma caixa com as dimensões corretas, então cortei alguns retângulos de ABS com uma faca de escritório, fixei-os com parafusos M3 de 5 mm e 12 mm com montantes de 18 mm e espaçadores de 5 mm.

Usei um Proto Advantage SBB206 PCB. Ele se encaixa perfeitamente em uma placa ESP32 com 15 fileiras de pinos, embora fosse melhor se a placa fosse um pino mais estreito. Fazendo orifícios nos trilhos de energia, componentes polivalentes podem ser instalados neles.

Fotodiodo e dongles IR são conectados aos conectores 22AWG MTA-100. Em vez de uma ferramenta especializada de $ 35, usei uma pequena chave de fenda.

É assim que o controlador se conecta ao AP14001HS:

Imagens do termostato / relé

Caixa de relé 24VAC com resistores de 10K e optoacopladores:

Invólucro Bud Industries CU-387 com Vigortronix VTX-146-030-212. O transformador converte 120 VCA (enrolamentos paralelos) em cerca de 30 VCA ou 208 VCA (enrolamentos em série) em cerca de 25 VCA. Tornei áspero o plástico com lixa e pinos M3 de epóxi 6mm; com sorte, ele vai segurar com força o suficiente.

Para fixar os condutores 24VAC, peguei vários blocos de terminais de parafuso de 3,5 mm (TE 1776275-6), dobrei os contatos para os lados e os soldei na forma de um barramento. Metal nu envolto com fita adesiva.

É assim que a caixa do termostato completa se parece, incluindo a fonte de alimentação de 24 VCA a 5 VCC na parte inferior. Decidi usar o MicroUSB para não esquecer de desligar antes de reprogramar.

A back box originalmente continha um termostato 208VAC para aquecimento do rodapé. Eu adicionei um relé Schneider Electric 92S7A22D-24 com fio branco que a Nest define como "aquecimento auxiliar". Na verdade, um relé e um transformador são os únicos componentes necessários para usar o Nest como um termostato alimentado pela rede elétrica.