Системи зволоження повітря і їх розрахунок

Згідно з нормативами в приміщеннях з постійним перебуванням людей необхідно підтримувати не тільки певну температуру, але і вологість. Знижена вологість сприяє накопиченню статичної електрики на металевих предметах. Підвищена - також неприємна і веде до відчуття задухи і випадання конденсату на поверхнях.

1-2 - ізотермічний зволоження,
1-3 - адіабатне (ізоентальпійное) зволоження

Вологість підтримується спеціальними пристроями - увлажнителями. Вони діляться на два принципово різних типи, що відрізняються методом зволоження, - воно може бути адіабатне (ізоентальпійное) або ізотермічний (рис. 1, лінії 1-3 і 1-2 відповідно).

Адіабатне (ізоентальпійное) зволоження

Адіабатне зволоження є процес самого звичайного випаровування води в навколишнє середовище. Саме так з часом випаровується вода в склянці, зникають калюжі на дорогах ...

Рушійною силою процесу випаровування є різниця парціальних тисків водяної пари над поверхнею води (де воно велике і практично дорівнює тиску насиченої пари) і в навколишньому повітрі (де воно нижче, причому тим нижче, чим сухіше повітря).

Ефективність адиабатного зволоження залежить від площі вологій поверхні і швидкості обдуває її повітря. Тому елементи, з яких відбувається випаровування в використовують цей метод увлажнителях, являють собою або матерчаті або паперові касети, або пластикові диски, по яких стікає вода. Ці елементи вбудовують в повітропровід або обдувають окремим вентилятором.

З фізичної точки зору відбувається наступне: потік повітря поглинає вологу, перетворюючи її на водяну пару. Процес перетворення води в пару вимагає величезної кількості енергії. Цю енергію повітря віддає воді, внаслідок чого охолоджується. Загальна ж енергія системи (ентальпія) практично незмінна, тому процес називається ізоентальпійним (адіабатних).

На Id-діаграмі цей процес зображується прямою лінією вздовж ізоентальпи вправо вниз (рис. 1).

Адіабатний метод зволоження застосовується в випарних, що розщеплюють і ультразвукових увлажнителях.

Ізотермічне зволоження - це процес змішування водяної пари з потоком повітря.

Завданням зволожувача є підготовка пара з води, але на цей раз енергія, необхідна для перетворення рідини в газ, береться не з повітря, а з електромережі. В результаті температура повітря при зволоженні практично не змінюється (тому метод і називається ізотермічним), а рахунок на електроенергію викликає легке здивування, адже установка продуктивністю всього 1 л / год споживає 700 Вт, а зволоження квартири взимку вимагає близько 3 кВт.

На Id-діаграмі лінія процесу спрямована уздовж ізотерми вправо (рис. 1).

Ізотермічний метод зволоження застосовується в нагрівальних, інфрачервоних і електродних увлажнителях.

З точки зору термінології зазначимо, що ізотермічні зволожувачі часто називають Парозволожувач, так як вони в ході своєї роботи генерують пар. У свою чергу, адіабатні зволожувачі називати Парозволожувач не можна.

Розглянемо докладніше кожен із згаданих типів зволожувачів:

У випарних увлажнителях вода подається на спеціальну поверхню (як правило, паперову або пластикову), що обдувається повітрям. При обдувании волога поступово випаровується, тим самим зволожуючи повітря.

Розщеплюють зволожувачі використовують стиснене повітря або водяний насос високого тиску для розщеплення води на дрібні частинки, які направляються в потік повітря і легко випаровуються.

Це найсучасніший тип зволожувачів (рис. 3). Тут використовується спеціальна мембрана, яка вібрує з високою частотою. Вода, яка потрапляє на мембрану, миттєво розпорошується і перетворюється в хмару з мікрочастинок. Повітря, що проходить через цю хмару, ефективно поглинає вологу.

Відзначимо, що для останніх двох типів зволожувачів необхідна чиста вода, щоб уникнути забруднення повітря домішками. Багато виробників, прагнучи зробити розщеплюють і ультразвукові зволожувачі максимально безпечними для людини, оснащують їх рядом функцій, які вирішують цю проблему.

Плюси, мінуси і сфери застосування

Як вже було сказано, основною відмінністю адиабатного зволоження від ізотермічного є те, що в першому випадку на випаровування води витрачається енергія повітряного потоку, внаслідок чого він охолоджується, а в другому випадку використовується електроенергія з мережі. Отже, там, де охолодження повітря невигідно, необхідно використовувати ізотермічний зволоження.

Наприклад, взимку в припливної вентиляції квартири, офісу або адміністративної будівлі повітря, що забирається з вулиці, в абсолютній величині містить мало води, а тому після нагрівання його вологість становить всього 10-15%. Зволоження тільки що нагрітого повітря адіабатних методом охолодить його і зажадає чергового нагріву, що ускладнює систему. Тому в цьому випадку рекомендується використовувати ізотермічні зволожувачі.

У той же час влітку зовнішнє повітря з температурою 28 ° C і вологістю 35% за допомогою побутового або канального адиабатного зволожувача може бути охолоджений до цілком комфортної температури 23 ° C при вологості 60%. Тут слід зазначити, що зволоження після 60% хоча і призводить до подальшого зниження температури повітря, але не рекомендується, так як висока вологість викликає відчуття задухи і дискомфорту.

Ще одна сфера застосування адіабатних зволожувачів - охолодження повітря, що надходить в конденсатор, для подальшого максимально можливого зниження температури конденсації в холодильному контурі.

Така необхідність виникає в спекотні дні і несе в собі відразу кілька переваг. По-перше, це дозволяє уникнути аварії холодильної установки по високому тиску. По-друге, зниження температури конденсації на 1 ° C збільшує холодильну потужність на 3%. Нарешті, якщо адіабатне охолодження повітря для конденсатора було закладено на стадії проектування установки, то це дозволить заощадити на капітальних вкладеннях: потрібно менш потужний конденсатор або драйкулери.

Дана система може використовуватися в конденсаторах чиллерів, в компресорно-конденсаторних блоках, внесених конденсаторах, а також в драйкулери та інших охолоджувачах робочої речовини (води, розчину гліколю, холодоагенту) зовнішнім повітрям.

Ізотермічне зволоження в припливної системі вентиляції

Мал. 4. Загальна схема установки Парозволожувач в систему припливної вентиляції

У припливних системах вентиляції для малих і середніх об'єктів використовується, як правило, ізотермічний зволоження. При цьому зволожувач може монтуватися окремо (зазвичай на стіну) або вбудовуватися в повітропровід.

У першому випадку зволожувач ніяк не пов'язаний з вентиляцією і працює повністю автономно, самостійно генеруючи необхідну кількість пара за допомогою регулювання споживаної потужності, створюючи повітряний потік, в який вводиться пар, вбудованими вентиляторами.

У другому випадку зволожувач безпосередньо зав'язаний на роботу припливної системи вентиляції, і пар розпорошується в повітропровід, рух повітря в якому забезпечено припливним вентилятором. Відповідно, при відключенні вентиляції повинно бути передбачене відключення зволожувача (як правило, у зволожувачів є відповідні контакти).

Подача пара в припливний повітропровід здійснюється за допомогою лінійного парораспределітеля, пар до якого подається через шланг (рис. 4). Точне місце розміщення лінійного парораспределітеля з прив'язками по висоті воздуховода слід уточнювати відповідно до рекомендацій по монтажу Парозволожувач.

При відсутності припливного воздуховода для установки паророзподільних трубки передбачається вентиляторний блок, який має приєднувальні отвори для парораспределітеля і вентилятор для створення повітряного потоку. Переваги даного виду установки Парозволожувач в порівнянні з настінним моноблоком полягають в можливості монтажу основного і вентиляторного блоків на відстані один від одного.

Управління парозволожувачем може здійснюватися як вбудованим, так і виносним пультом.

Секції зволоження в припливних установках

1 - повітряна заслінка;
2 - фільтр;
3 - охолоджувач;
4 - калорифер первинного підігріву;
5 - зволожувач;
6 - калорифер вторинного підігріву;
7 - вентилятор;
8 - шумоглушник.

У потужних вентиляційних агрегатах як опціональних секцій встановлюються адіабатні зволожувачі. І тут є свої особливості.

У секцію зволоження повинен подаватися вже нагріте повітря, причому параметри цього нагріву визначаються з наступного умови: повітря після нагрівача повинен мати таку ентальпію, при якій в процесі зволоження він зможе досягти необхідного вмісту вологи. Наприклад, якщо повітря буде недостатньо нагрітий, то при зволоженні він досягне стану насичення (φ = 100%) раніше, ніж отримає необхідну кількість води.

При детальному вивченні цього питання з'ясується, що температура перед зволожувачем повинна бути помітно вище температури в приміщенні (наприклад, 40 ° C і 24 ° C, як у прикладі розрахунку нижче).

Далі після зволоження повітря буде мати температуру нижче необхідної, тому потрібно другий ступінь нагріву, що доводить його до потрібних кондицій.

Таким чином, в припливних установках з секцією зволоження (іменованих також центральними кондиціонерами) присутній два нагрівача: до і після зволожувача (рис. 5).

Управління зволожувачем здійснюється з щита центрального кондиціонера. При цьому задаються лише необхідні значення температури і вологості, настройка ж нагрівальних і зволожуючою секцій відбувається в автоматичному режимі.

Приклад розрахунку ізотермічного зволожувача

Дані припливної установки:

Витрата припливного повітря: Gпр = 700 м 3 / год.

Параметри навколишнього середовища (стандартні розрахункові умови):

Розрахунковий тиск: Ррасч = 0,1 МПа.

Температура зовнішнього повітря: tнар = -26 ° C.

Ентальпія зовнішнього повітря: iнар = -25,1 кДж / кг.

Вологість зовнішнього повітря (визначається по I d- діаграмі): φнар = 91%.

Параметри внутрішнього середовища:

Підтримувана в приміщенні температура: tпом = 24 ° C.

Вологість, підтримувана в приміщенні: φпом = 50%.

Ентальпія повітря в приміщенні (визначається по I d-діаграмі): iпом = 48 кДж / кг.

Щільність повітря в приміщенні (визначається по I d-діаграмі): ρпом = 1,17 кг / м 3.

Прихована теплота пароутворення: rвода = 2500 кДж / кг.

Розрахунок необхідної паропродуктивності зволожувача

Температура повітря після нагрівача: tнагр = tпом. Tнагр = 24 ° C.

Ентальпія повітря (визначається по I d-діаграмі): Iнагр = 25 кДж / кг.

Вологість повітря (визначається по I d-діаграмі): φнагр = 2%.

Щільність повітря (визначається по I d-діаграмі): ρнагр = 1,17 кг / м 3.

Як видно, взимку вологість повітря після нагрівача становить всього 2% - саме це і є причиною необхідності комплектування припливної установки зволожувачем. При його відсутності в приміщенні буде подаватися надзвичайно сухе повітря. До слова, за рахунок вологовиділення в приміщенні (використання води в квартирі, вологовиділення людей і тварин через піт і дихання) вологість повітря, безумовно, зростає. Як правило, вона складає близько 20% і тим нижче, чим нижче зовнішня температура.

Різниця вологовмісту повітря в приміщенні і після нагрівача:

Необхідна паропродуктивність зволожувача:

Таким чином, в припливної системі вентиляції з витратою Gпр = 700 м 3 / год при необхідності зволожити повітря до 50% буде потрібно витрата води (паропродуктивність зволожувача) не менше Pувл = 7,4 кг / год.

Знаючи паропроизводительность зволожувача, можна оцінити споживану їм потужність. Дана оцінка ґрунтується на тому, що певний витрата води потрібно перевести в газову агрегатний стан (пар), тобто затратити енергію фазового переходу (так звана прихована теплота пароутворення).

Експрес-метод розрахунку продуктивності і потужності Парозволожувач

Експрес-метод дозволяє оцінити паропроизводительность без складних розрахунків і використання I d-діаграми.

де G і φ - відповідно витрата припливного повітря і необхідна підтримувана в приміщенні вологість.

Наведена формула попереднього розрахунку паропродуктивності дійсна тільки для зимового періоду часу; дає найкращі результати при вологості в приміщенні 30 ... 70% і при будь-яких витратах повітря.

Експрес-метод розрахунку споживаної парозволожувачем потужності зводиться до простої формули і практично не має обмежень по використанню:

Приклад розрахунку адиабатного зволожувача

Дані припливної установки:

Витрата припливного повітря: Gпр = 700 м 3 / год.

Параметри навколишнього середовища (стандартні розрахункові умови):

Розрахунковий тиск: Ррасч = 0,1 МПа.

Температура зовнішнього повітря: tнар = -26 ° C.

Ентальпія зовнішнього повітря: iнар = -25,1 кДж / кг.

Вологість зовнішнього повітря (визначається по I d діаграмі): φнар = 91%.

Параметри внутрішнього середовища:

Підтримувана в приміщенні температура: tпом = 24 ° C.

Вологість, підтримувана в приміщенні: φпом = 50%.

Ентальпія повітря в приміщенні (визначається по I d діаграмі): iпом = 48 кДж / кг.

Щільність повітря в приміщенні (визначається по I d діаграмі): ρпом = 1,17 кг / м 3.

Прихована теплота пароутворення: rвода = 2500 кДж / кг.

Теплоємність повітря cвозд = 1,005 кДж / кг ∙ ° C.

Розрахунок необхідної продуктивності зволожувача.

До зволожувачу повітря надходить після попереднього нагрівання. Потужність попереднього нагрівача обмежується мінімальним значенням, таким, щоб повітря після нього в процесі адиабатного зволоження зміг прийняти кількість вологи, необхідний для досягнення вмісту вологи dпом. За I d-діаграмі видно, що, як правило, перший ступінь нагріву повинна бути могутніше, ніж в системі з ізотермічним зволожувачем.

Температура повітря після нагрівача: tнагр = 40 ° C.

Ентальпія повітря (визначається по I d-діаграмі): Iнагр = 41,3 кДж / кг.

Вологість повітря (визначається по I d-діаграмі): φнагр = 1%.

Щільність повітря (визначається по I d-діаграмі): ρнагр = 1,11 кг / м 3.

Ентальпія повітря після зволоження: iад_увл = Iнагр iад_увл = 41,3 кДж / кг

Температура повітря (визначається по I d діаграмі): tад_увл = 17,4 ° C.

Вологість повітря (визначається по I d діаграмі): φад_увл = 75%.

Щільність повітря (визначається по I d діаграмі): ρад_увл = 1,20 кг / м 3.

Різниця вологовмісту повітря в приміщенні і після нагрівача:

Необхідна продуктивність зволожувача:

Потужність для адиабатного зволожувача не розраховується, так як процес зволоження ізоентальпійний і, відповідно, витрати енергії дорівнюють нулю.

Тепер залишається визначити потужність другого нагрівача, необхідного для підігріву зволоженого повітря до заданої температури tпом:

Отже, під створенням комфортних умов мається на увазі не тільки підтримка заданої температури, а й контроль вологості. Питання зволоження в різних аспектах важливі як в холодний, так і в літній період року.

У літній період зволоження припливного повітря практично неактуально, хіба що використання ефекту охолодження і зволоження адіабатних зволожувачів в умовах сухого клімату. Однак інтерес представляє адіабатне охолодження повітря, що охолоджує зовнішні блоки систем кондиціонування (конденсатори чиллерів, виносні конденсатори, компресорно-конденсаторні блоки, драйкулери). Ця тема буде більш докладно висвітлена в наступних номерах журналу.

Крім того, окремою темою є використання прецизійних кондиціонерів з вбудованими зволожувачами, що актуально для промислових і телекомунікаційних об'єктів, якими, наприклад, є центри обробки даних.