Технологии увлажнения и осушения воздуха

1. Где используются технологии: Системы кондиционирования зданий общественного и административного назначения.
2. Цель использования технологий: Поддержание требуемых параметров влажности в рабочих зонах кондиционируемых помещений.

Общие сведения

Одной из тенденций в развитии мирового рынка систем кондиционирования и вентиляции является постепенное снижение внимания к вопросам, связанным с увлажнением и осушкой воздуха. Этот факт обусловлен тем, что человек наиболее восприимчив к изменению температуры или подвижности воздуха. Для большинства людей влажность ассоциируется с сыростью. Многим кажется, что при высокой влажности зимой слишком холодно, а летом слишком душно. Однако недостаточный уровень влажности воздуха также оказывает негативное влияние. В зимний период времени многих раздражает электростатические разряды при прикосновении к одежде. Продукты питания очень быстро теряют свежесть. Мебель стареет и покрывается трещинами. Данный обзор помогает ответить на главный вопрос, возникающий при планировании и организации системы кондиционирования: какое влияние влажность оказывает на различные сферы жизнедеятельности человека. В обзоре также будут рассмотрены различные технологии увлажнения и осушения воздуха.

Формально влажность – это критерий, характеризующий степень концентрации водяных паров или влаги в воздушной или другой среде. Для количественной оценки влажности воздуха существуют два основных параметра – величины: абсолютная и относительная влажность.
Абсолютная влажность воздуха – это масса водяного пара, содержащаяся в единице объёма воздуха.

Относительная влажность воздуха – это отношение давления пара к давлению насыщенного пара, то есть абсолютной влажности воздуха к максимальной. На практике величина относительной влажности воздуха часто используется в метеорологии. При оценке погодных условий,  специалист, использующий значение относительной влажности воздуха, может, не выходя из лаборатории определить, есть ли на улице туман, идет ли дождь, или выпала роса. Величина относительной влажности рассчитывается по формуле указанной на рисунке.

Если уровень относительной влажности равен 100%, это означает, что воздух не может поглотить большее количество пара. Если уровень относительной влажности равен 0%, это означает, что воздух может поглотить большой объем водяных паров. Поскольку горячий воздух является менее плотной средой, чем холодный, он может удерживать большее количество водяных паров, поэтому величина относительной влажности неразрывно связана с температурой. В соответствие с мировой практикой, комфортным условиям в помещениях соответствует уровень относительной влажности воздуха 40-50%. Уровень влажности – менее 30% считается некомфортным. Такие условия могут сопровождаться неприятными ощущениями, такими как: сухость слизистой оболочки полости рта или различными раздражениями.  Как показали исследования, если человек дышит воздухом с пониженным уровнем влажности, в организме замедляются процессы очистки легких, а также дыхательных путей. Это повышает восприимчивость к инфекционным заболеваниям.  Поэтому вопросам, связанным с увлажнением воздуха должно уделяться повышенное внимание при организации системы кондиционирования.

Принципы увлажнения и осушения воздуха

Как известно, увлажнение это процесс, связанный с повышением влажности воздуха, в то время как осушение – это обратный процесс уменьшения влажности. Используя различные технологии можно добавлять или выводить водяной пар из воздушной среды. Процессы увлажнения и осушения воздуха могут происходить как в открытом, так и в закрытом пространстве.

Внешний вид увлажнителя канального и поверхностного типа. Влажный воздух, в отличие от сухого воздуха, является менее плотной средой. Поэтому очень часто вследствие колебаний влажности гигроскопичные материалы или изделия, к которым относится мебель, сделанная из дерева, начинают впитывать влагу. Наоборот, при низком уровне влажности мебель начинает сохнуть. Результатом является деформация и образование трещин. Поэтому в помещениях, в которых присутствуют гигроскопичные материалы, поддержание требуемой влажности воздуха является крайне важной задачей. Такую задачу позволяют решить увлажнители, основными элементами которых являются непосредственно элемент, выполняющий функцию увлажнения, а также контроллеры и датчики влажности.
Уменьшение уровня относительной влажности воздуха менее 35%, приводит к повышению воздействия статического электричества. Такое обстоятельство является критичным для вычислительных центров, типографий, фото лабораторий, а также множества других технологических процессов. Увлажнение воздуха уменьшает количество пыли, что важно для людей, страдающих астматическими заболеваниями.

Принципы адиабатического и изотермического увлажнения

Схемы работы увлажнителя поверхностного типа:

В настоящее время адиабатические системы увлажнения являются наиболее эффективным. Адиабатический процесс увлажнения основан на использовании кинетической энергии воды. проходящей через специальный насос под большим давлением(около 70 атмосфер) подает воду через форсунки, разбрызгивающие её в атмосферу в виде мелкодисперсной аэрозоли. При этом размер водяных частиц составляет 6-8 микрон!

Принцип адиабатического увлажнения – это процесс, при котором влажность воздуха повышается путем механической инжекции или разбрызгивания мелких частиц холодной воды в некотором объеме воздушной среды. Особенностью технологии является то, что при увлажнении температура и состояние воды не изменяется. В проектах коммерческого назначения системы адиабатического увлажнения используются, например, в текстильной промышленности, а также в других отраслях. Принцип адиабатического увлажнения лежит в основе нескольких технологий, применяемых в увлажнителях. К таким технологиям относятся ультразвуковые, поверхностные, дисковые, форсуночные увлажнители, а также атономайзеры.  В поверхностных увлажнителях направленный поток воздуха, проходя через специально сконструированную панель, включающую соты-ячейки, механически соприкасается с мелкими частицами воды, находящимися в них (В сотах). Оставшаяся часть воды стекает в дренажный поддон и далее может использоваться повторно.

Применение систем увлажнения

Для полного понимания, следует привести несколько определений:

• Косвенное испарительное охлаждение – охлаждение воздуха в поверхностных теплообменниках водой, охлаждённой прямым испарительным охлаждением;
• Прямое испарительное охлаждение, охлаждение воздуха рециркулирующей водой(распылением).

В системах предварительного охлаждения OzMist используется технология «Вспышка испарения», чтобы предварительно охладить воздух вокруг конденсаторных блоков. На каждой конденсаторной катушке(теплообменнике) установлены индивидуальные линии для замачивания, которые подают воду под давлением более 1000 фунтов на кв. Дюйм. Затем воду проталкивают через специально разработанные сопла, создающие сверхтонкий туман, который мгновенно испаряет частицы горячего воздуха, забирает тепло и охлаждает другие частицы воздуха, далее поступающего на конденсаторную катушку(теплообменник).

Mist Cooling Inc, лидер индустрии туманного охлаждения с 1997 года, приобрел эту огромную мощность охлаждения и сконструировал ее в конкретных системах, предназначенных для использования наименьшего количества ресурсов, при этом значительно увеличивая эффективность охлаждения промышленных систем воздушного охлаждения.
Эти системы подразделяются на 2 основных типа: 

1. 100%, Предварительное охлаждение испарительным воздухом: здесь мы используем насосы высокого давления (1000-2000 фунтов на кв. Дюйм), самые маленькие распылители для воды и автоматические средства управления для достижения 100% испарения всасываемого воздуха. То есть мы не получаем ничего мокрого. Эти системы в основном используются для предварительного охлаждения больших сухих охладительных башен и воздухозаборников турбины.
2. Предварительное охлаждение от испарения и прямого теплообмена: здесь мы используем насосы более низкого давления (180 фунтов на кв. Дюйм), большие распылительные насадки и автоматизированные средства управления для достижения комбинации воздушного охлаждения и прямого охлаждения воды с теплообменником. Это означает, что мы охлаждаем окружающий воздух теплообменника, а также слегка смазываем катушки (с немасштабируемой, обработанной водой). Это дает нам наибольшее повышение эффективности для кондиционеров и холодильных конденсаторов.

Что это даёт?

• Снижение температуры около 10-15 градусов Цельсия на поверхности катушки конденсатора.
• Снижение энергопотребления падает, экономия до 30% (вы достигаете того же или даже большего охлаждения, с гораздо меньшей энергией).
• Увеличивает эффективность кондиционеров на целых 30%, тем самым продлевая срок службы. 
• Повышает производительность при работе холодильного центра обработки данных и блоков ОВК при высоких условиях окружающей среды.
• Откладывание или устранение необходимости в дополнительном охлаждающем оборудовании.
• Сохранение теплогенерирующего оборудования с максимальной производительностью и оптимальной производительностью.
• Увеличение охлаждающей способности оборудования с воздушным охлаждением, что позволяет ему работать на полную мощность даже в экстремальных условиях.
• Сокращение использования воды по сравнению с традиционными методами охлаждения.
• Могут быть модернизированы к существующим конденсаторам без сбоев в системе охлаждения, центра обработки данных или системы ОВК.

Энергоэффективное увлажнение воздуха. CAREL humiFog direct

Во многих отраслях промышленности правильный уровень относительной влажности воздуха повышает качество продукции, снижает процент брака, позволяет сэкономить энергоресурсы и повысить производительность труда. При отсутствии систем приточно-вытяжной вентиляции для поддержания относительной влажности воздуха рекомендуется использовать системы непосредственного увлажнения воздуха в помещении.

Компания CAREL расширила свой спектр технических решений для непосредственного увлажнения воздуха в помещениях, разработав новый высокотехнологичный продукт, который оптимально соответствует потребностям рынка. Система адиабатического увлажнения humiFog direct предназначена в первую очередь для непосредственного распыления влаги в цехах, где хранятся или производятся гигроскопичные материалы. Увлажнитель позволяет поддерживать требуемую относительную влажность и одновременно помогает поглотить теплоизбытки от работающего оборудования с минимальным потреблением электроэнергии.

Увлажнитель humiFog direct пополнил семейство увлажнителей высокого давления, расширив их функциональные возможности, а также упростив монтаж и эксплуатацию. Новые вентиляторные доводчики с инновационным дизайном позволяют легко вписать систему увлажнения даже в самых сложных условиях.

Энергосбережение

Важнейшее преимущество прямого адиабатического увлажнения состоит в дополнительном охлаждении воздуха с минимальными энергозатратами. При испарении капель воды затрачивается тепловая энергия воздуха, равная примерно 690 Вт на каждый литр испаряемой воды, в результате температура воздуха в помещении снижается. При этом на распыление одного литра воды в системах увлажнения высокого давления требуется не более 4 Вт электроэнергии, что обеспечивает крайне высокую энергетическую эффективность процесса охлаждения воздуха. Для дополнительной экономии электроэнергии вентиляторные доводчики включаются только в момент распыления воды.

Гигиенобезопасность

Гигиенобезопасность увлажнителя humiFog direct гарантируется циклами автоматической промывки и слива воды, что позволяет распылять в воздух только чистую проточную воду. Использование деминерализованной воды повышает безопасность системы увлажнения и сокращает затраты на ее техническое обслуживание.

Простота монтажа

Увлажнитель humiFog direct разработан так, чтобы его было легко установить и запустить. Шкаф управления, новые вентиляторные доводчики и комплекты высоконапорных трубок обеспечивают быстрый монтаж системы небольшой группой специалистов без применения специального инструмента. Электромагнитные клапаны, регулирующие подачу воды, расположены внутри шкафа управления, поэтому прокладка электрических кабелей сведена до минимума.

Для интеграции в систему управления зданием можно использовать встроенные порты RS485 и Ethernet, на которых поддерживаются широко распространенные протоколы ModBus и BACnet. Встроенный веб-сервер обеспечивает доступ к управлению увлажнителем с компьютера, планшета или смартфона.

Шкаф управления увлажнителя.

Сердце увлажнителя humiFog direct – шкаф управления. Установленный в шкафу поршневой насос создает постоянное давление воды 70 бар, что обеспечивает на выходе форсунок тонкий водяной аэрозоль, который мгновенно поглощается воздухом.

Производительность насоса рассчитана на 40 или 80 кг/ч. Систему можно наращивать по схеме «ведущий/ведомый» и создавать модульную систему до 320 кг/ч. Модульное построение позволяет также строить 1-или 2-зональные системы увлажнения. В 2-зональном режиме можно поддерживать различный уровень влажности в 2 зонах с помощью одного насоса, что снижает стоимость системы в целом.
В дополнение к насосу и контроллеру в шкаф управления встроены подающие и сливные клапаны для каждой зоны. Таким образом, время пусконаладки системы сведено к минимуму, поскольку все подключения уже встроены в шкаф управления. Контроллер регулирует расход воды по принципу широтно-импульсной модуляции: электромагнитные клапаны открываются и закрываются на период, пропорциональный необходимой в данный момент производительности по влаге.

Вентиляторный доводчик с односторонним фронтальным распылом.

Вентиляторные доводчики создают требуемую относительную влажность воздуха непосредственно в помещении. Вода под давлением распыляется до тонкого аэрозоля с помощью форсунок. Благодаря воздушному потоку, формируемому встроенными вентиляторами, влага быстро поглощается воздухом.  Доводчик содержит от 2 до 8 форсунок. Осевые вентиляторы, расположенные за форсунками, создают поток воздуха, который обеспечивает необходимую траекторию капель и способствует эффективности поглощения влаги воздухом при любой температуре и влажности.

Вентиляторные доводчики доступны в двух версиях: с односторонним фронтальным распылом и с двухсторонним распылом в противоположных направлениях. Односторонняя версия предназначена для настенного монтажа, в ней предусмотрена возможность регулирования наклона по горизонтали ±15°, чтобы окружающие предметы не попадали в зону факела распыла.

Двухсторонняя версия предназначена для подвесного монтажа к потолку. Такая конструкция обеспечивает максимальную гибкость при монтаже с возможностью достижения наилучшего результата. Производительность вентиляторного доводчика зависит от количества и типоразмера форсунок: 1,45; 2,80 и 4,00 кг/ч. В форсунках пред усмотрена функция антикапежа, которая обеспечивает распыление воды только по достижении оптимального давления воды в контуре, что исключает риск попадания капель на оборудование или людей.

Новые вентиляторные доводчики легко монтируются, так как электромагнитные клапаны, регулирующие подачу воды, установлены в шкафу управления. От шкафа управления достаточно проложить только кабель для электропитания вентиляторов.

Контроллер со смарт-функциями

В humiFog direct используется контроллер нового поколения, с помощью которого удалось реализовать целых ряд уникальных функций. Мастер конфигурации помогает с минимальными трудозатратами сконфигурировать увлажнитель с учетом особенностей объекта.
Контроллер оснащен портом Ethernet, с помощью которого увлажнитель можно подключить к локальной сети и получить доступ к интегрированному веб-серверу. Веб-сервер обеспечивает доступ к управлению увлажнителем с компьютера, планшета или смартфона.
Работу увлажнителя можно контролировать непосредственно через веб-браузер, введя IP-адрес увлажнителя в адресной строке. Веб-интерфейс обеспечивает удаленный доступ к пользовательскому терминалу увлажнителя так, как если бы пользователь находился непосредственно рядом с установкой. Управление, настройку параметров, конфигурирование и проверку состояния увлажнителя можно выполнять с устройств, подключенных к той же локальной сети. И вот ещё несколько очевидных примеров:

Внешний вид парового увлажнителя производства Компании Carel:

Осушение воздуха

Внешний вид осушителя, использующего принцип охлаждения и подогрева воздуха. Как было сказано ранее, осушение – это процесс удаления влаги из воздушной среды. Процесс осушения воздуха наравне с процессом увлажнения играет важную роль при поддержании комфортных условий в рабочих зонах кондиционируемых помещений.

Наряду с этим многие технологические процессы, такие как производство фармацевтических препаратов или упаковки для шоколада, чрезвычайно чувствительны к наличию влаги в воздушной среде. В настоящий момент, существует 3 основных принципа осушения воздуха, лежащих в основе современных систем кондиционирования:

• Первый принцип подразумевает охлаждение воздуха до температуры ниже точки росы.
• Второй принцип использует сжатие воздуха.
• В основе третьего принципа лежит процесс адсорбции.

Осушение посредствам охлаждения или сжатия воздуха:

Осушение воздуха посредствам его охлаждения очень часто используется в современных системах кондиционирования. Воздух механически соприкасается с поверхностью теплообменного агрегата, температура которого ниже точки росы. При этом на стенках теплообменника конденсируется влага, удаляемая из воздушной среды. Охлажденный таким образом воздух может использоваться в рабочих зонах кондиционируемых помещений после дополнительного нагрева. Такой принцип лежит в основе осушителей используемых, например в бассейнах. Осушение воздуха посредствам сжатия используется в самолетах. Воздух сжимается до давления,

Адсорбционные осушители:

Процесс адсорбции – процесс сгущения или поглощения газообразного или растворенного вещества на поверхности раздела фаз. Процесс адсорбции в осушителях предполагает удаление влаги из воздушной среды путем ее поглощения специальным веществом, называемым адсорбентом при определенных условиях. Адсорбент является твердым веществом с пористой структурой. Важным элементом адсорбционного осушителя является рабочее колесо с рифленой поверхностью. На поверхности колеса нанесен адсорбент. При определенной температуре адсорбент поглощает влагу, в то время как при других условиях происходит обратный процесс.

В заключении можно сделать очевидный вывод, что увлажнение и осушение воздуха являются важными элементами, процессов поддержания комфортных условий, а также  обеспечения эффективности технологических процессов. Выбор технологии увлажнения или осушения воздуха связан с воздействием множества факторов, среди которых: требования, предъявляемые к параметрам микроклимата помещений, климатические условия региона, в котором расположено здание, особенности технологического процесса, наличие в помещениях гигроскопических материалов и.т.д  В любом случае, при организации систем кондиционирования, вопросам поддержания требуемых параметров влажности воздуха нужно уделять повышенное внимание.