Адиабатическое увлажнение воздуха это

Одним из важнейших параметров для комфортного проживания человека или пребывания его в каком-либо помещении достаточно долгое количество времени является влажность окружающего воздуха. Ее отклонение от оптимальных значений отрицательно влияют на наше самочувствие.

Излишняя сухость уменьшает содержание кислорода в воздухе, вызывает сухость слизистых оболочек глаз и органов дыхания человека. Она является причиной преждевременного старения кожи, ломкости волос и ногтей, плохого самочувствия, заболеваний дыхательных путей.

Кроме того, влажность может повлиять и на функционирование оборудования. Излишний или чрезмерно низкий ее показатель может стать причиной выхода из строя многих устройств.

Большинство видов оборудования требуют определенного содержания влаги в воздухе. Оптимальный уровень влажности окружающего воздуха – 40-50 %.

Из всего многообразия подходов и оборудования для поддержания необходимого уровня влажности можно выделить систему адиабатического увлажнения.

Адиабатическое увлажнение воздуха

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

В комплект данной системы увлажнения, кроме самого механизма разбрызгивания, входит блок управления для регулировки давления воды и сжатого воздуха. Это позволяет при необходимости изменять текущую производительность системы и, как следствие, уровень влажности окружающего воздуха.

Как правило, данные системы увлажнения устанавливаются на этапе монтажа вентиляции, конечно, при условии, что вентиляционная система предполагается к установке на Объекте.

Преимущества адиабатических систем увлажнения

Основными достоинствами этого способа являются:

• Малое потребление электроэнергии, которое составляет около 5 Вт на 1 литр распыляемой влаги
• Возможность круглогодичного использования. А в летнее время, помимо увлажнения, происходит охлаждение воздуха
• Высокая производительность, которая при необходимости может составлять до нескольких килограмм увлажненного воздуха в час
• Экологичность, которая обусловлена отсутствием выделения в атмосферу каких-либо вредных вещества
• Возможность применения различных моделей в зависимости от типа увлажняемого пространства

Принцип действия адиабатических увлажнителей и их основные отличия от аналогичных систем

Повторимся, что адиабатическое увлажнение представляет собой процесс, при котором насыщение воздуха влагой происходит с помощью испарения воды в помещении. Внешние источники тепловой энергии при этом не используются, поэтому температура воздуха не повышается. Некоторые модели адиабатических увлажнителей дополняются вентиляторами для равномерного распределения воздуха. Источником влаги служит водопроводная система, вода из которой проходит многоступенчатую систему очистки и обеззараживания.

Этот метод стал применяться сравнительно недавно. Необходимость подобной инновации диктовалась двумя причинами:

• Во-первых, адиабатическое увлажнение воздуха является энергосберегающей технологией, востребованной в настоящее время
• Во-вторых, современные производственные стандарты требуют максимально сжатых сроков достижения необходимых температурно-влажностных параметров. Форсуночные системы увлажнения отвечает данным требованиям. Особенно это эффективно для деревянного домостроения.

Основными отличиями данной системы увлажнения воздуха от традиционного пароувлажнения, интегрированного с системой вентиляции, являются:

1. Более высокий коэффициент использования воды – почти 90% ее объема используется по назначению
2. Минимальные затраты электроэнергии
3. Система увлажнения не требует наличия компрессора, фильтров и другого дорогостоящего оборудования
4. Компактность и в озможность тонкого регулирования количества и направления распыления влаги
5. Отсутствие побочный эффектов (посторонние запахи, грибок и т.д.), которые могут образовываться в скрытых полостях (воздуховоды)

Европейский опыт

В европейских странах энергосбережение и экологичность являются решающими факторами при внедрении той или иной технологии. Поэтому адиабатические системы увлажнения используется там в больших масштабах. В Швейцарии и Германии более 60% установок промышленного увлажнения работают по этому принципу.

Большинство известных производителей климатического оборудования в своем модельном ряду имеют системы форсуночного увлажнения. Распространен этот способ и в странах с жарким климатом – на юге Европы, в Центральной Америке, во многих азиатских странах.

Перечень увлажняемых Объектов

Вследствие эксплуатационных преимуществ адиабатические увлажнители получили широкое применение в помещениях, где необходимо обеспечить строго определенный уровень влажности. В частности, они используются:

• В типографиях, при производстве рекламной и полиграфической продукции
• В текстильной промышленности
• В деревообрабатывающих цехах, в целлюлозно-бумажном производстве
• В студиях звукозаписи, концертных залах
• В фотолабораториях
• В операционных, родильных отделениях
• В табачной промышленности
• В музеях, архивах, книгохранилищах
• В пищевой промышленности при производстве сыров, колбас, хлеба, в винных погребах
• В парниках, инкубаторах, фермах, теплицах
• В электронной промышленности, в точном приборостроении
• В залах аэропортов, вокзалов
• Широкое бытовое применения в жилых и административно-офисных зданиях

Основные функциональные особенности

В отличие от аналогичных систем адиабатические увлажнители практически не потребляют электроэнергию, являются автономными. Для выработки влаги в количестве 1 кг/час необходимо всего лишь 10-50 Вт – электричество требуется только для распыления воды в форсунках. За счет минимальных затрат эффективность форсуночных систем почти на порядок выше, чем у аналогов.

Переход из аэрозольного в парообразное состояние сопровождается снижением температуры окружающего воздуха на несколько градусов. Это действие также используется во многих случаях (в холодильных установках, в типографиях и т.д.).

При работе адиабатических систем отсутствуют негативные побочные эффекты (образование конденсата на поверхности оборудования, колебание уровня влажности воздуха, оседание известкового налета и т.д.). Эти устройства очень надежны, просты в установке и обслуживании. Диапазон настраиваемой влажности при этом очень широкий. С помощью гигростатов ее можно устанавливать от 30-35% до 90-100% с минимальным шагом настройки.

Еще одно преимущество подобных систем – их экологичность. Принцип их работы исключает какое-либо вредное воздействие на окружающую среду и здоровье людей, работающих в увлажняемом помещении. Более того, за счет возможности гибкой настройки уровня влажности и охлаждения воздуха можно создать микроклимат, максимально благоприятный для находящихся рядом людей. Работа увлажнителей включает в себя цикл промывки и фильтрации подаваемой мелкодисперсной влаги. Большинство адиабатических систем ведущих мировых производителей имеют гигиенические сертификаты, соответствуют мировому стандарту VDI 6022.

Варианты установки

Системы адиабатического увлажнения существуют в нескольких различных вариантах. За счет этого можно подбирать конфигурацию, максимально соответствующую текущим индивидуальным требованиям. Существуют однозональные и мультизональные системы с единым централизованным управлением.

Для больших помещений со сложной геометрией применяются канальные системы, в которых увлажненный и обработанный воздух подается по воздуховодам через решетки, диффузоры и анемостаты. В небольших пространствах, как правило, устанавливаются отдельно расположенные устройства, распространяющие влагу непосредственно из форсунок.

Адиабатические увлажнители могут использоваться как самостоятельное оборудование (как правило, это распылительное оборудование воздушно-водяного типа), так и в составе секций центрального кондиционирования (увлажнители водяного типа). Конкретная модель подбирается исходя из типа и объема помещения, сезона, требуемых температурно-влажностных параметров.

Решение вопроса влажности в помещениях возможно не только системами, основанными на адиабатическом методе увлажнения, а также существуют и другие подходы.

Естественное увлажнение

Самый простой и дешевый способ – естественное увлажнение с помощью аквариумов, открытых форточек, мини-фонтанов. Эти меры могут создать оптимальный уровень влажности в небольшом помещении, но в больших пространствах (тем более, в промышленных зонах) этот метод неэффективен.

Изотермическое увлажнение

Еще один способ увлажнения – изотермический (с помощью пара). Принцип действия следующий – в емкости с водой находятся два электрода, которые создают разность потенциалов, преобразуя электрическую энергию в тепловую. Вода испаряется, увеличивая влажность окружающего воздуха. Эти приборы обладают большой производительностью, но и потребляют много электроэнергии. Кроме того, система должна включать в себя гигростат для отключения при достижении заданного уровня влажности. Сам прибор необходимо размещать на удалении от людей и мебели, так как он выделяет горячий пар.

Ультразвуковые системы увлажнения воздуха

Другой вид искусственных увлажнителей – холодные (ультразвуковые). В помещение устанавливается прибор, состоящий из емкости, в которую заливается вода, и вентилятора. Вентилятор засасывает воздух в устройство, проходя через которое воздух очищается и увлажняется. Кроме увлажнения, такой подход способен снизить температуру в помещении на 1-2 градуса.

Основное достоинство – невысокая цена этого варианта. Кроме того, эта система работает бесшумно, потребляет малое количество электроэнергии. Но она эффективна только для небольших помещений. Стоимость же самого ультразвукового увлажнителя весьма высока. Кроме того, прибор должен комплектоваться дорогими сменными очистительными фильтрами.

Для большинства районов России характерен умеренный климат с продолжительным отопительным сезоном. Сухой холодный воздух в зимнее время поступает в обогреваемые помещения и становится еще суше. Это отрицательно влияет на здоровье человека, а также на микроклимат в квартире или офисе.

Низкая влажность воздуха губительна и для многих производственных процессов. Принятые Санитарные правила и нормы (СанПиН) жестко регламентируют нормы содержания влаги в воздухе любых помещений и требуют принятия мер по доведению этого параметра до нормативных величин путем принудительного увлажнения.

Воздух и влага. Основные термины

Для понимания физики процесса адиабатического увлажнения воздуха можно не углубляться в основы термодинамики, достаточно понять простую терминологию и основные факторы.

1. Абсолютная влажность воздуха — это содержание водяных паров в 1 кубометре воздушной массы при конкретной температуре воздуха:

Это фактическое содержание влаги в воздухе, которое можно измерить различными способами (например, по разнице температур мокрого и сухого термометров, с использованием психрометрических таблиц). Абсолютная влажность измеряется в килограммах (граммах) воды на 1 кубометр воздуха. При определенном значении этого параметра для конкретной температуры воздуха (точке росы) влага становится избыточной, начинает конденсироваться и выпадать из воздуха в виде тумана или капель. Влагоемкость воздуха растет с повышением его температуры. Например, при 0 °С максимальная влагоемкость равна 4,9 г, а при +30 °С она составит 30,4 г водяного пара на 1 кубометр.

1. Относительная влажность воздуха — это отношение фактической абсолютной влажности к максимально возможной абсолютной влажности при данной температуре:

В этой формуле относительная влажность выражена через парциальное (частичное) давление водяного пара (фактическое к максимальному). Ничего страшного, так принято.

Относительная влажность является основным параметром, который определяет комфортность и безопасность помещения для здоровья человека. Ее величина составляет от 40 до 60%. Параметр можно измерить напрямую с помощью гигрометра.

Это самые простые зависимости. На самом деле на определение влажности воздуха влияет и атмосферное давление, которое меняется в зависимости от погоды и высоты над уровнем моря. Влиянием давления можно пренебречь в первом приближенном описании процесса.

Чтобы было легче во всем этом разобраться, приведем пример. При +30 °С в помещении определили абсолютную влажность в 15 г на кубометр. Мы уже знаем, что для этой температуры максимальное содержание влаги составляет 30,4 г на кубометр. Естественно, что относительная влажность при этом равна примерно 50% (вполне комфортно).

А что произойдет, если в помещение поступает воздух с улицы при 0 °С и влажности 100% (содержание влаги 4,9 г на кубометр) и нагревается отопительными приборами до тех же +30 °С? Простой расчет: 4,9 : 30,4 × 100% = 16%. Это уже никуда не годится! Необходимо увлажнение воздуха.

Увлажнение воздуха: изотермическое и адиабатическое

В странах с отопительным сезоном люди всегда боролись с низкой относительной влажностью воздуха. Они заметили, как быстро сохнет белье зимой в квартире, и стали специально расставлять в определенных местах емкости с водой, раскладывать намоченную ткань и т.д. Позже появились точечные увлажнители воздуха, которые имеют небольшой радиус действия и множество недостатков.

Радикальный способ увлажнения больших по объему помещений — это насыщение их горячим водяным паром (например, четыре чайника постоянно кипят на плите!). Такой способ повышает внутреннюю энергию воздуха и влажность без изменения его температуры. Это изотермическое увлажнение воздуха. Его практически не применяют, так как затраты на испарение 1 кг воды огромны и достигают 700 Вт.

Есть и другой физический способ увлажнить большой объем воздуха без изменения его внутренней энергии, сопровождаемый резким увеличением влажности и небольшим снижением температуры, — это адиабатическое увлажнение помещений. При этом затраты на испарение 1 кг воды уменьшаются на один-два порядка!

Система проста — это известный всем автолюбителям впрыск через форсунки. Для воды в обязательном порядке требуется глубокая очистка от примесей и растворенных солей. Подготовленная вода поступает в накопители и насосом подается в магистраль высокого давления (до 50 атм. и выше). Тонкие, малозаметные пластиковые трубопроводы прокладываются под потолком (на потолочном плинтусе) по всему периметру помещения. Через определенные расстояния расположены форсунки, которые распыляют воду в виде микроскопических капель. Капли быстро превращаются в невидимый водяной пар и повышают относительную влажность воздуха до нормативных значений. Весь процесс управляется электронным контроллером, который связан с датчиками относительной влажности воздуха.

Такая система увлажнения помещений является самой передовой и востребованной на сегодняшний день, она легко интегрируется в общую систему «умного дома», экономична и эффективна.

АДИАБАТИЧЕСКОЕ И ИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ УВЛАЖНЕНИЕ ВОЗДУХА

Увлажнение воздуха играет особую роль в обеспечении комфортности климатических условий в зимний период, когда, даже при высокой относительной влажности атмосферного воздуха, его абсолютное влагосодержание является, как правило, чрезвычайно низким. Поступая в помещение, воздух нагревается. При этом его абсолютное влагосодержание остается неизменным, а относительная влажность резко падает до 5-10%. Для сравнения следует указать, что относительная влажность воздуха в пустыне Сахара не опускается ниже 15%. Для поддержания относительной влажности на комфортном уровне 50% при комнатной температуре 20°С требуется искусственное увлажнение воздуха, причем зачастую достаточно интенсивное.

Помимо обеспечения комфорта, поддержание необходимого уровня влажности является также чрезвычайно важным с санитарно-гигиенической точки зрения. Известно, что бактериальная флора (pneumococcus, staphylococcus, streptococcus) угнетается в 20 раз интенсивнее при относительной влажности воздуха от 45 до 55%, чем при влажности воздуха выше 70% и ниже 20%.

Наряду с обеспечением комфорта, поддержание определенного влажностного режима чрезвычайно важно в ряде промышленных производств, где отступление от регламентируемых значений влажности воздуха приводит к нарушениям технологических процессов, увеличению выхода брака и в ряде случаев создает угрозу безопасности обслуживающего персонала. К ним относятся: текстильное и типографское производство, деревообработка, театры, концертные залы и студии звукозаписи, фотолаборатории, табачные склады, музеи и библиотеки, медицина, электронная промышленность, точное литье, ракетно-космические технологии, пищевая промышленность.

Наибольшее практическое использование получили два типа увлажнителей: изотермические увлажнители воздуха (или паровые увлажнители) и адиабатические увлажнители воздуха (или распылительные увлажнители).

Изотермическое увлажнение воздуха проще реализуется аппаратно, но обладает большим энергопотреблением, что связано с необходимостью компенсации скрытой теплоты испарения воды в ходе парообразования за счет внешних источников. Генерация 1 кг/час влаги в изотермических увлажнителях воздуха требует 750 Вт электроэнергии. По этой причине данный тип увлажнителей воздуха используется в бытовых и полупромышленных целях при потребности в увлажнении, как правило, не более 100 кг пара/час. Преимущества изотермических увлажнителей воздуха – простота эксплуатации, низкий уровень шума.