Nawilżanie powietrza w instalacjach klimatyzacyjnych
Zmienność parametrów powietrza zewnętrznego w Polsce wymusza stosowanie w systemach wentylacji i klimatyzacji nawilżania powietrza.
Dotyczy to zarówno systemów wentylacji naturalnej, mechanicznej, klimatyzacji komfortu, jak i systemów klimatyzacji technologicznej.
W artykule opisano zmienność parametrów wilgotnościowych powietrza zewnętrznego oraz jego wpływ na wilgotność względną powietrza wewnętrznego. Dokonano przeglądu obecnie stosowanych metod i urządzeń do nawilżania powietrza oraz przedstawiono podstawowe czynniki wpływające na koszty eksploatacyjne związane z tym procesem.
Wilgotność względna zależnie od pory roku
Aby spełnić obowiązujące standardy jakości powietrza wewnątrz współczesnych budynków użytkowych i przemysłowych należy dostarczać do nich świeże powietrze zewnętrzne. Parametry powierza zewnętrznego, są oczywiście zmienne w ciągu roku. Latem powietrze zawiera stosunkowo dużo wilgoci (pary wodnej). Zimą natomiast, pomimo wysokiej wilgotności względnej, zawartość pary wodnej w powietrzu jest niewielka. Przykładowo, kilogram powietrza o temperaturze 0°C i wilgotności względnej 80% zawiera w sobie ok. 3 g pary wodnej. Po ogrzaniu tego powietrza do temperatury 20°C jego wilgotność względna spadnie do 20% a jeżeli ogrzejemy je do 25°C, to spadnie do 15%. Wiosna i jesień to okresy, które można nazwać przejściowymi, o temperaturze i zawartości wilgoci w zakresach pośrednich pomiędzy zimą a latem. Na rysunkach 1 i 2 przedstawiono przykładowy roczny przebieg zmian i częstotliwość występowania określonych przedziałów zawartości wilgoci w powietrzu zewnętrznym (na podstawie pomiarów prowadzonych na terenie Politechniki Poznańskiej).
Optymalnym poziomem wilgotności względnej powietrza w otoczeniu człowieka jest wartość 40-55%. Za minimum przyjmuje się wilgotność względną równą 30%. Powietrze bardziej suche ma negatywny wpływ zarówno na człowieka jak i na jego otoczenie (wysychanie i kurczenie się papieru, drewna, płyt gipsowo-kartonowych, itp.). W analizowanym rocznym cyklu, w celu utrzymania wilgotności względnej powietrza wewnętrznego na poziomie min. 40% w pomieszczeniach bez wewnętrznych zysków wilgoci, musielibyśmy nawilżać powietrze wprowadzane do pomieszczenia lub powietrze w pomieszczeniu (w przypadku bezpośrednich systemów nawilżania) przez około pół roku.
Gdybyśmy wprowadzali do pomieszczenia bez wewnętrznych zysków wilgoci powietrze zewnętrzne bez zmiany jego wilgotności bezwzględnej (tylko ogrzewanie i chłodzenie bez wykroplenia), to dla analizowanego roku powodowałoby ono zmiany wilgotności względnej powietrza wewnętrznego pokazane na rys. 3.
Wilgotność względna powietrza zależy od jego temperatury dlatego zmiany te określono dla temperatury powietrza o wartości 20 i 25°C, co odpowiada zakresowi optymalnemu z punktu widzenia komfortu cieplnego wewnątrz pomieszczeń użytkowych. Na rysunku podano również procentowy udział zakresów wilgotności względnej <30%, 30-70% i >70%. Jak widać przegrzewanie powietrza wewnętrznego w okresach zimowym powoduje spadek jego wilgotności względnej lub wzrost kosztów związanych z jego nawilżaniem.
W pomieszczeniach użytkowych na ogół występują zyski wilgoci, których źródłem są ludzie, rośliny, powierzchnie mokre, itp. Jeżeli uwzględnimy wewnętrzne zyski wilgoci na poziomie 1g/kg w stosunku do doprowadzanego powietrza to zmiany wilgotności względnej powietrza wewnętrznego przebiegać będą jak na rys. 4.
Wpływ szczelności budynku na wilgotność powietrza wewnętrznego
Niewątpliwie duży wpływ na parametry wilgotnościowe powietrza wewnątrz budynku ma szczelność obiektu. Niekontrolowana wymiana powietrza powodowana różnicą temperatury powietrza w budynku i poza nim, czy działaniem wiatru może skutkować nadmierną infiltracją powietrza zewnętrznego. W okresach, w których występuje niska temperatura na zewnątrz, sytuacja taka powoduje znaczący spadek wilgotności względnej powietrza wewnętrznego i wzrost kosztów nawilżania (jeżeli je stosujemy).
Sposoby nawilżania
Proces nawilżania powietrza w klimatyzacji wiąże się ze zwiększeniem zawartości wilgoci w powietrzu dostarczanym do pomieszczenia, tak by osiągnąć wymagany poziom wilgotności względnej powietrza w rzeczywistych warunkach termicznych. W układach klimatyzacyjnych nawilżanie powietrza realizuje się dwoma podstawowymi sposobami:
● nawilżaniem poprzez wtrysk pary wodnej,
● adiabatycznym nawilżaniem wodnym.
Z termicznego punktu widzenia podstawowa różnica pomiędzy tymi procesami polega na tym, że nawilżanie parowe (parą suchą) w niewielkim stopniu zmienia temperaturę powietrza. Jest to na ogół niewielki wzrost (ok. 0,5÷1,0 K). Nawilżanie wodą natomiast, wiąże się ze znacznym ochłodzeniem powietrza. Potrzeba nawilżania powietrza występuje zwłaszcza w zimie, stąd nawilżone wodą i ochłodzone powietrze na ogół musimy wtórnie podgrzać. Trzeba również pamiętać, że aby nawilżanie było skuteczne, należy najpierw ogrzać zimne powietrze zewnętrzne, zmniejszając jego wilgotność względną, a następnie dopiero poddać procesowi nawilżania.
Stabilizację dolnej granicy wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu możemy realizować w sposób:
● bezpośredni – poprzez wtrysk pary wodnej lub mgły wodnej do pomieszczenia,
● pośrednio – nawilżając powietrze nawiewane do pomieszczenia układem wentylacyjnym.
Jeżeli artykuł wydał Ci się interesujący zamów publikację za pośrednictwem księgarni internetowej.
