Z raptularza starego projektanta. Sto lat! Może to za długo?

Ile razy media przypominają o jakiejś historycznej a okrągłej rocznicy - wracają w mej pamięci nieśmiertelne strofy Boya o „Krakowskim Jubileuszu"... Jednakże, mimo że nasze środowisko branżowe nie jest zbyt liczne, nie powinniśmy pomijać milczeniem stulecia narodzin naszej dziedziny.

Trudno wprawdzie ściśle określić dokładną ich datę, godziłoby się jednak przypomnieć, że ostatnia dekada dziewiętnastego wieku przyniosła pierwsze, fundamentalne opracowania z zakresu ogrzewnictwa i wentylacji budynków. Od ponad 50 lat na honorowym miejscu mojej biblioteki zawodowej króluje podręcznik Rietaschela, którego pierwsze wydanie w roku 1930 można przyjąć za kamień węgielny europejskiej techniki ogrzewnictwa i wentylacji. Jestem posiadaczem wydana IX z roku 1930. Pierwsze polskie wydanie ukazało się w roku 1933. Następne dwa - już po wojnie. Nie przesadzę twierdząc, że na dwudziestu kilku wydaniach Rietschla (i niemieckich, i w przekładach) wykształciły się dziesiątki tysięcy europejskich inżynierów - instalatorów Kilka pokoleń nie tylko czerpało wiedzę, ale także twórczo rozwiało dorobek mistrza w tej coraz szerzej rozwijającej się dyscyplinie. Zarówno dla mistrza, jak i jego uczniów, żywię coś więcej niż uznanie... Tym bardziej byłem zaskoczony tym, że niektóre z tradycyjnych, sprawdzonych rozwiązań też mają swoje "ciemne strony".

Rodzeństwo na pozór zgodne

Mniej więcej od polowy lat dwudziestych upowszechnił się najbardziej klasyczny zestaw sekcji funkcjonalnych central klimatyzacyjnych. Z reguły składają się nań następujące komory:

• kurzowa,
• mieszania,
• filtrów wstępnych,
• nagrzewnicy wstępnej,
• zraszania,
• nagrzewnicy wtórnej,
• chłodnicy,
• wentylatorowe,
• tłumików  i  filtrów końcowych.

Najbardziej   wszechstronną spośród nich jest komora zraszania. Pozwala kierować kilkoma  różnym zmianami  stanu  powietrza poddanego obróbce w centrali klimatyzacyjnej.   Jednakże, pomimo swojej wszechstronności, kwalifikuje się o na do stosowania niemal wyłącznie w klimatyzacji przemysłowej o stosunkowo dużej tolerancji dla parametrów nawiewu.

Poniższy opis techniczny komory zraszania stanowi kompilację materiału z kilku podstawowych, dostępnych u nas pozycji literatury przedmiotu.

Komora zraszania - płuczka powietrza

Pojęcie "płuczka powietrza" oznacza wymiennik ciepła, w którym, w odróżnieniu od wymienników przeponowych, powietrze styka się bezpośrednio z przepływającą lub rozpyloną wodą. Powietrze przechodzące przez komorę może zostać schłodzone lub ogrzane, nawilżone lub osuszone -w zależności od tego, jaką temperaturę ma woda wchodząca z nim w kontakt. Procesy te ilustruje wykres: zmiana stan u powietrza zachodzi wzdłuż prostej przechodzącej przez punkt określający początkowe parametry powietrza (A) oraz przez różne punkty określające stan nasycenia powietrza w temperaturze równej temperaturze wody. Zmiany stanu powietrza (przy wielkich ilościach wody) przebiegają, w zależności od temperatury wody, w sposób następujący:

• kierunek AB - proces adiabatyczny - nawilżanie bez zmiany zawartoaści ciepła
• kierunek AC -chłodzenie i nawilżanie
• kierunek AD - chłodzenie bez zmiany zawartości wilgoci,
• kierunek AE -chłodzenie i osuszanie,
• kierunek AF - ogrzewanie i nawilżanie. 

Tak szeroki zakres możliwości uzdatniania powietrza w komorach zraszania spowodował ich powszechne wykorzystanie w urządzeniach klimatyzacyjnych, a spośród procesów obróbki powietrza w  komorze zraszania największe zastosowanie dotyczy nawilżania i ochładzania powietrza w procesie przemiany adiabatycznej stanu powietrza. I chociaż nazwa urządzenia „płuczka powietrza" sugeruje co innego, to przemywanie (przepłukiwanie) powietrza lub oczyszczanie go ma miejsce tylko w nieznacznym stopniu. Najczęściej stosowane są komory dyszowe o długości od 1,5 do 3 m. W komorach tych woda rozpylana jest za pomocą dysz w strumieniu przepływającego powietrza. Dyszowa komorę zraszania stanowią: zbiornik wody i obudowa, zwykle wykonane z ocynkowanej blachy stalowej albo z tworzywa sztucznego, oraz pompa. Tylko w bardzo dużych urządzeniach zbiornik wody i obudowa komory wykonane bywają z betonu. Wysokość zbiornika wody wynosi od 3 do 5 m. Zbiornik posiada przelew, spust wody oraz przyłącze wodne z zaworem pływakowym, słupce do uzupełniania odparowywanej wody. Ponad zbiornikiem znajduje się prostopadłościenna obudowa, wyposażona w pokrywę i króćce do przyłączenia kanałów powietrznych (wlot i wylot). Najczęściej powietrze przepływa przez obudowę w kierunku poziomym, z prędkością od 2,5 do 3,5 m/s. Pompa obiegowa, zasysająca wodę w zbiorniku, umieszczana jest obok komory zraszano. We wnętrzu obudowy zamontowane są dysze zraszane w jednej lub w dwu płaszczyznach. Do dysz tych doprowadzona jest woda za pośrednictwem kolektorą i przewodów rozprowadzających.

Proces wymiany ciepła

pomiędzy powietrzem i wodą w komorze można przedstawić w następującym uproszczeniu: Woda tłoczona do dysz pod ciśnieniem 1,5 -2,5 atn wypływa przez otwory o średnicy od 3 do 8 mm. Powstaje wówczas mniej lub bardziej gęsty deszcz lub mgła złożona z małych i bardzo małych kropelek wody, których kształt nie zawsze jest kulisty. Średnica tych kropelek wynosi od ok. O,05 do 1,0 mm, w zależności od rodzaju dyszy i ciśnienia wody. Czas ich przepływu przez komorę oraz przebieg zmian temperatury bywa bardzo zróżnicowany. 

Doświadczenia eksploatacyjne wykazały, że dla komór zraszania najbardziej przydatne są dysze osiowe, wydajność dysz przy ciśnieniu tłoczonej wody 1,5 -2,0 atn wynosi około 0,25 -0,8 m2/h. Masa rozpylanej wody jest proporcjonalna do kwadratowego pierwiastka ciśnienia wody na dopływie do dyszy. Przy zbyt małych średnicach otworów dysze zatykaj się. Wydajność całej płaszczyzny dysz wynosi ok. 0,5 -1,5 kg wody na 1 kg przepływającego powietrza.  Przy większym zapotrzebowaniu wody należy stosować dwie płaszczyzny dysz. Do oddzielania kropelek wody unoszonych przez powietrze służy odkraplacz umieszczony na odpływie z komory zraszania. Do oczyszczania wody zainstalowany jest po stronic ssawnej specjalny filtr siatkowy który ma na celu zabezpieczenie dysz przed zatykaniem. Do zwalczania alg i bakterii rozwijających się w wodzie śluzą dostępne w handlu specjalne środki (Acitol, Exal, Benzalkon i inne).

Sole

Stężenie soli zawartych w wodzie obiegowej, wskutek częściowego jej odparowywania, ustawicznie wzrasta i może spowodować wydzielanie się kamienia kotłowego dlatego do komory zraszania należy doprowadzać więcej świeżej wody uzupełniającej, niż odparowuje jej do powietrza. Do regulacji ilości wody śluzy zawór elektromagnetyczny zainstalowany na przewodzie doprowadzającym świeżą wodę. W celu uzdatnienia wody stosuje się również metody chemiczne, np. dodawanie polifosforanów. Należy pamiętać o tym, że sole zawarte w rozpylonej wodzie pozostają w nawilżonym powietrzu, a wytracają się w postać pyłu w klimatyzowanych pomieszczeniach. Można temu zapobiec przez całkowitą demineralizację wody, jednak pociągi to za sobą inne niebezpieczeństwo: korozję urządzeń. Zmiękczanie wody metodą jonitową nie daje pożądanej poprawy, bowiem sole i tak pozostają w wodzie. Tam, gdzie nie powinny pojawić się pyły, należy za komorą dyszową instalować filtr zawiesinowy, ale przy wilgotności powietrza przekraczającej 90% powstaje niebezpieczeństwo kondensacji kapilarnej w czynniku filturjącym. Zawartość soli ma także pewien wpływ na oddzielenie kropel, ponieważ obniża ciśnienie pary kropli. Niwsione w powietrzu małe krople, przechodząc przez odkraplacz potrzebują do odparowania więcej czasu. Rezultatem niecałkowitej wykrapania kropel wody może być wilgoć w kanałach powietiza wychodzących z urządzenia.

Bakterie, mikroorganizmy

Ze względów higienicznych zagrożeniem wynikającym ze stosowania płuczek powietrza jest możliwość rozpylania zarazków. Zbiornik wody jest bowiem wylęgarnią mikroorganizmów: w 1 ml wody znajdować się może 10 000... 1 000 000 ich zarodników (wartości zmierzone). Dlatego tak ważne jest regularne czyszczenie i dezynfekcja komory. Aby utrzymać wymaganą jakość wody natryskowej (maksymalna liczba zarodników: 1 000 szt./1 ml wody), należy dokonywać jej wymiany. Wystarcza tu -półkrotna do jednokrotnej -wymiana zawartości zbiornika w ciągu godziny na świeżą wodę pitną. Dezynfekcję płuczki można przeprowadzać albo za pomocą środków chemicznych, albo przez wyjałowienie promieniowaniem ultrafioletowym. Jeżeli komora zraszania jest komorą grzewczą, w której rozpyla się ogrzaną wodę, występuje szczególne niebezpieczeństwo zainfekowani bakteriami legionelli. W komorach adiabatycznych temperatura wody podczas pracy jest zawsze niższa, niż 20^oC. W tej temperaturze nie ma niebezpieczeństwa rozwoju legionelli, lecz po dłuższym przestoju i możliwym ogrzaniu się wody powstaje niebezpieczeństwo zainfekowania wody. dlatego po przestoju i ewentualnym ogrzaniu układu należy go opóźnić i wysuszyć albo wyjałowić promieniami UV.

Opory przepływu

powietrza w normalnej komorze zależą od ilości rozpylonej wody, prędkości przepływu powietrza, a zwłaszcza od konstrukcji odkraplacza, wynoszą około 100...200 Pa, przy prędkości powietrza od 2,5 do 3,5 m/s.

Nie kurzyć przy płukaniu powietrza!

Przed 15 laty, w kilka lat po przejściu na emeryturę, zdarzało mi się więcej czasu poświęcać na oglądanie telewizji. W którymś z programów kulturalnych obejrzałem rozmowę z dyrektorem Zarządu Ochrony i Konserwacji Zespołów Pałacowo-Ogrodowych Muzeum Narodowego. Z pewnym zdziwieniem dowiedziałem się, że technicznie przestarzała instalacja klimatyzacyjna jest przyczyną... przeciążenia pracowni konserwatorskich, sprawujących pieczę nad eksponatami. Przez ostatnie 10 lat pracy zawodowej parałem się głównie projektowaniem klimatyzacji takich obiektów, jak studia radiowe i telewizyjne, sale operacyjne, a również teatr muzyczny; poczułem więc znów powiew świeżej bryzy. Niezwłocznie wystosowałem list do dyrekcji muzeum z propozycją, że przy zapewnieniu mi jedynie noclegów, gotów jestem służyć nieodpłatnie moja wiedzą i radą. Odpowiedź z zaproszeniem otrzymałem w ciągu kilku dni. Oprócz dokumentacji istniejącej klimatyzacji muzeum dysponowało dwoma opracowaniami: ekspertyzą Pracowni Projektowej „Unimor" z Łodzi, z września 1982 r. oraz dokumentacją techniczno-ruchową (DTR) opracowaną przez Biuro Projektów „ Ins talprojekt" w Warszawie we wrześniu 1983 r. Oba opracowania oparto na sumiennych pomiarach efektywności funkcjonowania starych urządzeń, obejmujących wentylatory nawiewu i wywiewu powietrza, nagrzewnice wstępne i wtórne oraz filtry.

Sprawność czy niesprawność?

Wyniki przeprowadzonych pomiarów wykazywały rażące odchylenia od pierwotnych założeń projektu, zarówno co do ilości nawiewanego i wywiewanego powietrza, jak i uzyskiwanych temperatur. Przede wszystkim jednak sprawność komór zrastania, która to sprawność wynosiła od 26% do 67%. Ponadto opory przepływu powietrza przez nagrzewnice wtórne były kilkakrotnie wyższe, niż w nagrzewnicach wstępnych Jak widać; komory zraszania, jako urządzenia nawilżające powietrze wentylacyjne, miewają liczne wady.

Główne spośród nich to:

• duże gabaryty komory w stosunku do pozostałych sekcji centrali klimatyzacyjnej, •konieczność utrzymywania nieproporcjonalnie dużego obiegu wody, znacznie przek raczającego ilość rozpylaną przez dysze,
• konieczno czyszczenia (wymiany do oczyszczania) dysz rozpryskowych -średnio co 6-8 tygidni,
• narastający rozwój mikroorganizmów w zbiorniku wody obiegowej,
• to, co najbardziej szkodliwe np. dla eksponatów muzealnych w przytoczonym wyżej przykładzie: unoszenie się kurzu, którego ilość badania określają na około 1000 cząsteczek o wielkości powyżej 0,5 mikrometra w 1 litrze powietrza. Przy normalnym odkraplaczu odpowiada to "produkcji kurzu" w ilości około 0,16 mg/m2. Są to w przeważającej mierze cząsteczki soli osiadającej na eksponatach.

Efekty działania komory w zakresie nawilżania powietrza nawiewanego mogą znacznie odbiegać od założeń, a niekiedy mogą przynosić rezultaty wręcz przeciwne od zamierzonych, Wniosek z tego płynie następujący: zamiast komory zraszania stosować nawilżanie powietrza parą wodną.

Autor: Jerzy Cehoń

Źródło: instalator.pl