Увлажнитель воздуха для системы вентиляции. Системы увлажнения воздуха и их расчет. Основные преимущества увлажнителей с водяным распылением

Создание микроклимата: системы вентиляции с увлажнением/осушением

Организм человека более чувствителен к передвижениям и температуре воздуха, чем к его влажности. Однако комфорт создается не только поступлением свежего воздуха необходимой температуры. Приток наружного воздуха может иметь повышенную или пониженную влажность по сравнению с заданной. При высоком содержании влаги в воздухе многим кажется, что летом душно, а зимой — холодно. Если ее недостаточно — на губах появляются трещины, кожа шелушится, мебель быстро стареет, продукты теряют свежесть. Для обеспечения нормального самочувствия людей или надлежащих норм технологических процессов необходимо поддерживать определенные параметры влажности: излишнюю влагу удалять, а ее недостаток — восполнять. Основные проблемы, возникающие при отклонении относительной влажности от нормальных значений, показаны на изображении ниже.

Влажность воздуха и ее параметры

Показатели влажности (относительная влажность и влагосодержание) среды характеризуют количество содержащейся в ней влаги. Влажность воздуха оценивают по двум основным параметрам:

• абсолютная влажность — количество влаги в единице объема воздуха, г/м³;
• относительная влажность - отношение абсолютной влажности к максимальной при определенной температуре, %

Эта величина напрямую связана с температурой: горячий воздух менее плотный, чем холодный и может впитать большее количество пара. Наибольшее значение относительной влажности наблюдается в туман (100%), наименьшего (0%) не зарегистрировано.
Определение абсолютной влажности достаточно наглядно, но оно не дает полного представления о степени влажности или сухости воздуха. Для расчетов важна относительная влажность, от величины которой зависит активность испарения влаги с различных поверхностей.

Как видно из таблицы (СанПин 2.1.2.1002-00), относительная влажность в жилых помещениях в зимний период должна быть в границах 30-45%, допустимо до 60%, в теплый — 30-60%, допустимо до 65%.

Влажность воздуха и ее влияние на человека и производственные процессы

Относительная влажность менее 30% вызывает дискомфорт: различные раздражения, сухость во рту, а также снижение иммунитета к инфекционным заболеваниям. Изготовители дорогостоящих сортов массивной доски и паркета включают в гарантийные условия необходимость поддерживания в помещении определенного уровня влажности воздуха. На производстве повышенный или пониженный уровень влажности может стать причиной нарушения технологических процессов или выхода из строя некоторых видов оборудования.

Методы увлажнение приточного воздуха

Для увлажнения приточной вентиляции используются два способа:

1) Адиабатический. В этом случае применяется механическое распыление или разбрызгивание воды. Работа вентиляционных систем с адиабатическим увлажнением сопровождается понижением температуры подаваемого воздуха. Эта особенность процесса часто используется в районах с жарким и сухим климатом, а также в помещениях с явным выделением тепла и недостатком влаги. Если же в помещении необходимо выдерживать заданную температуру, система вентиляции с увлажнением оснащается дополнительным нагревателем.

2) Изотермический. Влажность повышается путем подачи в воздушный поток пара, образующегося в результате нагревания и кипения воды. Температура воздуха в процессе увлажнения не меняется. Этот метод позволяет получать стерильный пар без минеральных солей и примесей.

Увлажнители воздуха адиабатического типа

К этому типу относятся увлажнители:

Поверхностные . Поток воздуха проходит через увлажняющую панель из мелкосетчатого или ячеистого материала, насыщаясь микроскопическими частицами воды. Остатки воды стекают в дренажную емкость и могут использоваться повторно. Специальные свойства новейших синтетических материалов позволяют использовать водопроводную воду без предварительной очистки. Данные увлажнители применяются в основном в составе приточно-вытяжной установке с большим расходом воздуха (более 2000 м 3 /ч).

Ультразвуковые. Работа основана на принципе акустической кавитации: высокочастотная вибрация мембраны разбивает воду на мельчайшие частицы, выдуваемые наружу вентилятором. Плюсы данного увлажнителя в бесшумности работы и малом потреблении электроэнергии.

Форсуночные (система туманообразования). Данные системы применяются для помещений, в которых требуется поддержание высокой влажности воздуха (до 95 - 100%), в основном устанавливаются для теплиц. После предварительной водоподготовки вода подается на форсунки, где распыляется до состояния мелкодисперсного аэрозоля («холодный пар»). Подразделяются на системы низкого и высокого давления с подачей воды и сжатого воздуха;

Механические дисковые (центробежные) . Вода подается на поверхность диска, вращающегося с большой скоростью. Под действием центробежных сил образуется тонкодисперсная смесь, которая быстро испаряется, увлажняя подаваемый в помещение воздух. Дисковые устройства подвержены загрязнению и нуждаются в периодической дезинфекции и очистке.

Изотермические (парообразующие) увлажнители

Пар в изотермических увлажнителях получают при помощи газа или электричества. Газовые устройства более экономичны, но жесткие требования нормативных документов к газовым коммуникациям ограничивают их использование. Электрические увлажнители в зависимости от конструкции подразделяются на несколько типов:

• резистивные, использующие для получения пара изолированные от воды нагревательные элементы (ТЭНы);
• электродные, в которых нагрев воды осуществляется погруженными в воду электродами, через которые пропускается электрический ток;
• инфракрасные, с нагревом воды при помощи ламп инфракрасного излучения.

Изотермические пароувлажнители с подачей в приток не загрязненного солями пара часто используются на объектах с особыми требованиями к чистоте подаваемого воздуха.

Для повышения влажности можно также использовать кондиционер с увлажнением соответствующей производительности.

Виды систем вентиляции с увлажнением или осушением

Осушители и увлажнители воздуха могут быть автономными или встраиваться в общую систему вентиляции вне зависимости от принципа увлажнения.

Центральные системы с увлажнителем или осушением обеспечивают комплексное поддержание микроклимата. Наружный воздух, подаваемый в систему вентиляции, охлаждается, увлажняется, нагревается или осушается до заданных значений. После обработки он подается в помещение. Работа автономных осушителей и увлажнителей не зависит от систем вентиляции и отопления.

Системы вентиляции с осушением

Процесс осушения заключается в удалении из воздуха лишней влаги. Осушение, как и увлажнение, имеет большое значение для поддержания требуемого уровня влажности в быту или заданного технологией изготовления продукции на производстве.

В частности, вентиляция и осушение воздуха бассейна является основным условием поддержания в нем комфортных условий.

В приточной вентиляции для осушения воздуха используется несколько методов:

1. Рефрижерация (охлаждение). В процессе осушения воздух подается на поверхность испарителя, имеющую температуру ниже точки росы. При этом влага, содержащаяся воздухе, интенсивно конденсируется и дренируется. После испарителя осушенный и охлажденный воздух подогревается в конденсаторе и подается в помещение. Конденсатор подогревается за счет тепла поступающего в него хладагента, прошедшего через испаритель.
   
2. Адсорбция. В основе этого принципа лежит способность специального вещества (адсорбента) с пористой структурой поглощать влагу из воздушной среды. Основной элемент осушителя — рабочее колесо (ротор, барабан), поверхность которого покрыта адсорбентом. Барабан вращается при помощи электродвигателя с приводом. На осушающий сектор барабана подается осушаемый воздух, на регенерационный сектор — горячий. При повороте ротора увлажненный осушающий сектор попадает в поток горячего воздуха, собирающего влагу, которая впоследствии удаляется.
3. Абсорбция. В режиме вентиляции и осушения воздуха водяные пары химически поглощаются специальным веществом, которое растворяется в процессе осушения и должно быть возмещено. В качестве такого вещества используется соль NaCl, обезвоженный мел, глицерин, концентрированная серная кислота. На практике этот метод используется редко, поскольку не всегда экономически оправдан.

Выбор систем увлажнения

При выборе обращают внимание на два главных фактора:

1. Безопасность для здоровья человека. В воде и воздухе содержатся вирусы, водоросли, плесень, грибки, которые могут размножаться и представлять опасность. Наиболее безопасны системы приточной вентиляции с увлажнением воздуха, в которых водой заполнены трубопроводы и все компоненты увлажнителя. Системы с открытыми емкостями для воды, с трубопроводами, сообщающимися с атмосферой через технологические отверстия или с применением влажных фильтров менее предпочтительны. При эксплуатации таких систем необходима их регулярная дезинфекция и очистка;
2. Экономическая целесообразность, определяемая затратами на приобретение, монтаж и обслуживание.

Для того чтобы микроклимат в помещении был комфортным очень важно контролировать влажность воздуха. Если воздух недостаточно влажный, то возможно ослабление работы иммунной системы, которое в дальнейшем приводит к частым простудным проявлениям. Чтобы предотвратить подобные проблемы со здоровьем, используют канальный увлажнитель воздуха.

Канальный увлажнитель применяется в помещениях больших площадей

Что собой представляет канальный увлажнитель? Его разновидности

Канальный увлажнитель - это специальный вид климатической техники, который создан для того, чтобы удерживать влажность воздуха на соответствующем уровне в крупных по площади помещениях.

Установка данного устройства осуществляется в системе вентиляций и в зоне центрального кондиционирования помещения. Среди множества подобных технических приборов выделяются высокой производительностью, легкостью в использовании и управлении.

На данном этапе времени выделяют 3 главных вида подобных увлажнителей:

1. Адиабатический вид. Его функционирование связано и испаряемостью водяного тумана, в приточном потоке воздуха. В виде генерирующего элемента мелких частиц аэрозоля довольно часто применяются атомайзер, форсунка или излучатель ультразвука.
2. Увлажнитель парового типа. Создан для того, чтобы производить раздел «сухого пара» в воздушные каналы от главной точки системы снабжения пара.
3. Увлажнитель сотового типа. Функционирует согласно принципу испаряемости жидкости с поверхности увлажненного материала благодаря потоку воздуха.

Каждый из этих типов устройств обладает рядом положительных и отрицательных сторон, поэтому каждый аппарат предпочтительнее использовать в отдельной среде.

Паровой тип увлажнителей

В данном случае функционирование аппарата обеспечивается тем, что от центра системы снабжения паром производится его подача по системе ведущих к фильтру трубок.

Далее, пар пересекает паровой клапан (может иметь привод электрического или пневматического типа) и перемещается в питающую трубку, а уже сквозь нее осуществляется движение к коллекторам распределения, их установка производится прямо в приточном канале вентиляции.

Подобные действия способствуют обогащению воздушных масс водяной парой, что обеспечивает увеличение уровня его влажности. А уже увлажненный поток воздуха из воздухопровода просачивается в помещение.

Существует ряд моделей таких устройств, которые содержат в своей сборке специальную систему улавливания капель, что обеспечивает возвращение водной массы в коллектор для дальнейшего ее применения. Подобная функция в значительной мере сокращает растраты воды в таких аппаратах.

А также имеются отдельные модели со специальным изоляционным покрытием, что в значительной мере уменьшает возникновение конденсата во время перемещения пара.

Паровой канальный увлажнитель воздуха обладает рядом преимуществ

Среди преимуществ данного устройства можно выделить следующие:

• производиться увлажнение воздуха до той отметки, которая равна гигиеническим нормам;
• небольшой расход теплоты в воздухонагревателе;
• легкость в управлении;
• легкость в эксплуатации;
• высокий уровень прочности;
• разрешается использование устройства без водоподготовки.

Среди отрицательных сторон присутствует только один - чрезмерное потребление электричества.

Адиабатический тип прибора

Суть функционирования устройства заключается в том, что генератор водяного тумана монтируется в приточном воздуховоде вентиляции. Затем вокруг распылителя происходит образование облака из водяного аэрозоля, оно под влиянием воздушных масс продолжает свой путь вдоль воздуховода, пока окончательно не испарится. В помещении появляются воздушные массы с высоким уровнем влажности.

Данный тип увлажнителя в состоянии создать мельчащий водный аэрозоль, который подвергается полному испарению, а конденсат в зоне стен воздуховода отсутствует. Аппарат содержит в себе качественный и прочный корпус, который сделан из такого материала, как коррозийная сталь, а также генератор водного аэрозоля, систему для питания устройства и модуль для его управления.

В корпусе установлен специальный бак для хранения воды, в который производится установка излучателя для водяного тумана и камера, которая обеспечивает увлажнение потока воздуха. В большинстве случаев, в такой камере присутствует поддон уловителя капель. Те капли, которые не подверглись испарению, убираются благодаря дренажной системе.

Контроль за показателями влажности производится благодаря управлению излучателями.

Особенности сотового типа увлажнителей

Этот тип увлажнителей является самым простым как в управлении, так и в использовании.

Суть функционирования устройства заключается в том, что производится испарение жидкости с поверхности увлажненного материала. В роли вышеупомянутого материала используются кассеты сменного типа.

В корпусе увлажнителя (сделан из такого материала, как сталь, неподвергающаяся воздействию ржавчины) размещен поддон, его наполнение совершается с помощью вожжи из системы центрального снабжения воды. Далее, насосом производится закачка водной массы из поддона, а затем ее поддача в блок головы (в процессе этого, вода проходит через распределительную гренку), где производится смачивание кассет из поглощающего воду материала.

Та часть водной массы, которая не была поглощена материалом, возвращается обратно в поддон. В этот момент поток воздуха, который проходит сквозь кассеты производит испарение жидкости с ее поверхности, обеспечивая соответствующие условия для увеличения показателя влажности.

Благодаря тому, что в процессе испарения воды наблюдается снижение температурного показателя, данный тип увлажнителя можно использовать в роли кондиционера в жаркое время года.

Все вышеуказанные канальные увлажнители подходят как для установки в вентиляции квартиры (при условии ее немаленьких размеров), так и для установки в производственных помещениях.

Комфортный уровень влажности в квартире или коттедже составляет 40-55%. Как правило, в отопительный период влажность воздуха в квартире или коттедже падает до 20-30%.

Это происходит из-за того, что уличный зимний воздух с низким содержанием влаги попадает в помещении при проветривании или при работе системы вентиляции в частном доме или квартире без встроенного увлажнителя.

В результате падения влажности проявляются побочные эффекты: шелушится кожа, трескаются губы, увеличивается концентрация пыли, появляется статическое электричество, растрескивается паркет и мебель, сохнут домашние растения и т.п.

Если Вы обустраиваете квартиру или частный дом системой вентиляции, то неплохо было бы предусмотреть и увлажнитель воздуха, который встраивается в систему вентиляции и автоматически поддерживает заданный уровень влажности в помещении.

Системы увлажнения воздуха, встраиваемые в вентиляцию, делятся на типы по принципу увлажнения.

2. Традиционный (испарительный) способ увлажнения. Самые простые увлажнители традиционного типа (еще их называют «испарительные увлажнители»). Подаваемый в помещение свежий воздух пропускается через специальный увлажняющий сменный картридж. Картридж орошается водой и воздух, проходя сквозь него, увлажняется естественным путем. Невысокая стоимость увлажнителя + низкое энергопотребление + испаряющаяся вода не содержит минеральных солей Необходимость регулярной замены увлажняющего картриджа - для работы увлажнителя желательно применять деминерализованную воду

3. Адиабатический способ увлажнения воздуха. В данном случае используется специальный насос, который выпускает воду под высоким давлением через стальные форсунки, в результате чего образуется тонкодисперсионный равномерный аэрозоль. При быстром испарении аэрозоля происходит увлажнение воздуха в квартире или частном доме. Форсунки, распыляющие аэрозоль, могут быть встроены в воздуховод вентиляции или расположены непосредственно в комнатах. Низкое энергопотребление + независимая система увлажнения Требуется повышенная деминерализация распыляемой воды - высокая стоимость системы

Кроме типа исполнения увлажнитель подбирают исходя из расчета производительности.

Расчет производится по формуле Q=(V*1.2*(X2-X1)/100)+Y , где

Q – требуемая производительность увлажнителя кг/час
V - расход приточного воздуха в м3/час
X1 влагосодержание приточного воздуха при наихудших (зимних) условиях
X2 – требуемое влагосодержание в помещении
Y – поправочный коэффициент, учитывающий иные факторы

Типовые значения для квартир (площадью до 130 м2)– 3…5 кг/час
Типовые значения производительности увлажнителя для коттеджей и частных домов (площадью до 250 м2) – 6…9 кг/час

Cтоимость устройства увлажнения "под ключ"

Помещение	Тип оборудования	Приблизительная стоимость с монтажом
квартира до 130 м2	изотермический увлажнитель	150 000...220 000 руб + устройство вентиляции
квартира до 130 м2	испарительный увлажнитель	180 000...290 000 руб + устройство вентиляции
квартира до 130 м2	адиабатический увлажнитель	500 000...950 000 руб + устройство вентиляции
частный дом до 250 м2	изотермический увлажнитель	170 000...260 000 руб + устройство вентиляции
частный дом до 250 м2	испарительный увлажнитель	220 000...330 000 руб + устройство вентиляции
частный дом до 250 м2	адиабатический увлажнитель	800 000...1 300 000 руб + устройство вентиляции

Дополнительную консультацию по устройству системы вентиляции с увлажнением в квартире или коттедже Вы можете получить позвонив по нашим телефонам, указанным на сайте.

В приведенной выше таблице указана приблизительная стоимость системы вентиляции с увлажнением в квартире или коттедже, окончательная стоимость - только после выезда нашего инженера на осмотр квартиры и уточнения всех нюансов, тонкостей и Ваших пожеланий.

В квартирах и отдельных комнатах коттеджей чаще всего используется ультразвуковые увлажнители (в том числе с предварительным нагревом воды) и «мойки воздуха». Ультразвуковые модели, как правило, дешевле и производительнее, но требуют регулярной замены умягчающего картриджа. Если же рассматривать увлажнители с точки зрения гигиены и удобства эксплуатации, то лучшим выбором будет «мойка воздуха». Типовая производительность бытового увлажнителя (0,3-0,5 кг/ч) достаточна для обслуживания одной комнаты площадью 20-30 м².

Однако какой бы увлажнитель вы не выбрали, один — два раза в сутки вам придется заливать в его бак воду. Если такой вариант эксплуатации увлажнителя вам не подходит, придется приобретать более дорогой полупромышленный увлажнитель, который подключается к водопроводу и канализации. Такие увлажнители удобно использовать в составе системы вентиляции для увлажнения воздуха в вентиляционном канале — это позволяет поддерживать требуемый уровень влажности во всех комнатах квартиры или коттеджа без необходимости постоянного обслуживания. Далее мы расскажем о таких системах на примере оборудования Carel, но сначала немного теории.

Калькулятор для расчета производительности увлажнителя

Калькулятор позволяет рассчитать требуемую производительность увлажнителя воздуха для квартиры, офиса или коттеджа (поправочная величина Y, используемая при расчете увлажнения для производственных процессов, не учитывается). Методика расчета описана ниже.

Методика расчета производительности увлажнителя воздуха

Производительность большинства бытовых увлажнителей лежит в диапазоне 0,3-0,5 кг/ч и поэтому подбирать их по этому параметру нет необходимости. Коммерческие же увлажнители имеют производительность от 1 до 500 кг/ч и для каждого объекта необходим точный расчет дефицита влаги. При расчете учитываются следующие основные параметры:

• Требуемая влажность воздуха в помещении (при заданной температуре).
• Температура и влажность наружного воздуха.
• Наличие приточной вентиляции и ее производительность
• Объем помещения
• Другие факторы, которые могут влиять на требуемую производительность увлажнителя (наличие людей, гигроскопичность и влажность материалов и т. д.).

Расчет дефицита влаги производится по формуле:

Q = + Y , где:

Q — количество влаги, требуемой для увлажнения воздуха в помещении, кг/ч;
L — при наличии принудительной вентиляции ее производительность, м³/ч

при отсутствии принудительной вентиляции L = V x N , где

V — объем помещения, м³;
N — кратность воздухообмена (обычно от 0,5 до 2,0);

1,17 — плотность воздуха, кг/м³ (при температуре 21°C и барометрическом давлении 99 кПа);
X1 — влагосодержание (абсолютная влажность) приточного воздуха при наихудших условиях (обычно в зимний период), г/кг;
X2 — влагосодержание (абсолютная влажность) увлажненного воздуха в помещении при заданной температуре, г/кг;
Y — поправочная величина, учитывающая другие факторы (гигроскопичные материалы и т. п.).

Влагосодержание воздуха (абсолютная влажность) Х1 и Х2 определяется по исходя из заданных значений температуры и относительной влажности воздуха. Для определения влагосодержания нужно от заданной температуры (на нижней шкале) провести вверх линию до пересечения с кривой, обозначенной требуемым уровнем влажности. От точки их пересечения вправо проводится горизонтальная линия, которая при пересечении со шкалой покажет искомое значение абсолютной влажности.

Например, при температуре 23°C и относительной влажности 50% в 1 кг сухого воздуха будет содержаться 9 г воды (т. е. влагосодержание 9 г/кг). На приведенной id-диаграмме температура воздуха ограничена снизу значением -10°C. Поскольку влагосодержание холодного воздуха очень мало, то для ориентировочных расчетов влагосодержание Х1 при температуре ниже -10°C можно принять равным 0.5 г/кг.

Типичные значения дефицита влаги для жилых помещений при температуре наружного воздуха -20°C, температуре и влажности воздуха в помещении +22°C и 50% соответственно:

• Квартира площадью 80 м² без приточной вентиляции при N = 1: Q = 2.1 кг/ч
• Квартира площадью 80 м² с приточной вентиляцией при L=350 м³/ч: Q = 3.3 кг/ч
• Коттедж площадью 150 м² с приточной вентиляцией при L=700 м³/ч: Q = 6.6 кг/ч
• Коттедж площадью 450 м² с приточной вентиляцией при L=2000 м³/ч: Q = 18.8 кг/ч

После того, как будет рассчитан дефицит влаги, можно приступать к последовательному выбору типа, серии и модели увлажнителя воздуха.

Классификация увлажнителей воздуха

В предыдущих разделах мы описывали типы бытовых увлажнителей в зависимости от их принципа действия. Для высокопроизводительных увлажнителей используется более общая классификация, основанная на способе получения пара. Все увлажнители воздуха делятся на две группы: изотермические и адиабатические.

• В изотермических (или паровых) увлажнителях вода доводится до кипения, и полученный пар подается в помещение. При этом температура воздуха в помещении остается почти неизменной (может лишь незначительно повыситься), так как энергия, затраченная на испарение воды, идет на увеличение энтальпии (скрытой энергии) воздуха. Поскольку при испарении воды минеральные соли и микроорганизмы не попадают в воздух, изотермические увлажнители Carel могут использоваться не только в жилых помещениях, но даже в помещениях со стерильной и антисептической средой (больницы, операционные, «чистые» комнаты в электронной промышленности). Недостатком пароувлажнителей является высокое энергопотребление (на выработку 1 кг пара требуется около 750 Вт/ч энергии), поэтому их максимальная паропроизводительность ограничена 180 кг/ч.
• В адиабатических увлажнителях испарение воды происходит при комнатной температуре, без подвода дополнительной энергии (например, «мойки воздуха» и ультразвуковые модели являются адиабатическими увлажнителями). В промышленности чаще всего используются увлажнители распылительного типа или атомайзеры, которые распыляют мелкодисперсную водяную взвесь через специальные форсунки. При фазовом переходе воды из жидкого состояния в газообразное происходит поглощение тепла из воздуха, в результате чего его температура понижается. Таким образом, адиабатические увлажнители могут использоваться для одновременного увлажнения и охлаждения воздуха при минимальных затратах энергии. Благодаря низкому энергопотреблению производительность серийно выпускаемых адиабатических увлажнителей может достигать 500 кг/ч, а под заказ возможно изготовление систем производительностью до 5000 кг/ч. Адиабатические увлажнители применяются в холодильных камерах, в текстильном и бумажном производстве, типографиях и на складах готовой продукции.

В следующих двух разделах мы расскажем о том, какие типы увлажнителей рекомендуется применять на различных объектах, и рассмотрим особенности популярных серий изотермических и адиабатических увлажнителей Carel.

Согласно нормативам в помещениях с постоянным пребыванием людей необходимо поддерживать не только определенную температуру, но и влажность. Пониженная влажность способствует накоплению статического электричества на металлических предметах. Повышенная — также неприятна и ведет к ощущению духоты и выпадению конденсата на поверхностях.

Влажность поддерживается специальными устройствами — увлажнителями. Они делятся на два принципиально разных типа, отличающихся методом увлажнения, — оно может быть адиабатное (изоэнтальпийное) или изотермическое (рис. 1, линии 1-3 и 1-2 соответственно).

Адиабатное (изоэнтальпийное) увлажнение

Адиабатное увлажнение представляет собой процесс самого обычного испарения воды в окружающую среду. Именно так со временем испаряется вода в стакане, исчезают лужи на дорогах…

Движущей силой процесса испарения является разность парциальных давлений водяного пара над поверхностью воды (где оно велико и практически равно давлению насыщенного пара) и в окружающем воздухе (где оно ниже, причем тем ниже, чем суше воздух).

Эффективность адиабатного увлажнения зависит от площади влажной поверхности и скорости обдувающего ее воздуха. Поэтому элементы, с которых происходит испарение в использующих этот метод увлажнителях, представляют собой либо матерчатые или бумажные кассеты, либо пластиковые диски, по которым стекает вода. Эти элементы встраивают в воздуховод или обдувают отдельным вентилятором.

С физической точки зрения происходит следующее: поток воздуха поглощает влагу, превращая ее в водяной пар. Процесс превращения воды в пар требует огромного количества энергии. Эту энергию воздух отдает воде, вследствие чего охлаждается. Общая же энергия системы (энтальпия) практически неизменна, поэтому процесс называется изоэнтальпийным (адиабатным).

На Id-диаграмме данный процесс изображается прямой линией вдоль изоэнтальпы вправо вниз (рис. 1).

Адиабатный метод увлажнения применяется в испарительных, расщепляющих и ультразвуковых увлажнителях.

Изотермическое увлажнение

Изотермическое увлажнение — это процесс смешения водяного пара с потоком воздуха.

Задачей увлажнителя является подготовка пара из воды, но на этот раз энергия, необходимая для превращения жидкости в газ, берется не из воздуха, а из электросети. В результате температура воздуха при увлажнении практически не изменяется (поэтому метод и называется изотермическим), а счет на электроэнергию вызывает легкое недоумение, ведь установка производительностью всего 1 л/ч потребляет 700 Вт, а увлажнение квартиры зимой требует около 3 кВт.

На Id-диаграмме линия процесса направлена вдоль изотермы вправо (рис. 1).

Изотермический метод увлажнения применяется в нагревательных, инфракрасных и электродных увлажнителях.

С точки зрения терминологии отметим, что изотермические увлажнители часто называют пароувлажнителями, так как они в ходе своей работы генерируют пар. В свою очередь, адиабатные увлажнители называть пароувлажнителями нельзя.

Типы увлажнителей

Рассмотрим подробнее каждый из упомянутых типов увлажнителей:

Изотермические увлажнители

Нагревательные увлажнители

В нагревательных увлажнителях вода нагревается и вскипает в специальном бачке, а появляющийся при этом пар подается по шлангу в воздуховод, где равномерно распределяется посредством трубки с мелкими отверстиями по всей длине (парораспределителя).

Генерируемый пар при этом должен быть перегрет, чтобы не конденсироваться на стенках шланга по пути к воздуховоду.

Инфракрасные увлажнители

Инфракрасные увлажнители схожи с нагревательными и отличаются лишь способом нагрева воды. В данном случае применяются лампы, греющие воду посредством инфракрасного теплового излучения.

Электродные увлажнители

Увлажнители электродного типа (рис. 2) для получения пара используют явление диссоциации воды — ее разложения под действием электрического тока. В бак с водой опускают два электрода — анод и катод и подают на них напряжение. Ток, проходя через воду, нагревает ее и превращает в пар.

Электродные пароувлажнители более эффективны, нежели нагревательные и инфракрасные. Кроме того, они гораздо безопаснее: в случае отсутствия воды электрическая цепь разрывается и увлажнитель автоматически отключается.

Адиабатные увлажнители

Испарительные увлажнители

В испарительных увлажнителях вода подается на специальную поверхность (как правило, бумажную или пластиковую), обдуваемую воздухом. При обдувании влага постепенно испаряется, тем самым увлажняя воздух.

Расщепляющие увлажнители

Расщепляющие увлажнители используют сжатый воздух или водяной насос высокого давления для расщепления воды на мелкие частицы, которые направляются в поток воздуха и легко испаряются.

Ультразвуковые увлажнители

Это самый современный тип увлажнителей (рис. 3). Здесь используется специальная мембрана, которая вибрирует с высокой частотой. Вода, попадающая на мембрану, мгновенно распыляется и превращается в облако из микрочастиц. Воздух, проходящий через это облако, эффективно поглощает влагу.

Отметим, что для последних двух типов увлажнителей необходима чистая вода во избежание загрязнения воздуха примесями. Многие производители, стремясь сделать расщепляющие и ультразвуковые увлажнители максимально безопасными для человека, оснащают их рядом функций, которые решают эту проблему.

Плюсы, минусы и сферы применения

Как уже было сказано, основным отличием адиабатного увлажнения от изотермического является то, что в первом случае на испарение воды тратится энергия воздушного потока, вследствие чего он охлаждается, а во втором случае используется электроэнергия из сети. Следовательно, там, где охлаждение воздуха невыгодно, необходимо использовать изотермическое увлажнение.

Например, зимой в приточной вентиляции квартиры, офиса или административного здания воздух, забираемый с улицы, в абсолютной величине содержит мало воды, а потому после нагревания его влажность составляет всего 10-15 %. Увлажнение только что нагретого воздуха адиабатным методом охладит его и потребует очередного нагрева, что усложняет систему. Поэтому в этом случае рекомендуется использовать изотермические увлажнители.

В то же время летом наружный воздух с температурой 28 °C и влажностью 35 % при помощи бытового или канального адиабатного увлажнителя может быть охлажден до вполне комфортной температуры 23 °C при влажности 60 %. Здесь следует отметить, что увлажнение после 60 % хотя и приводит к последующему снижению температуры воздуха, но не рекомендуется, так как высокая влажность вызывает ощущение духоты и дискомфорта.

Еще одна сфера применения адиабатных увлажнителей — охлаждение воздуха, поступающего в конденсатор, для последующего максимально возможного снижения температуры конденсации в холодильном контуре.

Такая необходимость возникает в жаркие дни и несет в себе сразу несколько преимуществ. Во первых, это позволяет избежать аварии холодильной установки по высокому давлению. Во вторых, снижение температуры конденсации на 1 °C увеличивает холодильную мощность на 3 %. Наконец, если адиабатное охлаждение воздуха для конденсатора было заложено на стадии проектирования установки, то это позволит сэкономить на капитальных вложениях: потребуется менее мощный конденсатор или драйкулер.

Данная система может использоваться в конденсаторах чиллеров, в компрессорно-конденсаторных блоках, выносных конденсаторах, а также в драйкулерах и других охладителях рабочего вещества (воды, раствора гликоля, хладагента) наружным воздухом.

Изотермическое увлажнение в приточной системе вентиляции

В приточных системах вентиляции для малых и средних объектов используется, как правило, изотермическое увлажнение. При этом увлажнитель может монтироваться отдельно (обычно на стену) либо встраиваться в воздуховод.

В первом случае увлажнитель никак не связан с вентиляцией и работает полностью автономно, самостоятельно генерируя необходимое количество пара посредством регулирования потребляемой мощности, создавая воздушный поток, в который вводится пар, встроенными вентиляторами.

Во втором случае увлажнитель напрямую завязан на работу приточной системы вентиляции, и пар распыляется в воздуховод, движение воздуха в котором обеспечено приточным вентилятором. Соответственно, при отключении вентиляции должно быть предусмотрено отключение увлажнителя (как правило, у увлажнителей есть соответствующие контакты).

Подача пара в приточный воздуховод осуществляется с помощью линейного парораспределителя, пар к которому подается через шланг (рис. 4). Точное место размещения линейного парораспределителя с привязками по высоте воздуховода следует уточнять согласно рекомендациям по монтажу пароувлажнителя.

При отсутствии приточного воздуховода для установки парораспределительной трубки предусматривается вентиляторный блок, имеющий присоединительные отверстия для парораспределителя и вентилятор для создания воздушного потока. Преимущества данного вида установки пароувлажнителя по сравнению с настенным моноблоком заключаются в возможности монтажа основного и вентиляторного блоков на удалении друг от друга.

Управление пароувлажнителем может осуществляться как встроенным, так и выносным пультом.

Секции увлажнения в приточных установках

В мощных вентиляционных агрегатах в качестве опциональных секций устанавливаются адиабатные увлажнители. И тут есть свои особенности.

В секцию увлажнения должен подаваться уже нагретый воздух, причем параметры этого нагрева определяются из следующего условия: воздух после нагревателя должен иметь такую энтальпию, при которой в процессе увлажнения он сможет достичь необходимого влагосодержания. Например, если воздух будет недостаточно нагрет, то при увлажнении он достигнет состояния насыщения (φ = 100 %) раньше, чем получит требуемое количество воды.

При детальном изучении этого вопроса выяснится, что температура перед увлажнителем должна быть заметно выше температуры в помещении (например, 40 °C и 24 °C, как в примере расчета ниже).

Таким образом, в приточных установках с секцией увлажнения (именуемых также центральными кондиционерами) присутствует два нагревателя: до и после увлажнителя (рис. 5).

Управление увлажнителем осуществляется с щита центрального кондиционера. При этом задаются лишь требуемые значения температуры и влажности, настройка же нагревательных и увлажняющей секций происходит в автоматическом режиме.

Пример расчета изотермического увлажнителя

Данные приточной установки:

Влажность наружного воздуха (определяется по I d- диаграмме): φ нар = 91 %.

Параметры внутренней среды:

Энтальпия воздуха в помещении (определяется по I d-диаграмме): i пом = 48 кДж/кг.

Плотность воздуха в помещении (определяется по I d-диаграмме): ρ пом = 1,17 кг/м 3 .

Термодинамические данные:

Расчет необходимой паропроизводительности увлажнителя

К увлажнителю воздух поступает после нагревателя, поэтому температура воздуха равна заданной в помещении (t пом). При этом процесс нагрева происходит при постоянном влагосодержании, следовательно, влагосодержание нагретого воздуха равно влагосодержанию наружного (d нар).

Температура воздуха после нагревателя: t нагр = t пом. T нагр = 24 °C.

Энтальпия воздуха (определяется по I d-диаграмме): i нагр = 25 кДж/кг.

Влажность воздуха (определяется по I d-диаграмме): φ нагр = 2 %.

Плотность воздуха (определяется по I d-диаграмме): ρ нагр = 1,17 кг/м 3 .

Как видно, зимой влажность воздуха после нагревателя составляет всего 2 % — именно это и является причиной необходимости комплектования приточной установки увлажнителем. При его отсутствии в помещении будет подаваться чрезвычайно сухой воздух. К слову, за счет влаговыделений в помещении (использование воды в квартире, влаговыделения людей и животных через пот и дыхание) влажность воздуха, безусловно, растет. Как правило, она составляет порядка 20 % и тем ниже, чем ниже наружная температура.

Целью увлажнителя является увеличение относительной влажности воздуха до заданного значения (φ пом) без изменения его температуры. Таким образом, влагосодержание воздуха должно быть увеличено с d нагр до d пом.

d увл = d пом — d нагр.
d увл = 8,98 г/кг.

Необходимая паропроизводительность увлажнителя:

P увл = 7,4 кг/ч.

Таким образом, в приточной системе вентиляции с расходом G пр = 700 м 3 /ч при необходимости увлажнить воздух до 50 % потребуется расход воды (паропроизводительность увлажнителя) не менее P увл = 7,4 кг/ч.

Зная паропроизводительность увлажнителя, можно оценить потребляемую им мощность. Данная оценка основывается на том, что определенный расход воды требуется перевести в газовое агрегатное состояние (пар), то есть затратить энергию фазового перехода (так называемая скрытая теплота парообразования).

N увл = P увл ∙r вода.

N увл = 5,1 кВт.

Экспресс-метод расчета производительности и мощности пароувлажнителя

Экспресс-метод позволяет оценить паропроизводительность без сложных расчетов и использования I d-диаграммы.

P увл [кг/ч] = 0,21∙G [м 3 /ч]∙φ [ %]∙10 -3 ,

где G и φ — соответственно расход приточного воздуха и требуемая поддерживаемая в помещении влажность.

Приведенная формула оценочного расчета паропроизводительности действительна только для зимнего периода времени; дает наилучшие результаты при влажности в помещении 30 …70 % и при любых расходах воздуха.

Экспресс-метод расчета потребляемой пароувлажнителем мощности сводится к простой формуле и практически не имеет ограничений по использованию:

N увл [кВт] = 0,7∙P увл [кг/ч].

Пример расчета адиабатного увлажнителя

Данные приточной установки:

Расход приточного воздуха: G пр = 700 м 3 /ч.

Параметры окружающей среды (стандартные расчетные условия):

Расчетное давление: Р расч = 0,1 МПа.

Температура наружного воздуха: t нар = -26 °C.

Энтальпия наружного воздуха: i нар = -25,1 кДж/кг.

Влажность наружного воздуха (определяется по I d диаграмме): φ нар = 91 %.

Параметры внутренней среды:

Поддерживаемая в помещении температура: t пом = 24 °C.

Влажность, поддерживаемая в помещении: φ пом = 50 %.

Энтальпия воздуха в помещении (определяется по I d диаграмме): i пом = 48 кДж/кг.

Плотность воздуха в помещении (определяется по I d диаграмме): ρ пом = 1,17 кг/м 3 .

Термодинамические данные:

Скрытая теплота парообразования: r вода = 2500 кДж/кг.

Теплоемкость воздуха c возд = 1,005 кДж/кг∙°C.

Расчет необходимой производительности увлажнителя.

К увлажнителю воздух поступает после предварительного нагрева. Мощность предварительного нагревателя ограничивается минимальным значением, таким, чтобы воздух после него в процессе адиабатного увлажнения смог принять количество влаги, требуемое для достижения влагосодержания d пом. По I d-диаграмме видно, что, как правило, первая ступень нагрева должна быть мощнее, чем в системе с изотермическим увлажнителем.

Для нашего примера можно принять температуру первого нагрева t нагр = 40 °C. Процесс нагрева происходит при постоянном влагосодержании, следовательно, влагосодержание нагретого воздуха равно влагосодержанию наружного (d нар). Таким образом, в увлажнитель попадет воздух с параметрами:

Температура воздуха после нагревателя: t нагр = 40 °C.

Энтальпия воздуха (определяется по I d-диаграмме): i нагр = 41,3 кДж/кг.

Влажность воздуха (определяется по I d-диаграмме): φ нагр = 1 %.

Плотность воздуха (определяется по I d-диаграмме): ρ нагр = 1,11 кг/м 3 .

Целью адиабатного увлажнителя является увеличение влагосодержание воздуха до заданного значения (d пом) с целью последующего нагрева до требуемой температуры t пом и, таким образом, достижения заданной влажности φ пом.

Энтальпия воздуха после увлажнения: i ад_увл = i нагр i ад_увл = 41,3 кДж/кг

Температура воздуха (определяется по I d диаграмме): t ад_увл = 17,4 °C.

Влажность воздуха (определяется по I d диаграмме): φ ад_увл = 75 %.

Плотность воздуха (определяется по I d диаграмме): ρ ад_увл = 1,20 кг/м 3 .

Разность влагосодержаний воздуха в помещении и после нагревателя:

D увл = d ад_увл — d нагр.

D увл = 8,98 г/кг.

Необходимая производительность увлажнителя:

P увл = d увл ∙G пр ∙ (ρ нагр + ρ пом)/2.

P увл = 7,4 кг/ч.

Мощность для адиабатного увлажнителя не рассчитывается, так как процесс увлажнения изоэнтальпийный и, соответственно, затраты энергии равны нулю.

Теперь остается определить мощность второго нагревателя, необходимого для догрева увлажненного воздуха до заданной температуры t пом:

N нагр2 = c возд ∙ G пр ∙ ρ пом ∙ (t пом — t ад_увл).

N нагр2 = 1,5 кВт.

Выводы

Итак, под созданием комфортных условий подразумевается не только поддержание заданной температуры, но и контроль влажности. Вопросы увлажнения в разных аспектах важны как в холодный, так и в летний период года.

Так, зимой влагосодержание уличного воздуха мало (менее 1 г/кг) и после подогрева воздуха в калориферах на выходе получается сухой поток (относительная влажность не выше 5 %). Увлажнение воздуха может осуществляться адиабатным или изотермическим методом в зависимости от вида вентиляционного оборудования и других факторов.

В летний период увлажнение приточного воздуха практически неактуально, разве что использование эффекта охлаждения и увлажнения адиабатных увлажнителей в условиях сухого климата. Однако интерес представляет адиабатное охлаждение воздуха, охлаждающего наружные блоки систем кондиционирования (конденсаторы чиллеров, выносные конденсаторы, компрессорно-конденсаторные блоки, драйкулеры). Эта тема будет более подробно освещена в следующих номерах журнала.

Кроме того, отдельной темой является использование прецизионных кондиционеров со встроенными увлажнителями, что актуально для промышленных и телекоммуникационных объектов, какими, например, являются центры обработки данных. Об этом также будет рассказано в ближайших выпусках.

Юрий Хомутский, технический редактор журнала «Мир климата»