Способы осушения воздуха

Избыточная влага является одной из главных причин повреждения и разрушения зданий. Намокшие стены под действием низких температур замерзают, в результате бетон и кирпичная кладка растрескиваются, а это приводит к преждевременному выходу зданий и сооружений из строя. Не столь катастрофичны, но, тем не менее, значительны последствия избыточной влажности при хранении различного рода материалов и изделий. Колебания влажности негативно влияют на свойства материалов. Всего лишь несколько примеров таких проявлений:

• заржавевшие металлические изделия и конструкции
• пораженные коррозией выключатели и контакты
• пониженное электрическое сопротивление изолирующих материалов
• слежавшиеся порошки и сахар
• плесень на текстильных изделиях и мехах
• размягчившиеся и разрушенные картонные коробки
• изменения окраски и появление пятен на упаковках и готовой продукции

Помимо решения названных проблем с помощью эффективных методов осушения можно:

• поддерживать прочность несущих конструкций различного рода объектов, включая плавательные бассейны, ледовые арены, гидротехнические сооружения
• защищать от запотевания окна и стеклянные потолки в административных и жилых зданиях
• повысить качество отделочных работ при ремонте квартир за счет просушки без температурных деформаций использованных покрытий стен, пола и потолка
• ликвидировать последствия наводнений, просушивать новые строительные объекты
• удалять влагу с поверхности музыкальных инструментов, линз фото- и кинокамер, ковровых покрытий, внутри книжных шкафов и кладовок в дождливый период
• увеличивать продолжительность хранения гигроскопических материалов: лекарств, стиральных порошков, строительных материалов и прочих сыпучих продуктов
• поддерживать низкий уровень влажности при производстве пищевых продуктов и древесины, резиновых изделий и пластмасс, при выделке меховых шкурок
• сохранять товарный вид одежды и упаковки
• снижать рост бактерий и т.д.

Известны три основные метода осушения воздуха внутри зданий и сооружений.

Ассимиляция. Метод основан на физической способности теплого воздуха удерживать большее количество водяных паров по сравнению с холодным. Он реализуется средствами вентиляции с предварительным подогревом свежего воздуха.

Данный метод в ряде случаев (бассейны, погреба, складские помещения, гальванические цеха и т.п.) является недостаточно эффективным в силу двух причин:

1. Способность поглощения воздухом водяных паров ограничена и непостоянна, будучи зависима от времени года, температуры и абсолютной влажности атмосферного воздуха.
2. Рассматриваемый метод характеризуется повышенным энергопотреблением в связи с наличием безвозвратных потерь явного (расходуемого на подогрев приточного воздуха) и скрытого тепла (содержащегося в удаляемых с воздухом парах воды). При этом скрытая часть тепла (энтальпии), определяемая теплотой испарения воды, составляет значительную долю обших потерь. С каждым килограммом влаги теряется 580 ккал (2,4 мДж).

Адсорбция. Этот метод основан на сорбционных (влагопоглошаюших) свойствах некоторых вешеств - сорбентов. Имея пористокапиллярную структуру, сорбенты извлекают водяной пар из воздуха. По мере насыщения сорбента влагой эффективность осушения снижается. Поэтому сорбент нужно периодически регенерировать, т.е. выпаривать из него влагу путем продувания потоком горячего воздуха.

Несмотря на повышенное энергопотребление в связи с наличием безвозвратных потерь явного и скрытого тепла данный метод более экономичен. В отличие от ассимиляции осуществляется нагрев относительно небольшого количества воздуха в регенерирующем плече (ок. 25-30% от количества воздуха, циркулирующего в основном контуре) до значительно более высоких температур (порядка 1 50°C). К недостаткам метода относится ограниченный срок службы сорбента, особенно в случае использования солей лития, подверженных вымыванию при отклонении от номинальных технологических режимов работы. Более практичным является использование силикагеля на стекловолоконном носителе.

Конденсация. Этот метод основан на принципе конденсации водяных паров, содержащихся в воздухе, при охлаждении его ниже точки росы.

Метод реализуется с использованием приниипа теплового удара, создаваемого при работе холодильного контура, с расположенными непосредственно друг за другом испарителем и конденсатором.

Преимущества конденсационного и адсорбционного методов осушения воздуха наглядно представлены на графике.

У конденсационных осушителей с ростом температуры воздуха увеличивается влагосъем на 1 кВт потребляемой энергии. У адсорбционных осушителей указанная зависимость является обратной и менее выраженной. Кроме того, эффективность конденсационных осушителей резко падает с уменьшением относительной влажности воздуха, в то время как у адсорбционных осушителей данная зависимость значительно слабее. В результате можно четко выделить области преимущественного использования каждого из сопоставляемых типов осушителей. С экономической точки зрения конденсационный метод более эффективен по сравнению с сорбционным при высоких значениях температуры и относительной влажности. Вместе с тем, сорбционные осушители способны поддерживать чрезвычайно низкую относительную влажность, вплоть до 2% при температурах до -20°C. Применение сорбционных осушителей является оправданным на ледовых площадках, молокозаводах, в винных и пивных погребах, охлаждающих туннелях, морозильных камерах, овощехранилищах и т.п. В плавательных бассейнах, где согласно действующим нормативам температура воды должна быть не менее 26°C, а температура воздуха должна превышать ее на 1 -2°C, безусловными преимуществами обладают осушители конденсационного типа. Аналогичная ситуация имеет место при сушке пиломатериалов, проведении косметических ремонтов помещений, в музеях, зрительных залах, котельных, прачечных и на ряде других объектов подобного рода.

Преимущественные температурновлажностные условия использования конденсационных и адсорбционных осушителей воздуха представлены на графике.

Принцип действия осушителей Dantherm

В осушителях производства фирмы Dantherm заложен конденсационный принцип осушения.

Осушитель состоит из холодильно-компрессорнои установки, используемой для создания охлажденной поверхности, и вентилятора, подающего воздух на эту поверхность. При прохождении через испаритель воздух охлаждается до температуры ниже точки росы, а содержащаяся в нем влага конденсируется и дренируется. Осушенный воздух далее проходит через конденсатор, где он подогревается. Температура воздуха при этом на выходе увлажнителя приблизительно на 5°C выше температуры воздуха на входе. Благодаря многократному прохождению воздуха через осушитель уровень влажности в помещении снижается, обеспечивая быстрое осушение. Таким образом, абсолютная и относительная влажность воздуха в помещении постепенно снижаются.

Подбор осушителей для плавательных бассейнов

Для достижения наиболее экономичных и комфортных условий в бассейне необходимо, чтобы температура воздуха была выше температуры воды на 1-3°C. Как правило, для помещения бассейна устанавливаются следующие параметры: температура воздуха 28 - 30°C, температура воды 25-28°C, относительная влажность воздуха 60-65 %. Температура воды в лечебных бассейнах (SPA) поддерживается на уровне 32 - 37°C. В бассейнах общего назначения согласно табл. 25 СНиП 2.08.02-89* нормативное значение температуры водной поверхности составляет 26°C. Температура воздуха должна быть на 1-2°C выше температуры воды. Согласно п. 3.38 упомянутого СНиП рекомендуется к использованию при проведении теплотехнических расчетов значение относительной влажности равное 67%.

Испарение влаги с зеркала водной поверхности в бассейнах, а также с поверхности сырых и мокрых материалов и предметов, используемых в помещении, является основным фактором, влияющим на влажность окружающего воздуха. Интенсивность испарения зависит от площади водной поверхности, температуры воды, влажности воздуха, скорости воздушного потока и активности купающихся. Для расчета количества испаряющейся влаги существует достаточно много расчетных формул. Как показывает практика, наиболее полно учитывают изменения условий испарения влаги в закрытых бассейнах эмпирические зависимости, выведенные на основе измерений, проведенных в помещениях действуюших бассейнов Ассоциацией немецких инженеров (формула стандарта VDI 2089) и британскими специалистами (формуля Бязина-Крумме).

Формула стандарта VDI 2089

Интенсивность испарения рассчитывается следующим образом:

W = е х S х (Р_нас - Р_ст) г/ч; где: S - плошадь водной поверхности бассейна, м²;

Р_нас - давление водяных паров насыщенного воздуха при температуре воды в бассейне, мбар;

Р _ст - парциальное давление водяных паров при заданных температуре и влажности воздуха, мбар;

е - эмпирический коэффициент, г/(м² х час х мбар):

0,5 - закрытая поверхность бассейна,

5 - неподвижная поверхность бассейна,

15 - небольшие частные бассейны с ограниченным количеством купающихся,

20 - общественные бассейны с нормальной активностью купающихся,

28 - бассейны для отдыха и развлечений,

35 - бассейны с водяными горками и значительным волнообразованием.

Пример. Частный бассейн

Зеркало бассейна 20 х 5 м S= 100 м²

Температура воды 28 °C

(100 % отн.вл.)                           Р_нас= 37,78 мбар

Температура воздуха 30 °C

(60 % отн.вл.)                             Р_ст= 25,45 мбар

Интенсивность испарения

W = 13 х 100 х (37,78-25,45)= 16029 г/ч = 16 л/ч

В таблице 1 приведены значения интенсивности испарения с 1 м² поверхности бассейна, полученные на основании формулы стандарта VDI 2089 при 8=1 3.

Формула Бязина-Крумме

Для периода, когда в бассейне находятся купающиеся:

W_otk = (0,118 + 0,01995 х а х (Р_нас - Р_ст)/1,333) S л/ч,

Табл. 1. Интенсивность испарения для частных бассейнов, г/м²

Табл. 2. Интенсивность испарения для больших общественных бассейнов, г/м²

Для периода, когда в бассейне нет купающихся (поверхность воды зашторена или заполнена плавающими шарами/плотиками):

W_3aKp = (- 0,059 + 0,0105 (Р_нас - Р_ст)/1,333) S л/ч,

где

Р_нас - давление водяных паров насыщенного воздуха при температуре воды в бассейне, мбар;

Р _ст - давление водяных паров насыщенного воздуха при заданных температуре и влажности воздуха, мбар

а - коэффициент занятости бассейна людьми:

1,5 - для игровых бассейнов с активным волнообразова­нием,

0,5 - для больших общественных бассейнов,

0,4 - для бассейнов отелей,

0,3 - для небольших частных бассейнов

Пример. Большой общественный бассейн

Зеркало бассейна 25 х 12 м                        S = 300 м²

Температура воды 26 °C

(100 % отн.вл.)                                                Р_нас = 37,78 мбар

Температура воздуха 28 °C

(60 % отн.вл.)                                                  Р_ст = 25,45 мбар

Расход свежего воздуха                              У_возд = 3000 м³/ч

Плотность воздуха                                        1,2 кг/м³

Влагосодержание вытяжного  воздуха х1 = 14,3 г/кг

Влагосодержание наружного  воздуха х2 = 11,6 г/кг

Интенсивность испарения в режиме присутствия купающихся

W _отк = (0,118 + 0,01995 х 0,5 х (33,6 - 22,7)/1,333) 300 = 59,9 л/ч

Количество влаги, удаляемой посредством вентиляции W _вент = 3000 х 1,2 х (14,3-11,6)=9720 г/ч=9,7 л/ч

Следовательно, производительность осушителя должна составить             W _осуш = 59,9-9,7 = 50,2 л/ч

В таблице 2 приведены значения интенсивности испарения с 1м² поверхности бассейна, полученные на основании формулы Бязина-Крумме при а=0,5.

Упрощенный подбор осушителей

Для правильного подбора осушителя необходимо учитывать целый комплекс факторов, влияющих на интенсивность испарения влаги в помещении:

• температуру, влажность и расход приточного воздуха;
• кратность воздухообмена (естественного и принудительного);
• объем помещения;
• требуемые параметры воздуха в помещении;
• влажность хранящихся в помещении материалов, влажность конструктивных элементов здания;
• продолжительность процесса сушки и т.д.

Для приблизительной оценки требуемого режима осушения и предварительного подбора осушителей Dantherm достаточно воспользоваться эмпирическими формулами с учетом соблюдения двух основных требований:

1. Осушение производится в закрытом помещении.
2. Температура в помещении соответствует диапазону рабочих температур данного осушителя.

Приблизительный расчет требуемого режима осушения (Таблица 3)

Обозначения:

Q          - требуемый влагосъем, л/ч

V           - объем помещения, м³

V_др           - объем осушаемой древесины, м³

р_др          - плотность осушаемой древесины, кг/м³

S            - площадь зеркала бассейна, м²

Табл. 3. Приблизительный расчет требуемого режима осушения