Влияние влажности на свойства материалов и применение осушителей воздуха

Сокращённая версия статьи:
Вишневский Е.П., Чепурин Г.В. Необходимость осушения воздуха и оценка профицита влаги // Журнал С.О.К., № 3-4/2010.

Влияние влажности воздуха на свойства материалов.

Подавляющее большинство неорганических и органических материалов, веществ и компонентов обладает той или иной степенью гигроскопичности, т.е. имеют свойство поглощать (сорбировать) водяные пары из воздуха. Для всех пористых материалов существует определенная зависимость между количеством поглощенной ими влаги (так называемой гигроскопической влажностью) и относительной влажностью окружающего воздуха. Максимальная гигроскопическая влажность материалов соответствует максимальной 100%-ной влажности воздуха.

Нежелательное повышение гигроскопической влажности материалов привести к:

• увеличению веса и(или) объема (изменению плотности);
• изменению электрической проводимости;
• изменению теплопередачи и теплоотдачи;
• протеканию химических реакций;
• изменению качества продукта;
• изменению эффективности процесса;
• изменению вязкости жидкостей;
• изменению предела прочности на разрыв;
• изменению упругости и пластичности;
• изменению условий роста бактерий и микроорганизмов.

Влияние избыточно влажного воздуха опасно не только для гигроскопичных материалов. Материалы с ничтожно малой гигроскопичностью также подвержены воздействию водяных паров влажного воздуха, которое первоначально проявляется в поверхностных слоях. Следует выделить отдельные, часто встречающиеся случаи и последствия чрезмерного повышения влажности воздуха:

1. При высокой влажности воздуха ухудшается качество сопротивления электроизоляционных материалов, в т.ч. самого воздуха как электроизолятора. Это приводит к неконтролируемым отказам, которые могут перейти в большие аварии и катастрофы, прежде всего из-за коротких замыканий.
2. При относительной влажности выше 70 % создаются благоприятные условия для быстрого роста плесени, споры которой присутствуют везде. При меньших значениях влажности рост плесени полностью прекращается.
3. Чрезмерная гигроскопическая влажность продуктов ухудшает их качество и приводит к порче, в т.ч. по причинам: ускоренного бактериологического роста, изменения химического состава при реакциях с водяным паром, слеживания и комкования порошкообразных и сыпучих продуктов и др.
4. Металлы, практически не обладающие гигроскопичностью, на воздухе подвержены коррозии, интенсивность которой зависит также и от влажности воздуха. Низкая влажность гарантирует низкую интенсивность коррозии. У железа коррозия практически отсутствует при относительной влажности до 40–45 %. Незначительная коррозия железа начинается при повышении относительной влажности от 40–45 % до 60–70 % (так называемого «критического» значения влажности). Выше этого значения скорость коррозии железа резко увеличивается (по логарифмической зависимости), и происходит быстрое разрушение металла. Эти явления графически проиллюстрированы на рис. 1. Значения «критической» влажности зависят от природы металла и от наличия примесей в атмосфере, например, при наличии даже малых количеств газообразных реагентов (в первую очередь, SO₂, а также SO₃, NO_x и др.) «критическая» влажность воздуха для железа и многих других металлов существенно снижается.
5. Еще одно проявление высокой влажности воздуха наблюдается при охлаждении насыщенного влагой воздуха (100 % RH). Воздух тогда становится пересыщенным влагой, и она начинает выделяться из него в виде тумана или росы. За счет образуемой разности парциальных давлений атмосферной влаги и насыщенного пара происходит конденсация пара на поверхностях, температура которых ниже точки росы воздуха, что приводит к их намоканию или образованию инея. Тогда вышеперечисленные последствия наступают значительно раньше и проявляются более интенсивно. Можно выделить две конкретные причины выпадения конденсата, с которыми наиболее часто приходится сталкиваться.
   Во-первых, это холодные поверхности оборудования, низкая температура которых обусловлена технологическими процессами. Например, всевозможные трубопроводы, емкости и т.п. (на пищевых предприятиях, насосных станциях, химической промышленности и др.). Оптимальным методом предотвращения выпадения конденсата является правильный подбор теплоизоляции. Но этот путь не всегда приемлем и оправдан. Когда это невозможно, следует осушать воздух до состояния, чтобы точка росы была ниже температуры самой холодной поверхности.
   Во-вторых, выпадение конденсата связано с суточным изменением температур атмосферного воздуха, который является наиболее резко выраженным в условиях континентального климата. Массивные металлические части конструкций и оборудования выхолаживаются в ночные часы и, благодаря значительной теплоемкости, остаются переохлажденными в утренние и, частично, дневные часы. Атмосферный воздух, являясь средой значительно более лабильной, в утренние часы сравнительно быстро увеличивает свое тепло и влагосодержание. За счет этого его точка росы при определенных условиях превышает температуру металлических поверхностей, в результате чего происходит процесс конденсации избыточной влаги. Влага, конденсируемая на наружных поверхностях, под действием подвижности атмосферного воздуха (ассимиляции) более или менее быстро испаряется. Значительно более опасной является конденсация влаги на внутренних поверхностях оборудования в различного рода скрытых каналах и полостях, поскольку благодаря высокой теплопроводности металлов на внутренних поверхностях температура мало отличается от наружных. При этом в застойных внутренних полостях и каналах конденсируемая влага испаряется мало и постепенно каждые сутки только накапливается.

Воздействие влажности на материалы и оборудование столь же разнообразно, сколько разнообразны они сами. Ниже в табл. 1 исключительно для примера приведены некоторые ориентировочные рекомендательные данные по относительной влажности, которые в конкретных реальных случаях могут несколько отличаться от приведенных данных.

Табл. 1. Нормативная влажность для хранения продуктов и помещений.

Существует несколько методов осушения воздуха. Основные методы — ассимиляция, адсорбция и конденсация влаги — многократно описывались и сравнивались в, например, [1]. Там же даны общие рекомендации по выбору метода осушения в зависимости от поставленной задачи (приложения), внешних условий, энергетической эффективности, перечислены достоинства и недостатки каждого метода и т.п. Температура, влажность и скорость (степень подвижности) воздуха являются его важнейшими параметрами как в комфортном, так и в технологическом кондиционировании. Поэтому регулирование этих параметров является наиглавнейшей задачей кондиционирования. Для правильного выбора оборудования должны быть учтены все факторы, влияющие на изменение состояния воздушной среды помещения. Порядок расчетов можно найти в классической литературе по данной теме, например, [2, 3].

Склады.

При хранении товаров немаловажную роль играют климатические параметры воздуха в складском помещении. Лишь малая часть материалов может длительно противостоять воздействию атмосферной влаги. Избыточная влага является наиболее важным фактором окружающей среды при хранении продукции и сырья и называется «пусковым механизмом разрушений». С увеличением влажности воздуха усиливаются биогенная и химическая коррозия, и большинство материалов подвергаются разрушению: металл корродирует, сыпучие материалы слеживаются, древесина и ткани покрываются плесенью и гниют, картонные коробки намокают и деформируются, а в электронном оборудовании возникают функциональные неполадки.

Значительное увеличение интенсивности разрушительных процессов и ускорение развития различных видов плесневых грибов и микроорганизмов, многие из которых являются активными биодеструкторами, наблюдается при конденсации влаги. Конденсат может образовываться как на поверхности, так и внутри паропроницаемых материалов (кирпич, цемент, картон и т.д.). В паропроницаемых частях стены водяные пары всегда стремятся переместиться из зоны высокого в зону пониженного парциального давления водяного пара. Это перемещение тем интенсивнее, чем больше температурный перепад и чем больше влажность воздуха. Если температура паропроницаемой поверхности опускается ниже точки росы, то пар конденсируется не только на поверхности стены, но и внутри нее.

При низкой относительной влажности значительно замедляется или останавливается активность биодеструкторов, разрушающих материалы и конструкции. Относительная влажность 50 % достаточна для хранения большинства материалов, включая чугунные и стальные изделия, изделия из древесины, электрические детали, большую часть химико-технических изделий и т.д. Если относительная влажность является сравнительно низкой, то температура играет лишь второстепенную роль. Вот почему склад с относительной влажностью воздуха менее 50 %, превосходит обогреваемый склад с точки зрения условий хранения. Влажность воздуха может поддерживаться на постоянном уровне независимо от колебаний температуры. В результате отпадает необходимость в защите материалов от коррозии каким-либо иным способом. Дополнительным преимуществом является то, что качество хранимых материалов лучше по сравнению с качеством материалов, хранимых в обогреваемом складе. С точки зрения расхода энергии эксплуатация склада с осушенным воздухом на 60–75 % дешевле герметичного обогреваемого склада. Капиталовложения в осушитель для негерметичного холодного склада составляют не более 50 % расходов на теплоизоляцию и нагревательную установку для обычного обогреваемого склада. Это означает, что экономии можно добиться как с самого начала строительства за счет снижения капиталовложений, так и вследствие снижения эксплуатационных расходов и выбраковки продукции. В результате склад с осушенным воздухом представляет экономически более привлекательную альтернативу обычному обогреваемому складу.

Адсорбционное осушение позволяет создавать оптимальные условия хранения при минимальных затратах на капитальное строительство и энергию.

Аналогичные проблемы со своими специфическими особенностями решаются в бункерах для хранения (силосах), в танках, трюмах и резервуарах для хранения на судах и т.п.

Сушка и хранение зерна и других с/x-продуктов.

Следует отметить необходимость осушения и контроля влажности при хранении зерна, являющегося основным продуктом сельского хозяйства. По данным FAO (Food and Agricultural Organization при ООН), ежегодные потери зерновых составляют более 10 % от общего производства, а в некоторых менее развитых странах 30–50 % [4]. К сказанному ранее следует добавить, что чаще всего эти потери происходят при большой влажности и повышенной температуре зерна. Зерно относятся к сырью, устойчивому при хранении в надлежащих условиях, если его предварительно очистить от примесей и своевременно удалить избыточную влагу. Оптимальные результаты дает сушка зерна теплым и, что очень важно, сухим воздухом. Перегрев зерна при сушке (для разных культур — разные предельные температуры около 45 °C) приводит к ухудшению качества клейковины вплоть до полной денатурации, а также к снижению активности ферментов. При сушке гигроскопическая влажность зерна должна быть снижена с 18 % и более до не более 14 %. Сушка должна проводиться в несколько приемов, чтобы в перерывах влага перераспределялась из внутренних частей зерен к наружной поверхности, иначе поверхностные слои зерна растрескиваются, что приводит к ухудшению сохраняемости, снижению выхода и качества готовой продукции. Наиболее эффективным решением для сушки является использование предварительно подготовленного воздуха с относительной влажностью не более 2 % и с его подогревом до 45 °C.

Послеуборочное дозревание — комплекс биохимических процессов синтеза высокомолекулярных органических соединений из низкомолекулярных, накопленных в зерне в ходе фотосинтеза растения и налива зерна, — наиболее быстро завершается в сухом зерне (до 14 %) при положительной температуре в хранилище (15–20 °C) и достаточном доступе кислорода. Более низкая температура или недостаток кислорода растягивают время дозревания, а повышенная влажность зерна может привести к его плесневению. Необходимо подчеркнуть, что процессы синтеза протекают с выделением влаги, связанной низкомолекулярными соединениями. Поэтому наблюдение за изменением влажности зерна в первый период хранения имеет особенно большое значение.

При хранении зерно хорошо сохраняет свои свойства, если вся оставшаяся в зерне влага находится в связанном состоянии. Между относительной влажностью воздуха в хранилище и гигроскопической влажностью зерна через определенное время устанавливается динамическое равновесие. Например, при температуре около 20 °C и относительной влажности воздуха 20 % равновесная влажность зерна составляет примерно 7 %, а при максимальной влажности воздуха 100 % влажность зерна достигает примерно 35 %. Оптимальной является влажность воздуха до 50–60 % (при температуре 10–20 °C), которой соответствует равновесная влажность зерна 13–14 %. Если гигроскопическая влажность зерна превышает критические значения (от 14,5 % до 16 % для разных культур), то в зерне появляется свободная вода, и оно плесневеет.

Другой опасностью для зерна являются насекомые-вредители. Поэтому хранить осушенное зерно следует при пониженной температуре, исключающей активную жизнедеятельность насекомых [4]. Наиболее эффективным и экономичным способом хранения зерна является его вентилирование охлажденным, осушенным воздухом. Вентиляция неподготовленным наружным воздухом, особенно в осенний и весенний периоды, отличающиеся повышенной влажностью воздуха, способствует неконтролируемому изменению гигроскопической влажности зерновой массы.

Бобовые и другие культуры, которые характеризуются высокой начальной влажностью и большим содержанием белка (25–30 %), необходимо досушивать (доводить до кондиции) в «мягком» режиме при вентилировании глубоко осушенным воздухом 1–5 % RH. Такая технология досушивания позволяет избежать ухудшения их качества, благодаря исключению растрескивания семян. Такая же технология необходима для семян подсолнечника, клещевины и им подобных, у которых равновесная влажность существенно отличается от злаковых культур.

Хранение удобрений.

Применение удобрений в сельском хозяйстве является сезонным процессом, а их производство — непрерывным. Поэтому приходится складировать значительное количество удобрений как на месте расположения предприятия, так и на складах поблизости от площадей потребления. Большинство удобрений являются гигроскопичными и имеют высокую степень растворимости в воде. Хранение удобрений в течение длительного периода времени «насыпью» в неприспособленных условиях неизбежно сопровождается воздействием влажного атмосферного воздуха и, не дай Бог, капельной влаги. Почти все типы удобрений можно хранить при умеренных температурах наружного воздуха, но относительная влажность при этом не должна превышать 40 %. При более высокой влажности гигроскопичные гранулы поглощают влагу, что вызывает их конгломерацию и делает удобрения непригодными к употреблению. Другим побочным эффектом высокой влажности является то, что при некоторых условиях нитрат аммония становится взрывоопасным. Также существует опасность отравления людей аммиачными парами от разложившихся гигроскопичных удобрений и получения травм на скользких полах из-за затвердевания удобрений. Следовательно, крайне важной задачей является осушение воздуха в хранилищах с удобрениями и поддержание его относительной влажности не более 40 %.

Морозильные и холодильные склады.

Внутрь морозильной или холодильной камеры наружный воздух попадает через двери или ворота. Водяной пар, содержащийся в теплом воздухе, конденсируется на холодных поверхностях, превращаясь в слой инея на испарителе, в лед и снег на стенах и дверях холодильной камеры. Поскольку полностью нельзя предотвратить проникновение наружного воздуха в камеру, то воздух следует осушать либо непосредственно в камере, либо в тамбуре. Непосредственное осушение в камере предпочтительнее, потому что при этом:

• уменьшается образование инея на испарителях, что приводит к увеличению эффективности охлаждения;
• увеличивается продолжительность работы без оттаивания испарителей, что приводит к уменьшению нагрузки на холодильное оборудование;
• улучшается гигиеническая ситуация, поскольку отсутствие влаги на испарителях и стенах камеры препятствует размножению микроорганизмов и плесени;
• создаются благоприятные условия для работы персонала и техники из-за отсутствия тумана, скользких полов, льда на ленточном занавесе и т.п.

В этих условиях при таких уровнях поддерживаемых температуры и влажности предпочтение следует отдать адсорбционному методу осушения.

Пищевая промышленность.

При производстве и хранении многих пищевых продуктов требуется поддержание определенных температуры и влажности воздуха. Необходимость регулирования влажности воздуха обусловлена следующими условиями:

• необходимостью сушки продуктов;
• комкованием или слипанием гигроскопичных порошкообразных продуктов;
• санитарно-гигиеническими требованиями в связи с риском роста плесени и бактерий как на самом продукте, так и в производственном цехе;
• риском образования конденсата на продукте, а также на различных поверхностях производственного помещения;
• нежелательностью образования инея/льда/снеговой шубы;
• риском коррозии;
• риском сбоев электрических и электронных систем.

Пивзаводы.

В помещениях пивоваренных заводов водяной пар из окружающего воздуха конденсируется на холодных поверхностях танков, труб и стен, что характерно для цехов розлива, фильтрации и, особенно, для цеха брожения и дображивания. Постоянное присутствие конденсата и высокая относительная влажность представляют собой идеальные условия для роста вредных для пивоваренного производства плесени и бактерий. Для борьбы с этими микроорганизмами санитарно-гигиенические требования предписывают регулярно проводить мойку и уборку помещений и оборудования, что еще более усугубляет проблему высокой влажности из-за внесения дополнительного количества воды. Высокая относительная влажность и конденсат негативно воздействует на отделку помещений, вызывая необходимость в более частом и дорогом косметическом ремонте. Кроме того, из-за повышенной влажности воздуха сушка помещений после мойки занимает много времени.

Решение проблемы методом ассимиляции (вентиляция с предварительным подогревом приточного воздуха), что нынче практикуется чаще всего, малоэффективно [1]. Для надежного решения проблемы предотвращения образования конденсата необходимо поддержание точки росы ниже температуры самой холодной поверхности (около 0 °C), а для предотвращения роста плесени относительная влажность воздуха должна быть ниже 70 %. В таких условиях предпочтителен адсорбционный метод осушения.

Мясокомбинаты.

Производство колбас и мясных продуктов требует соблюдения жестких микроклиматических условий по температуре, влажности и степени подвижности воздуха на всех этапах. В этой области самым сложным является производство сырокопченых колбас. Поэтому ни в одной другой области не выбраковывается столько дефектной продукции, как в изготовлении сырокопченой колбасы. А это приводит к увеличению издержек производства, которые в случае отсутствия конкуренции закладываются в ее стоимость. Готовый продукт должен содержать определенное количество влаги, от которого зависит и срок хранения, и вкусовые качества колбасы. Значение относительной влажности воздуха при соответствующих температурах во время созревания и сушки сырокопченых колбас очень важно. Переход от режима холодного копчения (при температуре 20–24 °C и 90–95 % RH) к созреванию и сушке (до 10–15 °C и 70–75 % RH), должен происходить постепенно и поэтапно, чтобы предотвратить образование конденсата на поверхности (что совершенно недопустимо во избежание впитывания влаги и порчи продукта). Влага изнутри колбасы должна постоянно выходить в окружающую среду. При этом сушка не должна быть интенсивной, иначе происходит высушивание краевых зон, и под оболочкой образуется плотный водонепроницаемый слой, который препятствует выходу влаги изнутри. Это создает условия для роста нежелательных микробов и уменьшает срок хранения; сердцевина при этом может оставаться мягкой с зеленоватым или сероватым оттенком.

Сушка рыбы.

Сушка рыбы является одним из самых древних методов сохранения рыбы. При сушке сохраняются питательные свойства рыбы, уменьшается ее вес, а срок хранения значительно увеличивается. Раньше рыба сушилась в естественных условиях, как правило, недалеко от места вылова, т.е. в прибрежной, сырой зоне. Поэтому качество готового продукта, продолжительность сушки и вообще возможность проведения сушки зависели от погодных условий. Позже рыбу стали сушить в специальных камерах при допустимом нагреве, что позволило выполнять сушку вне зависимости от погодных условий в любое время года. В современных туннельных осушителях рыба не только прогревается, но еще вентилируется воздухом, осушенным конденсационным методом. Свежая рыба подается с одной стороны, а сухая выходит с другой. Такие осушители существенно экономнее, продолжительность сушки минимальна, а рыба равномерно просыхает и имеет лучшее качество.

Сыроделие.

Сыроделие — сложный и трудоемкий производственный процесс, на всех этапах которого требуется автоматический контроль, регулирование и управление технологическими параметрами. Сыр получаются путем свертыванием молока и последующей его длительной обработкой с технологическим удалением влаги из полученного сгустка. Технология производства сыра завершается формованием сырной массы и последующей посолкой полученных головок сыра. Свои особенные свойства сыр приобретает после длительного процесса созревания в специальных помещениях, с созданными в них условиями для накопления в сырных головках вкусовых и ароматических веществ. Созревание сыра — это совокупность сложных микробиологических изменений составных частей сырной головки, результатом которой становится формирование органолептических свойств и повышение физиологических и товарных ценностей продукта. По технологии сыры созревают на стеллажах. Длительность созревания колеблется от нескольких дней (мягкие сыры) до двух-шести месяцев (твердые сыры) при определенных температурно-влажностных условиях (конкретные для каждого вида продукции). А именно: температура 12–16 °C (10–12 °C), относительная влажность воздуха 80–85 % и трех-пятикратный суточный воздухообмен, равномерный по всему объему помещения. Несмотря на то, что оптимальные значения относительной влажности воздуха кажутся достаточно высокими, даже незначительное превышение влажности воздуха приводит к более серьезным последствиям, чем ее снижение.

При пониженной влажности воздуха уменьшается влагосодержание сыра, затормаживается ферментативная активность и увеличивается длительность созревания. Созревание сыра при температуре выше 16 °C и относительной влажности более 90 % приводит к появлению аммиачного вкуса и запаха, сыр размягчается и приобретает расплывшуюся форму. Кроме этого, повышенная влажность воздуха и непросушенные стеллажи при созревании способствуют заражению сырной корки гнилостными бактериями. Хранение сыров после созревания должно осуществляться в проветриваемых помещениях при температуре –4…+8 °C и относительной влажности от 90 % до 80 %. Повышенная влажность воздуха способствует подпреванию корки, ее заражению гнилостными и слизистыми бактериями, развитию плесени на поверхности сырной головки, а если при этом повышается температура, то происходит оседание и деформация сыров. При пониженной влажности и повышенной температуре происходит усушка сыров и возможно осыпание парафиново-полимерного слоя, покрывающего сырные головки. Поэтому даже при весьма высоких требуемых значениях относительной влажности осушение воздуха в обеспечении микроклиматической поддержки сыроделия крайне важно.

Изготовление дрожжей.

Изготовление дрожжей представляет собой выращивание и ферментацию организма в определенных условиях. Но, как известно, свежие дрожжи остаются жизнеспособными не более нескольких недель при температуре около 4 °C. Зато сухие активные дрожжи могут храниться в течение двух-трех лет в достаточно широком температурном диапазоне без каких-либо потерь их свойств. Сушка дрожжей является сложным процессом, требующим сухого холодного воздуха, ибо высокотемпературная сушка уничтожает организм. Влагосодержание воздуха для сушки дрожжей должно поддерживаться на уровне 1,4–2,0 г/кг, что соответствует точке росы –13...–8 °C. Эти жесткие условия в зоне сушки дрожжей могут обеспечить адсорбционные осушители.

Производство и хранение сахара.

При производстве и хранении сахара его гигроскопические свойства могут приводить к таким нежелательным результатам как спекание, образование комков, затвердевание и карамелизация.

Рафинированный сахар при температуре приблизительно 48 °C и с содержанием влаги приблизительно 0,035 % по массе подается ленточным конвейером в сахарные бункеры или накопители. До начала упаковки сахар должен остыть приблизительно до 38–40 °C. При естественном охлаждении велика вероятность образования конденсата на потолке бункера, что приводит к образованию комков в верхнем слое и ухудшению качества. Подача в бункер воздуха с температурой 26 °C и относительной влажностью 30 % не только исключает конденсацию, но и в два-шесть раз сокращает время охлаждения (до шести часов), что приводит к значительному ускорению производственного процесса, финансовой экономии и сокращению трудозатрат.

Относительная влажность в зонах хранения сахара должна поддерживаться на уровне 20 % при температуре 24 °C.

Производство бисквитов и печенья.

Особенность производства бисквитов и печенья заключается в том, что их выход из печи является кратковременным периодическим процессом, а упаковка — длительным и практически непрерывным. В таких случаях неизбежно временное хранение продуктов в ожидании своей очереди на упаковку. И здесь важно, чтобы после их охлаждения на длинном конвейере в высшей степени гигроскопичные бисквиты и печенья не набрали влагу до момента упаковки. В противном случае изделия становятся сырыми, теряют хрустинку, а также существенно сокращается их срок хранения. Поэтому крайне важно в помещении временного хранения (так называемой горячей комнате) поддерживать относительную влажность воздуха на уровне 30 % при температуре 28 °C.

Производство и хранение желатина.

Крайне важно обеспечить жесткие микроклиматические условия при производстве и хранении желатина, который является сырьем не только в пищевой промышленности, но также для изготовления косметических средств, фотопленок, капсул (в фармацевтике) и др. При нарушении технологии производства желатин, который по своей природе чувствителен и к влаге и к температуре, может стать ломким либо, наоборот, расплавиться. Кроме того, высокая влажность воздуха также приводит к микробному загрязнению, что крайне нежелательно, принимая во внимание применение желатина в пищевой и фармацевтической промышленности. Для получения конечного продукта высшего сорта качество желатина должно быть тоже высшего сорта. На заключительной стадии производства желатин в консистенции геля с массовой влажностью 70 % выдавливается через перфорированную насадку из холодильной установки в виде спагетти на безостановочный ленточный осушитель из нержавеющей стали. Здесь желатиновое спагетти обезвоживается стерилизованным осушенным воздухом с постепенным увеличением температуры до тех пор, пока массовая влажность продукта не снизится до 10–12 %. В процессе осушки желатин медленно проходит расстояние в несколько десятков метров через несколько отдельных температурных зон, в которых поддерживается температура в пределах ± 1 °C и относительная влажность не более 20 %. Последующее хранение желатина, а также продуктов на его основе осуществляется в строгом диапазоне параметров влажности и температуры воздуха. Использование адсорбционного осушителя с фильтром тонкой очистки является наиболее экономичным и надежным методом сушки продукта, а также безоговорочным условием получения продукции требуемого качества.

Насосные станции, очистные установки сточных вод, помещения предприятий централизованного водоснабжения и др.

Специфическими особенностями этих помещений является наличие открытых поверхностей воды, с которых происходит сильное испарение нежелательной влаги, а также наличие труб подачи воды с температурой поверхности ниже, чем температура наружного воздуха (особенно в переходные периоды года и летом). Проблемы, которые возникают на станциях очистки воды и насосных станциях и подстанциях связанны, прежде всего, с конденсацией водяного пара на механизмах, трубах, контрольно-измерительных приборах и элементах конструкций здания. Для прекращения процессов коррозии и биологического разрушения конструкций необходимо поддерживать относительную влажность 45–50 %, что при средней температуре переходных периодов 5 °C соответствует влагосодержанию воздуха приблизительно 2,5 г/кг. Самым эффективным решением для такой задачи является использование адсорбционных осушителей воздуха, что является стандартной процедурой на объектах типа водоканалов в европейских странах.

Строительство, эксплуатация и ремонт зданий.

Похожие проблемы коррозионного и биологического разрушения могут наблюдаться в любых зданиях, в т.ч. жилых, по разным причинам: затопление при стихийных бедствиях, заливание при тушении пожаров, протечки оборудования инженерных систем, нарушение гидроизоляции или кровли, намокание строительных материалов при строительстве и все остальные причины, приводящие к повышенной влажности воздуха в помещении. Независимо от причин, приведших к переувлажнению, требуется организовать эффективное удаление влаги из помещения и осушение строительных конструкций. До настоящего времени эти проблемы чаще всего пытаются решить методом ассимиляции (вентиляция с предварительным подогревом приточного воздуха) либо значительным повышением температуры внутреннего воздуха и ограждающих конструкций с использованием мобильных нагревателей (тепловых пушек). Следует отметить, что этот способ, несмотря на его популярность, не только имеет большие энергозатраты и малую эффективность, но и приводит к отрицательным результатам. При незначительном повышении температуры воздуха его способность к поглощению водяного пара почти не увеличивается, зато значительно активизируется жизнедеятельность и развитие плесени, бактерий и микроорганизмов. При более значительном нагреве воздуха и осушаемых поверхностей резко снижается качество их отделки. Причиной этому является нарушение адгезии отделочных материалов с покрываемыми поверхностями вследствие разницы коэффициентов их температурного расширения. Эти последствия отсутствуют при осушении помещений сухим воздухом без повышения его температуры. Конденсационный или адсорбционный методы обладают неоспоримыми преимуществами и являются более эффективными и выгодными [5].

Мостовые конструкции (мосты, виадуки, путепроводы).

В последние десятилетия в связи с увеличением проектирования и строительства большепролетных мостовых сооружений значительной высоты как никогда актуальной стала задача увеличения срока их эксплуатации и, следовательно, безупречной защиты от коррозии конструкций. Традиционные лакокрасочные и иные антикоррозионные покрытия, имеют на порядок меньший срок службы, а потому их регулярное восстановление в итоге получается чрезмерно накладным. В этих условиях больший экономический и экологический эффект обеспечивает защита мостовых конструкций осушительными системами, которые исключают контакт влажного воздуха (с относительной влажностью более 50 %) с несущими конструкциями, кабелями, подвесками и вантами, и следовательно, образование конденсата на металлических поверхностях. Так обеспечивается защита от коррозии даже незащищенных покрытиями (или иначе) поверхностей [6].

Фармацевтическая промышленность.

Фармацевтическая промышленность, как любая отрасль, связанная со здравоохранением, предъявляет самые высокие требования к климатическим системам и качеству воздуха. Разнообразие требований предопределяется многообразием технологических процессов.

Осушение воздуха крайне актуально в таких процессах, как: измельчение, смешивание, гранулирование, высушивание, таблетирование, нанесение покрытий, производство «шипучих» таблеток, желатиновых капсул, суппозиториев, глазных лекарственных форм, а также хранение готовых лекарственных средств. Каждый из этих процессов не допускает неконтролируемую влажность окружающего воздуха и заслуживает отдельного рассмотрения, результаты которого опубликованы нами ранее в работе [7]. В частности, при хранении некоторых лекарственных средств максимально допустимые пределы параметров воздуха ограничены пределами +12 °C и 20 % RH.

Одно из основных требований к вентиляционным системам в фармацевтической промышленности — предупреждение распространения нежелательного бактериологического роста. С этой точки зрения испарители и их поддоны в конденсационных системах осушения воздуха являются точками повышенной опасности, поскольку влажность в них приближается к 100 % и они являются местами размножения плесени и грибков. Этот риск полностью исключается при использовании адсорбционных осушающих систем, у которых отсутствуют конденсация и очаги высокой влажности воздуха.

Пневмотранспорт и подготовка сжатого воздуха.

При подготовке сжатого воздуха для пневмо-транспортировки сырья или готовой продукции, температура воздуха и температура точки росы возрастают вследствие сжатия воздуха. Дальнейшее охлаждение сжатого воздуха приводит к его насыщению и образованию конденсата. Конденсат частично улавливается специальными системами, в то время, как в систему для транспортировки гигроскопических продуктов (материалов) подается воздух с влажностью близкой к 100 %. Из-за этого гигроскопичные материалы и порошки, поглощая влагу, начинают слипаться и налипать на внутренние поверхности пневмопроводов, возникают проблемы с проходимостью, ухудшаются санитарно-гигиенические условия, происходят остановки оборудования. Проблемы неконтролируемого микроклимата в транспортных системах возникают везде — от химической до фармацевтической промышленности и производства пищевых продуктов. Требования к воздуху в системах пневмотранспорта зависят от особенностей транспортируемого материала и могут устанавливаться для каждого конкретного случая отдельно. Только сухой сжатый воздух может быть чистым, т.к. именно влага связывает в пневмосистемах частицы грязи различного вида. Оптимальная относительная влажность в диапазоне 20–40 %.

Консервация оборудования ТЭС сухим воздухом.

Неработающее тепломеханическое оборудование ТЭС и ТЭЦ подвергается стояночной электрохимической коррозии. Это приводит к разрушению внутренних поверхностей оборудования и к потере его работоспособности. Металл подвергается как общей, так и еще более коварной локальной коррозии. Коррозии подвергаются все материалы, обычно применяемые в энергетике. Места коррозионного повреждения металла становятся концентраторами напряжений, и в этих местах наиболее вероятно появление усталостных трещин. Коррозионные язвы даже небольшого размера при механическом напряжении приводят к коррозионному растрескиванию на высоконагруженных деталях турбоагрегатов — рабочих лопатках и дисках роторов. Известны случаи полного выхода из строя турбины из-за стояночной коррозии после шестимесячной стоянки.

В соответствии с правилами технической эксплуатации электрических станций, при выводе турбины в резерв на срок семь суток и более должны быть приняты меры к консервации оборудования турбоустановки. При выводе котла в резерв или ремонт тоже должны быть приняты меры для консервации поверхностей нагрева котла и калориферов. Консервация проводится как при остановах в продолжительный резерв или ремонт, так и при режимных остановах. Все применяемые в настоящее время методы защиты от коррозии направлены на предотвращение контакта металла с кислородом (атмосферным воздухом) или влагой [8]. Самым простым методом предотвращения стояночной коррозии является предотвращение контакта металла с водой и влажным воздухом. Прекращение контакта воды с поверхностью металла обеспечивается тщательным дренированием системы, после чего в системе остается влажный воздух. Понижение относительной влажности воздуха во всем внутреннем объеме консервируемого оборудования и поддержание ее ниже определенного максимально допустимого значения (как правило, 40 %) на весь период простоя достигается путем постоянной или периодической вентиляции внутренних поверхностей осушенным воздухом. Если в системе после дренирования остается незначительное количество воды, то она через некоторое время будет удалена продуваемым сухим воздухом.

Понижение относительной влажности подаваемого в оборудование воздуха достигается двумя путями [9]: при повышении температуры воздуха (т.е. методом ассимиляции) и при уменьшении его влагосодержания (методами конденсации или адсорбции). Наиболее эффективным методом снижения влажности воздуха является его адсорбционное осушение, позволяющее подавать в консервируемое оборудование практически сухой воздух (1–5 % RH). Это позволяет достаточно быстро осушить оборудование, что контролируется величиной относительной влажности выходящего воздуха. Обычно уже на второй день после постановки на консервацию относительная влажность воздуха на сдувках и дренажах становится ниже 40 %. Кроме адсорбционных, на предприятиях бывшего РАО ЕЭС можно встретить конденсационные осушители воздуха. Но их использование следует признать менее эффективным, поскольку предельное снижение влажности в осушителях с неоттаиваемыми испарителями до точки росы +5 °C соответствует лишь 37 % RH при 20 °C. В подавляющем большинстве случаев этого оказывается недостаточным, чтобы обеспечить относительную влажность воздуха во всем объеме оборудования не более 40 %. Итак, если нет противопоказаний (таких как протечки из неотключаемых водяных контуров, наличие недоступных для вентиляции полостей из-за гидравлических затворов, самодействующих обратных клапанов без возможности их принудительного открытия и т.п.) предпочтение с экономической, технической и экологической точки зрения следует отдавать консервации с помощью адсорбционных осушителей воздуха. Их использование на предприятиях ОАО «Ленэнерго» и других подтвердило преимущества и эффективную защиту от коррозии данным методом.

Производство литиевых батарей.

Высокие технологии часто влекут за собой работу при точно контролируемых параметрах окружающей среды. Литий и батареи повышенной энергетической емкости являются классическим примером продукции, производство которой невозможно без эффективного глубокого осушения воздуха. Литий является в высшей степени гигроскопичным щелочным металлом. Его чувствительность к воде и его нестабильность при контакте с водой делает производство литиевых батарей невозможным без надежного управления влажностью. Взаимодействие лития даже с небольшим количеством водяного пара может существенно сократить срок годности продукции при хранении и эксплуатации. Влагосодержание воздуха в зонах производства литиевых батарей должно быть 0,25 г/кг, а температура в помещении должна быть около 25 °C. Контроль температуры не является крайне важным, но температурный уровень должен быть комфортным для персонала. Такой низкий уровень влажности может быть достигнут с помощью адсорбционных осушителей.

Бассейны и аквапарки.

Все виды крытых плавательных бассейнов и аквапарков объединяет общая особенность — наличие водных поверхностей, с которых постоянно испаряется водяной пар. Количество испаряющейся влаги зависит от температуры воды и окружающего воздуха, а также от влажности воздуха.

В бассейнах и аквапарках, с одной стороны, требуется обеспечить комфортные условия для находящихся в них людей. Причем комфортные условия могут отличаться в зависимости от назначения бассейна (спортивный, учебный, лечебно-оздоровительный, гидроаэромассажный, развлекательный, для окунаний при саунах), особенно по температуре воздуха. Что касается влажности, то ее комфортные значения для бассейнов и аквапарков рекомендуется принимать на уровне 50–65 %. Чтобы обеспечить этот уровень и вывести из помещения значительное количество влагопоступлений от водных зеркал и мокрых поверхностей, воздух необходимо осушать. Как правило, используется конденсационный метод осушения. С другой стороны, для защиты металлических и деревянных конструктивных элементов относительная влажность должна находиться в диапазоне 40–60 %. Причем конкретные ее значения в каждом отдельном случае диктуются степенью теплозащиты ограждающих конструкций при условии, исключающем выпадение на них конденсата и увлажнения строительных материалов. Ограничивающим параметром является температура на поверхности ограждения, которая должна быть на 1–2 °C выше точки росы внутреннего воздуха. Несоблюдение этих условий приводит к образованию грибка, плесени, коррозии металлических и гниению деревянных конструкций [10]. В разных по назначению бассейнах применяются различные схемы вентиляции и осушения.

Крытые ледовые арены.

Высокая влажность воздуха представляет проблему для любой крытой ледовой арены. Источниками влаги являются наружный воздух, зрители и спортсмены, льдозаливочные машины и испарения после заливки катка. Больше всего влаги поступает вместе с наружным воздухом, как через систему вентиляции, так и за счет неконтролируемой инфильтрации через окна, двери и др. Все это приводит к коррозии металла и росту плесени, грибков и т.п. Конденсация, туман и неприятный запах в крытых катках являются результатом повышенной влажности. Также страдает качество льда, его поверхность становится неровной, а иногда и небезопасной. В крытых ледовых аренах требуется обеспечить: отсутствие тумана у поверхности ледовой арены; отсутствие конденсата на строительных и ограждающих конструкциях; санитарно-гигиенические параметры воздушной среды на зрительских трибунах и в служебных помещениях.

Учитывая различие параметров микроклимата в перечисленных зонах, целесообразно использовать отдельные системы микроклиматической поддержки. Самый низкий уровень влажности — на уровне точки росы менее 0 °C — следует поддерживать в зоне ледовой арены [11], что эффективно достигается методом адсорбционного осушения воздуха.

Рассмотренные случаи, в которых необходимо осушать воздух, безусловно, являются актуальными, однако, остаются только частными случаями. Всегда важно иметь объективное заключение о необходимости регулирования влажности воздуха с любой точки зрения (экономической, экологической, санитарно-гигиенической и т.п.). Также важно правильно выбрать метод осушения, соответствующее оборудование и при необходимости паро и гидроизоляцию.

Литература.

1. Вишневский Е.П. Анализ особенностей использования основных методов осушения воздуха // Журнал С.О.К., №3/2004.
2. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. / А. Ананьев, Л. Н. Балуева, В. П. Мурашко — М.: Евроклимат, 2008.
3. Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции. Изд. 4е, сокр. — М.: Профиздат, 1990.
4. Вишневский Е.П., Салин М.Ю. Обеспечение микроклимата на объектах агропромышленного комплекса // Журнал С.О.К., №7/2009.
5. Вишневский Е.П., Салин М.Ю. Осушение воздуха как метод защиты зданий от разрушения // Журнал С.О.К., №9/2008.
6. Вишневский Е.П., Малков Г.В. Вентиляция мостов осушенным воздухом — эффективный метод борьбы с коррозией // Журнал С.О.К., №2/2006.
7. Вишневский Е.П., Салин М.Ю. Некоторые проблемы микроклиматического обеспечения объектов фармацевтики // Журнал С.О.К., №8/2009.
8. РД 34.20.591–97. Методические указания по консервации теплоэнергетического оборудования.
9. РД 15334.130.502–00. Методические указания по организации консервации теплоэнергетического оборудования воздухом.
10. Хасанов А.О., Стариков А.В., Хорошилов С.А., Вишневский Е.П., Салин М.Ю. Некоторые аспекты микроклиматической поддержки в крытых бассейнах и аквапарках // Журнал С.О.К., №11/2008.
11. Вишневский Е.П., Салин М.Ю. Достоинства адсорбционного метода глубокого осушения воздуха крытых ледовых арен // Журнал С.О.К., №8/2008.