Статья подготовлена ведущим инженером-проектировщиком ООО «Легенда» Шубиным В.С.
+7 (812) 309-32-30, info@legenda-spb.com
Системы вентиляции и кондиционирования предназначены для обеспечения оптимальных и комфортных условий жизнедеятельности в жилых, общественных, административных, а также производственных помещениях.
Данные системы применяются с целью обеспечения соблюдения санитарных норм для жизнедеятельности человека. К тому же технологическое оборудование и производственные процессы, особенно на объектах производственного характера, требуют определенных условий микроклимата (температура, влажность, подвижность воздуха).
Воздух, находящийся внутри помещений, может изменять свой состав, температуру и влажность под действием самых разнообразных факторов:
— изменений параметров наружного (атмосферного) воздуха,
— выделения тепла, влаги, пыли и вредных газов от людей и технологического оборудования.
В результате воздействия этих факторов воздух помещений может принимать состояния, неблагоприятные для самочувствия людей или препятствующие нормальному протеканию технологического процесса.
С целью предотвращения ухудшения качества внутреннего воздуха, требуется смена воздуха в помещении, за счет системы вентиляции. При этом из помещения удаляется загрязненный внутренний воздух и взамен подается более чистый, как правило, наружный, воздух. В атмосферном воздухе всегда содержится определенное количество влаги в виде водяного пара. Такая смесь сухого воздуха с водяным паром называется влажным воздухом.
Формально влажность — это критерий, характеризующий степень концентрации водяных паров или влаги в воздушной или другой среде. Для количественной оценки влажности воздуха существуют два основных параметра — величины: абсолютная и относительная влажность. Абсолютная влажность воздуха – это масса водяного пара, содержащаяся в единице объёма воздуха.
Относительная влажность воздуха – это отношение давления пара к давлению насыщенного пара, то есть абсолютной влажности воздуха к максимальной. На практике величина относительной влажности воздуха используется в метеорологии.
Учитывая, что в зимний период абсолютная влажность наружного воздуха невелика (0,2-2,5 грамм влаги на килограмм сухого воздуха при температуре воздуха ниже нуля градусов), вследствие его нагрева в системе приточной вентиляции до нормативных температур, относительная влажность воздуха значительно падает (до 5 – 15%). Таким образом в помещение подается уже подогретый и сухой воздух.
Уровень влажности менее 30% считается некомфортным. Такие условия могут сопровождаться неприятными ощущениями, такими как сухость слизистой оболочки полости рта или различными раздражениями кожи. Как показали исследования, если человек дышит воздухом с пониженным уровнем влажности, в организме замедляются процессы очистки легких, а также дыхательных путей. Это повышает восприимчивость к инфекционным заболеваниям. К тому же низкий уровень влажности является одной из причин беспокойного, «неглубокого» сна.
Благодаря системе увлажнения воздуха возможно повышение уровня влажности в помещении, что в свою очередь:
На рисунке 1 представлена классификация основных систем увлажнения воздуха. Представленная классификация не учитывает частные случаи систем увлажнения, разрабатываемых по техническому заданию для конкретного объекта.
Изотермическое увлажнение воздуха – это процесс, при котором влажность воздуха повышается посредствам парообразования, возникающего в результате кипения воды в парогенераторе.
Пар, образующийся в результате кипения воды подается в канал системы приточной вентиляции, тем самым насыщая влагой вентиляционный воздух, поступающий в помещение. При изотермическом увлажнении, температура воздуха, при его насыщении паром и вследствие увлажнении, остается неизменной.
Технология изотермического увлажнения воздуха играет ключевую роль в современных системах вентиляции. Это обусловлено тем, что водяной пар, образуемый в результате кипения воды, является наиболее стерильной средой, свободной от примесей и минералов, что значительно улучшает качество воздуха в помещении. Также преимуществом изотермических увлажнителей воздуха является простота эксплуатации и низкий уровень шума.
Основным недостатком изотермического увлажнения воздуха является высокое потребление электроэнергии, необходимой для нагрева воды в парогенераторе. Генерация 1 кг/час влаги в изотермических увлажнителях воздуха требует 750 Вт электроэнергии (парогенераторы с электрическим нагревом воды являются наиболее распространенными и применяются для увлажнения воздуха в квартирах, индивидуальных жилых домах, объектах общественного и административного характера).
1.1.1. Электродные парогенераторы
Процесс парообразования воды в электродном парогенераторе происходит за счет выделения тепла при прохождении электрического тока через воду между электродами, либо между электродами и корпусом. Суммарная величина тока нагрузки и, следовательно, мощность и паропроизводительность парогенератора зависят от количества подаваемой воды (или глубины погружения электродов в котловую воду) и удельного электрического сопротивления нагнетаемой воды.
Принцип работы электродного парогенератора — Подачу необходимого количества воды в парогенератор обеспечивает система электронного регулирования и автоматической поддержки мощности (паропроизводительности) парогенератора, который в зависимости от производительности нагнетает необходимое количество воды в паровую полость. Контроллер мощности (трансформатор тока с контроллером мощности) осуществляет контроль и управление по величине потребляемого тока. Повышение уровня воды вызывает увеличение тока, проходящего через нее. При превышении потребляемой мощности значения 100% Nраб, происходит закрытие электромагнитного клапана и наполнение парогенератора водой прекращается, при этом кипение и испарение воды продолжается. При понижении мощности до 85% Nраб происходит открытие электромагнитного клапана, и подача воды возобновляется до достижения потребляемой мощности значения 100% Nраб. Цикл повторяется, тем самым осуществляется регулирование и поддержание потребляемой мощности (паропроизводительности).
Конструкция электродного парогенератора на примере оборудования компании Carel представлена на рисунке 2.
Рисунок 2.
1.1.2. ТЭНовые парогенераторы
Принцип работы ТЭНовых парогенераторов такой же, как у многих других электроприборов: электрочайника, бойлера, электрокаменки и обычного кипятильника. Вода нагревается с помощью погруженного в нее одного или нескольких ТЭНов — заключенных в защитную оболочку проводников с очень высоким сопротивлением. Проходящий ток нагревает проводник, что приводит к быстрому испарению окружающей ТЭН воды и образованию мягкого мелкодисперсного пара.
Главный недостаток ТЭНовых парогенераторов — образование слоя накипи на нагревательных элементах. Во время работы прибора соли, растворенные в воде, выпадают в осадок, который постепенно покрывает как сами ТЭНы, так и стенки емкости.
Очевидно, что чем меньше солей в воде, тем дольше прослужат нагревательные элементы. Поэтому воду, заливаемую в ТЭНовые приборы, необходимо предварительно подготавливать – фильтровать. Кроме того, ТЭНы и бак нужно периодически чистить от известкового налета с помощью специальных средств.
Конструкция ТЭНового парогенератора на примере оборудования компании Carel представлена на рисунке 3.
Рисунок 3.
1.1.3. Индукционные парогенераторы
Принцип работы индукционного парогенератора. Нагрев и испарение воды в индукционных парогенераторах производится самим корпусом котла являющимся сердечником мощной индукционной катушки. При пропускании тока через витки катушки намотанной на корпус парогенератора в стенках котла возникают вихревые токи, разогревающие их до высоких температур (около 200-220°С). Таким образом генерируется пар, параметры которого поддерживаются автоматическими устройствами в соответствии с заданными значениями.
Отсутствие прямого контакта воды и нагревательного элемента (излучателя) позволяет получить очень чистый пар. Поэтому индукционные парогенераторы используют только в случаях, когда необходим химически чистый пар, например, в фармацевтике.
К недостаткам индукционных парогенераторов относят их высокую стоимость.
Принцип работы с газовым и жидкотопливным нагревом. В парогенераторах, работающих на газе или жидком топливе (мазут, дизельное топливо и т.д.), для нагрева воды используется одна или несколько горелок, или форсунок, расположенных в камере сгорания. Стенки камеры сгорания образованы кольцами змеевика, однако существуют конструкции, когда змеевик может быть расположен и в верхней части парогенератора, а горелка или форсунка внизу, хотя принцип нагрева воды и получения пара у них один и тот же. При прохождении воды по спиральной трубе змеевика, она нагревается горелкой и превращается в пар.
Данные парогенераторы используются для объектов промышленного характера, для увлажнения больших объемов воздуха.
К основным достоинствам изотермических увлажнителей можно отнести:
К основным недостаткам изотермических увлажнителей можно отнести:
Адиабатическое увлажнение представляет собой процесс самого обычного испарения воды в окружающую среду. Именно так со временем испаряется вода в стакане, исчезают лужи на дорогах, повышается влажность воздуха после дождя.
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).
Таким образом, за счет разницы давлений, водяной пар насыщает воздух влагой.
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, пластиковые диски, по которым стекает вода, форсунки, распыляющие мелкодисперсную влагу непосредственно в воздух помещения, либо в оросительную камеру системы приточной вентиляции.
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).
При адиабатическом увлажнении на испарение воды тратится энергия воздушного потока, вследствие чего температура воздуха уменьшается при его насыщении влагой (это основное физическое отличие адиабатического увлажнения от изотермического, где температура воздуха при его насыщении влагой остается неизменной).
Учитывая данный фактор, при адиабатическом увлажнении, обрабатываемый воздух необходимо предварительно перегреть, что потребует дополнительное количество энергии. Однако общее количество потребляемой мощности на насыщение воздуха влагой при адиабатическом увлажнении все-таки ниже, чем при изотермическом. Следует отметить, что большинство систем адиабатического увлажнения требует наличия специальной системы очистки воды.
В адиабатических увлажнителях воздуха на производство 1 кг/час влаги требуется от 4 до 116 Вт электроэнергии, которая затрачивается на процесс распыления воды до тонкодисперсного аэрозоля. Дополнительная энергия на переход аэрозоля в парообразное состояние поступает за счет снижения температуры окружающего воздуха на 3-5°С. Это свойство адиабатических увлажнителей воздуха можно с успехом использовать там, где помимо увлажнения требуется компенсировать значительные тепловые избытки, например, в типографских цехах, или нельзя допустить повышения температуры, например, в холодильных камерах. В связи с этим на крупных промышленных объектах чаще используются адиабатические методы увлажнения воздуха. К недостаткам адиабатических увлажнителей воздуха следует отнести более высокий, по сравнению с изотермическими увлажнителями, уровень шума и особые требования к качественному составу воды.
Системы адиабатического увлажнения используются на объектах различного назначения:
Принцип работы ультразвукового увлажнителя воздуха:
Общий вид и конструкция бытового ультразвукового увлажнителя представлена на рисунке 4.
Рисунок 4.
Общий вид и конструкция ультразвукового увлажнителя промышленного типа представлен на рис. 5
Рисунок 5.
Принципиальная схема работы и устройства ультразвукового увлажнителя представлена на рисунке 6.
Рисунок 6
Барабанные увлажнители или мойки воздуха предназначены для увлажнения и очищения воздуха и применяются в основном быту, но есть модели, использующиеся в промышленных целях, для увлажнения локальных зон. Они имеют ряд преимуществ и особенностей:
Воздух, поступающий в прибор, проходит через систему вращающихся увлажняющих дисков, наполовину погруженных в воду. Пыль, микрочастицы и примеси удерживаются на дисках и затем оседают в поддоне, а воздух выходит чистым и увлажненным – так в природе воздух промывается водой во время дождя. Увлажнение воздуха происходит по принципу автоматического саморегулирования (холодное испарение). Поэтому мойка воздуха создает оптимальную влажность воздуха без применения дополнительных приборов управления.
Барабанные увлажнители могут работать как на деминерализованной, так и обычной водопроводной воде.
Общий вид и конструкция барабанного увлажнителя представлен на рисунке 7
Рисунок 7
Принцип работы. Дисковые увлажнители используют вращающийся диск, который разбивает воду на миллионы крошечных капелек, которые в свою очередь подхватываются и распыляются встроенным вентилятором. В процессе испарения капелек происходит увлажнение и охлаждение воздуха в помещении.
За счет компактной конструкции увлажнители дискового типа подходят для увлажнения воздуха в бытовых помещениях, а также для увлажнения локальных зон в помещениях производственного назначения. Увлажнители дискового типа могут работать как на деминерализованной, так и обычной водопроводной воде. Качество и количество минералов, растворенных в воде, определяет периодичность обслуживания увлажнителя для проведения чистки. Лучше всего использовать деминерализованную воду (смягченная вода не рекомендуется, так как количество растворенных в ней минералов не становится меньше). Рекомендуется соблюдать требования стандарта UNI8884 «Параметры воды и ее подготовка для систем увлажнения и охлаждения», согласно которым вода должна иметь электропроводность менее 100 мкС/см и общую жесткость менее 5 °fH (50 ppm CaCO3).
Общий вид и конструкция дискового увлажнителя представлен на рисунке 8.
Рисунок 8.
Энтальпийные рекуператоры располагаются в составе приточно-вытяжных установок системы вентиляции. Данные рекуператоры осуществляют как перенос тепла, так и перенос влаги от вытяжного вентиляционного воздуха приточному.
Энтальпийный рекуператор, в отличие от обычных пластинчатых или роторных моделей, возвращает не только тепло отработанного воздуха, но и его влагу. А вместе с переносом влаги происходит перенос неявного тепла, что увеличивает КПД рекуператора.
Принцип работы. Основой энтальпийного рекуператора является мембрана из специального материала, которая впитывает влагу из вытяжного воздуха и отдает её сухому приточному. При этом воздух приточного и вытяжного каналов не смешиваются, а передача влаги происходит посредством диффузии молекул воды. Пластина рекуператора обладает свойством губки, которая позволяет рекуператору впитывать определённый объём влаги без выпадения конденсата на поверхности пластин рекуператора. Таким образом, энтальпийный рекуператор позволяет сохранять не только тепло, но и влажность воздуха.
Принцип работы энтальпийного рекуператора представлен на рисунке 9.
Рисунок 9.
Энтальпийные рекуператоры могут быть как пластинчатого (см. рисунок 10), так и роторного типа (см. рисунок 11).
Рис. 10 Рис.11
Энтальпийные рекуператоры пользуются все большим спросом и применяются в вентиляционных установках различных производителей, таких как Electrolux, TURKOV, DAIKIN, Mitsubishi, KOMFOVENT, Systemair, ВЕЗА и т.д. Вентиляционные установки с энтальпийными рекуператорами применяются как для небольших объектов, так и для крупных административных, общественных и производственных зданий.
Основным недостатком таких рекуператоров является снижение КПД по переносу влаги, в зависимости от условий вытяжного воздуха, удаляемого системой вентиляции из обслуживаемого помещения. К тому же стоимость энтальпийных рекуператоров несколько выше стоимости рекуператоров обычного исполнения.
Сотовые увлажнители воздуха применяются в системах вентиляции промышленных, сельскохозяйственных, жилых, общественных и административных объектов для поддержания заданного уровня относительной влажности.
Принцип действия сотовых увлажнителей воздуха основан на испарении воды с ячеистой структуры, размещенной в потоке приточного воздуха. Материалом, из которого изготавливаются сотовые панели увлажнителя, является специально обработанная целлюлоза или стекловолокно, устанавливаемые в кассеты.
Вода подается на испарительную кассету сверху через водораспределительный коллектор и стекает по ее гофрированной поверхности вниз. Когда сухой воздух проходит через кассету, то часть воды испаряется, тем самым увлажняя и охлаждая воздух. Не испарившаяся часть воды промывает кассету и стекает в поддон. Энергия, необходимая для испарения воды поступает непосредственно из обрабатываемого воздуха. Поэтому увлажнение воздуха происходит без каких-либо дополнительных затрат энергии.
Благодаря тому, что в процессе увлажнения происходит также промывка кассет, допускается использовать воду непосредственно из водопровода, без ее дополнительной подготовки.
По принципу водопотребления выпускаются блоки двух типов: с оборотным и прямым водоснабжением.
В связи с тем, что процесс испарения связан с поглощением энергии, сотовые промышленные увлажнители воздуха часто используются не только как увлажнители для вентиляции, но и в качестве охладителей воздуха в сельском хозяйстве и промышленности.
Адиабатическое увлажнение воздуха в увлажнителе сотового типа представлено на рисунке 12.
Рисунок 12.
Сотовые увлажнители в зависимости от принципа размещения оборудования выпускаются двух типов:
2.5.1 Моноблочные сотовые увлажнители
Моноблочные сотовые увлажнители представляют собой сборную конструкцию, включающую в себя секцию сотового увлажнителя и вентилятор, осуществляющий циркуляцию воздуха. Моноблочные увлажнители в большинстве случаев устанавливаются непосредственно в обслуживаемом помещении или увлажнения его локальных зон. Также, следует отметить, что данные моноблочные увлажнители работают, в большинстве случаев, на рециркуляцию воздуха обслуживаемого помещения.
Учитывая габариты и шумовые характеристики, данные увлажнители, применяются в основном на объектах производственного назначения.
Общий вид и конструкция моноблочного сотового увлажнителя представлена на рисунке 13.
Рисунок 13
Конструкция моноблочного сотового увлажнителя представлена на рисунке 14:
Рисунок 14.
2.5.2 Сотовые увлажнители, встраиваемые в систему приточной вентиляции
Для увлажнения воздуха в системах центральной приточной вентиляции используются секции сотового увлажнения. Данные секции составляют часть приточной вентиляционной установки и могут увлажнять большой объем вентиляционного воздуха, для объектов административного, общественного и производственного характера.
Также выпускаются канальные секции сотового увлажнения для небольших расходов воздуха, применяющихся для квартир и индивидуальных жилых домов.
Следует отметить, что процесс увлажнения воздуха в сотовом увлажнителе приточной установки сопровождается значительным снижением температуры приточного воздуха, что требует дополнительных затрат энергии на нагрев (догрев) воздуха.
Например, если параметры наружного воздуха -20°С и 80% относительной влажности, для достижения параметров приточного воздуха на выходе из вентиляционной установки +20°С и 50% относительной влажности, необходимо сначала перегреть воздух до +39°С, после чего осуществлять процесс увлажнения в секции сотового увлажнения. Как вариант, возможен следующий процесс – очистка воздуха, нагрев, увлажнение с понижением температуры и повторный нагрев увлажненного воздуха до требуемых параметров. Вторая ступень нагрева, как правило электрическая, что позволяет контролировать температуру и влажность в летних условиях, когда отсутствует поступление горячей воды от систем центрального теплоснабжения.
На рисунке 15 представлены канальные, встраиваемые в систему вентиляции, сотовые увлажнители:
Рисунок 15
Форсуночная система увлажнения воздуха довольно эффективный, безопасный и современный способ достичь требуемой влажности воздуха в квартире, индивидуальном жилом доме, офисе, в производственных и любых других помещениях.
Принцип действия форсуночной системы увлажнения воздуха основан на распылении предварительно очищенной воды через отверстие форсунки под высоким давлением непосредственно в помещение. В результате вода образует мелкодисперсный аэрозоль — туман. Туман состоит из капель воды размером в среднем 15 – 40 микрон, которые испаряются очень быстро, обычно в пределах секунды.
Во избежание выхода из строя форсунок, для работы системы требуется очищенная вода определенного качества.
Системы форсуночного увлажнения могут быть как высокого (50-70 бар), так и низкого (7-14 бар) давления. От этого зависит размер распыляющихся из форсунки капель. Например, для систем низкого давления размер капель будет выше 30 микрон.
Выбор разновидности системы форсуночного увлажнения зависит от:
Камеры орошения форсуночного типа с форсунками низкого давления используют в приточных установках системы вентиляции для охлаждения и увлажнения воздуха в холодный период года.
Вода распыляется через форсунки низкого давления в пространство оросительной камеры, тем самым насыщая сухой воздух, проходящий через камеру, влагой.
Следует отметить, что процесс увлажнения воздуха в оросительной камере приточной установки сопровождается значительным понижением температуры приточного воздуха, что требует дополнительных затрат энергии на нагрев воздуха. Например, если параметры наружного воздуха -20°С и 80% относительной влажности, для достижения параметров приточного воздуха на выходе из вентиляционной установки +20°С и 50% относительной влажности, необходимо сначала перегреть воздух до +39°С, после чего осуществлять процесс увлажнения в оросительной камере.
Также, увлажнение воздуха в оросительной камере требует механической очистки воды, во избежание засорения и выхода из строя форсунок.
Форсуночная камера орошения (рисунок 16) состоит:
Рисунок 16.
Камера орошения может быть с одним или двумя рядами форсунок с разной или одинаковой плотностью в каждом ряду. В первом случае первый ряд по ходу воздуха имеет бόльшую плотность форсунок, отверстия распыла в форсунках направлены по потоку воздуха, второй – меньшую, отверстия во втором ряду направлены навстречу потоку, таким образом, распыление воды встречное. Места расположения форсунок на стояках выбираются так, чтобы обеспечить перекрытие факелами распыла все поперечное сечение оросительного пространства.
В поддоне камеры орошения установлены:
Постоянный уровень воды в поддоне обеспечивается подпиткой водопроводной водой через поплавковый клапан, а излишки воды удаляются через переливное устройство. Опорожнение поддона от воды при чистке производится через дренажный трубопровод. Для подключения к камере орошения трубопроводов перелива, подведения воды к форсункам, опорожнения поддона имеются соответствующие патрубки на передней панели поддона с фланцами. Размеры патрубков зависят от типоразмера камеры орошения.
Для предотвращения уноса капель в конструкции камеры орошения предусмотрен монтаж каплеуловителя, а для выравнивания потока воздуха перед зоной орошения предусматривают выравниватель потока. Для предотвращения выноса капель за пределы форсуночной камеры орошения скорость воздуха в ее живом сечении должна быть не выше 2,5 м/с.
Преимущества камер орошения:
2.6.2. Увлажнители с использованием сжатого воздуха
Увлажнители, использующие сжатый воздух для мельчайшего распыления воды – считаются идеальным вариантом для поддержания микроклимата при наличии источников сжатого воздуха, поэтому широко применяются на производстве.
Конструкция увлажнителя предусматривает корпус, оснащенный электронным контроллером, к которому подсоединены две независимые магистрали, по которым на распылительные форсунки подается вода и сжатый воздух под определенным давлением для оптимального поддержания микроклимата. Увлажнители устанавливаются внутри установок центрального кондиционирования воздуха или непосредственно в увлажняемом помещении.
Одним из главных преимуществ такого типа увлажнителей является то, что он способен распылять воду в виде мельчайших капель, которые смешиваются сжатым воздухом и благодаря высокой скорости и крошечному размеру легко и быстро распространяются по помещению и поглощаются воздухом. Поэтому такие увлажнители прекрасно подходят для непосредственного охлаждения помещений, в частности на текстильных фабриках, деревообрабатывающих предприятиях, бумажных фабриках и складах, где практически всегда имеются источники сжатого воздуха.
Основные компоненты системы:
Рисунок 17
В увлажнителях данного типа используется сжатый воздух (4 – 10 бар), вырабатываемый внешним компрессором. Расход воздуха, необходимый для распыления одного литра воды при нормальном атмосферном давлении, составляет 1,27 нм3/ч.
Одним из наиболее распространённых производителей увлажнителей с использованием сжатого воздуха является компания Carel.
Общая схема системы увлажнения с использованием сжатого воздуха внешнего исполнения (для распределения увлажненного воздуха собственно в обслуживающее помещение) на примере решений компании Carel, представлено на рисунке 18.
Рисунок 18
Конструкция системы позволяет использовать водопроводную питьевую воду. При этом количество и качество растворённых минералов определяет частоту плановых работ по техническому обслуживанию (как правило, с применением периодической чистки распылительных форсунок). Желательно, но не обязательно использовать деминерализованную воду, прошедшую обработку обратным осмосом.
2.6.3. Прямое распыление воды в помещение
Основными элементами системы форсуночного увлажнения являются:
Туманообразующие форсунки превращают воду в водяной туман, который быстро поглощает тепло из окружающей среды и является эффективным способом охлаждения. Водяная завеса из мельчайших капель воды быстро растворяется в воздухе, не смачивая поверхности и предметы, дает мгновенный увлажняющий эффект.
Сочетание таких преимуществ форсуночной системы увлажнения, как низкие эксплуатационные затраты, возможность использования как в закрытых (или полуоткрытых) помещениях, так и на открытом воздухе, легкое и недорогое обслуживание — делает ее применение выгодным и эффективным.
Принцип работы форсуночной системы увлажнения воздуха прямого распыления в помещение представлен на рисунке 19
Рисунок 19
В качестве магистрали высокого давления, как правило, используется полиамидная трубка 3/8″ (для специальных задач может быть использована нержавеющая труба). Для соединения частей магистрали и установки форсунок, используются специальные фитинги Push-lock с быстроразъемными соединениями. При монтаже трубопроводов в них достаточно с усилием вставить конец трубки, после чего она надежно фиксируется. Такое соединение выдерживает давление свыше 70 бар.
Прокладку магистралей высокого давления к форсункам в квартирах, индивидуальных жилых домах, административных и общественных зданиях желательно производить в запотолочном пространстве, в штробах или отдельно спроектированным кабель каналам, что скроет систему от глаз. Подающие магистрали высокого давления достаточно невелики в сечении, поэтому без проблем могут быть так же встроены в плинтуса, спрятаны под потолочные карнизы.
Установка насоса оптимальна в отдельном помещении технического характера с подведением магистрального водопровода, наличием системы канализации и запиткой от электрической сети. Для электропитания системы форсуночного увлажнения малой мощности, в большинстве случаев, достаточно обычной бытовой сети 220В. Для электропитания производственных установок конечно же будет нужна промышленная сеть 380В.
Размер капли после форсунки зависит от давления в магистральном трубопроводе и размера отверстия в форсунке. При использовании форсунок, с диаметром отверстия 0,1 мм и менее, дисперсия такова, что в 70 см от форсунки, в условиях типового помещения, все капли успевают испариться. Образующийся в процессе работы водяной туман, в зависимости от задачи, увлажняет и охлаждает воздух, или связывает мелкие пылевые частицы.
Автоматизация процесса увлажнения происходит следующим образом: датчик влажности (гигростат) подает сигнал на контроллер блока управления, если уровень влажности ниже заданного, то подается сигнал на включение насоса. По достижению заданной влажности система автоматически отключается.
Состав комплектующих насоса высокого давления для систем распыления воды, на примере оборудования компании Cirrus, представлен на рисунке 20.
Рисунок 20
Для квартир и индивидуальных жилых домов применяются системы форсуночного увлажнения с центральным модулем высокого давления, включающим в себя систему управления и автоматики, насос высокого давления, а также запорно-регулирующую арматуру. Производством систем увлажнения с центральным модулем занимаются такие компании как Buhler-AHS, Alton Home, Airwet и т.д.
Форсунки высокого давления в квартирах, индивидуальных жилых домах, офисах и т.д. целесообразно располагать в решетках системы приточной вентиляции, мелкодисперсный туман распределяется по помещению приточным воздухом, что положительно сказывается на равномерном уровне влажности в помещении и способствует отсутствию застойных зон.
Для жилых помещений, как правило, используются многозональные системы форсуночного увлажнения. Т.е. системы, позволяющие поддерживать разный уровень влажности воздуха для разных помещений. Это достигается за счёт применения «активных форсунок» — форсунок, где подача воды высокого давления на их вход обеспечивается индивидуальным электромагнитным клапаном, управляемым контроллером блока управления.
На рисунке 21 приведена функциональная схема системы форсуночного увлажнения с центральным модулем высокого давления на примере оборудования компании Buhler-AHS
Рисунок 21
Технологические особенности форсунок для систем увлажнения прямого распыления в помещение, рис. 21 на примере форсунок фирмы Tecnocooling :
Рисунок 21
Преимущества форсуночных систем увлажнения воздуха прямого распыления в помещение:
+7 (812) 309-32-30, info@legenda-spb.com
Системы вентиляции и кондиционирования предназначены для обеспечения оптимальных и комфортных условий жизнедеятельности в жилых, общественных, административных, а также производственных помещениях.
Данные системы применяются с целью обеспечения соблюдения санитарных норм для жизнедеятельности человека. К тому же технологическое оборудование и производственные процессы, особенно на объектах производственного характера, требуют определенных условий микроклимата (температура, влажность, подвижность воздуха).
Воздух, находящийся внутри помещений, может изменять свой состав, температуру и влажность под действием самых разнообразных факторов:
— изменений параметров наружного (атмосферного) воздуха,
— выделения тепла, влаги, пыли и вредных газов от людей и технологического оборудования.
В результате воздействия этих факторов воздух помещений может принимать состояния, неблагоприятные для самочувствия людей или препятствующие нормальному протеканию технологического процесса.
С целью предотвращения ухудшения качества внутреннего воздуха, требуется смена воздуха в помещении, за счет системы вентиляции. При этом из помещения удаляется загрязненный внутренний воздух и взамен подается более чистый, как правило, наружный, воздух. В атмосферном воздухе всегда содержится определенное количество влаги в виде водяного пара. Такая смесь сухого воздуха с водяным паром называется влажным воздухом.
Формально влажность — это критерий, характеризующий степень концентрации водяных паров или влаги в воздушной или другой среде. Для количественной оценки влажности воздуха существуют два основных параметра — величины: абсолютная и относительная влажность. Абсолютная влажность воздуха – это масса водяного пара, содержащаяся в единице объёма воздуха.
Относительная влажность воздуха – это отношение давления пара к давлению насыщенного пара, то есть абсолютной влажности воздуха к максимальной. На практике величина относительной влажности воздуха используется в метеорологии.
Учитывая, что в зимний период абсолютная влажность наружного воздуха невелика (0,2-2,5 грамм влаги на килограмм сухого воздуха при температуре воздуха ниже нуля градусов), вследствие его нагрева в системе приточной вентиляции до нормативных температур, относительная влажность воздуха значительно падает (до 5 – 15%). Таким образом в помещение подается уже подогретый и сухой воздух.
Уровень влажности менее 30% считается некомфортным. Такие условия могут сопровождаться неприятными ощущениями, такими как сухость слизистой оболочки полости рта или различными раздражениями кожи. Как показали исследования, если человек дышит воздухом с пониженным уровнем влажности, в организме замедляются процессы очистки легких, а также дыхательных путей. Это повышает восприимчивость к инфекционным заболеваниям. К тому же низкий уровень влажности является одной из причин беспокойного, «неглубокого» сна.
Благодаря системе увлажнения воздуха возможно повышение уровня влажности в помещении, что в свою очередь:
- предотвратит старение кожи, потерю влаги, преждевременные морщины у людей;
- убирает неприятную сухость в носу, першение в горле, ощущение «песка в глазах»;
- подавляет пыль, аллергены;
- значительно продлит срок службы паркета и мебели, а также изделий из кожи, текстиля и других натуральных материалов.
На рисунке 1 представлена классификация основных систем увлажнения воздуха. Представленная классификация не учитывает частные случаи систем увлажнения, разрабатываемых по техническому заданию для конкретного объекта.
Изотермическое увлажнение
Изотермическое увлажнение воздуха – это процесс, при котором влажность воздуха повышается посредствам парообразования, возникающего в результате кипения воды в парогенераторе.
Пар, образующийся в результате кипения воды подается в канал системы приточной вентиляции, тем самым насыщая влагой вентиляционный воздух, поступающий в помещение. При изотермическом увлажнении, температура воздуха, при его насыщении паром и вследствие увлажнении, остается неизменной.
Технология изотермического увлажнения воздуха играет ключевую роль в современных системах вентиляции. Это обусловлено тем, что водяной пар, образуемый в результате кипения воды, является наиболее стерильной средой, свободной от примесей и минералов, что значительно улучшает качество воздуха в помещении. Также преимуществом изотермических увлажнителей воздуха является простота эксплуатации и низкий уровень шума.
Основным недостатком изотермического увлажнения воздуха является высокое потребление электроэнергии, необходимой для нагрева воды в парогенераторе. Генерация 1 кг/час влаги в изотермических увлажнителях воздуха требует 750 Вт электроэнергии (парогенераторы с электрическим нагревом воды являются наиболее распространенными и применяются для увлажнения воздуха в квартирах, индивидуальных жилых домах, объектах общественного и административного характера).
1.1 Увлажнители с электрическим нагревом
1.1.1. Электродные парогенераторы
Процесс парообразования воды в электродном парогенераторе происходит за счет выделения тепла при прохождении электрического тока через воду между электродами, либо между электродами и корпусом. Суммарная величина тока нагрузки и, следовательно, мощность и паропроизводительность парогенератора зависят от количества подаваемой воды (или глубины погружения электродов в котловую воду) и удельного электрического сопротивления нагнетаемой воды.
Принцип работы электродного парогенератора — Подачу необходимого количества воды в парогенератор обеспечивает система электронного регулирования и автоматической поддержки мощности (паропроизводительности) парогенератора, который в зависимости от производительности нагнетает необходимое количество воды в паровую полость. Контроллер мощности (трансформатор тока с контроллером мощности) осуществляет контроль и управление по величине потребляемого тока. Повышение уровня воды вызывает увеличение тока, проходящего через нее. При превышении потребляемой мощности значения 100% Nраб, происходит закрытие электромагнитного клапана и наполнение парогенератора водой прекращается, при этом кипение и испарение воды продолжается. При понижении мощности до 85% Nраб происходит открытие электромагнитного клапана, и подача воды возобновляется до достижения потребляемой мощности значения 100% Nраб. Цикл повторяется, тем самым осуществляется регулирование и поддержание потребляемой мощности (паропроизводительности).
Конструкция электродного парогенератора на примере оборудования компании Carel представлена на рисунке 2.
Рисунок 2.
1.1.2. ТЭНовые парогенераторы
Принцип работы ТЭНовых парогенераторов такой же, как у многих других электроприборов: электрочайника, бойлера, электрокаменки и обычного кипятильника. Вода нагревается с помощью погруженного в нее одного или нескольких ТЭНов — заключенных в защитную оболочку проводников с очень высоким сопротивлением. Проходящий ток нагревает проводник, что приводит к быстрому испарению окружающей ТЭН воды и образованию мягкого мелкодисперсного пара.
Главный недостаток ТЭНовых парогенераторов — образование слоя накипи на нагревательных элементах. Во время работы прибора соли, растворенные в воде, выпадают в осадок, который постепенно покрывает как сами ТЭНы, так и стенки емкости.
Очевидно, что чем меньше солей в воде, тем дольше прослужат нагревательные элементы. Поэтому воду, заливаемую в ТЭНовые приборы, необходимо предварительно подготавливать – фильтровать. Кроме того, ТЭНы и бак нужно периодически чистить от известкового налета с помощью специальных средств.
Конструкция ТЭНового парогенератора на примере оборудования компании Carel представлена на рисунке 3.
Рисунок 3.
1.1.3. Индукционные парогенераторы
Принцип работы индукционного парогенератора. Нагрев и испарение воды в индукционных парогенераторах производится самим корпусом котла являющимся сердечником мощной индукционной катушки. При пропускании тока через витки катушки намотанной на корпус парогенератора в стенках котла возникают вихревые токи, разогревающие их до высоких температур (около 200-220°С). Таким образом генерируется пар, параметры которого поддерживаются автоматическими устройствами в соответствии с заданными значениями.
Отсутствие прямого контакта воды и нагревательного элемента (излучателя) позволяет получить очень чистый пар. Поэтому индукционные парогенераторы используют только в случаях, когда необходим химически чистый пар, например, в фармацевтике.
К недостаткам индукционных парогенераторов относят их высокую стоимость.
1.2. Парогенераторы с газовым и жидкотопливным нагревом
Принцип работы с газовым и жидкотопливным нагревом. В парогенераторах, работающих на газе или жидком топливе (мазут, дизельное топливо и т.д.), для нагрева воды используется одна или несколько горелок, или форсунок, расположенных в камере сгорания. Стенки камеры сгорания образованы кольцами змеевика, однако существуют конструкции, когда змеевик может быть расположен и в верхней части парогенератора, а горелка или форсунка внизу, хотя принцип нагрева воды и получения пара у них один и тот же. При прохождении воды по спиральной трубе змеевика, она нагревается горелкой и превращается в пар.
Данные парогенераторы используются для объектов промышленного характера, для увлажнения больших объемов воздуха.
Выводы по обзору изотермических увлажнителей:
К основным достоинствам изотермических увлажнителей можно отнести:
- Низкая стоимость оборудования;
- Компактность оборудования;
- Отсутствие жестких требований по водоподготовке (использованию установок обратного осмоса);
- Комфортное, «мягкое» увлажнение;
- Отсутствие процесса понижения температуры воздушной среды при увлажнении;
- Высокая чистота (стерильность) водяного пара.
К основным недостаткам изотермических увлажнителей можно отнести:
- Высокие эксплуатационные затраты на энергоносители – электричество, газ, жидкое топливо;
- Периодическая замена составных частей — паровых цилиндров
- Сложное и трудоемкое периодическое техническое обслуживание
2. Адиабатическое увлажнение
Адиабатическое увлажнение представляет собой процесс самого обычного испарения воды в окружающую среду. Именно так со временем испаряется вода в стакане, исчезают лужи на дорогах, повышается влажность воздуха после дождя.
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).
Таким образом, за счет разницы давлений, водяной пар насыщает воздух влагой.
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, пластиковые диски, по которым стекает вода, форсунки, распыляющие мелкодисперсную влагу непосредственно в воздух помещения, либо в оросительную камеру системы приточной вентиляции.
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).
При адиабатическом увлажнении на испарение воды тратится энергия воздушного потока, вследствие чего температура воздуха уменьшается при его насыщении влагой (это основное физическое отличие адиабатического увлажнения от изотермического, где температура воздуха при его насыщении влагой остается неизменной).
Учитывая данный фактор, при адиабатическом увлажнении, обрабатываемый воздух необходимо предварительно перегреть, что потребует дополнительное количество энергии. Однако общее количество потребляемой мощности на насыщение воздуха влагой при адиабатическом увлажнении все-таки ниже, чем при изотермическом. Следует отметить, что большинство систем адиабатического увлажнения требует наличия специальной системы очистки воды.
В адиабатических увлажнителях воздуха на производство 1 кг/час влаги требуется от 4 до 116 Вт электроэнергии, которая затрачивается на процесс распыления воды до тонкодисперсного аэрозоля. Дополнительная энергия на переход аэрозоля в парообразное состояние поступает за счет снижения температуры окружающего воздуха на 3-5°С. Это свойство адиабатических увлажнителей воздуха можно с успехом использовать там, где помимо увлажнения требуется компенсировать значительные тепловые избытки, например, в типографских цехах, или нельзя допустить повышения температуры, например, в холодильных камерах. В связи с этим на крупных промышленных объектах чаще используются адиабатические методы увлажнения воздуха. К недостаткам адиабатических увлажнителей воздуха следует отнести более высокий, по сравнению с изотермическими увлажнителями, уровень шума и особые требования к качественному составу воды.
Системы адиабатического увлажнения используются на объектах различного назначения:
- квартиры
- индивидуальные жилые дома
- административные здания
- здания общественного назначения
- производственные здания
2.1 Ультразвуковые увлажнители
Принцип работы ультразвукового увлажнителя воздуха:
- Резервуар наполняется дистиллированной водой (можно заменить максимально чистой).
- Вода заполняет фильтрационный картридж, в котором осуществляется дополнительное смягчение и очистка жидкости.
- Консистенция слегка подогревается, а затем направляется в камеру испарения. В нижней ее части находится небольшая ультразвуковая мембрана. При активации устройства она начинает колебаться с частотой более 20 кГц. Благодаря этому вода «разбивается» до микрочастиц, превращаясь в «холодный туман».
- Под основной частью корпуса установлен вентилятор, посредством которого и осуществляется направление пара вверх, к распылителю.
Общий вид и конструкция бытового ультразвукового увлажнителя представлена на рисунке 4.
Рисунок 4.
Общий вид и конструкция ультразвукового увлажнителя промышленного типа представлен на рис. 5
Рисунок 5.
Принципиальная схема работы и устройства ультразвукового увлажнителя представлена на рисунке 6.
Рисунок 6
2.2 Барабанные увлажнители (мойки воздуха)
Барабанные увлажнители или мойки воздуха предназначены для увлажнения и очищения воздуха и применяются в основном быту, но есть модели, использующиеся в промышленных целях, для увлажнения локальных зон. Они имеют ряд преимуществ и особенностей:
- очищают и увлажняют воздух без использования сменных фильтров и расходных материалов,
- работают бесшумно в нескольких режимах мощности,
- изготовлены из высококачественных компонентов с длительным сроком службы,
- благодаря предварительной ионизации воздуха обладают высокой очистительной способностью.
Воздух, поступающий в прибор, проходит через систему вращающихся увлажняющих дисков, наполовину погруженных в воду. Пыль, микрочастицы и примеси удерживаются на дисках и затем оседают в поддоне, а воздух выходит чистым и увлажненным – так в природе воздух промывается водой во время дождя. Увлажнение воздуха происходит по принципу автоматического саморегулирования (холодное испарение). Поэтому мойка воздуха создает оптимальную влажность воздуха без применения дополнительных приборов управления.
Барабанные увлажнители могут работать как на деминерализованной, так и обычной водопроводной воде.
Общий вид и конструкция барабанного увлажнителя представлен на рисунке 7
Рисунок 7
2.3 Дисковые увлажнители
Принцип работы. Дисковые увлажнители используют вращающийся диск, который разбивает воду на миллионы крошечных капелек, которые в свою очередь подхватываются и распыляются встроенным вентилятором. В процессе испарения капелек происходит увлажнение и охлаждение воздуха в помещении.
За счет компактной конструкции увлажнители дискового типа подходят для увлажнения воздуха в бытовых помещениях, а также для увлажнения локальных зон в помещениях производственного назначения. Увлажнители дискового типа могут работать как на деминерализованной, так и обычной водопроводной воде. Качество и количество минералов, растворенных в воде, определяет периодичность обслуживания увлажнителя для проведения чистки. Лучше всего использовать деминерализованную воду (смягченная вода не рекомендуется, так как количество растворенных в ней минералов не становится меньше). Рекомендуется соблюдать требования стандарта UNI8884 «Параметры воды и ее подготовка для систем увлажнения и охлаждения», согласно которым вода должна иметь электропроводность менее 100 мкС/см и общую жесткость менее 5 °fH (50 ppm CaCO3).
Общий вид и конструкция дискового увлажнителя представлен на рисунке 8.
Рисунок 8.
2.4 Энтальпийные рекуператоры
Энтальпийные рекуператоры располагаются в составе приточно-вытяжных установок системы вентиляции. Данные рекуператоры осуществляют как перенос тепла, так и перенос влаги от вытяжного вентиляционного воздуха приточному.
Энтальпийный рекуператор, в отличие от обычных пластинчатых или роторных моделей, возвращает не только тепло отработанного воздуха, но и его влагу. А вместе с переносом влаги происходит перенос неявного тепла, что увеличивает КПД рекуператора.
Принцип работы. Основой энтальпийного рекуператора является мембрана из специального материала, которая впитывает влагу из вытяжного воздуха и отдает её сухому приточному. При этом воздух приточного и вытяжного каналов не смешиваются, а передача влаги происходит посредством диффузии молекул воды. Пластина рекуператора обладает свойством губки, которая позволяет рекуператору впитывать определённый объём влаги без выпадения конденсата на поверхности пластин рекуператора. Таким образом, энтальпийный рекуператор позволяет сохранять не только тепло, но и влажность воздуха.
Принцип работы энтальпийного рекуператора представлен на рисунке 9.
Рисунок 9.
Энтальпийные рекуператоры могут быть как пластинчатого (см. рисунок 10), так и роторного типа (см. рисунок 11).
Рис. 10 Рис.11
Энтальпийные рекуператоры пользуются все большим спросом и применяются в вентиляционных установках различных производителей, таких как Electrolux, TURKOV, DAIKIN, Mitsubishi, KOMFOVENT, Systemair, ВЕЗА и т.д. Вентиляционные установки с энтальпийными рекуператорами применяются как для небольших объектов, так и для крупных административных, общественных и производственных зданий.
Основным недостатком таких рекуператоров является снижение КПД по переносу влаги, в зависимости от условий вытяжного воздуха, удаляемого системой вентиляции из обслуживаемого помещения. К тому же стоимость энтальпийных рекуператоров несколько выше стоимости рекуператоров обычного исполнения.
2.5 Сотовые увлажнители
Сотовые увлажнители воздуха применяются в системах вентиляции промышленных, сельскохозяйственных, жилых, общественных и административных объектов для поддержания заданного уровня относительной влажности.
Принцип действия сотовых увлажнителей воздуха основан на испарении воды с ячеистой структуры, размещенной в потоке приточного воздуха. Материалом, из которого изготавливаются сотовые панели увлажнителя, является специально обработанная целлюлоза или стекловолокно, устанавливаемые в кассеты.
Вода подается на испарительную кассету сверху через водораспределительный коллектор и стекает по ее гофрированной поверхности вниз. Когда сухой воздух проходит через кассету, то часть воды испаряется, тем самым увлажняя и охлаждая воздух. Не испарившаяся часть воды промывает кассету и стекает в поддон. Энергия, необходимая для испарения воды поступает непосредственно из обрабатываемого воздуха. Поэтому увлажнение воздуха происходит без каких-либо дополнительных затрат энергии.
Благодаря тому, что в процессе увлажнения происходит также промывка кассет, допускается использовать воду непосредственно из водопровода, без ее дополнительной подготовки.
По принципу водопотребления выпускаются блоки двух типов: с оборотным и прямым водоснабжением.
В связи с тем, что процесс испарения связан с поглощением энергии, сотовые промышленные увлажнители воздуха часто используются не только как увлажнители для вентиляции, но и в качестве охладителей воздуха в сельском хозяйстве и промышленности.
Адиабатическое увлажнение воздуха в увлажнителе сотового типа представлено на рисунке 12.
Рисунок 12.
Сотовые увлажнители в зависимости от принципа размещения оборудования выпускаются двух типов:
- секция сотового увлажнителя, встраиваемая в состав приточной вентиляционной установки;
- увлажнитель моноблочного типа, для установки непосредственно в обслуживаемом помещении или увлажнения локальных зон.
2.5.1 Моноблочные сотовые увлажнители
Моноблочные сотовые увлажнители представляют собой сборную конструкцию, включающую в себя секцию сотового увлажнителя и вентилятор, осуществляющий циркуляцию воздуха. Моноблочные увлажнители в большинстве случаев устанавливаются непосредственно в обслуживаемом помещении или увлажнения его локальных зон. Также, следует отметить, что данные моноблочные увлажнители работают, в большинстве случаев, на рециркуляцию воздуха обслуживаемого помещения.
Учитывая габариты и шумовые характеристики, данные увлажнители, применяются в основном на объектах производственного назначения.
Общий вид и конструкция моноблочного сотового увлажнителя представлена на рисунке 13.
Рисунок 13
Конструкция моноблочного сотового увлажнителя представлена на рисунке 14:
- Отдельная металлическая рама из оцинкованной листовой стали с грунтовочным фосфатным покрытием. Поддон для воды из нержавеющей стали AISI-304.
- Осевой вентилятор
- Испарительная пластина из целлюлозной бумаги со смачивающими и упрочняющими добавками установлена в рамы (кассеты) из оцинкованной стали с ручкой и встроенным водораспределительным устройством.
Рисунок 14.
- Подача и рециркуляция воды: поплавковый наполнительный клапан; погружной однофазный насосный агрегат с регулировочным клапаном для потоков рециркуляции и водоотведения; водопроводные трубы из ПВХ; встроенный узел перелива и слива на выходе.
- Электропитание: водонепроницаемая соединительная коробка IP55 с клеммной колодкой и разъединителем для двигателей вентилятора и насоса по отдельности. Соединения с двигателями в электросхеме с защищенными проводами.
2.5.2 Сотовые увлажнители, встраиваемые в систему приточной вентиляции
Для увлажнения воздуха в системах центральной приточной вентиляции используются секции сотового увлажнения. Данные секции составляют часть приточной вентиляционной установки и могут увлажнять большой объем вентиляционного воздуха, для объектов административного, общественного и производственного характера.
Также выпускаются канальные секции сотового увлажнения для небольших расходов воздуха, применяющихся для квартир и индивидуальных жилых домов.
Следует отметить, что процесс увлажнения воздуха в сотовом увлажнителе приточной установки сопровождается значительным снижением температуры приточного воздуха, что требует дополнительных затрат энергии на нагрев (догрев) воздуха.
Например, если параметры наружного воздуха -20°С и 80% относительной влажности, для достижения параметров приточного воздуха на выходе из вентиляционной установки +20°С и 50% относительной влажности, необходимо сначала перегреть воздух до +39°С, после чего осуществлять процесс увлажнения в секции сотового увлажнения. Как вариант, возможен следующий процесс – очистка воздуха, нагрев, увлажнение с понижением температуры и повторный нагрев увлажненного воздуха до требуемых параметров. Вторая ступень нагрева, как правило электрическая, что позволяет контролировать температуру и влажность в летних условиях, когда отсутствует поступление горячей воды от систем центрального теплоснабжения.
На рисунке 15 представлены канальные, встраиваемые в систему вентиляции, сотовые увлажнители:
Рисунок 15
2.6. Системы форсуночного увлажнения
Форсуночная система увлажнения воздуха довольно эффективный, безопасный и современный способ достичь требуемой влажности воздуха в квартире, индивидуальном жилом доме, офисе, в производственных и любых других помещениях.
Принцип действия форсуночной системы увлажнения воздуха основан на распылении предварительно очищенной воды через отверстие форсунки под высоким давлением непосредственно в помещение. В результате вода образует мелкодисперсный аэрозоль — туман. Туман состоит из капель воды размером в среднем 15 – 40 микрон, которые испаряются очень быстро, обычно в пределах секунды.
Во избежание выхода из строя форсунок, для работы системы требуется очищенная вода определенного качества.
Системы форсуночного увлажнения могут быть как высокого (50-70 бар), так и низкого (7-14 бар) давления. От этого зависит размер распыляющихся из форсунки капель. Например, для систем низкого давления размер капель будет выше 30 микрон.
Выбор разновидности системы форсуночного увлажнения зависит от:
- типа системы (распыление воды в оросительной камере вентиляционной приточной установки или распыление водяного тумана непосредственно в обслуживаемое помещение),
- назначения помещения
- условий комфортности
- габаритов помещения
- расстояния от места распыления водяного тумана из форсунки до технологического оборудования
Камеры орошения форсуночного типа с форсунками низкого давления используют в приточных установках системы вентиляции для охлаждения и увлажнения воздуха в холодный период года.
Вода распыляется через форсунки низкого давления в пространство оросительной камеры, тем самым насыщая сухой воздух, проходящий через камеру, влагой.
Следует отметить, что процесс увлажнения воздуха в оросительной камере приточной установки сопровождается значительным понижением температуры приточного воздуха, что требует дополнительных затрат энергии на нагрев воздуха. Например, если параметры наружного воздуха -20°С и 80% относительной влажности, для достижения параметров приточного воздуха на выходе из вентиляционной установки +20°С и 50% относительной влажности, необходимо сначала перегреть воздух до +39°С, после чего осуществлять процесс увлажнения в оросительной камере.
Также, увлажнение воздуха в оросительной камере требует механической очистки воды, во избежание засорения и выхода из строя форсунок.
Форсуночная камера орошения (рисунок 16) состоит:
- из корпуса с внутренними стенками из оцинкованной стали (алюминия или нержавеющей стали);
- из поддона для воды из алюминия (нержавеющей стали);
- из оросительной системы (горизонтальные коллекторы, один или два, с вертикальными стояками и форсунками);
- из выравнивателя потока воздуха на входе и каплеуловителя на выходе.
Рисунок 16.
Камера орошения может быть с одним или двумя рядами форсунок с разной или одинаковой плотностью в каждом ряду. В первом случае первый ряд по ходу воздуха имеет бόльшую плотность форсунок, отверстия распыла в форсунках направлены по потоку воздуха, второй – меньшую, отверстия во втором ряду направлены навстречу потоку, таким образом, распыление воды встречное. Места расположения форсунок на стояках выбираются так, чтобы обеспечить перекрытие факелами распыла все поперечное сечение оросительного пространства.
В поддоне камеры орошения установлены:
- сетчатый водяной фильтр из нержавеющей стали для очистки рециркуляционной воды, подаваемой на форсунки;
- поплавковый клапан для автоматического наполнения поддона водой;
- перелив для поддержания заданного уровня воды в поддоне;
- клапан регулирования расхода воды;
- шаровой кран на дренажном трубопроводе;
- циркуляционный насос для подачи воды к форсункам.
Постоянный уровень воды в поддоне обеспечивается подпиткой водопроводной водой через поплавковый клапан, а излишки воды удаляются через переливное устройство. Опорожнение поддона от воды при чистке производится через дренажный трубопровод. Для подключения к камере орошения трубопроводов перелива, подведения воды к форсункам, опорожнения поддона имеются соответствующие патрубки на передней панели поддона с фланцами. Размеры патрубков зависят от типоразмера камеры орошения.
Для предотвращения уноса капель в конструкции камеры орошения предусмотрен монтаж каплеуловителя, а для выравнивания потока воздуха перед зоной орошения предусматривают выравниватель потока. Для предотвращения выноса капель за пределы форсуночной камеры орошения скорость воздуха в ее живом сечении должна быть не выше 2,5 м/с.
Преимущества камер орошения:
- возможность применения управляемых процессов тепломассообмена между воздухом и водой;
- очистка воздуха от пыли и газов;
- сравнительно малое аэродинамическое сопротивление;
- простота конструкции.
- возможность образования в поддоне микроорганизмов и грибков, которые могут стать источником загрязнения приточного воздуха;
- вынос солей жесткости в обслуживаемые помещения;
- ограничения по скорости движения воздуха;
- более трудоемкое техническое обслуживание, связанное с необходимостью следить за чистотой форсунок и поддонов и периодически промывать их;
- значительный расход воды, обусловленный расходом на промывку поддона и сброса части воды в канализацию для поддержания солевого баланса в заданных параметрах.
2.6.2. Увлажнители с использованием сжатого воздуха
Увлажнители, использующие сжатый воздух для мельчайшего распыления воды – считаются идеальным вариантом для поддержания микроклимата при наличии источников сжатого воздуха, поэтому широко применяются на производстве.
Конструкция увлажнителя предусматривает корпус, оснащенный электронным контроллером, к которому подсоединены две независимые магистрали, по которым на распылительные форсунки подается вода и сжатый воздух под определенным давлением для оптимального поддержания микроклимата. Увлажнители устанавливаются внутри установок центрального кондиционирования воздуха или непосредственно в увлажняемом помещении.
Одним из главных преимуществ такого типа увлажнителей является то, что он способен распылять воду в виде мельчайших капель, которые смешиваются сжатым воздухом и благодаря высокой скорости и крошечному размеру легко и быстро распространяются по помещению и поглощаются воздухом. Поэтому такие увлажнители прекрасно подходят для непосредственного охлаждения помещений, в частности на текстильных фабриках, деревообрабатывающих предприятиях, бумажных фабриках и складах, где практически всегда имеются источники сжатого воздуха.
Основные компоненты системы:
- шкаф управления, оборудованный электронным контроллером; распылительные форсунки, которые устанавливаются в воздуховоде или непосредственно в помещении;
- коллекторы для монтажа в воздуховоде;
- УФ-бактерицидная лампа и защитные фильтры.
Рисунок 17
В увлажнителях данного типа используется сжатый воздух (4 – 10 бар), вырабатываемый внешним компрессором. Расход воздуха, необходимый для распыления одного литра воды при нормальном атмосферном давлении, составляет 1,27 нм3/ч.
Одним из наиболее распространённых производителей увлажнителей с использованием сжатого воздуха является компания Carel.
Общая схема системы увлажнения с использованием сжатого воздуха внешнего исполнения (для распределения увлажненного воздуха собственно в обслуживающее помещение) на примере решений компании Carel, представлено на рисунке 18.
Рисунок 18
Конструкция системы позволяет использовать водопроводную питьевую воду. При этом количество и качество растворённых минералов определяет частоту плановых работ по техническому обслуживанию (как правило, с применением периодической чистки распылительных форсунок). Желательно, но не обязательно использовать деминерализованную воду, прошедшую обработку обратным осмосом.
2.6.3. Прямое распыление воды в помещение
Основными элементами системы форсуночного увлажнения являются:
- фильтрующий блок;
- насосный узел;
- линии распыления с форсунками;
- блок управления.
Туманообразующие форсунки превращают воду в водяной туман, который быстро поглощает тепло из окружающей среды и является эффективным способом охлаждения. Водяная завеса из мельчайших капель воды быстро растворяется в воздухе, не смачивая поверхности и предметы, дает мгновенный увлажняющий эффект.
Сочетание таких преимуществ форсуночной системы увлажнения, как низкие эксплуатационные затраты, возможность использования как в закрытых (или полуоткрытых) помещениях, так и на открытом воздухе, легкое и недорогое обслуживание — делает ее применение выгодным и эффективным.
Принцип работы форсуночной системы увлажнения воздуха прямого распыления в помещение представлен на рисунке 19
Рисунок 19
В качестве магистрали высокого давления, как правило, используется полиамидная трубка 3/8″ (для специальных задач может быть использована нержавеющая труба). Для соединения частей магистрали и установки форсунок, используются специальные фитинги Push-lock с быстроразъемными соединениями. При монтаже трубопроводов в них достаточно с усилием вставить конец трубки, после чего она надежно фиксируется. Такое соединение выдерживает давление свыше 70 бар.
Прокладку магистралей высокого давления к форсункам в квартирах, индивидуальных жилых домах, административных и общественных зданиях желательно производить в запотолочном пространстве, в штробах или отдельно спроектированным кабель каналам, что скроет систему от глаз. Подающие магистрали высокого давления достаточно невелики в сечении, поэтому без проблем могут быть так же встроены в плинтуса, спрятаны под потолочные карнизы.
Установка насоса оптимальна в отдельном помещении технического характера с подведением магистрального водопровода, наличием системы канализации и запиткой от электрической сети. Для электропитания системы форсуночного увлажнения малой мощности, в большинстве случаев, достаточно обычной бытовой сети 220В. Для электропитания производственных установок конечно же будет нужна промышленная сеть 380В.
Размер капли после форсунки зависит от давления в магистральном трубопроводе и размера отверстия в форсунке. При использовании форсунок, с диаметром отверстия 0,1 мм и менее, дисперсия такова, что в 70 см от форсунки, в условиях типового помещения, все капли успевают испариться. Образующийся в процессе работы водяной туман, в зависимости от задачи, увлажняет и охлаждает воздух, или связывает мелкие пылевые частицы.
Автоматизация процесса увлажнения происходит следующим образом: датчик влажности (гигростат) подает сигнал на контроллер блока управления, если уровень влажности ниже заданного, то подается сигнал на включение насоса. По достижению заданной влажности система автоматически отключается.
Состав комплектующих насоса высокого давления для систем распыления воды, на примере оборудования компании Cirrus, представлен на рисунке 20.
- Регулятор давления с системой By-Pass. Позволяет вручную регулировать давление в напорной магистрали.
- Коммутационный блок. Предназначен для управления запуском электродвигателя насоса, а также для управления работой дренажного электромагнитного клапана.
- Манометр виброустойчивый высокого давления. Предназначен для визуальной индикации текущего давления на выходе насоса высокого давления. Диапазон измерения — от 0 до 100 атм. Заполнен глицерином для виброустойчивости.
Рисунок 20
- Реле защиты от сухого хода. Входит в состав автоматики и предотвращает запуск насоса при отсутствии входного давления воды, тем самым препятствуя работе насоса «всухую». Защищает от чрезмерного износа уплотнений плунжеров.
- Трехфазный асинхронный электродвигатель. Предназначен для передачи момента вращения коленвалу плунжерного насоса со скоростью от 920 до 1410 об. /мин. в зависимости от модели насоса.
- Выход для подсоединения магистрали высокого давления, 1/4" ВР.
- Дренажный электромагнитный клапан. Предназначен для быстрого сброса давления в магистрали после отработки цикла работы насосом. Позволяет атикапельным клапанам форсунок закрываться в минимальный интервал времени. В зависимости от особенностей выполненного монтажа системы увлажнения (длина и разветвлённость магистрали высокого давления), автоматика блока управления позволяет регулировать время открытия электромагнитного клапана. В некоторых случаях будет необходим монтаж дополнительного электромагнитного дренажного клапана в конце магистрали высокого давления.
- Входной электромагнитный клапан. Предназначен для управления подачей воды от напорного водопровода на вход насоса высокого давления, перекрывает подачу воды при отключении насоса.
- Вход для воды Место подключения к напорному водопроводу, резьба 1/2".
Для квартир и индивидуальных жилых домов применяются системы форсуночного увлажнения с центральным модулем высокого давления, включающим в себя систему управления и автоматики, насос высокого давления, а также запорно-регулирующую арматуру. Производством систем увлажнения с центральным модулем занимаются такие компании как Buhler-AHS, Alton Home, Airwet и т.д.
Форсунки высокого давления в квартирах, индивидуальных жилых домах, офисах и т.д. целесообразно располагать в решетках системы приточной вентиляции, мелкодисперсный туман распределяется по помещению приточным воздухом, что положительно сказывается на равномерном уровне влажности в помещении и способствует отсутствию застойных зон.
Для жилых помещений, как правило, используются многозональные системы форсуночного увлажнения. Т.е. системы, позволяющие поддерживать разный уровень влажности воздуха для разных помещений. Это достигается за счёт применения «активных форсунок» — форсунок, где подача воды высокого давления на их вход обеспечивается индивидуальным электромагнитным клапаном, управляемым контроллером блока управления.
На рисунке 21 приведена функциональная схема системы форсуночного увлажнения с центральным модулем высокого давления на примере оборудования компании Buhler-AHS
Рисунок 21
Технологические особенности форсунок для систем увлажнения прямого распыления в помещение, рис. 21 на примере форсунок фирмы Tecnocooling :
- Для эффективного дробления воды на микрокапли головка форсунки упрочняется твердым материалом – искусственным рубином или сапфиром. Использование таких материалов позволяет создать геометрически точное отверстие с четкими краями, которые не изнашиваются с течением времени.
- Размер распылительного отверстия форсунки колеблется от 50 до 200 микрометров в зависимости от необходимой производительности (1 – 3,5 литра в час) на одну форсунку.
- Специальная вихревая камера перед выходным отверстием форсунки заставляет воду поступать под нужным углом, что приводит к формированию стабильного конуса тумана и отсутствию крупных капель больше требуемого размера.
- Благодаря встроенному фильтру форсунка устойчива к загрязнению и способна функционировать с минимумом технической поддержки.
Рисунок 21
Преимущества форсуночных систем увлажнения воздуха прямого распыления в помещение:
- Наилучшее среди прочих систем субъективное восприятие увлажненного воздуха. Воздух становится легким и свежим благодаря естественной ионизации, адиабатическому охлаждению, пылеподавлению. Нет ощущения влажности парогенераторов, нет ощущения неприятной ненатуральности ультразвуковых увлажнителей.
- Достаточно низкое энергопотребление. Предлагаемые установки обладают эффективностью от 6 до 30 Вт/литр воды в час (зависит от условий работы).
- Значительный диапазон производительности. Системы в состоянии решать задачи по поддержанию влажности как в маленькой квартире, так и в большом помещении.
- Большое расстояние от центрального блока (насоса высокого давления) до точек увлажнения — до 500 метров.
- Максимальная гигиеничность благодаря многоступенчатой стерилизации и отсутствию контакта обеззараженной воды с воздухом до распыления. Системы прямого распыления очищенной воды подходят для увлажнения воздуха даже на объектах, где действуют жесткие санитарные требования.
- Отсутствие белого налета на поверхностях предметов в обслуживаемых помещениях благодаря удалению растворенных солей из воды за счёт использования систем обратного осмоса.
- Возможность использования систем форсуночного увлажнения для понижения температуры воздуха в помещении, в отдельных случаях может использоваться как система пылеподавления.
Комментарии ()