Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Nawilżanie powietrza a zużycie energii

Charakterystyka metod nawilżania powietrza – nawilżanie parowe
W artykule opisano podstawowe procesy fizyczne związane z nawilżaniem powietrza, omówiono techniki nawilżania i przedstawiono różne możliwości ograniczenia zużycia energii poprzez stosowanie stosunkowo prostych, jak i zaawansowanych technicznie rozwiązań.
W artykule opisano podstawowe procesy fizyczne związane z nawilżaniem powietrza, omówiono techniki nawilżania i przedstawiono różne możliwości ograniczenia zużycia energii poprzez stosowanie stosunkowo prostych, jak i zaawansowanych technicznie rozwiązań.
Fot. archiwum redakcji RI
Ciąg dalszy artykułu...

Charakterystyka metod nawilżania powietrza – nawilżanie parowe

W przypadku nawilżaczy parowych para wodna produkowana jest przez specjalną wytwornicę. W rzadkich przypadkach, gdy obiekt wyposażony jest w instalację pary technologicznej, może ona być pobrana z takiej instalacji. Do wprowadzenia pary do powietrza służą tzw. lance parowe (rys. 5).

Rys. 5. Lance parowe; rys. archiwum autorów (D. Pandelidis, A. Pacak)
Rys. 5. Lance parowe; rys. archiwum autorów (D. Pandelidis, A. Pacak)

Nawilżacze elektrodowe

W takich urządzeniach para wodna wytwarzana jest w wytwornicy pary zasilanej elektrycznie.

Elektrody zanurzone są bezpośrednio w wodzie, która znajduje się w cylindrze parowym – w tym przypadku woda pełni funkcję elektrolitu o określonym przewodnictwie prądu [1].

Podczas przepływu prądu pomiędzy elektrodami następuje podgrzanie i parowanie wody.

Należy tu nadmienić, ze przewodność wody wzrasta wraz z jej odparowaniem ze względu na większe stężenie minerałów. W związku z tym woda wewnątrz wytwornic musi być okresowo wymieniana na świeżą.

Nawilżacze oporowe

Tego typu rozwiązania przeznaczone są do systemów o dużej intensywności eksploatacji lub do układów, w których woda ma bardzo niską przewodność elektryczną [1]. Pracują na zasadzie grzałki zanurzonej w wodzie będącej elementem grzejnym [1], dlatego metoda ta nie zależy od przewodności elektrycznej wody.

Nawilżacze tego rodzaju pozwalają na bardzo dokładną regulację wilgotności powietrza [1].

Nawilżacze z wymiennikiem ciepła

Są to rzadko spotykane rozwiązania, gdyż mają uzasadnienie tylko w instalacjach dysponujących gorącą wodą o temperaturze 115°C lub wyższej [1]. Gorąca woda w wymienniku ciepła wykorzystywana jest do wytwarzania pary wodnej.

Istnieją też formy nawilżaczy z gazowym wymiennikiem ciepła – wówczas źródłem ciepła do wytworzenia pary jest ciepło spalania gazu.

Nawilżacze takie mają dwie zasadnicze zalety:

  • po pierwsze, koszty gazu są niższe niż prądu elektrycznego,
  • po drugie, gaz jest zaliczany do paliw ekologicznych [1].

Metody obniżania kosztów nawilżania powietrza

Jak już wcześniej wspomniano, duża energochłonność procesu nawilżania powietrza wynika wprost z praw fizyki i nie ma możliwości ich obejścia. Istnieją natomiast sposoby, które pozwalają zmniejszyć koszty tego procesu.

Woda zawsze musi pobrać odpowiednią ilość ciepła do parowania, jednak do projektanta należy wybór, co będzie źródłem tego ciepła i jaka ilość pary wodnej musi zostać dostarczona.

Rozważne zaprojektowanie i późniejsze wykonanie systemu może w istotny sposób obniżyć jego koszty eksploatacyjne.

Wybór metody nawilżania

Podstawowym sposobem, który pozwala w istotny sposób obniżyć koszty nawilżania powietrza, jest wybór odpowiedniej metody.

Jak wspomniano, dwa podstawowe sposoby to nawilżanie adiabatyczne oraz parowe.
W pierwszym przypadku ciepło do parowania dostarczane jest do wody od strumienia powietrza, którego temperatura zostaje obniżona kosztem zwiększenia zawartości wilgoci.
W przypadku nawilżania parowego źródłem ciepła jest zazwyczaj energia elektryczna.

W Polsce ceny energii elektrycznej są stosunkowo wysokie, dlatego w większości przypadków lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie rozwiązań bazujących na cieple z innych źródeł.

W przypadku dostępu do sieci gazowej bądź ciepłowniczej zdecydowanie tańszym rozwiązaniem będzie nawilżanie adiabatyczne.

Należy tutaj nadmienić, że komory zraszania są obecnie niechętnie stosowane z powodu licznych wad starych rozwiązań, które utrwaliły się w pamięci projektantów (duże wymiary, zanieczyszczenie wanien cząstkami stałymi oraz pojawianie się drobnoustrojów) [1]. Jednakże nowoczesne nawilżacze wodne charakteryzują się obecnie często większą efektywnością działania, zdecydowanie mniejszym zużyciem energii elektrycznej oraz czystością i możliwością precyzyjnej regulacji wilgotności powietrza (±5%) [1].

W celu zwiększenia bezpieczeństwa pracy można zastosować system dodający jony srebra do wody zasilającej. Jony srebra, wnikając w strukturę komórek bakterii, blokują ich rozwój, co skutecznie zapobiega rozprzestrzenianiu się bakterii w systemie wentylacji [1].

Rys. 6. Możliwości realizacji procesu adiabatycznego nawilżania powietrza – proces Z-1-N lub Z-A-B-N; rys. archiwum autorów (D. Pandelidis, A. Pacak)
Rys. 6. Możliwości realizacji procesu adiabatycznego nawilżania powietrza – proces Z-1-N lub Z-A-B-N; rys. archiwum autorów (D. Pandelidis, A. Pacak)

Spośród metod adiabatycznego nawilżania powietrza najtańszą jest wykorzystanie zraszanego złoża. Wynika to z faktu, że system ten nie potrzebuje wysokiego ciśnienia wody, w przeciwieństwie do systemów wykorzystujących dysze, a także ze względu na stosunkowo niewielką stratę ciśnienia po stronie powietrznej (należy pamiętać, że w systemach dyszowych woda wtryskiwana przeciwprądowo stanowi dość istotny opór dla przepływającego powietrza).

Kolejną ważną rzeczą, którą należy uwzględnić przy doborze rozwiązań nawilżania adiabatycznego, jest sposób osiągnięcia założonego punktu nawiewu – możliwy jest system dwu- lub trzystopniowy (rys. 6).

  • W rozwiązaniu dwustopniowym (proces Z-1-N) powietrze jest podgrzewane do odpowiedniej temperatury, a następnie nawilżane adiabatycznie do uzyskania punktu N.
  • W przypadku rozwiązania trzystopniowego (proces Z-A-B-N) powietrze jest podgrzewane wstępnie do niższej temperatury, następnie nawilżane adiabatycznie do punktu B, a potem podgrzewane wtórnie do punktu N.

Rozwiązanie dwustopniowe jest tańsze inwestycyjnie, zajmuje mniej miejsca (jedna nagrzewnica i jeden nawilżacz), ale trudniejsza jest jego precyzyjna regulacja. Ponadto występują na nim wyższe straty związane z koniecznością dostarczenia wyższego parametru czynnika grzewczego do podgrzania powietrza.
W opinii autorów bezpieczniejszym i skuteczniejszym sposobem jest rozwiązanie drugie.

Odzysk wilgoci

Prostą i oczywistą metodą obniżenia kosztów nawilżania powietrza jest efektywny odzysk wilgoci z powietrza wywiewanego.

Istnieją trzy techniki odzysku ciepła pozwalające na odzysk wilgoci:

  • recyrkulacja;
  • higroskopijne wymienniki obrotowe;
  • wymienniki membranowe.

Wymienniki obrotowe i membranowe pozwalają na relatywnie skuteczne odzyskiwanie wilgoci, jednakże w obu przypadkach istnieje ryzyko powstania szronu na wypełnieniu, a tym samym niebezpiecznej pracy wymiennika, która może skutkować wyłączeniem systemu klimatyzacji.

W przypadku systemów, w których odzysk wilgoci jest priorytetem, w celu zminimalizowania ryzyka powstania szronu można zastosować podgrzew wstępny.

W instalacjach technologicznych oraz w systemach klimatyzacji obsługujących pomieszczenia z niewielką liczbą osób najskuteczniejszym rozwiązaniem jest recyrkulacja.

W przypadku instalacji takich jak serwerownie czy inne pomieszczenia, w których można stosować tylko okresowe wietrzenie, możliwe jest zawracanie 100% powietrza wywiewanego z powrotem do instalacji, co oznacza, że instalacja nawilżania pracuje tylko w celu pokrycia strat wilgoci do otoczenia.

Recyrkulacja staje się mniej skuteczna, gdy konieczne jest zastosowanie dużej ilości świeżego powietrza w strumieniu nawiewanym.

Najlepszym rozwiązaniem jest stosowanie struktur kombinowanych – np. recyrkulacja plus wymiennik obrotowy – pozwala to odzyskać największą ilość wilgoci, a zatem zminimalizować zużycie energii.

W przypadku gdy komora mieszania zainstalowana jest przed wymiennikiem obrotowym bądź membranowym, zastępuje ona nagrzewnicę wstępną, co pozwala na znacznie bezpieczniejszą pracę pod kątem powstawania szronu.

Wykorzystanie zysków ciepła w pomieszczeniach

Rys. 7. System automatyki do nawilżania serwerowni wykorzystującej zyski ciepła pomieszczenia (CT – czujnik temperatury i wilgotności); rys. archiwum autorów (D. Pandelidis, A. Pacak)
Rys. 7. System automatyki do nawilżania serwerowni wykorzystującej zyski ciepła pomieszczenia (CT – czujnik temperatury i wilgotności); rys. archiwum autorów (D. Pandelidis, A. Pacak)

W przypadku wielu pomieszczeń można wykorzystać własne zyski pomieszczenia do kontrolowania wilgotności, dotyczy to zarówno zysków ciepła jawnego, jak i utajonego. Niestety rozwiązanie takie nie jest standardowe i zazwyczaj wymaga samodzielnego zaprojektowania systemu automatyki. W niniejszym artykule zostanie ono przedstawione na przykładzie serwerowni (rys. 7).

W standardowych układach (zimna wyspa-gorąca wyspa) serwerownie pracują na maksymalnym poziomie recyrkulacji, powietrze nawiewane jest na serwery z temperaturą ok. 20°C i podgrzewane następnie przez zyski ciepła generowane przez serwery do ok. 30°C.

W przypadku pomieszczeń bez przegród zewnętrznych powstałe zyski ciepła można z powodzeniem wykorzystać do utrzymywania właściwej wilgotności pomieszczenia.

W przypadku pomieszczeń z przegrodami zewnętrznymi część tych zysków ciepła może być wykorzystana na pokrycie strat ciepła do otoczenia, a część do nawilżania powietrza. Do realizacji tego zadania wystarczy nawilżacz adiabatyczny zamontowany na kanale powrotnym powietrza obiegowego oraz odpowiedni system regulacji (rys. 7).

Układ automatycznej regulacji powinien działać w następujący sposób:

  • W przypadku rejestracji spadku wilgotności pomieszczenia poniżej wartości zadanej część lub całość powietrza obiegowego, które odebrało zyski ciepła od serwerów, jest przeprowadzane przez nawilżacz adiabatyczny (sugerowanym rozwiązaniem jest złoże zraszane).
  • Powietrze o temperaturze ok. 30°C jest w stanie bez żadnego problemu nawilżyć się o ok. 4–5 g/kg, co jest wartością wystarczającą do utrzymania właściwej wilgotności w serwerowni w zimie.
    Dodatkową zaletą w tym przypadku jest bardzo niski koszt ochładzania powietrza w okresie zimowym i przejściowym (niższy nawet niż w przypadku rozwiązań z free coolingiem, gdyż nie wymaga pompowania dużej ilości wody obiegowej przez wymienniki ciepła w szafach klimatyzacji precyzyjnej oraz na dry coolerach), jednakże nie nadaje się on do zastosowania w okresie letnim, ponieważ wilgotność względna w pomieszczeniu byłaby za wysoka.

W lecie lepszym rozwiązaniem jest wykorzystanie jednostek z pośrednim odparowaniem wody, tzw. pośrednich wymienników wyparnych [3]. Jednakże tego typu urządzenia nie są rozpowszechnione na terenie Polski, dlatego ich zastosowanie wymagałoby czasochłonnego i kosztownego importu takich jednostek z zagranicy, co w praktyce eliminuje możliwość ich użycia.

Tego typu układy są relatywnie często stosowane np. w Stanach Zjednoczonych czy Australii.

Czytaj też: Metody nawilżania powietrza w systemach klimatyzacyjnych. Wiadomości ogólne >>>

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[nawilżanie powietrza, zużycie energii, powietrze, klimatyzacja]

   11.06.2018

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 



Gdzie produkowane są komponęty do klimatyzacji i wentylacji » Zapoznaj się z nowymi technologiami w systemach ogrzewania podłogowego »
kompotenety do wentylacji ogrzewanie podłogowe
czytam więcej » przeczytam dziś »

 


Naczynie przeponowe – dlaczego jest aż tak ważne? »

projektowanie

 



Czy warto inwestować w wentylację mechaniczną? » Jak bezproblemowo przeprowadzić iniekcję mikropali, kotew i gwoździ gruntowych »
 wentylacja mechaniczna pomoc w projektowaniu
wiem więcej » poznaj go dziś »

 


Czy można dobrze odseparować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj udogodnienia montażowe w produktach ogrzewań podłogowych» Czy ogrzewanie wpływa na nasze zdrowie? »
wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Metody klimatyzacji - czy znasz je wszytkie »

klimatyzacja

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
12/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 12/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Automatyka kotłów na pelety
  • - Zapotrzebowanie na energię do klimatyzacji
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl