Metody nawilżania powietrza w systemach klimatyzacyjnych – wiadomości ogólne

Zarówno zbyt wilgotne, jak i zbyt suche powietrze wpływa negatywnie na zdrowie ludzi i budynek. Suche i ciepłe powietrze podrażnia śluzówkę górnych dróg oddechowych i utrudnia oddychanie.

Obniżona wilgotność powietrza powoduje m.in. uczucie suchości w nosie i jamie ustnej; jest to szczególnie odczuwane w nocy, niektóre osoby mogą mieć wtedy problem z zaśnięciem. Mogą też wystąpić bóle głowy, wzmożone ataki astmy i złe samopoczucie. Również skóra negatywnie reaguje na niską wilgotność powietrza.

Może to prowadzić do obniżenia odporności na infekcje i gorszej pracy systemu immunologicznego. U niemowląt pojawia się wtedy sapka – dzieci zaczynają oddychać przez usta, co może zwiększyć podatność na infekcje. Wilgotność względna powietrza o wartości poniżej 30% nie jest wskazana ze względów fizjologicznych.

W mieszkaniu czy w biurze takie warunki nie wpływają dobrze także na meble. Na drewnianych meblach mogą się pojawić pęknięcia, a papierowe przedmioty stają się bardziej kruche i łamliwe [1].

Przeczytaj także: Ocena jakości powietrza wewnętrznego w budynku pasywnym >>

Kolejnym problemem związanym z suchym powietrzem jest zwiększona ilość ładunków elektrostatycznych, gdy wilgotność względna powietrza jest utrzymywana na poziomie poniżej 35% (szczególnie istotny problem np. w pomieszczeniach komputerowych, drukarniach, przemyśle elektronicznym, przy produkcji błon fotograficznych). U ludzi mogą pojawić się również dodatkowe dolegliwości spowodowane nadmiernym promieniowaniem elektrostatycznym z komputera i monitora.

Z kolei nadmierna ilość wilgoci obecna w budynku wpływa niekorzystnie zarówno na materiały budowlane, wykończeniowe, meble itp., jak i na zdrowie ludzi oraz zwierząt przebywających w zawilgoconych obiektach, w sposób bezpośredni poprzez wysoką wilgotność powietrza i pośrednio przez reakcje ich organizmów na obecność i namnażanie się w wilgotnym środowisku grzybów pleśniowych, bakterii i owadów ksylofagicznych, czyli „drewnojadów” (jeśli zastosowano drewno lub materiały drewnopodobne).

Taki budynek jest atakowany także z zewnątrz – porośnięty mchem, porostami i glonami oraz grzybami domowymi i pleśniowymi. Mykotoksyny, czyli toksyny wydzielane przez niektóre gatunki grzybów, mogą być przyczyną ostrych i przewlekłych zatruć, oddziaływać alergicznie, wywoływać choroby układu oddechowego i pokarmowego, głębokie grzybice oraz stany zapalne skóry [11].

Nadmierne zawilgocenie powoduje obniżenie się izolacyjności cieplnej przegród budowlanych, przyspieszenie procesu starzenia materiałów i konstrukcji (np. zmniejsza się wytrzymałość mechaniczna materiałów, koroduje stal, pojawia się korozja mikrobiologiczna) [8].

Poziom akceptacji u ludzi wdychanego powietrza maleje wraz ze wzrostem jego wilgotności i temperatury [20]. Przyjęty powszechnie i uznany za odpowiedni dla zdrowia i samopoczucia ludzi zakres wilgotności względnej powietrza to 30–70%. Jednak ze względu na brak odpowiedniego organu zmysłu człowiek nie może precyzyjnie rozpoznawać poziomu wilgotności powietrza w typowym dla budynków użyteczności publicznej zakresie wilgotności względnej.

Przy jednocześnie występujących umiarkowanych temperaturach powietrza wewnętrznego człowiek co prawda nie jest w stanie precyzyjnie wskazać wartości wilgotności względnej powietrza, ale nie będzie odczuwał dyskomfortu związanego z jego niewłaściwymi parametrami cieplno-wilgotnościowymi.

Przeczytaj także: Jakość powietrza i wentylacja w budynkach szkolnych >>

W systemach klimatyzacji powietrze nawilżane jest najczęściej przy pomocy wody rozpylanej w komorach zraszania, wody natryskiwanej na złoża zraszane lub rozpylanej przez nawilżacze rozpylające oraz wtryskiwanie pary wodnej wytwarzanej w nawilżaczach parowych. W obiektach przemysłowych, w których konieczne jest dodatkowe nawilżanie powietrza wewnętrznego, stosuje się także nawilżacze montowane bezpośrednio w pomieszczeniu.

Zalecane wartości wilgotności względnej

Według normy PN-B-03421:1978 [17], będącej zgodnie z [22] normą obowiązującą, optymalne wartości wilgotności względnej wynoszą:

• dla obiektów wyposażonych w instalacje, w których zamontowane są urządzenia umożliwiające zmianę wartości wilgotności względnej:

  - w zimie wartość optymalna to 40–60% (dla wszystkich rodzajów aktywności fizycznej),

  - w lecie 40–55% dla małej aktywności fizycznej, 40–60% dla aktywności fizycznej średniej i dużej;

• w pozostałych przypadkach: wartość dopuszczalna minimalna wynosi 30% (zima), a maksymalna 70% (lato).

Wymaganiem prawnym dotyczącym wartości wilgotności względnej w pomieszczeniach przeznaczonych do pracy przy komputerach jest zapis w rozporządzeniu [23] stanowiący, że wilgotność względna powietrza wewnętrznego powinna być wyższa od 40%. Łącząc zalecane wartości wilgotności względnej z właściwą temperaturą powietrza wewnętrznego, uzyskuje się obszary komfortu wewnętrznego (patrz rys. 1).

Klasyfikacja metod nawilżania powietrza

Nawilżanie powietrza zachodzi według trzech metod fizycznych [20]:

• odparowania,

• rozpylania,

• parowania dyfuzyjnego.

Ze względu na sposób dostarczania czynnika powodującego wzrost wilgotności powietrza metody nawilżania można podzielić na:

• centralne nawilżanie powietrza (powietrze jest nawilżane w instalacji klimatyzacyjnej przez nawilżacze umieszczone w centrali klimatyzacyjnej lub w przewodzie wentylacyjnym za centralą i później przewodami wentylacyjnymi transportowane do pomieszczeń),

• lokalne (bezpośrednio w danym pomieszczeniu).

Jako czynnik powodujący wzrost zawartości wilgoci w nawilżanym powietrzu stosowana jest woda albo para wodna.

Nawilżanie wodą

Nawilżanie powietrza wodą realizowane jest w oparciu o zjawisko parowania dyfuzyjnego (wymiana ciepła i masy) z powierzchni wody. Do nawilżaczy wodnych instalowanych w centralach klimatyzacyjnych należą:

• komory zraszania (nawilżanie z parowaniem dyfuzyjnym),

• nawilżacze kontaktowe (złoża zraszane, komory o powierzchniach zraszanych),

• nawilżacze wysokociśnieniowe,

• nawilżacze niskociśnieniowe,

• hybrydowe nawilżacze powietrza – połączenie rozpylania i odparowania,

• nawilżacze ultradźwiękowe.

Zgodnie z wymaganiem zapisanym w [21] nawilżacze muszą być zabezpieczone przed zanieczyszczeniami znajdującymi się w powietrzu zewnętrznym, a w szczególnych przypadkach w powietrzu obiegowym (recyrkulacyjnym), za pomocą filtra co najmniej klasy F6, określonej w normie dotyczącej klasyfikacji filtrów powietrza [18].

Nawilżacze rozpylające służące do bezpośredniego nawilżania powietrza w pomieszczeniu, wytwarzające na tyle drobny aerozol, aby cała woda zdążyła odparować w powietrzu, nim dotrze do ściany lub podłogi, to:

• nawilżacze dyszowe wysokociśnieniowe obsługujące wydzielone obszary w halach przemysłowych:

  - jednoczynnikowe: woda nawilżająca rozpylana pod wysokim ciśnieniem (do 100 barów nadciśnienia) – w powietrzu powstaje drobna mgła,

  - dwuczynnikowe: woda nawilżająca wraz z powietrzem sprężonym rozpylana jako mgła wodna;

• nawilżacze mechaniczne (rotacyjne, np. z obracającym się bębnem częściowo zanurzonym w zbiorniku z wodą).

Nawilżanie parą wodną

Zadaniem nawilżacza parowego jest wprowadzenie suchej pary wodnej, niezawierającej kondensatu, z istniejącego źródła pary do powietrza w ilości zależnej od wymaganej wilgotności. Realizowane jest przez bezpośrednie wprowadzenie pary o niskim ciśnieniu do przewodu wentylacyjnego lub do sekcji nawilżania parowego stanowiącej element centrali klimatyzacyjnej.

Przeczytaj także: Ocena mikrobiologicznej jakości powietrza wewnętrznego w restauracji >>

Stosowana do nawilżania para wodna może być produkowana we własnej wytwornicy pary lub pochodzić z instalacji pary technologicznej istniejącej w danym obiekcie (i udostępnionej w tym celu). Jest to para sucha nasycona o temperaturze 105–110°C lub nieznacznie przegrzana o nadciśnieniu ok. 0,6–200 kPa, jeśli jest dostarczana z centralnego źródła zasilania parą, lub poniżej 30 kPa, gdy para wytwarzana jest w indywidualnej wytwornicy [16]. Musi być czysta i bezwonna.

Stosując nawilżacze parowe, otrzymuje się sterylny i bardziej efektywny sposób nawilżania powietrza niż przy zastosowaniu np. komór zraszania przy jednoczesnej dużej wydajności. Istotną zaletą nawilżaczy parowych są ich dobre właściwości regulacyjne. Natomiast wadą tej metody są bardzo wysokie koszty eksploatacji (energii elektrycznej) oraz serwisu.

Przyrost temperatury powietrza na końcu procesu nawilżania (w porównaniu ze stanem początkowym powietrza) zależy od entalpii rozpylanej pary wodnej. Nanosząc przebieg tego procesu na wykres psychrometryczny, projektant posługuje się tzw. współczynnikiem kierunkowym procesu, w tym przypadku o wartości równej entalpii pary wodnej.

Przeczytaj także: Odczuwalna jakość powietrza a zapachy >>

Ponieważ ciśnienie i temperatura pary nie są wysokie, nie powodują dużego przyrostu temperatury powietrza po nawilżeniu w porównaniu z jego temperaturą początkową (wynosi zazwyczaj ok. 0,5–2 K). W praktycznym projektowaniu nawilżania parowego przyjmuje się, że proces przebiega izotermicznie (kierunek przemiany pokrywa się z izotermą). Takie założenie nie powoduje istotnych błędów obliczeniowych.

W zależności od sposobu wytwarzania pary wodnej nawilżacze parowe dzieli się na:

• elektrodowe,

• porowe,

• gazowe,

• z wymiennikiem ciepła zasilanym gorącą wodą o temperaturze >115°C.

A pod względem miejsca montażu na: kanałowe oraz stanowiące sekcję centrali lub szafy klimatyzacyjnej.

W następnym artykule opisane zostaną konstrukcje i zasada działania nawilżaczy powietrza.

Literatura

1. Charkowska A., Za sucho? Zbyt wilgotno? Jak zadbać o właściwy poziom wilgotności w budynku?, „Facility Manager”, 2012.

2. Karty katalogowe PM Luft.

3. www.sternal.com.pl.

4. www.sternal.com.pl/index.php/pl/nawilzacze_goraca_woda.

5. www.uni-lux.eu/sposoby_nawilzania_powietrza.html.

6. JetSpray – udoskonalony nawilżacz powietrza, „Chłodnictwo i Klimatyzacja” nr 3/2008.

7. www.jsnawilzacze.pl.

8. Kaczmarek A., Wesołowska M., Pawłowski K., Jaki wpływ na wybrane materiały budowlane mają woda i wilgoć?, www.izolacje.com.pl.

9. Karty katalogowe firmy Carel.

10. Karty katalogowe firmy Swegon.

11. Karyś J., Izolacje wodochronne w budynkach i skutki ich niesprawności technicznej, Polskie Stowarzyszenie Mykologów Budownictwa, Wrocław.

12. Lampe G. i in., Projekt klimatyzacji a projekt budynku, Arkady, Warszawa 1981.

13. Malicki M., Wentylacja i klimatyzacja, PWN, Warszawa, 1980.

14. Nawilżacz wodny, karta katalogowa, www.kmw.pl/cms/upload/data/sekcja_nawilzajaca.pdf.

15. Nawilżanie powietrza, www.nawilzanie.com.

16. Pełech A., Wentylacja i klimatyzacja. Podstawy, Oficyna wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2011.

17. PN-B-03421:1978 Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi.

18. PN-EN 779:2012 Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej. Określanie parametrów filtracyjnych (oryg.).

19. Przydróżny S., Ferencowicz J., Klimatyzacja, Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1989.

20. Recknagel H., Sprenger E., Schramek E.R., Kompendium wiedzy: Ogrzewnictwo, klimatyzacja, ciepła woda, chłodnictwo, Wyd. Omni Scala, Wrocław 2008.

21. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, ze zm.).

22. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 10 grudnia 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 239/2010, poz. 1597, ze zm.).

23. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 1 grudnia 1998 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy na stanowiskach wyposażonych w monitory ekranowe (DzU nr 148/1998, poz. 973).

24. Wołos M., Nowoczesne systemy nawilżania powietrza, „Chłodnictwo i Klimatyzacja” nr 6/2006.

25. Wołos M., Redukcja kosztów eksploatacyjnych systemów nawilżania powietrza, „Chłodnictwo i Klimatyzacja” nr 7/2012.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!